형질전환 유전자는 형질전환 유전자를 만들기 위해 동물이나 식물에 첨가되는 외래 또는 변형 유전자이다. 이 유기체들은 유전자나 유전자의 발현을 변화시키도록 유전적으로 설계된다; 종종 식량 생산을 개선하거나 인간의 질병을 모형화한다.
농업은 아마도 FDA 목록에 160개 이상의 "신종 식물 품종"이 등록되어 있는 가장 명백한 유전자 변형 응용 분야일 것이다. 해충과 질병에 대한 내성이 향상되고 제초제에 대한 내성이 향상되는 것이 가장 일반적인 변형 특성 중 하나이다. 그러나 개발자들은 작물 수확량을 증가시키고, 환경 스트레스 요인에 대한 내성을 향상하며, 영양 성분을 향상하기 위해 특성을 수정할 수도 있다. 1999년에 골든 라이스 프로젝트가 도입되었는데, 그들은 비타민 A의 결핍과 미량 영양소가 부족한 탄수화물 식품에 대한 의존이 흔한 사람들에게 지속 가능한 생물 강화 옵션을 제공하는 것을 목표로 했다. 개발자들은 두 개의 유전자를 추가함으로써 쌀 식물이 가지고 있는 기계를 프로비타민 A 활성을 가진 카로티노이드인 β-카로틴을 곡물에서 합성할 수 있었다. 식물에 최적화된 재조합 DNA 전략은 박테리아 플라스미드를 이용하여 잎을 잘라낸 세포를 전이시킨다. 이러한 세균 플라스미드는 배양에서 이식된 세포의 선택적 성장을 가능하게 하기 위해 원하는 트랜스 유전자와 마커 유전자를 포함한다. 배양 중에 선택 배지를 사용함으로써, 개발자들은 오직 이식된 세포만이 생존하고 증식할 수 있다. 이것은 개발자들이 유전자 변형 식물을 효율적으로 생산하는 데 도움이 되지만, 논란이 없는 것은 아니다. 유전자 변형 생물의 상업화는 선택 유전자의 사용을 포함한 다양한 이유로 우려를 불러일으켰다. 이러한 선택 유전자/표지들은 트랜스 유전자의 성공적인 흡수를 구별하는 데 사용된다; 그것들은 시각적인 변화나 항생제에 대한 내성을 포함할 수 있다. 항생제 내성을 가진 마커 유전자는 환경오염물질로 불리며, 수평적 유전자 전달의 위험에 대한 우려가 있다. 형질전환 유기체로부터의 수평적 유전자 이동의 위험은 낮지만, 이러한 사건들은 항생제의 치료적 가치를 떨어뜨리고 자연환경에 침입종들을 도입할 수 있다.
의학의 유전자 변형 식물
식량 안보를 개선할 수 있는 가능성뿐만 아니라, 유전자 변형 식물들은 바이오 의약품을 생산하는 데 사용될 수 있다. 식용 백신은 이런 방식으로 유전자 변형 식물을 활용한다. 직접 또는 벡터 매개 유전자 전달을 통해 식물은 특정 질병 항원을 발현하도록 개발될 수 있다. 이들 식물에서 생산된 식용 백신은 주로 점막 면역 반응을 활성화시켜 면역 체계의 선천적 팔과 적응적 팔을 모두 작동시킨다. 이것은 더 쉬운 투여 모드와 전통적인 백신에 대한 더 비용 효율적인 옵션을 제공한다. 아마도 놀랄 것도 없이, 식용 백신은 회의론의 대상이 되어 왔다; "논란적인" 것으로 여겨지는 두 가지 주제인 백신과 유전자 변형 유기체를 결합한다. 그들의 안전성에 대해 종종 논쟁이 있지만, 먹을 수 있는 백신은 1998년부터 국립알레르기감염증연구소에 의해 승인되었다. 식용 백신은 특히 적절한 저장과 투여가 불가능한 국가에서 전통적인 백신보다 더 지속 가능하고 접근 가능한 대안을 제공한다. 2020년 현재 B형 간염, 콜레라, 인플루엔자, 광견병, E형 간염에 대한 식용 백신 임상시험이 진행되고 있다. 대장균을 투여하고 있었다.
유전자 변형 유기체를 사용하여 질병 복제품 만들기
재조합 DNA 기술은 백신 생산을 넘어 의료에 혁명을 가져왔다. 유전적으로 변형된 동물들은 종종 개인의 질병의 근본적인 메커니즘을 더 잘 이해하는 것을 돕기 위해 사용된다. 질병 표현형과 관련된 유전자를 도입함으로써, 그 상태를 모방하는 형질전환 유기체를 만드는 것이 가능하다. 이 동물들은 효과적인 치료 선택권을 선별하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 질병의 세포와 분자적 기초를 더 깊이 이해하는 데 사용될 수 있다. 쥐는 아마도 유전자 변형 및 유전자 녹아웃 모델을 만드는 데 가장 광범위하게 사용되며, 게놈 연구와 질병 병리학의 이해를 위한 기초를 제공한다. 개발자는 대상 유전자를 마우스 배아줄기(ES) 세포에 도입해 초기 배아에 주입한 뒤 유사 임신 마우스로 이식함으로써 대상 유전자를 배아줄기에 둔 생쥐를 번식시킬 수 있다. 표적 유전자의 비 랜덤 삽입 또는 삭제를 보장하기 위해 상동 재조합을 이용한 방법이 개발되었다. CRISPR-Cas 시스템은 다양한 응용 프로그램과 함께 가장 널리 알려진 예 중 하나이다. 가이드 RNA가 DNA의 정확한 염기서열을 결합하고 PAM 염기서열이 존재할 때, Cas 단백질은 이중 가닥 분열을 일으킨다. CRISPR 시스템은 트랜스젠더를 템플릿으로 사용하여 DNA를 복구합니다. 이 시스템은 또한 전사 활성화 또는 억제기로 작용하도록 수정될 수 있다. Cas 단백질 엔도 뉴클레아제 활성을 비활성화함으로써, CRISPR 시스템은 DNA에서 표적에게 액세서리 기능을 효율적으로 지시하는 데 사용될 수 있다. 형질전환 유기체는 유전학과 유전체학에서 강력한 도구를 입증하여 유전자 기능과 질병 표현형과 관련된 유전자를 더 잘 이해할 수 있게 해 주었다. DNA 염기서열이 더 저렴해지고 사용 가능해짐에 따라, 각 개인의 상태에 맞는 생체내 복제품을 만들 수 있는 잠재력은 많은 사람들에게 정밀 의학을 향상할 수 있다.
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