물질의 근원물질의 근원

유전공학과 줄기세포의 이용유전공학과 줄기세포의 이용

자연과학부 자연과학부 200021022200021022 김남혁김남혁

생명의 기본단위로서의 세포생명의 기본단위로서의 세포

• 더 이상 쪼갤 수 없는 물질의 기본단위 더 이상 쪼갤 수 없는 물질의 기본단위 : : 원자 원자 - - 돌턴의 원자설 돌턴의 원자설

• 세포는 영국의 물리학자 훅세포는 영국의 물리학자 훅 (R. Hooke; 163(R. Hooke; 1635∼1703)5∼1703) 에 의해 에 의해 16651665 년 처음으로 발견 년 처음으로 발견

• 생명을 가지는 기본단위 생명을 가지는 기본단위 : : 세포 세포 - - 독일의 독일의 학자 슐라이덴학자 슐라이덴 (M. J. Schleiden; 1804∼18(M. J. Schleiden; 1804∼1881)81) 이 세포설을 제창 이 세포설을 제창

세포의 구조세포의 구조핵 : 　유전정보를 저장 , 핵막으로 쌓여있음 소포체 : 핵의 정보를 단백질로 해석 골지체 : 소포체의 산물을 세포막 , 외부로 분비되는 경로 리소좀 : 세포내 소화효소 미토콘드리아 : 　세포내 필요한 에너지 생산 ( 전자전달계를 통한 ATP 생산 ) ※ 식물세포 : 세포벽 구조를 가지고 있다 .

유전정보의 저장유전정보의 저장

-핵 (nucleus) : DNA 의 복잡한 3 차구조로 많은 양의 유전 정보를 저장 -염색체 (chromosome) : 세포 내 소기관중 염색하여 관찰하기 용이하여 붙여진 이름으로 분열할 때 높은 밀도로 3 차구조를 이루는 DNA 집단이다 . -DNA : 4 개의 염기 ( 아데닌 , 구아닌 , 시토신 , 티민 ) 를 이용하여 유전정보를 저장 한다 .

DNADNA 의 구조의 구조

아데닌 – 티민 , 구아닌 – 시토신 끼리의 상보적 수소결합으로

Double helix 구조를 가짐 (Watson & Crick 1953)

DNA 가 이중나선 구조를 가지는 이유 : 염기의 보호 , 즉 유전정보를 보존하려는 구조

유전정보의 유전정보의 coding(coding( 해석해석 ))-Replication( 복제 ) : DNA 가 자신의 정보를 복제하는 과정 세포분열 시 필요하다 .-Transcription( 전사 ) : DNA 의 사본인 RNA 를 만드는 과정-Translation( 해독 ) : RNA 의 염기를 해석하여 단백질을 만드는 과정

-Codon( 코돈 ) : RNA 의 염기 세개가 하나의 아미노산으로 해석되는 정보

-Transcription 과정을 갖는 이유 : DNA 는 원본으로 보존 , 복사본인 RNA 로 단백질을 사용하여 유전정보를 최대한 보호하려는 기작

유전공학이란유전공학이란 ??

• 유전정보를 조작하여 유전자를 개조하고 유전정보를 조작하여 유전자를 개조하고 인간에게 유용한 유전산물을 생산하는 인간에게 유용한 유전산물을 생산하는 기술 기술

• 유전공학을 이용하여 생물의 품종개량유전공학을 이용하여 생물의 품종개량 ,, BioBio 의약품 개발 및 유전자 치료도 가능 의약품 개발 및 유전자 치료도 가능

• 유전공학의 기초가 되는 학문분야는 유전공학의 기초가 되는 학문분야는 분자생물학 분자생물학

유전자 조작의 예유전자 조작의 예

녹색 형광 유전자 (GFP)를 유정란에 주입하여 적외선을 조사하면 털과 피부에서 형광을 띄는 형질전환 병아리

콩의 크기를 결정하는 유전자를 조작하여 만든 유전자 조작 콩

발생과정에서 면역능력을 제거시킨 nude mouse 배양한 세포의 암세포 결정 여부를 확인할 때 사용

유전자 조작기술을 이용하는유전자 조작기술을 이용하는유전공학유전공학

① 조작하고자하는 유전자 (DNA조각 ) + 이 유전자를 박테리아로 이동시킬 수 있는 분자 (plasmid DNA)

② 박테리아에 ①의 유전자 조작 산물을 삽입 ( 형질전환 )

③ 유전자 조작 산물이 발현되는 박테리아의 선별 및 유전자 산물( 단백질 ) 의 획득

- Plasmid 의 활용 : plasmid 는 대장균 세포 내에서 독립적으로 존재할 수 있는 환형의 DNA 분자

유전공학에서 박테리아의 활용유전공학에서 박테리아의 활용

• 실제 많은 유전공학연구는 실제 많은 유전공학연구는 19501950 년대 이후 년대 이후 분자생물학의 발달이 박테리아를 분자생물학의 발달이 박테리아를 modelmodel 로 로 이루어졌기 때문에 대장균과 같은 박테리아를 이루어졌기 때문에 대장균과 같은 박테리아를 이용한다이용한다 . .

• 인간 인슐린 단백질도 이와 같은 방법으로 인간 인슐린 단백질도 이와 같은 방법으로 생산되어 생산되어 Bio Bio 의약품으로 이용가능하다의약품으로 이용가능하다 ..

• 박테리아박테리아 (( 대장균대장균 )) 은 배양조건이 까다롭지 은 배양조건이 까다롭지 않고 인간에게 해가 없으며 구하기 쉽다는 않고 인간에게 해가 없으며 구하기 쉽다는 장점이 있어 일찍이 연구재료로 선택되었다장점이 있어 일찍이 연구재료로 선택되었다 . .

세포의 종류세포의 종류

뼈세포 신경세포 면역세포

적혈구

적혈구 ( 핵을 가지고 있지 않음 ) 를 제외한 모든 세포는 동일한 유전정보를 가지고 있다 .

하지만 사용하는 유전정보는 세포의 종류에 따라 다르다 .

분화 및 발생분화 및 발생 (Development)(Development)

• 세포가 특정 유전정보만을 가지는 전문화된 세포가 특정 유전정보만을 가지는 전문화된 세포로 가는 과정을 발생 분화과정이라 한다․세포로 가는 과정을 발생 분화과정이라 한다․ . .

• 한번 분화를 마치면 다른 세포로 분화할 수 한번 분화를 마치면 다른 세포로 분화할 수 있는 능력을 상실한다 있는 능력을 상실한다

• 하나의 개체 내에 모든 유핵세포는 동일한 하나의 개체 내에 모든 유핵세포는 동일한 유전정보를 가지며 발생과정에서 유전자를 유전정보를 가지며 발생과정에서 유전자를 재조합 하거나 버리지 않는다재조합 하거나 버리지 않는다 . .

– – Gilbert’s developmental boilogyGilbert’s developmental boilogy

줄기세포란줄기세포란 ??

•모든 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지는 모든 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지는 전능한 세포 전능한 세포

• Totipotent → Pluripotent → Multipotent Totipotent → Pluripotent → Multipotent 단계로 발생이 진행될 수록 분화능력은 단계로 발생이 진행될 수록 분화능력은 상실되어간다상실되어간다 ..

• 인간의 몸을 구성하는 인간의 몸을 구성하는 6060 조개의 세포는 조개의 세포는 최초의 하나의 수정란으로부터 비롯되었다 최초의 하나의 수정란으로부터 비롯되었다

줄기세포를 어떻게 이용할 것인가줄기세포를 어떻게 이용할 것인가 ??

• 신경세포와 같은 세포는 발생이 끝나면 더 이상 신경세포와 같은 세포는 발생이 끝나면 더 이상 분열하지 않고 재생되지 않으므로 한번 손상되면 평생 분열하지 않고 재생되지 않으므로 한번 손상되면 평생 장애를 안고 살아갈 수밖에 없다장애를 안고 살아갈 수밖에 없다 . .

• 장기 이식을 받는 경우장기 이식을 받는 경우 , , 세포는 세포는 MHCMHC 라는 고유의 라는 고유의 IDID 를를 (self(self 의 조직을 구분의 조직을 구분 ) ) 가지고 있기 때문에 가지고 있기 때문에 아무리 비슷한 아무리 비슷한 MHCMHC 를 가지는 사람의 장기를 이식 를 가지는 사람의 장기를 이식 받아도 이식 거부현상이 발생한다받아도 이식 거부현상이 발생한다 . .

• 줄기세포는 위의 문제를 해결할 수 있는 가능성을 줄기세포는 위의 문제를 해결할 수 있는 가능성을 제시한다 제시한다 (( 줄기세포의 종류에 따라 다름줄기세포의 종류에 따라 다름 ) )

줄기세포 연구의 과제줄기세포 연구의 과제

① 줄기세포를 특정세포로 어떻게 분화할 것인가 ?

② 윤리적 문제를 어떻게 극복할 것인가 ?

③ 줄기세포연구에 필요한 난자를 어떻게 획득할 것인가 ?

황우석 박사의 연구와 최근의황우석 박사의 연구와 최근의 IssueIssue

- 연구원의 난자를 기증 받았다 .( 강압적 , 매매 ?)

- 줄기세포 배양의 진위여부 논란 ?

무엇이 문제였나무엇이 문제였나 ??

• 발단 발단 : : 미즈메디 병원 미즈메디 병원 공동연구시절 여성연구원 공동연구시절 여성연구원 가명으로 난자 기증가명으로 난자 기증

• 결과 결과 : : 연구원이 기증한 난자를 연구원이 기증한 난자를 이용하여 배아줄기세포의 연구이용하여 배아줄기세포의 연구

(( 이후 황우석 박사는 독자적으로 이후 황우석 박사는 독자적으로 체세포방식을 이용한 줄기세포 연구체세포방식을 이용한 줄기세포 연구 ))

• 문제제기 문제제기 : 2004: 2004 년 ‘년 ‘ Nature’Nature’의 의 난자제공의 의혹제기난자제공의 의혹제기

같은 해 ‘같은 해 ‘ Science’Science’의 연구에 의 연구에 사용된 난자출처 발표사용된 난자출처 발표

((당시 황우석 박사는 사실 부인당시 황우석 박사는 사실 부인 , , 섀튼박사는 결별선언 때 이것을 문제 섀튼박사는 결별선언 때 이것을 문제 삼음삼음 ))

PDPD 수첩의 보도내용수첩의 보도내용- 황우석박사의 난자 매매설 의혹 제기

- 미즈메디 병원과 공동연구시절의 배아줄기세포 연구결과에 의혹제기

-Nature 와 Science 의 focus : 연구원의 난자를 사용한 것인가 ?

( 실제 미국에서 난자 매매는 합법 )

- 방송내용 보도 후 난자를 기증하겠다는 여성이 1000 명 돌파

의 문 점의 문 점

-섀튼박사는 왜 새삼스럽게 2004 년에 제기된 문제를 이유로 결별을 선언했는가 ?

- 워싱턴포스트와의 인터뷰에서 ‘황 교수가 나를 오도했다는 정보를 갖고 있다 .’ 고 밝힘

- 공동연구과정의 갈등 ?

- 핵심기술의 유출 , 연구원의 유치 ?

황우석 박사의 업적황우석 박사의 업적

• 인간 배아줄기세포의 배양액 개발인간 배아줄기세포의 배양액 개발

• 핵 추출 시 세포의 손상을 최소화하며 핵만을 제거하는 기술의 핵 추출 시 세포의 손상을 최소화하며 핵만을 제거하는 기술의

개발개발

• 환자의 체세포 핵을 이용한 치료용 줄기세포의 배양 최초 성공환자의 체세포 핵을 이용한 치료용 줄기세포의 배양 최초 성공

결 론결 론

• 생명현상을 연구하는 연구자들의 윤리의식 생명현상을 연구하는 연구자들의 윤리의식 확립확립

•마녀사냥식 매도로 인한 과학발전의 저해 마녀사냥식 매도로 인한 과학발전의 저해 에 대한 고찰에 대한 고찰

•냄비식 여론조장 보다 연구결과를 냄비식 여론조장 보다 연구결과를 기다리고 지지하는 관심의 필요기다리고 지지하는 관심의 필요

감사합니다감사합니다