제3장 생물 광맥의 전망
-생물 다양성과
분류-3.1
생명 다양성의 체제
생명은 얼마나 다양한가?
생물계와 영역
3.2
유용 종의 탐색
세균과 고세균
원생생물계
동물계
곰팡이계
식물계
3.3
생물채광자의 도구
유용 산물의 탐색
종 간 관계 발견
주술사로부터 배우기
•극한미생물 •극한 환경에서 서식 •Metanogen : 절대 혐기성 미생물 로 이산화 탄소, 수소, 메탄 생성 •호염균 : 사해에서 발견되는 미생 물 •호열호사성 미생물 80-90 ℃, pH2 에서 생장Î극한 조건에 만들어내 는 효소가 안정 (Thermus aquaticus) Î PCR 반응에 활용 •원핵생물계 (핵이 없는 단세포, Î 박테리아, 사이아 박테리아, 원핵생물로만 구성), 다른 4계는 진핵생물로 구성 Î원생생물계(핵이 있는 단세포, 연두별레, 볼복스, 아 메바, 짚신벌레), 균계, 식물계, 동물계 •뚜렷이 구분되지 않는 핵을 가진 생명체Î원핵생물로 분류(고세균, 초기박테리아 <극한 미생물>, 진정세균<박테리아> •우리가 알고 있는 미생물과 달리 이런 극한환경에서만 서식할 수 있는 미생물들을 총칭하여 극한미생물(Extremophiles)이라고 함.
생물다양성과 극한 미생물
위스콘신대 생물학과 교수였던 브록 (Thomas Brock) 박사 옐로스톤 국립공원에 서식하는 미생물을 연구 100℃에 가까운 온천에도 살고 있는 미생물을 발견Î 고온의 물에 강한 친화력을 보인다는 의미로 Thermus aquaticus라 명명Î Thermus aquaticus로부터 Taq이라 는 DNA 중합효소를 추출Î연간 10억불 이상의 수익•토마토의 크기와 모양 향기가 다양한 변화가 있는 것처럼 종 내 개체간에 유용성분에 대한 양과 능력이 서로 상이함 •한 종의 적은 개체군에서 적은수의 개체만을 조사하면 유용성분에 대한 조사를 놓칠 수 있 음 •생물다양성을 고려한 유용성분에 대한 고찰 이 필요 •생물다양성 및 진화에 대한 고찰을 위해서는 모든 생물에서 발견되는 기본적인 정보 분자 인 DNA를 비교하여야 함 •아스피린,페니실린 Î 새로운 생물을 이용한 산업적 접근Î 생물채광 •아마존 열대, 심해저 배출구, 남극얼음벌판 •생물 종 간 또는 종내의 변화를 생물다양성이라고 함 •과학적으로 기술된 고유 생물 수 180만종 •지구상에 1억종 BC 5세기경 히포크라테스는 해열 과 진통의 효과를 얻기 위해 버드 나무 껍질을 달인 물을 사용Î원 인물질 살리실산(salicylic acid)Î 조팝나무에도 존재, 살리실산은 위장장애 유발Î구조조작
생물다양성의 체계
DNA 분자 단위체는 단백질 분자의 단위채 서열에 대한 정보를 갖고 있음Î단백질은 세포의 구조와 기능을 결정Î고유한 종은 고유한 단백질을 가지고 고유한 DNA서열 을 가진다 Î 밀접한 연관을 맺은 생물의 DNA 서열은 유연관계가 먼 생물의 DNA 서 열 보다 더 유사•DNA 분자 단위체는 단백질 분자의 단위채 서열에 대한 정보를 갖고 있음Î단백질은 세포의 구조와 기능을 결정Î고유한 종은 고유한 단백질을 가지고 고유한 DNA서열을 가진다 Î 밀 접한 연관을 맺은 생물의 DNA 서열은 유연관계가 먼 생물의 DNA 서열 보다 더 유사
•리보소옴은 RNA와 단백질을 가진다Î원핵생물이나 진핵생물 모두에서 관찰 (원핵생물의 특 정 유전자 구조와 진핵생물의 특정 유전자 구조를 비교할 수 있음)
•세균(bacteria)과 고세균(archae) : 원핵생물(prokaryote), 핵없음, 미토콘드리아, 엽 록체 같은 내부구조 없음, 단세포성, 세균은 살아 있는 숙주세포를 효과적으로 침범 할 수 있어 질병치료에 효과적으로 사용할 수 있음 (면역계 질병, virus vector) •오늘날 사용하는 대부분의 항생제도 세균이 다른 세균을 죽이거나 장애를 일으키도 록 하는 화학물질을 생산해 내고 이것을 분리하여 사용하거나 구조를 구명하여 합 성하여 사용하고 있음 •EX1) 파스퇴르가 미생물은 상호 견제하며, 곰팡이가 병원체에 대항한다는 것을 관 찰한 이래, 세균상호간의 길항현상(拮抗現象)이 보고Î 유효성분의 추출에서 정제 (精製)의 단계까지 이르고 있음 •EX2) 플레밍이 포도상구균의 배양 중 우연히 끼어든 푸른곰팡이(Penicillium notatum)가 용균작용(溶菌作用)을 하는 것을 발견Î 페니실린
유용종의 탐색
Retroviral infection of a mammalian cell and integration of the retrovirus into the host chromosome
lysogenic(용원)
•성공적인 유전자 치료 : 퓨린 분해 다사에 관여하는 아데노신 탈아미 노효소(adenosine deaminase, ADA) Î 효소부재시 dATP 축적Î
ribonucleotide reductase 작용 억제 ÎdATP 과량, 다른 3개 결핍Î림프 구 합성 저해 Î중증합병면역결핍 증 유발 (버블보이)
•원생생물계 : 핵과 다른 막으로 싸인 내부 구조를 갖는 가장 단순한 진핵생물 (eukaryote), 대부분 다세포 이지만 단세포도 있음 •원생생물의 기원 : 내부공생설 (endosymbiotic hypothesis) Î 진핵생물은 세포”연 합”의 후손일 가능성이 높음Î미토콘드리아와 같은 진핵생물의 일부구조는 진핵세 포 안에 자리잡은 세균으로 부터 유래
유용종의 탐색
•Algae (조류) : 원생생물계에서 유 일하게 광합성을 함 주로 포식의 대상이 될 수 있음Î 포 식에 대항하는 방어화학물질을 분 비 Î 맛을 떨어뜨리거나 독성을 나 타냄 Î 조류의 방어화학물질을 이용하 여 인간질병을 유발하는 생물의 생 식을 저지하는데 활용 Î 해양조류 로 부터 의약품 개발 Îfucoidan, 미역포자엽으로 부터 불리되어지는 황함유 다당체 Î spiriluna (스피리루나), 광합성 미생물, 비타민, 미네 랄, ÎCarrageenan 키라키난 홍조류로 부터 분리되는 단순 탄수화물, 증점제, 유화제 안정제, 높은 수분보유력 등•동물계(Animalia) : 어원 anima 숨쉬다, 영혼 비교적 유사하나 다양성 존재
•척추동물 vertebrate : 4%, 화살독 개구리의 독소물질은 진통제 원료로서 사용 가능 •무척추동물 invertebrate 96%, 자연의 다른 곳에서는 존재하지 않는 화학물질, 강력
한 약품의 원료로 활용 가능 (곤충, Pseudomyrmex triplarinus)
•해파리(jellyfish) : 연록 형광 단백질 (green fluorescent protein, GFP), 태양광 에 노출이 되면 연한 녹색 빛깔을 나타냄 (So What?) GFP(연록 형광 단백질) 세포 안 쪽에서 무슨 일이 벌어지는 지 눈으로 확인 가능. •곰팡이계 (fungi) : 식물의 종자와 유사한 포 자(spore)를 퍼뜨려서 열매처럼 작용하는 기 관 형성 Î먹이감을 덮고 안으로뻗어 나가는 매우 가 늘고 실 같은 균사 (hypae)를 형성 Î균사는 실 같은 형태는 먹이흡수가 일어나 는 표면을 최대로 함 Î식물보다 동물에 가까움 Î세균을 죽이는 항생제 약 1/3이 이에 해당 Cyclosporin : 곤충을 감염시키는 곰팡이에서 유래한 약품, 숙주의 면역계 억제, 기관이식 시 사용되는 약품 소재
•식물계(Plantae) : 초기 식물은 작고 지면에 가깝다(지의류, 양치)Î관다발 조직의 진 화Î종자(어린 식물보호, 영양공급)Î현화식물(flowering plant)//중복수정, 동물에 의한 생식 매개, 포식자에 대한 방어기작
•식물계(Plantae) : 초기 식물은 작고 지면에 가깝다(지의류, 양치)Î관다발 조직의 진 화Î종자(어린 식물보호, 영양공급)Î현화식물(flowering plant)//중복수정, 동물에 의한 생식 매개, 포식자에 대한 방어기작 •현화식물의 화학적 방어의 다양성 : 쿠라레 덩굴 (신경의 근육조직 조정 능력, 근육이 완제, 마취제) •여우장감(digitalis): 강심제, 심근의 수축을 강화하고 심장박동수를 감소시키는 약물 심박출량 증가, 울혈성 심부전 환자의 혈액순환을 원활하게 하고 심방성 세동(細動) 이나 조동(粗動), 환자의 심실 수축률을 낮추는 데 사용
•일일초 (vinca spp): 항종양 알칼로이드, tubulin과 결합하여 미세소관(microtuble)의 polymerization을 억제하여 세포독성 유사분열 중기에서 세포분열을 중지(taxol) •알로에 (Aloe vera) 는 현재 항염증효과, 상처 치유효과, 진통효과, 항관절염 효과 Î크로멘계에 속하는 물질은 비경쟁적인 효 소 활성화 억제 반응을 통하여 티로시나제 (tyrosinase) 효소 활성화를 억제하는 효과가 있어 멜라닌 생성을 억제 Aloe emodin Î p53 유전자의 발현 증대Î 항암효과 Anthraquinones Î 항염증효과 Gel Î 항균효과 Alotin Î 암, 염증 피부질환에 효능 Curarine 빈카(일일초, V. rosea L., 영명 Madagascar Periwinkle) 노회 Aloe는 원래 아프리카원산지로 아라비어어 로 맛이 쓰다라는 뜻이 며 노회는 로에를 그대 로 한자로 쓴 것임
