[Gene Cloning and DNA Analysis] Why Gene Cloning and DNA Analysis are Important - 2부

유전자 클로닝을 위해선 특수한 도구 및 기술들이 필요하다.

1. 벡터(Vector)

유전자 클로닝 실험의 핵심 구성요소는 벡터이다. 클로닝 벡터로 작용하기 위해, DNA분자(벡터)는 숙주세포로 들어갈 수 있어야 하고, 일단 들어가면, 수많은 복사본을 생산하기 위해 복제할 수 있어야만 한다. 두 가지 유형의 DNA분자가 이러한 요구를 만족시킨다.

1) 플라스미드(Plasmid) : 세균(bacteria)과 일부 다른 생물체(예컨대, 균류인 효모)내에서 발견되는 작은 원형의 DNA이며, 플라스미드는 숙주세포 염색체와는 독립적으로 복제가능하다.

2) 바이러스 염색체 : 특히 박테리오파지(Bacteriophage;숙주세포가 세균인 바이러스로 세균성 파지라고도 함)의 염색체. 감염동안, 박테리오파지 DNA분자는 숙주세포 내부로 주입됨으로써 복제가 일어난다.

2. DNA를 조작하기 위한 기술들

플라스미드와 박테리오파지 DNA분자가 클로닝 벡터로서의 조건에 적합하지만 DNA분자를 조작하는 실험적인 기술 없이는 아무 소용이 없다.

1) 기본 기술들

① 순수한 DNA 샘플의 준비하는 기술

② DNA 분자들을 절단하는 기술

③ DNA 단편의 크기를 분석하는 기술

④ DNA 분자들을 서로 연결시키는 기술

⑤ DNA를 숙주 세포 안으로 도입시키는 기술

⑥ 재조합 DNA 분자들을 가진 세포를 동정하는 기술

3. 다양한 클로닝 벡터들

유전자 클로닝이 비교적 새로운 것이긴 하지만, 그것은 매우 정교한 공학으로 발전해 왔다. 오늘날 매우 다양한 클로닝 벡터들이 이용가능하다. 이들 중 거의 전부는 자연상의 플라스미드 또는 바이러스로부터 유래하지만, 대부분 특별한 유형의 클로닝 실험에 적합하도록 하기 위해 여러 방법으로 수정되고 있다.

왜 유전자 클로닝이 이토록 중요한가 ?

그 대답은 클로닝이, 세포가 함께 가지고 있는 모든 다른 유전자들로부터 분리된 하나의 개별 유전자의 순수한 샘플을 제공할 수 있기 때문이다. 클로닝 실험에서 클로닝될 DNA단편은 수많은 다른 단편들과 혼합되어 있으며 재조합체 중에는 클로닝될 DNA단편이 삽입된 클론이 존재하게 된다. 

클로닝 실험의 성공과 실패의 열쇠는 수많은 클론들 중에서 관심 있는 클론을 동정하는 능력에 달려있다. 비교적 간단한 생물체인 대장균(E. coli)의 경우 4,000개의 유전자 부위가 존재하고 사람의 경우는 대장균의 약 20배나 된다. 따라서 원하는 클론을 선별하기 위한 기술이 필요하다. 즉, 특정 유전자의 분리 및 발현 조사를 위해 중요하다.

왜 PCR(Polymerase chain reaction)이 또한 중요한가 ?

1980년대 후반까지 클로닝은 단지 개별 유전자의 순수한 시료를 얻는 수단이었다. PCR은 오늘날의 생물학자들에게 유전자 분리를 위한 제 2의 접근 방법을 제공하고 있다. PCR실험에서 DNA분자의 단일부위는 여러 번 복제되어, 그 결과 DNA단편이 증폭된다.

이 실험에서 증폭될 DNA부위에는 원하는 유전자가 포함되어 있으며, 이러한 점에서 클로닝과 동일하다. PCR은 유전자 클로닝보다 신속한 기술이면서 훨씬 덜 복잡하고, 하나의 출발 분자로부터 수백만 개의 복사본을 증폭시킬 수 있다. 

이러한 엄청난 감수성은 PCR이 단일세포 또는 이미 말라 버린 혈흔이나 사망한지 오래된 인간의 뼈와 같은 물질로부터 유전자를 분리하기 위해 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 

PCR 실험을 위해선 ① 주형으로서 ssDNA(단일 가닥 DNA), ② 프라이머[primer(×2)], ③ 중합효소, ④ dNTPs(ATP, GTP, CTP, TTP)가 필요하다. PCR을 위한 재료들은 실험목적에 따라 달라질 수 있다.

Fig. 2 The basic steps in the polymerase chain reaction.

Fig. 3 Cloning allows individual fragments of DNA to be purified. 

Fig. 4 The problem of selection.

Fig. 5 Gene isolation by PCR.

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