생리생화학실험실

Gene cloning의 2단계는 유전자를 vector에 삽입하는 것입니다. 도대체 왜 vector라는 물질을 쓰며, 이것이 하는 일이
무엇일까요 

Vector는 다음과 같은 기능이 있습니다.

1) 세포 내에서 자가복제(self-replication) 을 합니다

Vector로 쓰는 DNA들은 세포 내에서 자가복제를 합니다. 박테리아 세포 내에는 박테리아가 고유하게 가지고 있는 chromosomal
DNA가 있습니다. 한 세포당 하나밖에 있을 수 없는 것이지요. 그런데 vector는 한 세포 내에서도 스스로 복제하여 수많은 copy가 존재할
수 있습니다. 이런 성질을 실험에 이용합니다.

2) 항생제를 이용한 선택(selection) 이 가능합니다

Vector에 존재하는 항생제 내성 유전자를 이용하면 DNA가 세포 내로 주입되었는지 아닌지를 판별할 수 있습니다. Gene
cloning에서는 내가 원하는 유전자가 세포 속으로 들어갔는지가 중요하기 때문에 이런 기능은 필수적이라고 할 수 있습니다. 이렇게 해서 세포
속으로 DNA가 들어간 세포만을 선별하는 것을 selection이라고 합니다.

3) Multiple cloning site(MCS)를 이용할 수 있게 해 줍니다.

앞으로 보시겠지만, 실험실에서 사용하는 vector는 일정부위에 제한효소 절단부위가 밀집된 부분이 있어서 cloning에 용이합니다.
때로는 이 부분을 이용하여 자신이 원하는 construct를 자유자재로 만들 수도 있습니다. Multiple cloning site가 없는
vector는 이용 가치가 거의 없습니다.

4) Vector 부위를 이용한 DNA sequencing, 단백질 발현 등을 할 수 있게 해
줍니다.

내가 원하는 유전자를 삽입하고 나면 여러 가지 실험이 용이해집니다. Vector에 존재하는 염기서열을 이용한 DNA sequencing을
하기도 편하고, vector에 달린 여러 부분을 이용하여 단백질 발현을 할 수도 있습니다.

이런 이유로 해서 원하는 유전자를 vector에 삽입하는 것이 필요합니다.

Vector의 종류

Vector의 종류에는 plasmid, bacteriophage, cosmid, phagemid 등 여러 가지가 있습니다. 그중 가장 널리
쓰이는 것은 plasmid입니다.

Plasmid는 self-replicatable, extrachromosomal, double stranded, small circular
DNA입니다. 여러분 중에서는 plasmid가 뭔지 처음 들어보시는 분도 계실 것 같습니다.

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Bacteria에서 존재하기도 하고 존재하지 않기도 하는 수상한 DNA가 바로 plasmid입니다. Bacteria에는 자신이 꼭 가져야
할 chromosomal DNA 이외에 아주 작고 동그란 DNA가 따로 있을 수 있습니다. 이 DNA가 plasmid입니다. 이 DNA는 세포
내의 복제 장비를 이용해서 chromosomal DNA와는 상관없이 자가복제(self-replication)할 수 있습니다. 잘 아시다시피 세포
내에서 chromosomal DNA가 복제된다면, 이 세포는 반드시 두 개로 나뉘어져야 합니다. 그것이 바로 세포 분열이지요. 그렇게 해서
DNA는 반드시 한 세포당 하나씩 가져야 하는 것입니다.

그런데, plasmid는 한 세포 내에서도 많은 수를 가지고 있을 수 있습니다. 한 세포당 몇 개까지 가질 수 있는가를 plasmid의
copy number라고 하고 이는 plasmid의 성질에 따라서 틀린데, 많게는 1,000개 까지 된다고 합니다. 즉, 어떤 plasmid는
한 세포에 1,000개의 동일한 plasmid를 가질 수 있다는 것이지요.

이해를 돕기 위해서 bacteriophage를 먼저 설명해봅시다.

Bacteriophage란 virus의 일종으로 bacteria에 기생합니다. Virus는 단백질로 된 세포 껍데기와 핵산만을 가진
것이지요  그래서 bacteria에 붙어서 핵산만을 세포 내로 주입한 다음 세포 내의 공장을 이용해서 핵산을 복제하고 세포 껍데기를
만든 다음 수만마리의 virus를 만들어 세포를 깨고 나오는 그런 미생물이지요.

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그렇다면, 만약에 한 마리 virus를 잡아서 그 안에 유전자 사이에 내가 원하는 유전자를 끼워 넣었다면 어떻게 되는 건가요. 이
virus가 세포에 들어가 깨면서 나오는 수만마리의 virus는 내가 원하는 유전자를 다 가지고 있을 것이 아니겠습니까!!!

이 기가막힌 아이디어를 우리가 실험에 이용하는 것입니다. Plasmid 하나에 내 유전자를 끼워 넣고 세포에 넣어준다면 그 plasmid가
자가복제하는 동안 내 유전자는 손하나 까딱 안하고 증폭이 되고 있습니다.

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Plasmid가 구체적으로 어떻게 생겼는지는 DNA ligation 및 selection 과정에서 더욱 자세히 설명하겠습니다.