부분 이배체를 이루었을 때 대장균이 가지는 이점은 무엇인가요?
안녕하세요. F 플라스미드가 대장균에 유입되어서 일부 유전자에 대해서 이배체를 형성하였을 때 대장균의 유전자 발현에는 어떠한 영향이 미쳐지는지 궁금합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
부부니배체가되면 대장균은 특정 유전자에대해서 두 사본을 가지기때문에 발현양상이나 기능을 비교, 보완할 수 있습니다. 예를들어서 한쪽 돌연변이가 있어도 다른 사본이 정상기능을 해내서 생존에 유리하고 ,동시에 연구자입장에서는 대립유전자의 우성, 열성관계나 조절 기작을 석하는데 활용할 수 있습니다.
감사합니다.
F 플라스미드가 대장균에 유입되면, 대장균은 일부 유전자에 대해 이배체(merodiploid)가 되어 유전자 발현에 영향을 줄 수 있습니다.
먼저 유전자 복제 효과(Gene Dosage Effect)가 나타나 해당 유전자의 복제 수가 두 배로 늘어납니다. 이는 단백질 생산량을 증가시켜 유전자 발현을 증폭시키는 결과를 가져옵니다. 예를 들어, 특정 대사 효소 유전자가 이배체가 되면 세포는 더 많은 효소를 생산해 대사 효율을 높일 수 있죠.
그리고 대립 유전자 간 상호작용이 발생합니다. 원래의 염색체 유전자와 플라스미드에 실린 유전자 간에 우성, 열성, 또는 부분 우성 관계에 따라 최종적인 표현형이 결정됩니다. 하지만 만약 플라스미드에 우성인 항생제 내성 유전자가 있다면, 대장균은 내성을 갖게 되는 것이죠.
또한 플라스미드에 포함된 조절 유전자가 발현되면, 대장균의 기존 유전자 발현 조절 시스템에 영향을 주어 특정 유전자의 발현이 더 강력하게 억제되거나 촉진될 수도 있습니다. 이러한 변화들은 대장균의 생리적 특성을 변화시키는 원인이 되기도 하죠.
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 대장균에서 부분 이배체가 형성되는 대표적인 경우는 F’ 플라스미드가 세포 안으로 들어왔을 경우인데요, F’ 플라스미드는 원래의 F 플라스미드가 세포 염색체 일부 유전자를 잘못 떼어내 포함하게 된 형태이므로, 대장균 세포는 특정 유전자에 대해 염색체 상의 사본과 플라스미드 상의 사본을 동시에 갖게 됩니다.
우선 어떤 유전자가 돌연변이로 기능을 잃었더라도, 플라스미드에 있는 정상 사본이 그 기능을 대신할 수 있는데요, 예를 들어 lac 오페론 연구에서, lacZ 유전자에 결함이 있는 대장균이라도 F’ 플라스미드에 lacZ의 정상 사본이 있으면 β-갈락토시다아제를 정상적으로 생산할 수 있습니다. 또한 이와 같은 부분 이배체는 생리적으로 여러 이점이 있는데요, 우선 어떤 효소가 많이 필요할 경우, 동일 유전자가 두 사본 있으므로 단백질 발현량이 증가할 수 있으며 한쪽 사본이 손상되거나 불활성화되어도 다른 사본이 보완할 수 있어 생존에 유리합니다. 게다가 영양분 분해, 대사 조절 등에서 다양한 조합이 가능해져 새로운 환경에서 생존 확률이 올라간다는 장점이 있습니다. 감사합니다.
F 플라스미드가 대장균에 유입되어 특정 유전자에 대한 부분 이배체를 형성하게 되면, 해당 유전자의 복제수가 증가하여 유전자 발현량이 늘어나는 이점이 있습니다. 이로 인해 대장균은 단백질 생산량을 증가시키거나, 특정 환경에 대한 적응 능력을 향상시키는 등의 변화를 보일 수 있습니다.