유전학2

유전학2

지난 시간에 이어 유전학에 대해 자세히 알아보려고 합니다. 유전학에서 분자생물학과 분자 유전자로  발전하며 생명공학으로까지 발전하게 됩니다. 코로나 검사에 사용하는 PCR 검사도 유전학에 의해서 개발되었습니다. 유전학의 발전과 접근 방법을 알아보겠습니다.

1. 유전학의 발전

1970년대부터 분자생물학과 분자유전학의 개념이 나오기 시작하면서 발전된 다양한 기술이 개발되면서 유전학의 지식이 분자 수준으로 심화되었습니다. 유전학 역사에서 1972년은 획기적인 저기를 맞이하게 됩니다. 이 해에 한 생물의 DNA를 잘라서 다른 생물의 DNA 속에 삽입하는 소위 재조합이라 부르는 기술이 개발됩니다. 제조합 DNA 기술은 유전공학이라는 새로운 분야를 만들게 됩니다. 이 기술을 복제하고 변형시킬 수 있게 되어 오늘날의 생명공학의 기초를  확립하게 됩니다. 오늘날 세균의 군집은 인슐린과 인간 성장 호르몬을 만들어내는 데 사용되고 있습니다. 1983년 캐리 뱅크스 멀리스가 개발한 종합효소 연쇄반응 기술은 특별한 DNA 서열을 단시간 내에 수십억 배 이상 복제할 수 있습니다. PCR은 유전물질을 다양한 실험이 가능할 정도로 충분한 양으로 증폭시킴으로써 분자 생물학을 획기적으로 발전시켰습니다. 그 밖에도 진단과 치료방법 개발을 위해서 DNA를 방사성 물질이나 형광 물질로 표지화하는 방법들이 개발되고 있습니다. 이러한 발견들 덕분에 게놈의 전체 서열을 규명하는 단계에 도달했습니다. 그 이후 1995년 세균, 1998년 꼬마선충, 2000년 초파리 그리고 인간의 게놈이 밝혀졌습니다. 유전자의 서열 자체를 통해서 유전자와 유전자 구조에 대해서 그동안 잘 몰랐던 많은 사실들을 알게 되었습니다.

2. 유전학 접근 방법

2-1 모델 생물

유전학자들은 원래 광범위한 생물에서 유전을 연구해왔지만, 점차 특정한 생물의 유전을 연구하는데 특화되기 시작했습니다. 어떤 생물에 대한 연구 결과가 축적되면서 새로운 연구자들도 그 생물을 대상으로 연구하는 것이 훨씬 편리하게 되었기 때문입니다. 일부 극소수의 모델 생물이 대부분의 유전학 연구에 기초가 되었습니다. 모델 생물을 이용한 유전학에서 흔히 이루어진 연구 주제에는 유전자 조절 연구와 발생, 암에서 유전자의 관련성이 포함되어 있습니다.
모델 생물이 유전학에서 연구 대상으로 선택되는 이유는 편리성과 연관이 깊습니다. 즉 짧은 세대 기간과 유전적 조작이 용이하다는 이유로 일부 생물이 유전학 연구의 보편적인 도구가 되었습니다.

2-2 모델 생물의 예

* 장내 세균인 대장균

* 선충

* 초파리

* 평범한 생쥐

2-3 유전자 복제

유전학에 대한 연구와 과학기술이 발달하면서 DNA를 실험실에서 조작할 수 있게 되었으며, 제한효소라는 효소를 가지고 DNA를 특정한 서열에서 절단, 일정한 DNA 조각을 얻을 수 있습니다. 이러한 DNA 조각은 DNA 조각의 길이에 따라서 분리하는 겔 전기영동법을 사용하여 눈으로 확인할 수 있습니다. 분리된 DNA 조각은 연결 효소를 통해 연결합니다. 서로 다른 곳에서 얻은 DNA 조각을 함께 연결함으로써 재조합 DNA를 만들 수 있습니다. 재조합 DNA에서는 세균의 플라스미드를 주로 사용합니다. 플라스미드는 세균의 작은 독립된 원형 DNA로 몇 개의 유전자를 운반하고 있습니다. 외부 DNA를 삽입한 플라스미드를 세균에 삽입하고 그런 세균을 한천 배지에서 기르면 삽입된 DNA 조각을 수 없이 복제할 수 있습니다. 이것을 분자 복제라 합니다.

2-4 DNA 서열 결정과 유전체학

유전학 연구에서 개발된 기술 가운데 가장 기초가 되는 기술은 DNA 염기서열 결정법입니다. DNA 염기서열 결정 기술을 이용해서 DNA 조각의 뉴클레오티드의 서열을 결정할 수 있습니다. 1977년 프레더릭 생어와 그의 동료들은 DNA 염기서열을 결정하는 기술을 개발하여 연쇄 종결 서열 분석법으로 DNA 조각의 염기서열을 결정하는데 오늘날 보편적으로 사용되고 있습니다. 이러한 기술을 이용하여 과학자들은 많은 질병과 관련된 분자 서열을 연구해오고 있습니다.

2-5 인간 게놈 프로젝트

과학자들은 서로 다른 DNA 조각의 서열을 함께 끼워 맞추는 컴퓨터 프로그램을 사용하여 많은 생물의 유전체 서열을 밝혔습니다. 이러한 기술은 인간 게놈의 서열을 밝히는 데도 사용되어 2003년 인간 게놈 프로젝트를 완성하였습니다. 인간 게놈 프로젝트는 다음 편에 다시 다루도록 하겠습니다.