생명공학작물 소개

기초지식

유전자

유전자란?

유전자의 역사 자세히 보기 >

gene. 유전의 기본 단위이며, 자신의 고유한 특성(형태, 색, 성질)등의 유전정보를 담아 그 특성을 한 세대에서부터 그 다음 세대로 이어지는 모든 생물학적 형질의 특성을 전달해주는 물질로 모든 생물에 들어 있는 유전 정보의 단위입니다.

  • 세포 속에 들어 있는 유전자는 생명현상의 가장 중요한 성분인 단백질을 만드는 데 필요한 유전정보로 DNA(디옥시리보헥산/Deoxyribonucleic acid)로 불리는 화합물로 구성되어 있습니다.
  • 유전자의 크기는 다양하며, 몇 천개의 염기쌍의 배열로 이루어진 것부터 몇 십 만개의 염기쌍으로 이루어진 것도 있습니다.
  • 유전자의 정보를 복사하여 전달하는 분자물질을 RNA(ribonucleic acid)라고 하며 이 RNA를 통해서 최종적으로 각 유전자가 지정한 단백질을 만들어 냅니다.
  • 현재 본인의 얼굴 생김새, 피부나 머리카락 색 등의 형질은 유전자에 의해 결정되며 부모님의 몸속에 있는 유전자의 정보가 현재의 본인에게 전달되어 나타나는 것입니다.
  • 인간의 경우 세포 속에 약 3만 여개의 유전자가 존재하며 쌀의 경우 약 3만 여개의 유전자가 존재합니다.


사진출처 : 유전자변형작물 이해하기(농촌진흥청 국립농업과학원 생물안전성과, 2012. 9),
Resource Center in the National Health Museum
(Courtesy; National Human Genome Research Institute and Artist Darryl Leja)

DNA

DNA란?

DNA를 구성하는 기본단위 뉴클레오티드(nucleotide)는 5탄당(sugar, 자색), 인산기(Phosphate group, 노란색), 염기(Base, 녹색)로 구성되어 있습니다.

이 뉴클레오티드는 염기 부분만 서로 다른 4가지로 구분되는데, 각각의 염기구조에 따라 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 사이토신(C)이라 명칭하며,
이 A, G, T, C의 4가지 염기들의 서열이 DNA의 유전 정보가 되는 것이며, 이 정보에 따라 단백질이 합성됩니다.


[염기 구성]
[DNA 구성단위인 뉴크레오타이드] [4종류 뉴크레오타이드의 염기차이]

  • 4종류의 뉴클레오티드 분자가 임의적 배열로 연결된 DNA 사슬과 모여서 하나의 유전자를 구성하고 이들이 모두 모여 염색체를 구성합니다.
  • 염색체에 존재하는 각 유전자에 배열되어 있는 뉴클레오티드 (A, G, T, C)의 3개 조합이 단백질의 구성원인 아미노산 1개를 만드는 암호이며, DNA 사슬의 염기구성과 순서에 따라 특정한 단백질을 만들게 됩니다.

[DNA 이중나선의 생성원리] [DNA의 복제]

사진출처: Resource Center in the National Health Museum
(Courtesy; National Human Genome Research Institute and Artist Darryl Leja)



  • 가지의 염기는 A와 T가 서로 결합할 수 있으며, G와 C가 서로 결합 가능하며, 이러한 특성 때문에 DNA는 A와 T, G와 C가 서로 결합되면서 연결된 이중나선 구조를 가지게 됩니다.
  • DNA 복제는 이중나선의 DNA가 풀어지면서 시작되는데, 풀어진 2개의 DNA 사슬을 주형으로 각각의 뉴클레오타이드가 자기와 상보성을 갖는 뉴클레오타이드(A-T, C-G)를 찾아서 결합함으로서 기존과 동일한 새로운 이중나선의 DNA 사슬을 복제합니다.
  • ※ 인간은 단 한 개의 세포인 수정란에서 무수히 분열해 약 60조개의 세포를 가진 생명체가 되는데, 수정란이 분열되면서 DNA도 동시에 복제되어 나눠지므로
       모든 세포는 100% 똑같은 유전자를 갖게 됩니다.
  • 생명체가 정말 DNA에서 시작되었을까??
    한동안 과학자들은 DNA에서 생명이 시작되었다고 생각했습니다. 하지만 DNA는 주위에 단백질이 있어야만 스스로 복제를 할 수 있으며, 마찬가지로 단백질도 DNA가 있어야만 만들어집니다. 그렇다면 첫 번째 DNA는 과연 어떻게 만들어졌을까? 이 의문은 생명이 DNA가 아닌 RNA에서 시작된다는 것을 깨닫기 전까지 과학자들의 수수께끼였습니다. RNA는 단백질이 없이도 스스로 복제가 가능합니다. RNA는 최초의 생화학적 물질이지만, 상당히 불안정한 물질입니다. 따라서 RNA에서 DNA가 만들어져야만 생명체가 안정적으로 유전 정보를 저장하고 활동할 수 있습니다.
    (출처: DNA발견에서 유전자변형까지)
  • DNA와 유전자는 같은 것인가요?
    염색체를 구성하는 DNA가 모두 유전자가 되지는 않습니다. 그 이유는 실질적으로 유전정보로 쓰이는 DNA는 사람의 경우 전체 DNA의 약 3%에 불과하기 때문입니다. 대다수의 DNA는 유전암호로 번역되지 않는 부분입니다. 따라서 DNA는 그 기능에 따라서 유전정보를 지닌 ‘유전자’, ‘유전자의 발현을 제어하는 부분’과 ‘아직까지 그 기능이 알려지지 않은 부분’으로 나뉩니다.
  • 섭취된 DNA는 우리 몸속에서 어떻게 분해될까?
  • 식품으로 섭취된 DNA는 소장을 지나면서 뉴클리아제 효소로 인해서 염기, 인, 오탄당이라는 세 가지로 분해되며, 이 세 가지는 적혈구로 온몸의 세포로 이동되고 세포로 이동된 핵산은 DNA, RNA의 재생에 도움을 줍니다.
  • 우리는 얼마나 많은 DNA를 섭취하고 있을까요?
    사람이 하루에 섭취해야하는 DNA의 양은 1.4g ~ 3g으로서, 한 끼 식사에 15만 km의 DNA를 먹고 있습니다.

단백질

단백질이란?

생물의 몸을 구성하는 고분자 유기물질이며 생물체내의 구성 성분, 세포 안의 각종 화학반응의 촉매 역할(효소) 및 항체를 형성하여 면역을 담당하는 등 여러 가지 형태로 중요한 역할을 수행합니다. 단백질은 20가지의 서로 다른 아미노산들이 연결된 폴리펩타이드가 기본단위이며, 한 개의 폴리펩타이드가 하나의 단백질로서 역할을 할 수 있으며, 둘 또는 그 이상의 폴리펩타이드 사슬들이 모여 4차 구조를 이루어 한 종의 단백질로 역할을 할 경우도 있습니다. 하나의 유전자는 하나의 폴리펩타이드를 만들어내며, 이들 폴리펩타이드가 단백질을 구성하여 생물체의 유전특성을 표현하게 됩니다.

아미노산

생물의 몸을 구성하는 단백질(폴리펩타이드 사슬)을 이루고 있는 기본 단위로 C, H, O, N으로 구성되어 있습니다.
아미노기(NH2)와 카복시기(COOH), 곁사슬 R기, 탄소(C), 수소 원자(H)로 구성되어 있으며, R기에 의해 20여종으로 아미노산이 구분됩니다.
한 아미노산의 아미노기와 다른 아미노산의 카복시기가 서로 결합하는 과정에서 물 분자(H2O)가 빠지게 되며 이를 펩타이드 결합(Peptide bond)라고 합니다.
  • [아미노산의 구조]
  • [펩타이드 결합: 카복시기와 아미노기 결합]

동물과 식물, 미생물의 필수 아미노산에는 차이가 있습니다.
동물의 경우에는 아미노산을 합성할 수 없기 때문에 필수 아미노산과 비필수 아미노산으로 구별합니다.
하지만 식물과 미생물은 자신이 필요한 아미노산을 모두 합성 할 수 있기 때문에 필수, 비필수 아미노산의 구별이 없습니다.
식물의 각 부위에 있는 질소는 대부분 분자 내에 존재하며, 잎에서는 단백질의 절반 이상이 엽록체에 존재합니다. 식물은 식물 내에서 자체적으로 합성하거나
외부혹은 토양에서 질소를 흡수하여 단백질을 만들어냅니다.

동물의 경우 필수와 비필수 아미노산으로 구분이 됩니다.

필수 아미노산: 체내에서 합성이 안되며, 식사를 통해 섭취

불필수 아미노산: 체내에서 합성이 가능한 아미노산

아미노산 종류 자세히 보기 >

GMO/LMO

GMO란 무엇인가요?

GMO란(Genetically Modified Organism) 생명공학기술을 이용하여 특정 생물체로부터 유용한 유전자(DNA)를 취해 그 유전자를 갖고 있지 않은 생물체에 직접 도입하여 유전자를 특정한 목적에 맞도록 만든 생물체를 지칭한 일반 용어로서, 유전자재조합생물체 또는 유전자변형생물체로 불립니다. 이러한 GMO는 생물체의 종류에 따라 생명공학작물, 생명공학동물, 생명공학미생물 등으로 분류합니다.
  • [GMO의 종류 및 이용]


LMO란 무엇인가요?

LMO(Living Modified Organisms)란 ‘생명공학기술을 이용하여 얻어진 새로운 유전물질의 조합을 포함하고 있는 동물, 식물, 미생물 같이 생식과 번식을 할 수 있는 모든 살아 있는 생명체’를 정의하고 있으며, 국제협약인 바이오안전성의정서에서 사용하는 용어입니다.
- 환경 분야외의 WHO, FAO, OECD 등에서는 LMO가 아닌 GMO를 널리 사용합니다.

출처: 생명공학작물, 생명공학식품 이것이 궁금하다.(식약처, 2009)


LMO는 전통육종방법에 의한 품종이 아닌 생명공학기술에 의해 새롭게 만들어진 생물체로 취급되어, 생태환경에 미치는 영향이나 종의 다양성 보존 등을 주로 다루는 유엔환경계획(UNEP)의 생물다양성협약에서 의결된 바이오안전성의정서에 따라 관리된다.

GMO와 LMO의 차이

GMO, LMO 무엇이 다른가요?

GMO(Genetically Modified Orgenism)와 LMO(Living Modified Organism)는 혼용되어 통상 같은 의미로 사용되나 명확히 구별하자면 LMO는 살아있음(Living)을 강조하는 용어로서 동물, 식물, 미생물 등과 같이 생식, 번식이 가능한 생명체를 말하며, GMO는 생식이나 번식을 하지 못하는 것도 포함되어 있어 LMO보다 좀 더 포괄적인 범위의 용어로 정의합니다.
  • [GMO, LMO의 범위]

생명공학생물체는 어떻게 만들어지나요?

유전자재조합기술

유전자재조합기술이란 무엇인가요?

  • 유전자재조합기술이라고도 하며, “다른 생물체(식물, 동물, 미생물 등) 또는 동종의 유용유전자를 분리하여 개량을 원하는 생물체의 염색체에 생명공학기술을 이용하여 도입함으로서 새로운 기능을 보강시키는 기술”을 말합니다.
  • 유전자재조합기술의 장점 : 동물, 식물, 미생물 등 모든 생물체에서 필요한 유전자를 찾아내어 여러 방면에 응용할 수 있어 우수한 형질 및 유용물질을 얻는데 효과적입니다.

출처 : 유전자변형작물 이해하기(개정판)

유전자재조합기술의 발전은?

유전자와 DNA의 구조가 밝혀지면서 유용한 유전자를 선발하여 다른 생물체의 유전자에 결합시키고 증식시키는 기술을 개발하게 되었습니다. 유전자재조합기술의 역사는 매우 짧으며, 미생물, 식물, 동물 등 모든 생물체에 원하는 유전자를 찾아내어 여러 방면에 응용할 수 있습니다. 유전자재조합기술은 유전자변형기술(recombinant DNA technology), 유전공학기술(genetic engineering)으로 명명하기도 합니다.

왓슨(James Dewey Watson)과 크릭(Francis Harry Compton Crick)이 DNA의 이중나선 구조를 최초로 밝힘으로서 유전자를 분리 활용할 수 있는 생명공학 시대가 개막

1953년

폴 버그(Paul berg)는 DNA를 절단하는 제한효소와 DNA를 연결하는 연결효소(ligases)를 이용해서 최초의 재조합 DNA를 제작

유전자재조합기술의 안전성에 대한 중요성을 제기

→ 유전자재조합기술의 안전수칙 정립(Asilomar Meeting)
1972년

스탠리 코헨(Stanley Cohen)과 허버트 보이어(Herbert Boyer)는 재조합 DNA를 대장균에 삽입하여 최초로 고등동물의 단백질을 합성하는데 성공시킴으로서 최초의 유전자재조합 생물체를 만듦

1973년

프레더릭 생어(Frederick Sanger)가 DNA 염기서열 분석법을 개발하여 보다 효율적인 유전자재조합기술 발전에 기여

1977년

제네텍(Genetech)이라는 생명공학회사가 사람 인슐린 DNA를 대장균의 DNA에 심어 넣어 대장균이 사람의 인슐린을 생산하게 하는데 성공

→ 1980년에 유전자 재조합 기술로 만들어진 인슐린 즉 휴물린을 사람에게 처음으로 주사함
1978년

인간의 성장호르몬 유전자 삽입하여 2배로 커진 유전자재조합 슈퍼마우스 생산에 성공

1981년

캐리 멀리스(Kary Mullis)는 원하는 DNA를 획기적으로 증폭시킬 수 있는 중합 효소연쇄반응(PCR: Polymerase Chain Reaction)을 개발

1983년

아그로박테리움에 의해 최초로 유전자재조합 식물체인 페튜니아 개발에 성공

1983년

유전자재조합 백신 Hepatitis B 개발

유전자재조합 제초제내성 담배의 야외 재배 실험 실시

1986년

키모신(Chy MaxⓇ)생산

소의 키모신 유전자가 삽입된 유전자재조합 미생물로부터 치즈 제조 시 사용되는 효소 생산

1989년

유전자재조합 소 성장호르몬(규호) 개발 (몬산토)

소 성장호르몬 유전자를 박테리아에 삽입하여 생산한 호르몬

1993년

생명공학회사인 칼젠이 최초로 유전자재조합 작물인 무르지 않는 토마토(Flavr SavrⓇ)의 상업화 성공

1994년

제초제내성 콩, 해충저항성 옥수수, 해충저항성 면화 상품화 승인

1995년

생명공학작물(제초제내성 콩, 해충저항성 옥수수)의 상업적 재배 시작

1996년

비타민A가 함유되어 있는 노란색 빛이 도는 황금쌀(Golden RiceⓇ)개발

2000년

최초의 유전자재조합 형광물고기(GloFishⓇ) 시장 출시

산호초의 형광 단백질 유전자를 삽입하여 어두운 곳에서 빛이 나는 물고기

2003년

파란장미 개발

팬지의 청색 유전자를 삽입하여 파란색을 갖는 장미

2004년

동물 유래 의약품 최초 상업화

유전자재조합 염소 유래 Atryn FDA 승인 유통

2009년

최초의 동물의약품 생산 유전자재조합작물 개발 및 상업화(일본)

→ 개의 치주염 치료제인 항바이러스 인터페론 생산 딸기
2013년

유전자재조합작물 전 세계 1억 8,150만 헥타르에서 재배

2014년

식물

생명공학작물 만드는 법

생명공학작물은 어떻게 만들어질까요?

생명공학작물은 유전자재조합기술을 이용하여 실용성이 높은 특정 유전자를 한 생물체에서 다른 생물체로 전이시킴으로서 만들어집니다. 현재 도입하고자 하는 유전자를 식물 세포 내의 게놈(genome)에 삽입하는 방법으로는 ‘아그로박테리움법’, ‘입자총법’, ‘원형질세포법’이 있습니다.

1단계 : 특정 생물체로부터 유용한 유전자를 발굴하여 유전자를 분리

2단계 : 분리된 유용 유전자가 식물 세포 내에서 그 기능을 최대한 적절하게 발휘하기 위하여 실험실 내에서 최적 프로모터, 선발마커 등 여러 가지 필요한
요소를 조합하여 최종 운반체(vector)를 제작

3단계 : 제작된 운반체를 목표로 하는 식물 세포에 이식(이식기법 : 아그로박테리움법, 원형질체융합법, 유전자총법 등)

4단계 : 특정 생물체로부터 유용한 유전자를 발굴하여 유전자를 분리

5단계 : 재분화 된 유전자재조합작물들 중에서 목표로 하는 형질이 가장 효율적으로 개선되고, 나머지 농업특성은 기존 품종과 동등한 최종 유전자재조합작물
1개체(Lead Event)를 선발

6단계 : 최종 선발된 유전자재조합작물(생명공학작물)의 인체위해성과 환경위해성을 평가 후 관련부처의 안전성심사를 거쳐 최종 상품화

※ 형질전환 : 외부에서 주어진 DNA에 의해 생명체의 개체나 세포의 형질이 유전적으로 변하는 현상
※ 재분화 : 세포나 조직의 분화가 역전하여 새로운 형태의 세포나 조직으로 분화하는 현상

출처: 유전자변형식품 올바로 알기


안전성 평가

  • 선발된 최종 유전자재조합작물(생명공학작물)은 상업화하기 전에 우선적으로 인간이나 생태계에 잠재적 위해성이 있는지에 대한 안전성평가를 실시
  • 안전성평가는 개발자 또는 개발된 생명공학작물을 상업적으로 이용하고자 하는 자에 의해서 수행되는데 환경위해성 평가와 인체위해성 평가로 크게 나뉨
  • 안전성평가를 통해 위해성이 없다는 과학적 평가결과가 나오면 이들 평가결과를 토대로 안정성 심사서를 작성하여 해당 생명공학작물의 안전성심사를 담당하는 해당 부처에 안정성심사를 신청
  • 이벤트 육성과 안전성평가를 위한 전체 실험과정 역시 각 국가별로 제정된 엄격한 안전성관리 규정에 따라 수행하게 됨

상업화 승인

  • 안전성 심사는 각각의 전문가들이 분야별로 충분한 기간을 가지고 심층검토를 거치며 진행되는데 필요한 경우 추가 자료 및 추가 실험 등을 요청하는 등 엄격하게 진행
  • 전문가 그룹의 심사를 거쳐 위해성이 없다는 사실이 과학적으로 인정되면 요청한 생명공학작물이나 이들의 농산물 또는 이들을 이용하여 만들어진 식품 등을 상업화에 이용할 수 있도록 승인
  • 안전성 심사는 국가별로 각각의 정책과 사회적 수용도 등을 감안하여 국가별로 적절한 형태의 제도와 규정을 정하여 운영

상업화 단계

  • 안전성이 확인되어 상업화 승인이 된 생명공학농산물과 이들을 이용하여 만든 식품들은 소비자의 선택권 보장을 위해 유통 시 각각의 이용 범위를 고려하여 만들어진 관련 규정에 따라 표시를 하도록 법적으로 규정
  • 국내에서 자체적으로 개발된 생명공학작물의 안전성 심사가 승인되어 상업화가 이루어진 사례는 현재까지 한건도 없음

아그로박테리움법 (Agrobacterium method)

  • 아그로박테리움을 이용한 형질전환의 개발은 토양 내에 존재하는 미생물인 아그로박테리움이 식물체에 자신의 유전자를 이식시키는 것을 발견함으로써 시작되었습니다.
아그로박테리움 투머파시엔스

◊ 외래DNA를 식물에 도입하여 형질전환 식물체 를 만드는 토양 세균.
◊ 여기서 아그로박테리움은 ‘속’, 투머파시엔스는 ’종‘의 이름.
◊ 아그로박테리아는 아그로박테리움의 복수형으로, 아그로박테리움 ‘속’에
   해당하는 여러‘종’을 포괄적으로 가리킴

출처: DNA발견에서 유전자변형까지

  • [아그로박테리움에 감염되어 식물의 줄기에 Crown Gall (혹)이 생기는 과정]


이와 같은 자연적 유전자 이식현상을 응용한 것이 식물 유전자재조합기술입니다.

  • [아그로박테리움 이용 식물 형질전환 기법]

1. 아그로박테리움의 플라스미드 중 “크라운 골(혹)”을 만드는 유전자(T-DNA 영역)를 제거
2. 목적하는 유용유전자를 연결시켜 아그로박테리움에 삽입
3. 아그로박테리움을 식물세포에 인위적으로 감염시켜 배양 및 선발
4. 유용유전자를 식물세포 내로 도입하여 성장

이러한 과정을 통해 유용유전자를 식물세포의 염색체에 안정적으로 삽입함으로서 필요로 하는 유전자재조합 식물체를 완성합니다.

입자총법 (Particle-gun method)

  • [유전자총 이용 식물형질전환 기법]
1. 식물세포의 유용한 유전자(재조합 DNA)를
    1~2μm의 미세한 금속에 코팅
2. 고압가스의 힘으로 변형 될 식물에 향해 발사
3. 세포 배양 및 선발시켜 성장

그림 출처 : DNA발견에서 유전자변형까지


이때 주로 쓰는 금속: 텅스텐과 금입자

금속 입자와 함께 식물체 핵 내로 이동된 외래 유전자는 핵 속의 효소들에 의해 식물 염색체에
삽입되어 안정적으로 발현되고 멘델의 법칙에 따라 다음 세대에 유전됨

출처: 식탁 위의 생명공학

원형질세포법 (전기충격법, Electroporation method)

  • [세포벽 용해물질 이용 식물형질전환 기법]
1. 셀룰로오스로 이루어진 식물체의 세포벽을 셀룰라아제를 이용해 녹임
2. 원형질세포로 만들어 ‘유용한’ 유전자를 식물에 도입
3. 다시 그 세포벽을 복원하는 방법

생명공학작물의 이용

유전자재조합작물(생명공학작물)이란 특정 생물체로부터 유용한 유전자를 선발 분리하여, 개량을 목표로 하는 식물체의 염색체에 이식하여 형질이 개선된 식물체를 말합니다.

농업분야

유전자재조합기술을 통해 해충저항성 및 제초제내성 작물을 개발하여 생산성 향상 및 노동력 절감 등 농업의 생산성 향상에 이용되고, 농산물의 품질 및 기능 보강을 통해 소비자의 다양한 욕구를 충족시키는데 기여할 수 있다. 또한 가뭄저항성 작물개발을 통한 기후 변화 대응에 활용할 수 있다. 최근에는 먹는 백신 등 의료용 단백질 생산과 같이 식물이 고부가 산업소재를 생산하는 식물공장으로서의 역할을 하는데 기여하고 있다.
[제초제내성 생명공학콩의 잡초방제 효과]
[해충저항성 생명공학옥수수의 해충방제 효과]
[노란색의 황금쌀과 일반 쌀의 비교] [생명공학옥수수(상)와 일반옥수수(하)의 가뭄저항성 비교]

의약분야

유전자재조합기술이 가장 먼저 도입된 분야는 농업이 아니라 의학 분야였습니다. 대표적인 예로는 미생물을 이용한 인슐린의 생산이 있습니다. 현재는 미생물뿐만 아니라 식물을 이용한 인슐린 생산 개발이 이루어지고 있습니다. 또한 옥수수, 시금치, 담배, 양상추, 토마토, 콩, 감자, 바나나 등에서 치주염 예방 백신, 돼지콜레라 백신, 구제역, 간염백신, 에이즈 백신, 조류독감 백신, 광견병, 장티푸스 등과 같은 질병의 백신을 생산하는 연구가 진행되고 있습니다. 이렇게 주사 접종을 대신하여 식물을 섭취해 병을 예방·치료하고자 하는 것을 ‘식물 경구백신’이라고 합니다.
식물경구백신의 장점은 동물세포를 통해 생산하는 방식에 비해 인체에 유해한 바이러스 등이 적어서 안전성에 대한 우려가 없으며, 병원균백신의 부작용이 없고 대량 생산으로 인해 값도 저렴할 뿐 아니라 실내 보관이 가능하므로 아프리카 등 전기시설이 부족한 낙후된 지역에 쉽게 보급이 가능합니다. 내용추가 253

[생명공학딸기 생산용 밀폐형 실내온실] [생명공학딸기로 만든 동물용 인터페론*]
* 인터페론 : 다른 세포 안에서 바이러스가 증식하는 것을 막고 면역 반응을 돕는다.

식물세포 기반 인체 및 동물용 의약품 생산 연구 현황

산물 분류 징후 작물
다양한 단일체인 Fv 항체 파편 항체 비호지킨 림프종 담배의 바이러스 벡터
CaroRx 항체 충치 유전자재조합담배
대장균 이열성 독소 백신 설사 유전자재조합옥수수, 유전자재조합감자
위 리파아제 치료 효소 낭포성 섬유증 유전자재조합옥수수
B형 간염 표면 항원 백신 B형 간염 유전자재조합감자, 유전자재조합상추
인간의 내재성 요인 규정식 비타민 B12 결핌 유전자재조합애기장대
락토페린 규정식 위장 감염 유전자재조합옥수수
노로바이러스 외피단백질 백신 노로바이러스 감염 유전자재조합감자
광견병 당단백 백신 광견병 시금치의 바이러스 벡터
Cyanoverin-N 살균제 에이즈 바이러스 유전자재조합담배
인슐린 호르몬 당뇨 유전자재조합홍화
리소자임, 락토페린, 인간 혈청 알부민 규정식 설사 유전자재조합벼

출처: ISAAA, 2007



산업 및 환경 분야

유전자재조합식물은 산업 및 환경 분야에도 이용되고 있습니다. 오염물질의 흡수, 흡착, 분해 등에 관여하는 유전자를 발굴하여 식물에 도입시킴으로서 오염물질의 환경정화 효율성을 극대화하고 있습니다. 예로 중금속 흡수도 잘하면서 여러 환경적 독성에 견딜 수 있는 나무인 수은 무독화 포플러 나무를 개발하고 있으며, 작물이나 나무에서 전기를 생산해내는 기술이 가능할 것이고 태양광을 에너지로 바꾸는 식물체 생체 에너지 전환시스템을 활용한 전기 생산 시스템이 실용화 될 것이며, 주변의 위험을 감지하고 경보를 전달하는 보안 식물체의 개발도 이루어질 것입니다.

[지뢰 찾는 생명공학식물(가상이미지)] [램프대용 빛을 내는 생명공학식물]

사진 출처 : (좌) 작물유전체기능연구사업단 발표자료
(우) http://bioglowtech.com/glowingplant.html


지뢰 찾는 식물의 원리는?

애기장대의 색깔이 변하는 것은 가을에 단풍이 드는 것과 같은 원리입니다. 가을이 되면 식물에서는 안토시아닌이라는 붉은 색소가 합성돼 잎 색깔을 붉게 물들이게 되며 가을이 아니면 안토시아닌을 합성하는 유전자가 작동하지 않습니다.
  • [애기장대에 안토시아닌 합성 유전자 삽입]
안토시아닌 합성 유전자는 폭발물에서 나오는 이산화질소(NO₂) 가스를 감지합니다. 만약 지뢰가 숨겨진 땅에 유전자재조합 애기장대가 심어졌다면, 삽입된 유전자가 안토시아닌 합성 유전자를 작동하게 만들게 됩니다.애기장대가 지뢰에 매설된 토양 위에 자라게 되면 3-5주 안에 잎이 초록색에서 붉은색으로 변하게 됩니다.

미생물

생명공학미생물 만드는 법

생명공학미생물은 어떻게 만들어질까요?

생명공학기술은 대장균과 같은 세균들이 염색체 DNA 말고도 플라스미드(plasmid)라고 불리는 고리 모양의 작은 DNA를 가지고 있다는 것을 발견하면서부터 시작되었습니다. 박테리아의 염색체 DNA와는 달리, 플라스미드는 다른 박테리아로 옮겨갈 수도 있고 다른 개체로부터 받을 수도 있습니다. 이러한 특성을 이용하여 플라스미드를 추출한 후 다시 대장균에 도입하여 원하는 형질로 전환시킬 수 있습니다.
이렇게 외래 유전자를 삽입한 플라스미드를 유전자 운반체(vector)라 하며, 이 운반체를 동물이나 식물의 염색체에 주입하여 생명공학 생물체를 개발할 수 있는 것입니다.
1. 대장균에서 플라스미드 추출
2. 제한 효소를 이용하여 플라스미드 일부 자름
3. 그 부위에 원하는 외래 유전자를 유전자접착제인 라이게이제(ligase)로 결합
4. 외래 유전자와 결합된 플라스미드를 대장균이 들어 있는 배지에 넣고 배양
5. 플라스미드는 다시 대장균 속으로 이동
6. 외래 유전자가 삽입된 플라스미드를 보유한 대장균을 배양하면 원하는 물질을 대량 생산

  • [미생물 세균 세포내의 형질전환 과정]

출처: GMO 바로알기

생명공학미생물의 이용

생명공학미생물은 식품첨가물, 효소, 발표식품, 발효균주 등에 다양하게 활용되어 기존 제품의 품질개선과 증산에 크게 기여하고 있습니다. 향후에도 식품의 원료, 가공방법, 포장, 유통에 이르기까지 식품산업 전반에 걸쳐 커다란 변화를 가져올 것으로 예상하고 있습니다. 최초의 생명공학미생물 발효제는 1991년 영국에서 사용허가를 얻는 제빵효모로, 생명공학을 통해 발효 시 탄산가스 활성화에 영향을 미치는 효소의 수준을 높혔습니다. 이 효소는 발효 후 빵을 굽는 과정에서 죽게 되며 치지와 같이 발효제가 제품의 숙성에 지속적으로 영향을 줍니다. 요구르트의 유산균과 같이 계속 인간의 장내에서 생존하는 경우에는 아직 사용이 허가된 예가 없습니다.

의학분야

미생물을 이용한 의약품 생산은 생명공학기술이 활용되는 중요한 분야 중의 하나입니다. 가장 잘 알려진 것으로는 인슐린의 생산입니다. 인간 인슐린 유전자를 미생물에 도입하면 미생물이 자신의 복제 시스템을 이용하여 인간 인슐린 단백질을 스스로 만들어낼 수 있습니다. 이 외에도 여러 종류의 면역항진제, 대용혈액제제 등 많은 새로운 의약품들이 계속해서 개발되고 있습니다.

  • [생명공학기술을 이용한 인슐린 생산]

산업 및 환경분야

생명공학기술을 미생물에 적용하여 생산된 효소를 이용해 화학공정을 생물효소공정으로 전환하고 있습니다. 생명공학효모를 이용하여 전분을 아밀라아제로 분해하는 호화공정을 거치지 않고 직접 알코올로 발효시키는 공정이 개발되었으며, 내열성 미생물 균주의 개발로 발효공정이 개선되고, 미생물을 이용하여 동과 우라늄 광을 제련하며, 미생물 효소를 이용하여 섬유소의 폐지원을 포도당으로 분해시켜 발효 기질로 활용하는 등 미생물을 산업적 공정에 활용하는 경우는 상당히 많습니다. 이러한 생물효소 공정을 통해 에너지 소비량을 줄일 수 있으며, 환경오염도 줄일 수 있습니다.
또한 생명공학 ‘슈퍼 박테리아’로 폐수 및 폐유처리, 오염된 중금속을 제거하고 화학공장 폐수로부터 독성물질을 제거하고, 미생물이 생산하는 고분자 물질을 이용하여 토양에서 잘 썩는 비닐 포장지나 플라스틱을 개발하는 등 환경오염을 해결하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

※ 이 페이지는 한국바이오안정성정보센터의 글을 인용하였습니다.

동물

생명공학동물 만드는 법

생명공학동물은 어떻게 만들어질까요?

형질전환동물을 생산하기 위하여 재조합 유전자를 수정란의 게놈(genome)에 삽입하는 방법으로는 미세주입법(Microinjection), 생명공학된 배아줄기세포를 이용하는 방법(Blastocyst Injection of Genetically Modified ES Cells), Retroviral Vector를 이용하는 방법, 정자를 이용하는 방법(Sperm-Mediated Gene Transfer), 핵이식방법(Nuclear Transfer) 등이 있습니다.
  • 미세주입법(microinjection): 수정란에 직접 유전자를 이식하는 방법입니다.
    형질전환동물을 생산하기 위해선 재조합 유전자를 수정란의 게놈(genome)에 삽입해야 합니다.
그 방법으로는

① 미세주입법 (Microinjection)과
② 유전자 변형된 배아줄기세포를 이용하는 방법
    (Blastocyst Injection of Genetically Modified ES Cells)
③ Retroviral vector*를 이용하는 방법
④ 정자를 이용하는 방법(Sperm-Mediated Gene Transfer)
⑤ 핵 이식방법(Nuclear Transfer) 등이 있습니다.

  • [생명공학 기술을 이용한 유용물질 생산]
  • [생명공학 기술을 이용한 장기이식]

사진출처: Biosafety (이흥우, 2010. 12)

생명공학동물의 이용

의약분야

가축 개량과 함께 고가의 의료용 단백질을 대량 생산하거나 인체 이식을 위한 이종장기 생산 등 고부가가치 생명공학동물을 개발하고 있습니다.
생명공학동물을 이용하여 의학적으로 유용한 단백질을 대량으로 생산하는 기술인 ‘바이오파밍(Biopharming)’은 바이오의약품 산업에 새로운 분야를 형성하고 있습니다.
현재 토끼, 돼지, 염소, 양, 소 등 대부분의 가축 종에서 생명공학기술을 통해 유즙으로 의약품 가치를 지닌 단백질을 발현하는 것이 보고되었으며 이미 실용화가 진행되고 있습니다.
또한 인공장기 생산용 생명공학동물에 관한 연구도 활발히 진행되고 있어, 지구상의 장기이식을 기다리는 많은 환자들에게 희망이 되길 기대하고 있습니다.

  • [장기이식용 돼지]
  • [‘락토페린’분비용 젖소]

사진출처 : 한국바이오안전성정보센터