돌연변이유도

분자생물학· 생화학 Molecular Biology · Biochemistry
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1. 개요2. 상세

2.1. 무작위성 돌연변이유도2.2. 부위 특정 돌연변이유도

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1. 개요

mutagenesis · 突然變異誘導

돌연변이유도(mutagenesis)는 한 유전체의 염기서열을 증폭해 다른 염기서열을 가진 유전체 변이를 인공적으로 만드는 생명공학 기술로써 유전체 편집의 일종이라고도 볼수있다.

사실, 이 기술의 용어에 대해 한글 논문/기사/업체마다 “돌연변이”, “돌연변이유도 #”, “돌연변이유발” #같이 제각각으로 번역이 되어있다. 이 기술에 대한 정확한 용어는 mutagenesis다.

2. 상세

돌연변이유도는 보통 아래와 같은 단계로 진행된다.

1. 특정 염기 서열을 시험 유전체로부터 프라이머 [1]를 이용해 PCR로 한 유전체 벡터 증폭

2. Dpnl 절단[2]을 이용하여 합성된 유전체 벡터의 시험 유전체 주형을 제거

3. 변형을 이용한 합성된 유전체 벡터의 안정화

위 단계를 거치면 시험 유전체로부터 변이된 유전체 벡터가 나온다. 위 단계들의 대략적인 모식도는 아래와 같다.

돌연변이유도는 변형하고자 하는 염기서열의 특정적인 여부에 따라 나누는 방법과 PCR 과정에서 프라이머들의 합성 시작 위치에 따라 나누는 Double, Single 방법으로 분류된다.

2.1. 무작위성 돌연변이유도

Random mutagenesis

초기의 돌연변이유도는 방사선과 같은 돌연변이 유발물질(Mutagen)을 유전체에 노출시켜 무작위 돌연변이를 발생시키는 방법뿐이었다. 그리고 그렇게 얻어진 여러 돌연변이 중에서 쓸모 있는 것만을 취득하여 사용하는 것이 이 무작위성 돌연변이유도의 사용법이다.

대표적인 예시로 자연적인 돌연변이가 이 방법으로 일어나며, 방사선에 의하여 DNA 합성 정보에 변이가 생기는 것도 무작위성 돌연변이유도의 한 예시이다. 또한 유전자 조작 생산물(GMO)을 만들때도 이 방법을 사용한다.

물론 이 방법으로는 어떤 부위에 어떤 돌연변이를 발생시킬지에 대한 통제가 불가능하기 때문에 부위 특정 돌연변이유도(Site-directed mutagenesis)나 크리스퍼 유전자 가위(CRISPR)와 같은 특정 부위에만 돌연변이를 유도하는 세련된 방법이 발견된 현재로써는 자주 사용되지는 않는 방법이다.

2.2. 부위 특정 돌연변이유도

Site-directed mutagenesis, Site-specific mutagenesis, Oligonucleotide-directed mutagenesis

부위 특정 돌연변이유도(Site-directed mutagenesis)는 돌연변이유도중에서 유전체 내 특정 부위에 돌연변이를 유도하는 기술로 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학교(UBC)의 생화학자인 마이클 스미스가 개발했다.[3]

부위 특정 돌연변이유도 이전 \돌연변이유도는 방사선과 같은 돌연변이 유발물질(Mutagen)을 유전체에 노출시켜 무작위 돌연변이를 발생시키는 방법뿐이었다. 이런 무작위성 돌연변이유도는 빠르게 여러가지의 돌연변이를 만들어낼 수 있다는 그 나름대로의 장점이 있지만 실험자가 어느 위치에 어떤 돌연변이를 발생시킬지 통제하는 것이 불가능하다는 점이 큰 한계점이다.

따라서 많은 과학자들은 어떻게 하면 정확한 위치에 원하는 돌연변이를 유도할 수 있을지에 대해 연구했고 이는 부위 특정 돌연변이유도(Site-directed mutagenesis)라는 기술을 발견하는 것으로 이어진다.

이 기술을 통해 조작한 DNA를 중합 효소 연쇄 반응(Polymerase chain reaction, PCR)을 이용하여 증폭하면 조작된 DNA의 양을 기하급수적으로 늘리는 것이 가능했고, 이를 통해 어느 부위에 어떤 돌연변이를 일으켰을때 어떤 변화를 일으키는지에 대해 탐구하는 것이 가능해지면서 인류의 유전공학과 분자생물학이 혁명적으로 발전하는 계기가 되었다.

[1] 쉽게 말하면 유전체 합성을 개시하는 핵산 서열(e.g. ATG). [2] Dpnl 절단이 가능해지려면, 뉴클레오타이드의 염기 부분에 메틸기가 붙어야한다. 즉, 시험유전체가 메틸화 되어있어야 한다. [3] 마이클 스미스는 이 공로를 인정받아 중합 효소 연쇄 반응(Polymerase chain reaction, PCR)을 개발한 미국의 캐리 멀리스와 함께 1993년 노벨화학상을 수상받는다.