유전자 기술

재조합 DNA는 두 개의 서로 다른 소스의 DNA를 결합하여 만든 DNA입니다. 유전자 공학은 유전 물질을 고의적으로 변경하는 것으로, 종종 유전자를 유기체에 전달하여 유전자가 발현(단백질 생성을 위해 켜짐)되도록 합니다.

이송할 유전자는 세 가지 방법으로 얻을 수 있습니다:

• 공여 유기체의 DNA에서 잘어내어,
• 역전사효소를 사용하여 공여체의 mRNA로부터 만들어지고,
• 염기로부터 화학적으로 합성됩니다.

도구들

프로모터는 유전자와 함께 이송되어야 할 경우가 많습니다. 프로모터는 유전자가 새로운 유기체에서 전사될 수 있게 하는 "스위치"이므로, 이것이 없으면 유전자는 침묵 상태에 머물러 있습니다.

유전자가 성공적으로 들어갔고 작동함을 확인하기 위해 과학자들은 옆에 표지 유전자를 추가합니다- 예를 들어 형광(빛나는) 산물을 코딩하는 것. 세포가 빛난다면 이송이 성공했습니다.

유전자 편집

유전자 편집은 유전 공학의 정밀한 형태입니다. 이는 게놈의 정확한 부위에서 DNA를 삽입, 삭제 또는 교체합니다.

DNA 복제 및 분별

• 중합효소 연쇄 반응(PCR)은 DNA를 복제하고 증폭-数百万의 복제를 만들기 위해-하는 데 사용됩니다. Taq 중합효소라고 불리는 열안정 효소를 사용하여 가열 및 냉각 주기를 반복합니다.

• 겔 전기영동은 길이별로 DNA 조각을 분리합니다. 조각들은 전기장 내에서 겔을 통과하며, 짧은 조각들은 더 멀리 이동하므로 길이에 따라 밴드로 퍼집니다.

UV 광선 아래의 실제 젤: 왼쪽 레인은 DNA 라더이며, 발광하는 밴드는 조각들이 길이에 따라 분리된 모습을 보여줍니다

• 마이크로어레이는 전체 게놈 연구에 사용되며, mRNA를 포착함으로써 어떤 유전자가 활성화되었는지를 감지합니다.
• 데이터베이스는 유전자의 뉴클레오티드 서열과 단백질의 아미노산 서열을 저장하여 전 세계 과학자들이 이를 비교할 수 있게 합니다.

재조합 인간 단백질

인간 유전자를 박테리아나 다른 세포에 주입하여 재조합 인간 단백질—인간 단백질과 동일한 복사본—을 생성하게 할 수 있습니다. 이는 더 안전하고 항상 충분한 양이 공급되며, 동물이나 기증자로부터 얻은 단백질을 사용하는 것을 피할 수 있습니다. 예로는 인슐린(당뇨병용), 인자 VIII(혈우병용) 및 아데노신 데아민아제(면역 체계 결함용)가 있습니다.

유전자 스크리닝

유전자 스크리닝은 증상 발생 전에 개인의 DNA를 검사하여 질병 알레lix를 찾습니다. 예로는 유방암 위험을 높이는 BRCA1 및 BRCA2 알레릭스, 헌팅턴 병, 및 낭포성 섬유증이 있습니다. 결과를 알면 치료와 가족 계획에 대한 정보에 기반한 선택을 하는 데 도움이 됩니다.

유전자 요법

유전자 요법은 기능적인 유전자 복사본을 환자의 세포에 주입하여 유전 질환을 치료합니다. 이 방법은 SCID(면역 체계가 실패하는 질환) 및 일부 유전성 안구 질환에 사용되었습니다.

사회적·윤리적 문제

유전자 스크리닝과 유전자 요법은 우려를 낳습니다:谁的 genetic results를 볼 수 있는지, 보험사나 고용주가 이를 오용할 수 있는지, 변화가 안전하고 영구적인지, 그리고 누가 결정하는지에 대한 문제입니다. 이러한 윤리적이고 사회적 질문들은 혜택과 균형 있게 고려되어야 합니다.

유전자 공학은 사육 동물과 작물을 개선하여 증가하는 세계 식량을 공급하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 유전 변형 생물(GMO) 의 예로는 다음과 같습니다:

• 크기가 더 빠르게 자라는 GM 연어.
• 제초제에 내성을 갖게 만든 콩, 이로 인해 제초제를 뿌려도 작물은 손상되지 않고 잡초만 제거할 수 있습니다.
• 해충을 죽이는 단백질을 만들어 해충에 강인하게 만든 면화입니다.

GMO는 또한 윤리적·사회적 문제를 제기합니다: 섭취가 안전한지, 환경 및 야생 종에 미치는 영향, 공학된 유전자가 확산될 수 있는지, 소수의 대형 기업이 식량 공급을 통제해야 하는지에 대한 문제입니다.

해설 예시. 범죄 현장에서 수집된 미량의 DNA 시료를 증폭하여 용의자의 것과 비교해야 합니다. 두 기술법과 각각의 목적을 간략히 설명하십시오. PCR은 반복적인 사이클로 DNA를 복제합니다: 약 $95\ °\text{C}$도에서의 **변성(denaturation)**이 가닥을 분리하고, 약 $55\ °\text{C}$도에서의 **결합(annealing)**이 표적 양끝에 프라이머가 결합하며, 약 $72\ °\text{C}$도에서의 **연장(extension)**에서 **Taq 중합효소(Taq polymerase)**가 새 가닥을 합성합니다. 각 사이클마다 양이 두 배로 늘어나므로, $n$회 사이클을 거치면 $2^n$배의 복제가 이루어집니다. 30회 사이클을 거치면 하나의 분자가 대략 십억 개로 증가합니다. 이후 **젤 전기영동(gel electrophoresis)**으로 조각들을 분리합니다. DNA는 인산 그룹으로 인해 음전하를 띠므로 양극(anode) 쪽으로 이동하며, 짧은 조각일수록 젤内进行 더 멀리 이동합니다. 밴드 패턴이 일치하면 같은 출처임을 시사합니다. Taq 중합효소는 **열안정성(thermostable)**이기 때문에 사용됩니다. 일반 중합효소는 첫 번째 사이클의 고온($95\ °\text{C}$)에서 변성될 것입니다.

• 킷트워크 구성 요소 설명: 제한 효소(특정 서열에서 절단, 점착성 말단), 라이게이스(접합), 플라스미드 벡터, 및 PCR(증폭).
• 젤 전기영동 설명: DNA는 크기에 따라 분리되며, 작은 조각은 더 멀리 이동함 - 유전자 지문 분석에 사용됨.
• GMO와 유전자 요법에 대한 균형 잡힌 혜택 및 우려사항 제시.