동물의 생명공학

동물의 생명공학은 동물을 이용한 연구로 많은 의학적 돌파구를 개척하며 인간의 고통을 막게한 것이다

요즘은 유전자 이식 동물(Transgenic animal)에 관심이 있으며 미 식약국, FDA 규정에 따라 신약, 의학적 과정, 화장품등 안전성을 통과해야한다

임상시험(Phase testing) 전에, 여기에서 세포배양, 동물 실험, 사람 연구자로 통계적 시도횟수를 요구하게 되며 전 단계가 안된다면 허가되지 않는다

실험할 동물의 선택으로 인간과의 유전적 유사성에 의거하여 결정되며 특성이나 예기치 못한 결과 외에도 효과에 대한 경우도 확인해야한다

체외 배출 시간, 흡수율, 특성 화학적 대사작용등 동물 모델 이용으로 확인한다

동물은 유전적으로 잘 알려져있고 조작된 랫트(Rats), 순계 마우스(Mouse), 척추동물(제브라피쉬), 무척추동물(초파리) 등을 사용한다

여기에서 제브라피쉬는 생장이 빠르고 배아(Embryo)가 투명해 현미경으로 세포 분열을 관찰 가능해서 유용한 동물이다

이 외에도 개는 인간과 페와 심혈관계가 유사하여 연구하며, 원숭이나 침팬지의 경우 HIV와 AIDS 에 대해 연구한다

연구자들은 최초 실험을 세포 배양법과 컴퓨터 기반 모델을 이용하는데 이로써 비용과 시간을 절약하게 된다

세포 배양법은 물질의 독성 연구와 확인에 대해 유용하며, 컴퓨터 기반 모델은 특정 분자의 구조, 화학적 구조의 시뮬레이팅한다

하지만 이들은 단서만 제공할 뿐, 답안은 제공하지 않는 것이 흠이다

3R

(이미지 출처 : http://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/wordpress/wp-content/uploads/3r-700x189.jpg)

동물의 연구 규제로써 인류는 3R이라는 것을 주장하였는데 이는 고등종, 고양이, 개, 영장류등의 사용수를 줄이고(Reduce), 이를 대신할 수 있는 모델로 동물을 대체해야하며(Replace), 가능한 사람 조건에 맞게 개선해야한다는 것이다(Refine)

수의학에서의 임상실험은, 동물의 임상실험으로 사람의 임상실험의 포석이 되게끔 한 점이다

예를 들어 피부암에 대한 치료법을 연구하기 위해 동물 자체 종양을 배양후, 종양 세포의 자체 면역계를 증진시켜 사이토카인(Cytokine)을 유도하는 것, 말라리아 예방을 위한 생물공학 모기, DDT 저항성 모기를 중장(Midgut)으로 기생충 침입을 억제해 생명활동을 중지시키는 법, 모기의 침샘으로 기생충을 못들어가게 하는 항체를 개발하는 것이다

클론은 클로닝으로 오직 하나의 유전적인 기여자만 존재하는데 제공자(Donor)에 따른다

쌍자생산(Embryo twining)으로 배아를 반으로 쪼개고 사배자(Tetra)까지 가능하게 하는 방법, 수여자(Recipient)의 난자에서 DNA를 제거하고 공여자의 체세포 핵을 주입후, 낮은 전하로 세포질과 핵이 융합되게 하여 7일간 배양후 클로닝하는 것, 탈핵(Enucleation)등이 있다

클론의 한계로는 클론이 나이를 먹어가는 것이다

염색체(Chromosome)의 텔로미어(telomere)가 짧아지며 생물학적 시계가 줄어져 짧은 수명을 가지는 것이다

이에 대해서 인류는 텔로미어를 재생시키는 텔로머레이스(Telomerase) 효소를 연구중이며 이로써 노화를 억제하는 중요한 역할이 될 것이다

이 클론을 연구하는 이유는 멸종위기에 처한 동물의 계통군 유지를 중간 배아 이식방법으로 유지시키는 것인데 이에 대한 예시로 아프리카 살쾡이가 그 예시이다

또한 농업적 생산의 증진으로 새로운 돼지 품종의 개발을 양적 유전학(Quantitative genetics), 유전적 핵 농장(Genetic nucleus farm)등 유전자 이식 기술의 새로운 길로 개척하는 중이다

유전자 이식 기술에는 많은 것들이 있다

레트로 바이러스 매개성 유전자 이식(Retrovirus mediated transgenics)는 마우스의 배아(Embryo)가 이식 전에 감염시켜 수행하는 것으로 새로운 DNA에 대한 운반체(Vector)로 작용하는 것이다

전이 유전자(Transgene)에 크기 제한이 있고 유전자 서열에 방해를 받을 수 있다는 것이 단점이다

전핵 미세주입법(Pronuclear microinjection)은 유전자 DNA를 접합자(Zygote) 발생 과정 중 초기에 주입하는 것으로 정자와 난자 세포가 융합할 때, DNA를 주입하는 것으로 운반체(Vector)가 필요 없는 것이 장점이다

배아줄기 세포 방법(Embryonic stem cell method)는 배반포(Blastocyst)의 내부 세포 덩어리로부터 배아줄기 세포를 모아 재조합 DNA 방법을 통해 배아 줄기 세포가 DNA를 흡수해 유전자 이식으로 숙주의 배반포의 내부 세포 덩어리에 주입하게 되는 방법이다

정자 매개성 전이(Sperm mediated transfer)는 DNA를 정자세포에 부착하여 연결 단백질(Linker protein)을 사용하는 것이다

이 외에도 유전자총(Gene gun)도 있다 (지난 번 글에 작성하였다 아래 링크에서 참조)

2016/04/09 - [생명공학] - 식물 생명공학

이로써 선택적 향상(Selective improvement)로 가축의 성장률이 높아지는 것이다

예를 들어 우유 생산에서 유전자이식기술과 핵전이 기술로 허만(Herman)을 만든 것인데 이는 인간의 락토페린(Lactoferrin)에 대한 유전자를 가지며 성장에 필요한 철분이 높게 함량된 것이다

Polyclonal antibody 와 Monoclonal antibody

(이미지 출처 : http://absoluteantibody.com/wp-content/uploads/Antibodies-as-tools.png)

인간의 다클론 항체(Polyclonal antibody)가 소에서 생산되어 증진하는 것도 있다

질병으로 구제역(Foot and mouth)를 억제하려는 연구도 진행중이며 박테리아의 유선염(Mastitis)에 저항성을 가진 젖소로 이소스타핀(Iysosttaphin) 단백질을 가진 것도 있다

추가로 배설물에서 인의 함량을 낮추어 그나마 더 친환경적인 돼지로 엔바이로피그(Enviropig)가 있는데 이는 침(Saliva)의 파이타제(Phytase) 효소를 발현시킨 것이다

이로써, 가난하고 배고픈 이들에게 긍정적인 영향을 끼칠 것이라고 예상한다

생물반응기(Bioreactor)로서의 유전자이식동물로 동물생물반응기(animal bioreactor)는 다음과 같이 작용하게 된다

첫번째, 특정 목적 단백질을 코딩하고 있는 유전자를 유전자 이식기술로 표적세포에 주입하게 된다

두번째, 클로닝 기술로 하나의 동물 개체로 생장시킨다

이에 대한 예시로 강력한 방탄 조끼, 혹은 수술실 봉합사로 사용되는 바이오스틸(Biosteel)이 그 예인데, 이는 염소로 실크 단백질(Silk milk)를 만드는 것이다

또한 제약 단백질로 항응고 유전자 Atryn 을 염소에 도입해 항트롬빈 결핍(Antithrombin deficiency) 환자를 위한 것, 혈우병(Hemophillia)의 항트롬빈 3(Antithrombin 3) 등 이 있다

추가로 라이소자임(Lysozyme) 또는 약독화백신(Attenuated vaccine)등을 첨가한 알, 계란도 있다

유전자를 추가하는 것이 있다면, 제거하는 것도 있는데 이는 유전자를 제거하는 녹아웃(Knockout)이라고 하며 이는 활성 유전자로부터 기능을 차단하는 것으로 쓸모없는 DNA를 대체해 형질(Trait)을 사라지게 하는 것이다

조작된 DNA를 상동 재조합(Homologous recombination)으로 배아줄기세포 재조합으로 배아에 삽입하는 것으로 간섭 RNA(Interfering RNA)으로 침묵 가능한 방법도 있다

이로써 키메라(Chimera)도 제조할 수 있으며 이는 이종교배(Crossbreeding)을 시켜야한다

동물에서 인간 항체를 생산할 수 있는데 단클론 항체 생산(Monocloral antibody)로 세포의 단일클론으로부터 단클론 항체를 생산하는 것이다

이는 면역원성(Immunogenicity)이란 한계가 있으며 쥐의 하이브리도마(Hybridomas)의 면역반응 유발로 인간 항 마우스 항체반응(Human antimouse antibody response, HAMA) 라 불리어지는 것도 있다