세균인공염색체
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1. 개요
세균인공염색체(BAC)는 세균에서 유래한 인공 염색체로, 플라스미드 복제, 세포 분열 시 DNA 분배, 항생제 내성 등의 기능을 수행하는 유전자들을 포함한다. 유전 질환 모델링, 감염성 질환 연구 등 다양한 분야에 활용되며, 특히 유전자 변형 마우스와 함께 사용되어 알츠하이머병, 다운 증후군, 암 연구에 기여한다. 또한, 대형 DNA 및 RNA 바이러스의 유전체를 클론화하여 바이러스 감염 연구를 용이하게 한다.
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| 세균인공염색체 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 유형 | DNA 구조 |
| 기능 | 유전자 복제 및 조작 |
| 크기 | 일반적으로 100-300 kb |
| 기반 | F 인자 플라스미드 기반 |
| 역사 및 개발 | |
| 개발자 | 시오즈야 히로아키 |
| 개발 연도 | 1992년 |
| 개발 기관 | 캘리포니아 공과대학교 (Caltech) |
| 초기 목표 | 큰 DNA 단편의 안정적인 복제 및 유지 |
| 구성 요소 | |
| 복제 원점 | F 인자 복제 원점 (oriS, repE) |
| 복제 조절 유전자 | parA, parB (분할 조절) |
| 선택 마커 | 항생제 내성 유전자 (예: 클로람페니콜) |
| 클로닝 부위 | 다양한 제한 효소 부위 |
| 장점 | |
| 안정성 | 큰 DNA 단편의 안정적인 유지 |
| 크기 | 큰 삽입 용량 (100-300 kb) |
| 복제 | 낮은 복제수 (세포당 1-2개) |
| 단점 | |
| 조작 | 전통적인 플라스미드보다 조작이 어려울 수 있음 |
| 크기 제한 | 특정 크기 이상의 DNA는 불안정할 수 있음 |
| 활용 분야 | |
| 유전체 연구 | 유전체 지도 작성 및 서열 분석 |
| 유전자 기능 연구 | 유전자 발현 및 기능 분석 |
| 형질전환 | 형질전환 동물 생산 |
| 의학 연구 | 유전자 치료 및 질병 모델 개발 |
| 추가 정보 | |
| 관련 기술 | YAC (효모 인공 염색체), PAC (P1 인공 염색체) |
| 보관 | 대장균에서 유지 및 보관 |
2. 구조
일반적으로 세균인공염색체는 다음과 같은 공통적 요소들을 가진다.
- ''repE'' : 플라스미드 복제 및 복제수 조절에 관여한다.
- ''parA'' 및 ''parB'' : 세포 분열 시 F 플라스미드 DNA를 딸세포로 분배하고 BAC의 안정적인 유지를 보장한다.
- 선택 마커: 항생제 내성을 나타낸다. 일부 BAC는 블루/화이트 선택을 위해 클로닝 부위에 lacZ 유전자를 가지고 있기도 하다.
- ''T7 & Sp6'' : 삽입된 유전자의 전사를 위한 파지 프로모터.
- 표지유전자 : 세포에 BAC와 유전자가 잘 도입되었는지 확인하는 데 필요하다. 항생제 저항성 유전자가 일반적이다.
- 프로모터 : 삽입된 유전자의 발현을 위해 필요하다.
- Cloning site : 제한효소절단부위들이 존재하여 표적 유전자가 삽입될 수 있는 자리이다.
2. 1. 주요 구성 요소
일반적으로 세균인공염색체는 다음과 같은 공통적 요소들을 가진다.- ''repE'' : 플라스미드 복제 및 복제수 조절에 관여한다.
- ''parA'' 및 ''parB'' : 세포 분열 시 F 플라스미드 DNA를 딸세포로 분배하고 BAC의 안정적인 유지를 보장한다.
- 선택 마커: 항생제 내성을 나타낸다. 일부 BAC는 블루/화이트 선택을 위해 클로닝 부위에 lacZ 유전자를 가지고 있기도 하다.
- ''T7 & Sp6'' : 삽입된 유전자의 전사를 위한 파지 프로모터.
- 표지유전자 : 세포에 BAC와 유전자가 잘 도입되었는지 확인하는 데 필요하다. 항생제 저항성 유전자가 일반적이다.
- 프로모터 : 삽입된 유전자의 발현을 위해 필요하다.
- Cloning site : 제한효소절단부위들이 존재하여 표적 유전자가 삽입될 수 있는 자리이다.
3. 질병 연구 기여
3. 1. 유전 질환 모델
세균 인공 염색체(BAC)는 현재 유전 질환 모델링에 더 많이 활용되고 있으며, 종종 유전자 변형 마우스와 함께 사용된다. BAC는 복잡한 유전자가 암호화 서열의 상류에 여러 조절 서열을 가질 수 있으며, 이는 유전자의 발현 수준을 제어하는 다양한 프로모터 서열을 포함하기 때문에 이 분야에서 유용하다.BAC는 알츠하이머병과 같은 신경 질환 연구 또는 이수성과 관련된 다운 증후군의 경우와 같이 마우스에 어느 정도 성공적으로 사용되었다. 또한 암과 관련된 특정 암 유전자를 연구하는 데 사용된 경우도 있다. 이들은 전기천공법/형질전환, 적절한 바이러스를 이용한 형질 감염 또는 미세 주입을 통해 이러한 유전 질환 모델로 전달된다.
BAC는 관심 있는 유전자 또는 대규모 서열을 감지한 다음 BAC DNA 마이크로어레이를 사용하여 이를 인간 염색체에 매핑하는 데 사용할 수 있다. BAC는 재배열 위험 없이 훨씬 더 큰 서열을 수용하고 다른 유형의 복제 벡터보다 안정적이기 때문에 이러한 종류의 유전 연구에 선호된다.
3. 2. 감염성 질환 모델
여러 대형 DNA 바이러스와 RNA 바이러스의 유전체가 BAC로 클론화되었다. 이러한 구조체는 BAC 구조체를 숙주 세포에 형질 감염시키는 것만으로도 바이러스 감염을 시작하기에 충분하므로 "감염성 클론"이라고 한다.[5][6][7] 이러한 BAC의 감염성은 헤르페스바이러스, 폭스바이러스 및 코로나바이러스와 같은 많은 바이러스 연구를 더 쉽게 만들었다. 이러한 바이러스에 대한 분자 연구는 이제 박테리아에 있는 동안 BAC를 변이시키기 위한 유전적 접근 방식을 사용하여 수행할 수 있다. 이러한 유전적 접근 방식은 상동 재조합을 수행하기 위해 선형 또는 원형 표적 벡터에 의존한다.[8]참조
[1]
논문
Construction of large DNA segments in Escherichia coli
1989-06
[2]
논문
Cloning and stable maintenance of 300-kilobase-pair fragments of human DNA in Escherichia coli using an F-factor-based vector
1992-09
[3]
논문
The development and applications of the bacterial artificial chromosome cloning system
http://www.kjm.keio.[...]
2001-03
[4]
논문
Construction of a 750-kb bacterial clone contig and restriction map in the region of human chromosome 21 containing the progressive myoclonus epilepsy gene
1996-03
[5]
논문
Engineering the largest RNA virus genome as an infectious bacterial artificial chromosome
2000-05
[6]
논문
Cloning the vaccinia virus genome as a bacterial artificial chromosome in Escherichia coli and recovery of infectious virus in mammalian cells
2002-09
[7]
논문
Cloning and mutagenesis of a herpesvirus genome as an infectious bacterial artificial chromosome
1997-12
[8]
논문
Epstein-Barr virus genetics: talking about the BAC generation
2010-12
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