2-2. 유전자 재조합 기술
유전자 재조합 기술
• 표적 유전자를 제한효소를 이용해 잘라내고 이를 벡터에 삽입해 재조합 DNA를 만든 후,
숙주에 도입해 발현시키는 과정에 관련되는 기술(vector: bacteria plasmid 사용)
Basic Process of
Recombinant DNA Technology
2-2. 유전자 재조합 기술(Cont.)
유전자 재조합 기술 활용
3. 인간 유전체
(Human Genome)
Chromosome 22 publication front cover.
[Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: [Nature] (402 (6761): 445 - 562), ©1999]
• 게놈(genome, 유전체)
- 유전자(gene)+ 염색체(chromosome) - 염색체에 담긴 모든 유전자를 총칭함
• 인간게놈 (human genome, 인간 유전체)
- 인간이 지닌 모든 유전정보의 집합체
3-1. 인간게놈 프로젝트(HGP: Human Genome Project)
• 1990년 미국ㆍ영국 등 6개국 과학자들이 공동으로 23쌍 염색체 DNA 속에 암호처 럼 코딩 되어 있는 인간유전정보를 해독 하는 인간게놈프로젝트(HGP) 시작
• 미국 Celera Genomics사 인간 DNA 샘플 을 이용해 30억 쌍의 염기서열을 밝혀내 고 인간게놈지도 99% 완성. 2001년 2월, 인간게놈프로젝트(HGP)와 동시발표
• 2003년 4월, 염기서열 가운데 해독하지 못한 15만 곳 중 대부분을 풀어 인간게놈 지도를 최초 완성
• 2008년 차세대염기서열분석기 사용. 왓 슨의 염기서열 을 결정지음. 기존의 1/100 의 비용으로 2개월 만에 이루어냄
Venter's company Celera Genomics competed with the publicly financed Human Genome Project to complete the draft sequence, but any animosity was forgotten as Francis Collins, head of the HGP at the National Institutes of Health, and Venter met reporters(2001. 02)
• 미국의 생명공학벤처(1998년 5월), 셀레라(Celera)는 속도를 뜻하는 라틴어
• 설립모토: 속도가 문제다. 발견은 기다리지 않는다(Speed matters. Discovery can't wait)
• 설립자 : 크레이그 벤터(Craig Venter) 박사
☞ 미국립보건원에서 염기서열분석의 1인자로 평가 받았던 그는 50개국 정부기관이 지원하는 인간 게놈 해독 국 제 공공 콘소시엄인 인간게놈계획(HGP)에 참여
☞ 1998년 , 독자적으로 게놈 연구소(TIGR)를 설립하고 새로운 염기서열 분석방식인 `샷건(shotgun)방식’을 제안 했다가 게놈프로젝트쪽으로부터 거부당함
☞ 슈퍼컴퓨터 제작업체인 퍼킨-엘머사(PE)와 손을 잡고 사설연구소 TIGR를 합쳐 셀레라를 설립
• 인간게놈지도 완성
☞ 1999년 5월 초파리의 유전자 염기서열 분석시작
☞ 1999년 9월에는 인간 유전체 분석시작
☞ 2000년 6월 26일 유전자 염기서열의 규명작업을 대략적으로 완료했음을 발표
☞ 2001년 2월 인간게놈프로젝트(HGP)가 1988년부터 10년을 넘게 연구한 것을 HGP와 동시에 인간 게놈지도 99% 완성을 발표
☞ 셀레라의 속도는 '샷건'이라는 새로운 염기서열 분석방식과 대규모 컴퓨팅 시스템에서 나온다. 이 샷건방식은 신뢰성은 떨어지지만 분석 속도에서는 게놈프로젝트 쪽 방식에 비해 압도적으로 우수한 것으로 알려져 있다.
Celera Genomics의 인간 게놈지도 완성
3-2. 1000 Genomes Project
• 2008년 1월에 영국, 미국, 중국이 합작하여 3년 내에 다양한 인종으로 구성된 인간 1000명의 유 전체를 해독하는 국제 프로젝트. 인간 게놈 프로젝트 이후 가장 큰 규모의 유전체 프로젝트
• 2008년 한국인의 유전체 염기서열 지도완성. 2009년 보다 정확한 유전체 분석, 네이처지에 발표
• 기존에 한두 명의 게놈 지도를 해석하는 것이 아니라, 빠른 속도로 많은 사람의 유전체를 한꺼번
에 해석하여 변이체학의 기초를 이룰 수 있는 자료 형성. 자료는 일반인에게 공개
구글, 인류 유전자분석용 API 공개
임유경 기자 [email protected] 2014.03.03
구글이 인류 건강을 위한 표준과 정책, 기술에 공헌하는 국제기구인 '글로벌 얼라이언스 포 제 노믹스(유전체분석) 앤 헬스'에 가입했다. 이를 위해 DNA 염기 서열을 분석하고 검색할 있는 웹 기반 API를 공개했다. "슈퍼컴퓨터를 이용한 유전자 분석 기술을 고도화시키고 이 분야 연구 생태 계를 혁신하는데 일조하겠다고 밝혔다. 구글은 "연구 데이터는 전보다 쉽게 만들어지는데, 이 데 이터를 해석하고 분석하는 일은 여전히 어려운 문제이며 특히 데이터의 양이 증가하면서 더 힘들 어 졌다"라고 설명했다. 이어 "한 사람의 전체 게놈이 만들어내는 로(raw) 데이터가 100GB이고 백 만명이라면 100TB에 이른다"며 "유전자 정보를 분석하는 학문인 '제노믹스'는 특히 데이터 양이 많고 분석이 어렵다"고 덧붙였다. 구글은 "분석 기술을 향상시키고 연구 생태계에 혁신을 가져 오 는 것이 우리 역할"이라며 "데이터 중심적인 연구가 필요한 생명과학 분야를 돕기 위해 유전적 데 이터를 불러오고 처리하고 저장하고 검색할 수 있는 웹 기반 API를 제공한다"고 밝혔다.
구글의 제노믹스 API는 구글 클라우드 인 프라에서 구현 가능하며, 1천명의 유전체를 해 독하는 국제 프로젝트같은 공공 데이터 샘플을 이용한 프리뷰 실행도 제공한다. 구글은 "며칠 씩 걸렸던 생물학적 가설 실험을 슈퍼컴퓨터 없이도 단 몇 초 만에 수행할 수 있으며, 연구 원이 어디 있든 병에 걸린 사람과 건강한 사람 사이를 구분 지을 수 있는 샘플을 얻을 수 있 다"라며 "또 치료에 반응하는 환자와 상태가 악화되는 환자의 차이, 또는 유해한 병원균과 그렇지 않은 병원균을 구분할 수 있게 된다고 상상해 보라"며 프로젝트의 가능성을 설명했다.
미국 생명공학기업 일루미나 혁신 적 인간 게놈 해독장비 개발 1000달러에 30억쌍 염기서열 모두
해독. 하루에 5명 게놈 해독 가능
23andMe 기업이 개인들을 대상으로 맞춤형 DNA 분석 Kit를 제공
3-3. 사람의 유전체 연구와 활용
• 사람의 핵(22쌍의 상염색체, 1쌍의 성염색체), 미토콘드리아(원형 mtDAN) 유전체 분석 결 과
☞ DNA는 30억 개의 염기쌍
☞ 인간의 유전체 중 1,1~1.5%에 해당하는 부분만 단백질합성 유전자 3만여 개 확인
☞ 단백질합성 유전자가 위치한 부위에서는 개인차가 거의 없음*
☞ 유전자 중 223개는 세균의 유전자와 유산 한 것으로 확인(세균 감염으로 인해 인류 염색 체로 직접 전달된 것이라고 추측)
• 단일 핵산염기 다형현상 (Single Nucleotide polymorphism, SNP)
☞ DNA 염기서열에서 하나의 염기서열(A,T,G,C)의 차이를 보이는 유전적 변화 또는 변이
☞ 유전자가 위치하지 않는 부위에서 약 1000개마다 1개씩 점돌연변이가 나타남*
☞ 사람의 유전체 0.1%에 해당하는 염기서열만이 개인 간에 차이가 있음(99.9%가 유사)
☞ 각 개인마다 변이를 보이는 염기서열은 질병과는 연관이 없이 개인차를 나타내는 표
지로 사용될 수 있으며 이것을 DNA 지문 (DNA fingerprinting)이라고 함
RFLP 현상(Restriction fragment length polymorphism)
• 두 개체의 동일한 염색체 부위에 같은 DNA 유전자 제한효소(restriction endonuclease)로 잘랐더 라도 절단된 DNA 절편 길이가 개인에 따라 다양하게 나타나는 현상
• 단일 핵산염기 다형현상 (Single Nucleotide polymorphism, SNP)에서 야기되는 현상으로 결실 또 는 반복되는 짧은 염기서열의 수의 차이에서도 RFLP 현상이 나타나기도 함
• 유전질환 진단, 감염성 병원체 감염여부 진단, 개인이 특정 질병에 걸릴 확률, 시기 등의 예측, 예 방, 조기진단, 맞춤치료에 활용
• 생물학적 기능을 지배하는 분자 작동 원리를 규명, 식품업체에서 세균을 효과적으로 검출
3-3. 사람의 유전체 연구와 활용(Cont.)
David Botstein, director of the Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics at Princeton University
1980년 데이비드 보스테인(David Bostein)과 그의 동료 들이 제한효소(restriction endonuclease)로 가계지도를 작성하던 중 처음 발견되었다. 그들은 DNA 상의 특정 부 위에 점돌연변이(point mutation)가 생겨 제한효소로 절 단하였을 때 나타나는 절편들의 길이가 개인마다 다양하 게 나타나는 현상을 관찰하였다.
