DNA cloning and recombinant DNA | Biomolecules | MCAT | Khan Academy

지금부터 DNA cloning 에 대해 한 번 알아봅시다

DNA cloning 이란, 한 조각의 DNA를

복제하는 것을 말합니다

보통 우리에게 중요한 것을

암호화하는 DNA조각입니다

단백질로서 발현되는 유전자로,

우리가 유용하다고 생각하는 것입니다

자, 여러분은 cloning의 개념을

스타 워즈의 'Clone Wars' 또는

복제 양 돌리를 통해 들어보셨을텐데요,

그와 관련이 있습니다

양과 같은 유기체를 복제한다고 하면

원래의 동물과 일치하는

유전 물질을 가지는 동물을 만드는 것입니다

그러나, DNA cloning과 cloning을 이야기할때는

조금 더 단순한 것을 말합니다

하지만, 이 또한 매우 흥미롭습니다

완전히 똑같은 DNA를 만드는 것 말입니다

도대체 어떻게 하는 것일까요?

이게 DNA라고 합시다

이렇게 길게 그리는데

실제로는 이중 가닥인데,

그냥 써놓겠습니다

이것은 이중 가닥을 의미합니다

계속 두 가닥을 그리는 것은

수고스러우니까요

아, 그냥

두개를 그릴게요

두가닥이라는 것을 확실히 해둡시다

자, 됐습니다

이건 이중 가닥 DNA인데요

DNA의 이 부분은

우리가 복제하고 싶은 유전자를 가지고 있습니다

여기 있는 이 부분을 복제하고 싶다는 것입니다

복제할 유전자

복제할 유전자

우리가 하고 싶은 첫 번째 일은

이 유전자를 어떻게든 잘라내는 것입니다

자르기 위해서는

제한효소를 사용하면 됩니다

엄청나게 많은 종류의 제한효소가 존재하는데,

저는 개인적으로 우리가 이러한 효소들을

식별할 수 있고 DNA의 어떠한 부위를 자르는지

알 수 있을 만큼 문명이 발달했다는

사실이 정말 놀랍습니다

효소들은 염기의 배열을 인식하는데

우리는 DNA의 어떠한 부분을 자를 때

어떤 제한효소를 사용해야 하는지

알 수 있습니다

문명이 이렇게나 발전했습니다

우리는 제한효소를 사용합니다

어떤 효소는

다른 색을 사용할게요

여기에 붙어서

이 부분의 염기 서열을 인식하고

자릅니다

이게 그 제한효소이고

또, 다른 효소는

자르고 싶은 DNA의 반대편 끝 염기서열을

인식합니다

표시를 해두겠습니다

자, 여기 있는 이것들이

바로 제한효소입니다

제한효소

자, 제한효소를 사용했다면

전체 DNA 중에서

오로지 이 유전자만 따로 떼어낼 수 있습니다

양쪽에 약간씩 남아있을 수도 있지만

실질적으로는 그 유전자를 잘라냈다고 볼 수 있습니다

원하는 유전자를 잘라내기 위해 효소를 사용했으니

다음으로 플라스미드에

붙이면 됩니다

플라스미드란,

염색체 밖에 존재하는 유전 물질인데

복제가 가능합니다

다시 말하자면

유기체의 유전 복제 시스템에 의해

같이 복제되는 것입니다

또, 유기체의 다른 유전자들,

즉, 염색체 상의 유전자들처럼

발현될 수도 있습니다

자, 이게 우리가 자르는 부위고

써놓겠습니다

유전자를 잘라내고

플라스미드에

붙여야 합니다

참고로 플라스미드는 보통 원형 DNA입니다

유전자를 플라스미드에 붙일 것인데,

잘라낸 유전자에는

종종 돌출부위, 즉 점착성 말단이 있는데

여기에 점착성 말단이 있을 수 있고,

여기에도 있을 수도 있습니다

그런데 우리가 유전자를 삽입시킬 플라스미드도

점착성 말단이 있고,
잘라낸 유전자의 점착성 말단과 상보적인

염기 서열을 가진다면,

다시 말해서, 서로 상보적인 점착성 말단을 가진다면

서로 붙기 쉬울 것입니다

자, 유전자를 플라스미드에 붙이고 있습니다

정말 놀랍죠

DNA는

우리가 우리 손으로 직접 복제하거나

테이프로 붙일 수 있는

그러한 물질이 아닙니다

이러한 DNA 시료에

제한효소를 넣으면

제한효소가 DNA를

자릅니다

정확한 부위에 작용해

이러한 현상이 일어나게 되고

제한효소로 잘린 유전자를

양 끝이 적절한 염기 서열을 가지는 플라스미드에 넣어

DNA 조각과 플라스미드가 서로

결합할 수 있도록 합니다

다음으로 DNA 연결효소를,

DNA 연결효소를

넣어서 DNA의 골격을

서로 붙여줍니다

DNA 복제를 공부할 때
DNA 연결효소를 배운 적이 있었습니다

이게 DNA 연결효소입니다

DNA 연결효소는

DNA 조각과 플라스미드가 서로 붙도록 해줍니다

자, 이제 이 재조합 플라스미드를

복제해줄 수 있는 어떠한 유기체에

삽입해야 합니다

이러한 용도로 흔히 사용되는 유기체는

박테리아와 대장균 등이 있는데,

우리가 해야 할 일은

뭐, 우리에게

대장균이 포함된

어떠한 용액이 들어 있는

바이알이 있다고 합시다

많은 대장균

직접 눈으로 볼 수는 없겠지만

용액 속에는 대장균이 있습니다

우리가 대장균보다 더욱 눈으로 보기 힘든

플라스미드를 이 용액 속에 넣고

대장균 또는 박테리아가

플라스미드를 받아들였으면 하는데

이를 위해서는

충격을 가해주는 방법이 흔히 사용됩니다

이러한 충격은 박테리아로 하여금
플라스미드를 받아들이도록 합니다

흔히 열충격을 주는데,

열충격이 어떻게 이런 작용을 일으키는지는

알려지지 않았습니다

근데, 진짜 됩니다

이 방법은 오랫동안 사용되어왔습니다

박테리아가 있다면,

여기 있다면,

박테리아도 자신의 DNA가 있을 것인데,

이게 그 유전 물질이라고 합시다

바로 이거, 표시해둘게요

이게 박테리아입니다

플라스미드가 있는 환경에

박테리아를 넣고

열충격을 주면

어떤 박테리아는 그 플라스미드를 받아들이게 됩니다

플라스미드를 받아들이게 됩니다

이렇게 플라스미드를

가지고 들어가게 됩니다

다음으로 해야 하는 일이

박테리아가 든 용액을

어떤 박테리아는 플라스미드를 받아들였을 그 용액을

고체배지에 부어서

박테리아를 배양합니다

한 번 그려보겠습니다

한 번 그려보겠습니다

자, 여기 박테리아를 키울

고체 배지가 있습니다

배지에는 박테리아가 자라는 데 필요한

영양분이 있습니다

영양분이 있습니다

영양분이 있으니까

용액을 여기에 부으면

박테리아가 자랄 것이라고 예상할 수 있습니다

그러면 이와 같은 것들을 볼 수 있는데

이는 수많은 박테리아가 뭉쳐 있는

콜로니입니다

그냥 자라도록 내버려둬도 되는데

여기서 문제가 하나 발생합니다

제가 아까 어떤 박테리아는

플라스미드를 받아들이고

어떤 박테리아는 그러지 않는다고 했습니다

그래서 우리는 모릅니다

만약 플라스미드를 받아들인 이 박테리아가

계속 복제되어

콜로니를 형성한다면

이 콜로니는 우리가 필요로 하는

콜로니라고 할 수 있습니다

체크해놓겠습니다

그러나, 이 콜로니는 플라스미드를 받아들이지 않은

다른 박테리아들로부터 만들어졌을 수도 있습니다

그러므로 이 콜로니는 아까 잘라낸 유전자가 없는
박테리아로 구성되어있을 것입니다

이 콜로니는 필요 없는 것이죠

그렇다면 플라스미드를 받아들인 박테리아를

어떻게 하면 구별해낼 수 있을까요?

구별하는 방법은 이와 같습니다

복제하고자 하는

유전자 옆에

항생제 저항성 유전자를

플라스미드에

삽입시키는 것입니다

그러면 이제 항생제 저항성 유전자가 여기 있을 것입니다

따라서 오로지

아, 정말 인류가 이러한 일들을

할 수 있다는 사실이 정말 신기한데요,

재조합 플라스미드를 받아들인 박테리아만이

항생제에 대한 저항성을 가지게 됩니다

이제 우리의 배지에

영양소와 항생제를 넣습니다

항생제를 넣습니다

항생제를 넣었으니 이 콜로니는
저항성 유전자가 있으므로

살아남을 것입니다

이 콜로니는 항생제에 강한

유전자를 가지고 있기 때문이죠

그러나 이 콜로니는 살아남지 못할 것입니다

애초에 콜로니가 생기지도 않았을 것입니다

영양소에

항생제가 섞여 있으니까

아예 자라지도 못합니다

신기한 일이죠

목적 DNA에서 시작해서

그 DNA를 자르고 플라스미드에 삽입했습니다

표시를 좀 하도록 하겠습니다

항생제 저항성 유전자를 가져

플라스미드를 받아들이는 박테리아에
항생제 저항성 형질을 부여하는

이 플라스미드에 DNA를 붙여넣습니다

이 플라스미드를 박테리아와 함께 놓고

어떠한 충격을 가합니다

열충격을 가하면, 어떤 박테리아는
플라스미드를 받아들여

그대로 박테리아가 복제를 시작합니다

복제를 하면서 받아들인 플라스미드 또한 복제가 되는데

플라스미드에는 항생제 저항성
유전자가 포함되어 있으므로

영양소-항생제 혼합물 속에서 자라날 것이고

플라스미드를 받아들이지 않은 박테리아는

자라지 않을 것입니다

이 과정을 통해 생긴 콜로니를

이 콜로니를

다른 용액에 집어넣고

계속 배양합니다

그러면 박테리아 내부에 있는

목적 유전자가 많아지겠죠

다음 문제는

제가 지금 모든 걸 엄청 단순하게 표현하고 있는데,

이제 목적 유전자를 가지는

박테리아들을 많이 가지게 되었습니다

이걸 어떻게 사용해야 하는 걸까요?

박테리아 자신들은,

목적 유전자가 우리에게 필요한 물질을
암호화하고 있다고 합시다

예를 들어 당뇨병 치료를 위한 인슐린 같이 말입니다

박테리아의 시스템을 이용해서

이 경우, 생식 시스템을 이용해서

유전 정보를 복제했는데,

생식 말고도 생산 시스템을 이용할 수도 있습니다

이렇게 말할 수 있습니다

박테리아는 자신의 DNA에 따른 형질을 발현시킬 것인데,

이와 더불어 플라스미드의 유전자 또한
발현시킬 수 있다는 것입니다

실제로 그 작용이 박테리아에게

항생제 저항성 형질을 부여하는 것이지요

그러나, 이 유전자가 인슐린 유전자라고 하면

박테리아는 많은 인슐린을 생산할 것입니다

우리가 사용할 수 있는

인슐린 분자들을요

인슐린을 어떻게 꺼내고

어떻게 사용하는지에 대해서는

자세히 들어가지는 않겠습니다만,

저는 우리가 여기까지 왔다는 것 자체가

아주 대단하다고 생각합니다