유전자는 핵 내외의 DNA, 트랜스포존, 플라스미드, 바이러스의 유전물질 등으로 존재합니다. 그 중 플라스미드에 대해 살펴보겠습니다.
플라스미드
출처: 위키백과
붉은색이 박테리아의 DNA이고, 파란색 둥근모양이 플라스미드입니다.
플라스미드(Plasmid)는 세균의 세포 내에 복제되어 독자적으로 증식할 수 있는 염색체 이외의 DNA 분자를 총칭하는 말로, 1952년 조슈아 레더버그 박사가 처음 제안한 말이다. 고리 모양을 띠고 있다. 플라스미드는 세균의 생존에 필수적이지는 않으며, 다른 종의 세포 내에도 전달될 수 있다. 이런 성질을 이용해 유전공학에서는 세균 내 플라스미드를 세포 밖으로 빼내고 제한효소로 자른 뒤 필요로 하는 유전자를 삽입하여 이를 다시 세균에 넣어 배양하는 유전자재조합 기술을 사용한다. 출처: 위키백과
농작물에 병을 일으키는 미생물이 많이 있습니다. 이들의 밀도를 줄이려고 농약을 살포합니다. 그런데, 동일한 작용기구의 약제만 계속 사용하면 병균은 농약에 대한 내성이 생깁니다. 플라스미드에 농약에 대한 저항성 유전자가 있으면, 이것이 스스로 복제되고 다른 세포에게 전달되어 농약에 내성 있는 미생물의 숫자가 급증하게 됩니다.
출처: 위키백과
이렇게 플라스미드 DNA를 다른 미생물에 전해줄 수 있습니다.
Ti-플라스미드
식물에 종양(tumor)을 일으키는(induce) 플라스미드(plasmid)라 이름이 Ti-plasmid입니다. Ti-plasmid는 식물에 종양을 일으키는 토양박테리아인 Agrobacterium tumefaciens의 세포 안에 있습니다. 플라스미드이므로 염색체 DNA 말고 2중나선의 원형 DNA로 세포질의 핵 바깥에 따로 떠다닙니다.
Ti-플라스미드의 기생 전략
출처: 위키백과
A: Agrobacterium tumefaciens세포
C: Ti-플라스미드
D: 식물세포
Ti-플라스미드에서 종양을 유발하는 DNA인 T-DNA를 복사하여, 식물의 세포벽과 세포막, 핵막을 통과하여 식물의 염색체 DNA에 잠입할 수 있는 이런 저런 단백질을 붙여주어, 식물체 DNA에 꽂아줍니다. 그러면 식물체 DNA에 재조합되어 종양을 유발하는 효소, 조효소, 구조단백질, 식물호르몬 등의 단백질을 암호화한 TDNA에서 수많은 mRNA를 만들고, 식물 세포의 자원을 이용해 종양을 만드는 수많은 단백질이 만들어집니다.
Ti-플라스미드를 이용한 품종개량
역시 결론은 식물 육종에 어떻게 이용하는지 알아보는 것입니다. Ti-플라스미드의 T-DNA는 식물의 세포벽, 세포막, 핵막까지 무사통과하는 능력이 있습니다. 게다가 식물의 DNA를 자르고 T-DNA를 이어붙여서 원래 식물체의 DNA인것처럼 인식시키기까지 하니 여간 편리한 것이 아닙니다. 우리가 할 일은 Ti-플라스미드의 T-DNA 근처에 형질전환하고자 하는 유용한 DNA 조각을 삽입해주기만 하면 됩니다. 나머지는 T-DNA가 알아서 합니다.
실제 생명공학에서 Ti-플라스미드를 직접 사용하기보다는, 유전자를 운반하는 벡터를 만드는데 사용합니다. Ti-플라스미드에서 일정 부분을 개량하여 더욱 성능 좋은 운반수단을 개발하는 것입니다. 많은 생명공학 관련 업체들이 이러한 제품을 만들어서 연구소에 납품합니다.
향문사 재배학 82P에 해당되는 내용입니다.
!!! 힘찬 하루 보내요!
감사합니다. ^^
안그래도 내성 문제가 미국에서 말이 많더군요
미생물은 게놈의 크기가 작고 세대 주기가 짧아서 돌연변이의 발생 확률도 높고, 숫자가 많기에 물량공세가 가능합니다. 수억마리 0.001%만 내성이 생겨도 순식간에 번집니다.
GMO의 개발도 이런 식으로 되나요? 그렇다면 GMO식물의 유해성은 사전에 증명할 방법은 없나요? 아하..제가 막 던지고 있군요. 스탄님의 다른 글도 좀 읽어보고 다시 와야겠어요..워낙 모르는 단어가 많아서요. 감사해요..
맞습니다. GMO의 M이 Modified 즉 인위적으로 수정되었다는 말입니다. 미국에서 대규모로 재배되는 GMO콩은 제초제 저항성 유전자를 Ti 플라스미드를 개량한 벡터에 삽입해서 콩의 게놈에 삽입한 것입니다.
대규모 땅에 콩을 심고, 농약도 비행기 등 전문 기계로 뿌리는데, 여러 잡초를 죽이는 제초제에 저항성이 있는 유전자를 심어주면 콩만 살고 나머지 풀은 다 죽습니다. 예전에 제초제 저항성 콩이 없었을 때는 잡초 관리하는데 비용이 엄청나게 들었습니다.
문제는 제조체 저항성 유전자가 염색체에 삽입된 콩이 맺는 열매인 콩에 인간에게 유해한 성분이 들어있는지 여부입니다. 현재까지의 분석기술로는 식품공전이나 대한약전, USP 등에서 말하는 인체에 유해가 될만한 성분이 발견되지 않았다고 알고있습니다. 독성물질이 있었으면 콩기름이나 사료를 만들때 허가기준을 통과하지 못했을 것입니다.
자연상태에서도 유전자는 변형되기도 하고 수정되기도 하고... 매우 흔히 있는 일입니다. 다만, 유전자 자체가 독성물질이 아니라, 설계도이기 때문에, DNA가 암호화하고 있는 단백질이 mRNA를 통해 단백질로 만들어지면, 단백질에 의해 독성이 나타나게 됩니다. 따라서, 독성이 있는 물질이 생성되지 않는 한, 유전자 조작 자체가 인간에게 해악일 끼친다고 말하기는 어렵습니다.
물론 정말 위험한데, 과학적으로 분석이 안되고 증명이 안되는 것들도 있을 수 있습니다. 고엽제의 피해도 수십년 후에 나타났으니 말입니다. 하지만 이미 밝혀진 독성물질도 관리가 잘 되지 않고 있는데, 잠재적인 위협이 된다는 추측만으로 규제하기엔, 위험 대비 비용이 너무 큽니다. 제 생각엔 GMO 종자를 사용하여 생산한 농산물 혹은 가공품이라는 사실만 적시하고, 나머지는 소비자의 판단에 맏기는 것이 더 효율적일 것이라 생각합니다.
식물이 내성을 같는 원리를 살짝이나마 이해하고 갑니다.
내성도 재미있는 이야기가 많이 있는데, 기회가 된다면 농약의 미생물 공격 전략 같은 것도 써봐야겠습니다^^
대학전공수준의 이론강의를 스팀에서 보네요^^
재배학 책에 설명이 두세줄밖에 되지 않아서 그림과 설명을 약간 덧붙였습니다. 전공자 분들께서 보실고라 생각하니 살짝 부끄럽습니다. 그래도 요즘은 위키커먼스에 상세한 이미지가 많아서 너무 편리합니다. 댓글 감사합니다^^