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재조합 DNA

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목차

1. 개요

재조합 DNA는 서로 다른 유전 물질을 결합하여 새로운 유전자를 생성하는 기술을 의미한다. 이는 DNA 절단 및 분리, DNA 접합 및 숙주 도입, 숙주 내 복제 및 재조합 DNA 생성 과정을 통해 이루어진다. 분자 클로닝은 재조합 DNA 생성에 사용되는 실험실 과정이며, 클로닝 벡터를 사용하여 DNA를 복제한다. 재조합 DNA 기술은 의학, 농업, 기초 연구 등 다양한 분야에서 활용되며, 인슐린, 성장 호르몬, 혈우병 치료제, 백신, 제초제 저항성 작물, 황금쌀, 키모신 생산 등에 적용된다. 그러나 유전자 변형 생물의 안전성, 환경 영향, 윤리적 문제 등에 대한 논쟁이 존재하며, 기술의 정확성 및 예측 불가능성으로 인한 잠재적 위험성도 제기된다.

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재조합 DNA
개요
정의분자 수준에서 인간의 행위에 의해 생성되어 새로운 DNA 서열을 생성하는 DNA 분자
관련 용어유전자 재조합
관련 기술유전자 클로닝
역사
최초 개발1970년대 초
개발자폴 버그
스탠리 코헨
허버트 보이어
생성 방법
기본 원리서로 다른 출처의 DNA 조각을 시험관 내에서 결합하여 새로운 DNA 분자 생성
사용 효소제한 효소
DNA 리가아제
과정특정 DNA 서열을 자르는 제한 효소 사용
DNA 조각들을 함께 연결하는 DNA 리가아제 사용
벡터에 삽입하여 복제
응용 분야
의학인슐린 생산
성장 호르몬 생산
백신 개발
유전자 치료
농업유전자 변형(GM) 작물 개발
해충 저항성 작물 개발
제초제 저항성 작물 개발
산업효소 생산
바이오 연료 생산
화학 물질 생산
연구유전자 기능 연구
단백질 구조 연구
질병 메커니즘 연구
기술
분자 클로닝정의: 특정 DNA 조각을 복제하여 증폭시키는 기술
과정:
DNA 조각을 플라스미드와 같은 벡터에 삽입
벡터를 숙주 세포(예: 대장균)에 도입
숙주 세포 내에서 DNA 조각 복제
유전자 전달정의: 재조합 DNA를 세포 내로 도입하는 기술
방법:
형질전환
형질감염
유전자 도입
유전자 편집정의: 특정 DNA 서열을 정확하게 수정하는 기술
기술:
TALEN
CRISPR
고려 사항
윤리적 문제유전자 변형 생물체(GMO)의 안전성
유전자 치료의 윤리적 문제
디자이너 베이비의 가능성
안전 문제재조합 DNA 기술의 잠재적 위험
실험실 안전 규정 준수 필요
환경 방출 시 영향 평가 필요
규제재조합 DNA 기술 관련 규제
생물 안전성 관련 규제

2. 기술의 개요

재조합 DNA 기술은 특정 유전자를 분리하여 다른 생물의 DNA에 삽입하고, 이를 숙주 세포 내에서 증식시켜 원하는 유전 물질이나 단백질을 대량으로 얻는 기법이다.[76] 이 과정은 일반적으로 다음과 같은 핵심 단계를 포함한다.

먼저, 제한효소를 이용하여 원하는 유전자가 포함된 DNA 조각을 잘라낸다.[76] 이후, 필요에 따라 잘라낸 DNA 조각들을 분리하고[76], 목표하는 DNA 조각을 벡터라고 불리는 운반체 DNA에 DNA 연결효소를 사용하여 연결(접합)한다.[76][48] 이렇게 만들어진 재조합 DNA는 대장균과 같은 숙주 세포에 도입되며, 숙주 세포가 분열함에 따라 재조합 DNA도 함께 복제된다.[76] 이 과정을 통해 특정 유전자를 대량으로 복제하거나, 해당 유전자가 발현되도록 하여 특정 단백질을 생산할 수 있다.

재조합 DNA를 만드는 대표적인 실험 기법으로 분자 클로닝이 있다.[3][4][5][6][44][45][46][47] 분자 클로닝은 살아있는 세포 내에서 DNA를 복제하는 방식으로, 시험관 내에서 DNA를 증폭하는 중합 효소 연쇄 반응(PCR)과는 차이가 있다.[44][45][46][47] 재조합 DNA 기술을 통해 만들어진 유전 형질은 원래 유전자를 가지고 있던 생물과 전혀 다른 종에서도 작동할 수 있다.[76]

2. 1. DNA 절단 및 분리

제한효소는 DNA 염기서열의 특정 위치를 인식하고 그 부위를 잘라내는 역할을 한다.[76] 이렇게 잘라낸 DNA 조각들은 겔 전기 영동법을 이용하여 크기별로 분리할 수 있다.[76]

2. 2. DNA 접합 및 숙주 도입

유전자 클로닝 과정. DNA 접합 및 숙주 도입 단계를 포함한다.


원하는 DNA 조각을 선별한 후, 이를 적절한 운반체 DNA에 연결하는 과정이 필요하다. 이 과정을 DNA 접합이라고 부른다.[76] 이때 DNA 연결효소(리가아제)가 사용되어 대상 DNA 조각과 운반체 DNA를 서로 붙인다.[76][48] 운반체로는 주로 살아있는 세포 내에서 스스로 복제할 수 있는 클로닝 벡터가 사용되는데, 대표적으로 플라스미드나 바이러스에서 유래한 것을 사용한다.[7][48] 이러한 벡터에는 외부 DNA를 삽입할 수 있는 자리, 재조합 DNA를 가진 세포를 식별하기 위한 유전자 등이 포함되어 있다.[7] DNA 조각들을 결합하는 방법에는 제한 효소와 DNA 연결효소를 이용하는 전통적인 방식 외에도 깁슨 조립과 같은 다양한 기술이 활용된다.[48]

이렇게 만들어진 재조합 DNA는 실험 목적에 맞는 숙주 세포에 도입되어야 한다.[6][47] 흔히 사용되는 숙주 세포로는 대장균이 있다.[76] 재조합 DNA가 숙주 세포 안으로 성공적으로 들어가면, 숙주 세포가 분열하고 증식함에 따라 재조합 DNA도 함께 복제된다.[76] 이 과정을 통해 원하는 유전자를 대량으로 얻거나 특정 단백질을 생산할 수 있게 된다.

분자 클로닝의 표준적인 과정에서 보면, 재조합 DNA를 만드는 단계(4단계)와 이를 숙주 생물에 도입하는 단계(5단계)가 여기에 해당한다.[6][47]

2. 3. 숙주 내 복제 및 재조합 DNA 생성



만들어진 재조합 DNA는 대장균과 같은 숙주 세포에 도입된 후, 숙주 세포의 증식 과정을 통해 함께 복제된다. 이 과정을 통해 원하는 DNA가 대량으로 증폭된다.[76] 숙주 세포 내에서 재조합 DNA를 만들고 복제하는 대표적인 실험 기법으로 분자 클로닝이 있다.[44][45][46][47]

분자 클로닝은 살아있는 세포 내에서 특정 DNA 서열을 복제하는 방법으로, 시험관 내에서 DNA를 증폭하는 중합 효소 연쇄 반응(PCR)과는 구별된다.[44][45][46][47] 분자 클로닝에는 클로닝 벡터라는 DNA 운반체가 필요하다. 주로 플라스미드나 바이러스에서 유래한 벡터는 스스로 복제할 수 있는 능력이 있으며, 외래 DNA를 삽입할 수 있는 자리와 재조합 DNA가 성공적으로 도입된 숙주 세포를 식별하기 위한 유전자(예: 항생제 내성 유전자) 등을 가지고 있다.[48] 원하는 DNA 조각을 제한 효소 처리 등을 통해 벡터에 삽입하고 DNA 연결효소로 연결하여 재조합 DNA를 만든다.[76][48]

표준적인 분자 클로닝 과정에서 재조합 DNA가 만들어진 후에는 다음과 같은 단계를 거쳐 숙주 내에서 복제하고 원하는 클론을 선별한다.[47]

# '''재조합 DNA의 숙주 생물로의 도입''': 만들어진 재조합 DNA를 준비된 숙주 세포(주로 대장균) 안으로 넣는다. 이 과정을 형질전환이라고 한다.

# '''재조합 DNA를 포함하는 개체의 선택''': 재조합 DNA가 성공적으로 도입된 숙주 세포만을 선별한다. 예를 들어, 벡터에 항생제 내성 유전자가 있다면 특정 항생제가 포함된 배지에서 배양하여 살아남는 세포들만 골라낼 수 있다.

# '''목적 DNA 삽입과 생물학적 성질을 갖는 클론의 스크리닝''': 선별된 숙주 세포들 중에서 원하는 DNA가 올바르게 삽입되었는지, 그리고 원하는 형질(예: 특정 단백질 생산)을 나타내는지 등을 확인하여 최종적으로 원하는 클론(유전적으로 동일한 세포 집단)을 선별한다.

이렇게 선별되고 증식된 숙주 세포를 통해 대량의 재조합 DNA 또는 재조합 DNA가 발현하여 만들어내는 단백질 등을 얻을 수 있다. 재조합 DNA 기술을 통해 만들어진 유전 형질은 원래의 생물과 전혀 다른 종에서도 작동할 수 있다.[76]

3. DNA 발현

숙주 세포에 도입된 재조합 DNA는 발현될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. DNA가 발현되지 않고 단순히 복제만 될 수도 있지만, 전사와 번역 과정을 거쳐 재조합 단백질이 생성될 수도 있다.[9][49] 외래 유전자가 성공적으로 발현되기 위해서는 적절한 유전적 요소들이 필요하며, 때로는 발현 효율을 높이기 위한 추가적인 조작이 이루어지기도 한다.[9][10][11][12][49][50][51]

3. 1. 발현 최적화

재조합 DNA 구조 내에 포함된 외래 DNA는 숙주 유기체로 이식된 후 발현될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 즉, DNA는 발현 없이 단순히 복제될 수도 있고, 전사 및 번역되어 재조합 단백질이 생성될 수도 있다.[9][49] 일반적으로, 외래 유전자의 발현은 숙주의 번역 기구에서 사용할 수 있는 mRNA 분자를 생성하는 데 필요한 서열(예: 프로모터, 번역 개시 신호, 및 전사 종결자)을 포함하도록 유전자를 재구성해야 한다.[9][49]

이러한 유전자 발현을 개선하기 위해 숙주 유기체에 특정 변경을 가할 수도 있다.[10][50] 또한 번역을 최적화하고, 단백질의 가용화(용해), 재조합 단백질을 적절한 세포 또는 세포외 위치로 유도하고, 단백질을 분해로부터 안정화시키기 위해 코딩 서열에 대한 변경이 필요할 수도 있다.[10][11][12][50][51]

DNA 발현에는 적합한 숙주 세포의 형질 감염이 필요하며, 일반적으로 세균, 효모, 곤충 세포 또는 포유류 세포(예: 인간 배아 신장 세포 또는 CHO 세포)가 숙주 세포로 사용된다.[8]

4. 재조합 DNA를 포함하는 생물의 특성

DNA 발현을 위해서는 적합한 숙주 세포에 형질 감염시키는 과정이 필요하다. 일반적으로 세균, 효모, 곤충 또는 포유류 세포(예: 인간 배아 신장 세포 또는 CHO 세포)가 숙주 세포로 이용된다.[8]

숙주 유기체로 이식된 재조합 DNA 내의 외래 DNA는 발현될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 즉, DNA가 발현 없이 단순히 복제될 수도 있으며, 전사와 번역 과정을 거쳐 재조합 단백질을 생성할 수도 있다. 외래 유전자가 발현되려면 일반적으로 숙주의 번역 기구가 사용할 수 있는 mRNA 분자를 만들기 위해 필요한 서열들(예: 프로모터, 번역 개시 신호, 전사 종결자)을 포함하도록 유전자를 재구성해야 한다.[9] 때로는 외래 유전자의 발현을 향상시키기 위해 숙주 유기체를 변경하거나, 번역 최적화, 단백질 용해도 증가, 단백질의 적절한 세포 내 위치 지정, 분해 방지 등을 위해 코딩 서열 자체를 수정하기도 한다.[10][11][12]

대부분의 경우, 재조합 DNA를 가진 유기체는 겉으로는 정상적인 표현형을 보인다. 외형, 행동, 대사 등에서 특별한 변화가 관찰되지 않는 경우가 많다. 따라서 재조합 서열의 존재 여부는 주로 PCR 검사를 통해 DNA 자체를 확인함으로써 알 수 있다.[13][52]

만약 재조합 DNA 서열에 포함된 유전자가 발현된다면, 생성된 RNA나 단백질의 존재를 RT-PCR 또는 웨스턴 블롯과 같은 방법으로 검출할 수 있다.[13][52] 하지만 재조합 유전자가 숙주 유기체에서 특정 생물학적 활성을 나타내도록 의도적으로 조작되지 않는 한, 눈에 띄는 표현형 변화가 나타나는 것은 일반적이지 않다.[14][53]

4. 1. 잠재적 영향

유전자 조작에 의해 삽입된 새로운 유전자가 항상 이론대로 그 성질이 나타나는 것은 아니다. 이론과 실제가 다른 경우가 있으며, 이러한 현상에 대한 원인은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 또한 기술적 정확도가 떨어지는 경우도 많아, 새로운 유전자가 세포의 DNA 속으로 삽입되면서 엉뚱한 유전자의 발현을 유도하거나 주변 유전자 집단의 조절을 혼란에 빠뜨릴 가능성도 있다. 즉, 예상치 못한 위험을 초래할 가능성이 있다.

대부분의 경우, 재조합 DNA를 포함하는 유기체는 겉보기에 정상적인 표현형을 보인다. 외형, 행동, 대사 등이 변하지 않아, 재조합 서열의 존재는 보통 PCR 검사를 통해 DNA 자체를 검사해야만 확인할 수 있다.[13][52]

하지만 재조합 DNA는 발현되지 않더라도 해로운 영향을 미칠 수 있다. 한 가지 메커니즘은 삽입 불활성화로, 재조합 DNA가 숙주 세포의 특정 유전자 내에 삽입되어 해당 유전자의 기능을 상실시키는 경우이다. 연구자들은 이 현상을 이용하여 특정 유전자의 생물학적 기능과 중요성을 밝히기 위해 유전자를 "녹아웃"시키기도 한다.[15][54] 다른 메커니즘으로는, 염색체 DNA에 재조합 DNA가 삽입되면서 이전에는 발현되지 않던 숙주 세포 유전자가 부적절하게 활성화되는 경우가 있다. 예를 들어, 활성이 높은 프로모터를 포함한 재조합 DNA 조각이 이전에 침묵했던 숙주 세포 유전자 근처에 위치하거나, 유전자 발현을 억제하는 기능을 가진 숙주 세포 유전자가 재조합 DNA에 의해 삽입 불활성화될 때 이런 현상이 발생할 수 있다.

만약 재조합 DNA 서열이 발현되는 유전자를 암호화한다면, 재조합 유전자의 RNA 및/또는 단백질 생성물의 존재는 일반적으로 RT-PCR 또는 웨스턴 블롯 방법을 사용하여 감지할 수 있다.[13][52] 재조합 유전자가 숙주 유기체에서 특별한 생물학적 활성을 나타내도록 의도적으로 선택 및 수정되지 않는 한, 심각한 표현형 변화는 드물다.[14][53] 그러나 재조합 유전자 생성물이 숙주 유기체에 독성을 나타낼 수 있으며, 특히 과도하게 발현되거나 부적절한 세포 또는 조직 내에서 발현될 때 문제가 될 수 있다.

5. 응용

재조합 DNA 기술은 생명공학, 의학, 연구 분야에서 널리 사용된다. 오늘날, DNA 기술의 사용으로 생산되는 재조합 단백질 및 기타 제품은 사실상 모든 약국, 의원 또는 수의사 진료실, 의학 검사 실험실, 생물학 연구 실험실에서 찾아볼 수 있다.[4][45] 또한, 재조합 DNA 기술을 사용하여 조작된 유기체와 이러한 유기체에서 파생된 제품은 많은 농장, 슈퍼마켓, 가정용 약품 보관함, 심지어 GloFish|글로피쉬영어와 같은 유전자 변형 동물을 판매하는 애완동물 가게에서도 발견된다.[13][52]

이 기술은 기초 연구 분야에서 유전자 기능 규명 등에 핵심적으로 활용될 뿐만 아니라,[13][52] 산업, 식량 생산, 인의학 및 수의학, 농업 등 다양한 분야에서 실용적으로 응용되고 있다.[4][45]

5. 1. 기초 연구

재조합 DNA가 가장 일반적으로 이용되는 분야는 기초 연구이며, 현재 생물학 및 생명 의학 연구의 대부분에서 중요한 역할을 하고 있다.[13][52] 재조합 DNA는 유전자를 식별, 매핑, 염기 서열 분석하고 그 기능을 결정하는 데 사용된다. 재조합 DNA 탐침(rDNA probe)은 개별 세포 내 및 전체 유기체의 조직 전체에서 유전자 발현을 분석하는 데 이용된다. 또한, 재조합 단백질은 실험실 실험에서 시약으로 널리 사용되며, 세포 및 유기체 내에서 단백질 합성을 조사하기 위한 항체 탐침을 생성하는 데에도 이용되고 있다.[4][45]

5. 2. 의학

생명공학, 의학, 연구 분야에서 재조합 DNA 기술은 널리 활용되고 있으며, 이 기술로 생산된 재조합 단백질과 여러 제품들은 오늘날 약국, 병원, 동물병원, 임상 검사실, 생물학 연구실 등 다양한 곳에서 찾아볼 수 있다.[45] 특히 의학 분야에서 재조합 DNA 기술은 여러 질병의 치료와 예방에 중요한 역할을 수행하고 있다.

재조합 DNA 기술을 이용하여 대량 생산되는 대표적인 의료용 물질은 다음과 같다.

  • 인슐린: 제1형 당뇨병 환자 치료에 필수적인 인슐린은 과거 동물에서 추출했으나, 재조합 DNA 기술을 통해 인간 인슐린 유전자를 대장균이나 효모(사카로미세스 세레비시애)에 삽입하여 대량 생산하는 방식으로 대체되었다.[18][56][19][57] 재조합 인슐린은 동물 유래 인슐린과 달리 인체 면역 체계를 자극하지 않아 장기간 사용 시 발생할 수 있는 면역 반응 문제를 해결했다.[21][20]

  • 성장 호르몬 (HGH): 정상적인 성장과 발달에 필요한 성장 호르몬이 부족한 환자들에게 재조합 인간 성장 호르몬(rHGH)이 투여된다. 과거에는 사망한 사람의 뇌하수체에서 성장 호르몬을 추출했으나, 이 과정에서 크로이츠펠트-야콥병과 같은 심각한 질병 전파 위험이 있었다. 재조합 HGH는 이러한 위험 없이 안전하게 사용될 수 있게 되었다.[22][58] 다만, 일부 운동선수들이 경기력 향상을 위해 오용하는 문제가 지적되기도 한다.[23][24][59]

  • 혈액 응고 인자 VIII: 혈우병과 같이 혈액 응고 인자가 부족한 환자들에게 재조합 혈액 응고 인자 VIII이 투여된다.[25][60] 이전에는 여러 기증자의 혈액을 모아 처리하는 과정에서 HIV나 B형 간염과 같은 혈액 매개 질환의 전염 위험이 매우 높았으나, 재조합 기술을 통해 안전한 치료가 가능해졌다.

  • B형 간염 백신: B형 간염 바이러스는 시험관 내 배양이 어려워 백신 개발에 어려움이 있었으나, 재조합 DNA 기술을 이용해 효모 세포에서 바이러스 표면 항원 일부를 생산하는 서브유닛 백신 개발에 성공했다. 이를 통해 B형 간염 감염을 효과적으로 예방 및 관리할 수 있게 되었다.[26]

  • 재조합 항체 (rAbs): 특정 항원에만 결합하는 항체를 포유류 세포 배양 시스템을 통해 대량 생산하는 기술이다. 연구 목적으로 널리 사용될 뿐만 아니라, 특정 종류의 암, 감염성 질환, 자가면역질환 등의 치료제로도 활용된다.[27]

  • 기타 단백질: 빈혈 치료에 사용되는 에리트로포이에틴, 혈소판 유래 생장인자 등도 재조합 DNA 기술로 생산되는 의료용 물질이다.[76]


또한 재조합 DNA 기술은 질병 진단에도 중요하게 활용된다. 대표적으로 HIV 감염 진단에 사용되는 항체 검사(ELISA, 웨스턴 블롯)는 재조합 HIV 단백질을 이용하여 체내 항체 유무를 확인하며, DNA 검사(RT-PCR)는 재조합 기술을 기반으로 HIV 유전 물질의 존재를 직접 확인한다.

유전병 예방에도 재조합 DNA 기술이 응용될 수 있다. 2006년 영국에서는 착상 전 유전자 진단(PGH) 기술을 이용하여 낭포성 섬유증 유전자를 갖지 않는 건강한 수정란만을 선별하여 자궁에 착상시키는 방식으로 맞춤아기가 태어난 사례가 있다. 이는 부모가 가진 유전병이 자녀에게 유전될 위험을 원천적으로 차단하는 방법으로 활용될 가능성을 보여준다.[78]

5. 3. 농업

레닛에 포함된 키모신은 치즈 제조에 필요한 효소이다. 키모신은 유전자 조작을 거친 식품 첨가물로서 처음 상업적으로 이용되었다. 전통적으로 가공업자들은 포유류 수유 기간의 송아지 넷째 위에서 추출한 레닛으로부터 키모신을 얻었다. 과학자들은 실험실에서 대규모 효소 생산을 하기 위해 대장균(''Escherichia coli'')의 비병원성 균주(K-12)를 조작했다. 이 미생물에 의해 생산된 재조합 효소는 송아지 유래 효소와 구조적으로 동일하며, 저비용으로 대량 생산이 가능했다. 오늘날 미국에서 경성 치즈의 약 60%는 유전자 재조합 키모신을 사용하여 제조된다. 1990년, 미국 식품의약국(FDA)은 효소의 안전성을 입증하는 데이터를 바탕으로 키모신을 "일반적으로 안전하다고 인정되는"(GRAS) 물질로 평가했다.[17]

황금쌀은 β-카로틴 생합성을 담당하는 효소를 발현하도록 유전자 조작된 벼 품종이다.[14][53] 이 품종은 전 세계적으로 비타민 A 결핍증 발생 수를 감소시키는 데 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.[28][61] 황금쌀은 현재 규제 및 지적 재산권 문제 해결을 기다리는 중이어서 아직 상업적으로 이용되지 않고 있다.[29][62]

주요 농작물(콩, 옥수수, 수수, 카놀라, 알팔파 및 목화 포함)의 상업용 품종은 제초제 글리포세이트(상품명 라운드업)에 대한 저항성을 갖도록 재조합 유전자를 통합하여 글리포세이트 살포로 잡초 방제를 단순화했다.[30][63] 이러한 작물은 여러 국가에서 상업적으로 널리 사용되고 있다.

바실루스 튜링기엔시스(''Bacillus thuringiensis'')는 살충 성질을 가진 단백질(Bt 독소)을 자연적으로 생성하는 세균이다.[28][61] 이 세균은 오랫동안 해충 방제 전략으로 작물에 사용되어 왔으며, 이러한 관행은 농업과 원예에서 널리 채택되었다. 최근에는 세균 단백질의 재조합 형태를 발현하여 일부 해충 포식자를 효과적으로 방제할 수 있는 식물이 개발되었다. 이러한 형질전환 작물의 사용과 관련된 환경 문제는 완전히 해결되지 않았다.[31][64]

5. 4. 기타 응용

재조합 DNA 기술은 생명공학, 의료, 연구 분야뿐만 아니라 산업, 식량 생산, 인의학 및 수의학, 농업 등 다양한 실용적인 분야에서 널리 활용되고 있다.[4][45] 오늘날 재조합 DNA 기술을 이용하여 생산된 단백질이나 기타 제품들은 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 예를 들어, 약국, 병원, 동물병원, 의학 검사 실험실, 생물학 연구 실험실 등에서 사용되는 많은 의약품과 시약들이 이 기술을 통해 만들어진다.[13][52]

뿐만 아니라, 재조합 DNA 기술로 유전적으로 변형된 생물체나 그로부터 파생된 제품들도 우리 생활 곳곳에 자리 잡고 있다. 많은 농장에서 유전자 변형 작물이 재배되고 있으며, 슈퍼마켓에서는 이러한 작물을 원료로 한 유전자 변형 식품을 판매하기도 한다. 가정에서 사용하는 휴물린과 같은 의약품이나, 애완동물 가게에서 판매되는 글로피쉬와 같은 유전자 변형 동물 역시 재조합 DNA 기술의 산물이다.

6. 유전자 변형의 단점 및 윤리적 문제

유전자 변형 생물(GMO)은 재조합 DNA 기술을 이용하여 유전자가 변형된 생물로, 안전성 및 환경 영향에 대해 많은 논란이 있다. 특히 인간 유전자 변형의 경우 윤리적 문제가 제기된다. 배아 검사를 위해 세포를 떼어내는 행위가 장기적으로 태어날 아이에게 해를 끼치지 않을지에 대한 신중론이 있으며, 유전자 진단을 통해 부적합 판정을 받은 배아를 파괴하는 것은 살인이라는 반대론도 존재한다.

또한, 질병 유전자 제거라는 본래 목적 외에 부모가 아이의 외모나 지능 등을 개량하기 위해 이 기술을 남용할 수 있다는 우려가 크다. 이는 '맞춤아기(designer baby)' 논란으로 이어지며, 기술의 본래 의미를 퇴색시킬 수 있다. 2006년 영국에서는 착상 전 유전자 진단 (PGH: pre-implantation genetic haplotyping)을 통해 유전병인 낭포성 섬유증 유전자가 없는 쌍둥이가 태어난 사례가 있으나[78], 이러한 기술의 발전은 윤리적 논쟁을 더욱 심화시킨다.

기술적인 측면에서도 문제가 있다. 유전자 조작으로 삽입된 새로운 유전자가 항상 이론대로 작동하는 것은 아니며, 그 원인도 명확히 밝혀지지 않았다. 기술적 정확도가 떨어지는 경우도 많고, 새로운 유전자가 세포의 DNA 속으로 삽입되면서 예상치 못한 다른 유전자의 발현을 유도하거나 주변 유전자 조절 체계를 혼란에 빠뜨릴 가능성도 있다. 이는 예측 불가능한 위험을 초래할 수 있음을 의미한다.

7. 역사

재조합 DNA의 아이디어는 스탠퍼드 대학교 의과대학 생화학과 데일 카이저 교수의 대학원생이었던 피터 로반에 의해 처음 제안되었다.[32][65] 재조합 DNA의 성공적인 생산과 세포 내 복제를 설명하는 최초의 출판물은 1972년과 1973년에 스탠퍼드 대학교 와 UCSF에서 발표되었다.[33][34][35][36][66][67][68][69]

베르너 아르버, 해밀턴 스미스, 대니얼 네이선스는 재조합 DNA 기술 발전에 기여한 제한 효소의 발견으로 1978년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다. 1980년에는 최초의 논문 중 하나[66]의 저자였던 스탠퍼드 대학교 생화학과 교수 폴 버그가 핵산에 대한 연구, 특히 "재조합 DNA와 관련하여" 이룬 공로로 노벨 화학상을 수상했다.

스탠퍼드 대학교는 1974년 11월 4일에 재조합 DNA에 대한 미국 특허를 출원했으며, 발명자로 UCSF의 교수 허버트 W. 보이어와 스탠퍼드 대학교 교수 스탠리 N. 코헨을 명시했다. 이 특허(U.S. 4,237,224A)는 1980년 12월 2일에 수여되었다.[37][38][70] 재조합 DNA 기술을 사용하여 개발된 최초의 인가된 의약품은 제넨테크가 개발하고 일라이 릴리 앤드 컴퍼니가 라이선스를 취득한 인간 인슐린이었다.[39][71]

8. 논쟁

재조합 DNA 기술의 초기 개발에 참여한 과학자들은 이 기술을 이용해 만들어진 생명체가 예상치 못한 위험한 특성을 가질 수 있다는 점을 인지하고 있었다. 이러한 우려는 1975년에 열린 아실로마 재조합 DNA 회의에서 주요 논의 대상이 되었으며, 회의 결과 특히 위험하다고 판단되는 실험들에 대해 자발적으로 연구를 중단하기로 합의했다. 이 자발적 연구 중단(모라토리엄)은 미국 국립 보건원(NIH)이 재조합 DNA 연구에 대한 공식적인 지침을 만들어 발표할 때까지 과학계에서 널리 지켜졌다.[72]

오늘날에는 재조합 DNA 분자 자체나 이를 통해 만들어진 재조합 단백질은 일반적으로 위험하지 않다고 여겨진다. 하지만 재조합 DNA를 발현하도록 유전자가 변형된 생물체, 특히 유전자 변형 생물체(GMO)가 실험실 환경을 벗어나 자연 환경이나 먹이 사슬로 유입될 경우 발생할 수 있는 문제에 대한 우려는 여전히 남아 있다. 이러한 문제는 유전자 변형 식품 논란과 관련된 기사에서 더 자세히 다루어진다.[40] 또한, 바이오 의약품 생산 과정, 특히 재조합 DNA 기술을 이용해 특정 단백질을 만드는 과정에서 발생하는 부산물에 대한 우려도 제기된다. 대표적인 부산물인 Host cell protein|숙주 세포 유래 단백질영어은 단백질 생산에 사용된 숙주 세포에서 유래하는데, 이것이 환자의 건강이나 환경 전반에 잠재적인 위협이 될 수 있다는 지적이 있다.[40][41][73]

참조

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