유전자 전달 메커니즘 - 형질전환 (transformation)

지금부터 공여 DNA가 어떻게 세포 안으로 들어가는지에 대한 몇 가지 세부사항 을 살펴보기로 하자.

 

형질전환 (transformation)

모든 속(genus)의 박테리아가 벌거숭이(naked) DNA를 받아들이는 것은 아니다. 형질전환이 가능한 속들 내에서도 특정 변종(strain)만이 형질전환이 가능하다 (competent), 형질전환 능력이 있는 세포는 그렇지 않은 세포에 비해 DNA를 세포 표면에 결합하는 능력이 훨씬 뛰어나다. 형질전환 능력은 세포의 생리 상태(현재와 이전의 성장 조건)에 따라 달라질 수 있다. 형질전환 능력이 있는 집단 내에서 조차도 모든 세포가 형질전환이 가능한 것은 아니다. 전형적으로 약 0.1~1.0%가 형질 전환이 가능하다.

대장균은 정상적으로는 형질전환 능력이 없으나, 이것의 미생물 유전학상의 중요성으로 인해 형질전환 능력을 유도하는 실험적 과정이 개발되었다. 이 과정은 대장균을 온도 조작과 연계하여 높은 농도의 칼슘 이온으로 처리하는 것을 포함한다. 처리된 세포의 형질전환 능력은 대장균의 변종들에 따라 다르지만, 전형적으로 낮은 값을 갖는다(백만 마리 중의 하나가 성공적으로 형질전환된다), 선별 표식(selective marker)을 사용한다면, 이 정도의 빈도도 매우 유용하다. 형질전환은 세포에 도입된 정보가 전파될 때만 효과가 있다. 형질전환을 행할 때, 플라스미드(plasmid)라 불리는 운반체(vector)를 전형적으로 사용한다. 이 요소는 재조합 DNA를 사용하는 산업적으로 중요한 대부분의 발효의 근간을 형성한다.

 

재조합 DNA를 만들기 위해서는 재조합할 목적 DNA, DNA 운반체(vector), 제한 효소, 연결 효소(ligase)가 필요하다. DNA 운반체는 목적 DNA를 숙주 세포로 운반하는 역할을 하는 DNA이며, 숙주 세포는 재조합 DNA를 이식 받을 살아 있는 세포이다. 숙주 세포로는 대장균이 주로 이용된다. 대장균은 분자생물학적 정보가 충분히 밝혀져 있어 유전자를 조작 하여 전체 대사를 조절하기 용이하고 배양과 보존이 간편하기 때문에 재조합 DNA의 숙주 세포로 자주 사용된다.

 

플라스미드는 보통 염색체의 외부에 존재하는 자율적(autonomous)이며 자기복제를 하는(self-replicating) 겹 가닥(double-stranded) DNA이다. 몇 가지 플라스미드는 낮은 복제수(copy number) (세포당 불과 몇 개)의 플라스미드로서 존재하며, 다른 것들은 높은 복제 수(세포당 20~100개)를 갖는다. 이 플라스미드들은 세포 분열할 때의 분 배(partitioning) 메커니즘이 다르고 복제 조절 면에서도 서로 다르다. 플라스미드는 전형적으로 성장에는 필수적이지 않으나 어떤 환경 분위기하에서는 숙주세포에서 중요한 이점을 제공할 수 있는 단백질에 대한 유전자 정보를 수록하고 있다. 예를 들어, 대부분의 플라스미드는 특정 항생제에 대한 내성을 제공하는 단백질에 대한 정보를 수록하고 있다. 이러한 항생제 내성은 원하는 플라스미드를 가진 세포를 선별할 때 도움이 된다.