mainimg

개발과정

개발 과정

GM작물은 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.


 특정 생물체로부터 유용한 유전자를 발굴하여 유전자를 분리


 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


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


 특정 생물체로부터 유용한 유전자를 발굴하여 유전자를 분리


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


 최종 선발된 유전자재조합작물(GM작물)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(GM작물)은 상업화하기 전에 우선적으로 인간이나 생태계에 잠재적 위해성이 있는지에 대한 안전성평가를 실시
  • 안전성평가는 개발자 또는 개발된 GM작물을 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 GM작물의 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 GM작물이나 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 GM농산물과 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 GM작물의 안전성 심사가 승인되어 상업화가 이루어진 사례는 현재까지 한건도 없음

유전자재조합 기술 방법

식물

유전자를 식물체에 도입하는 방법으로는 원형질체 융합법(Electroporation), 유전자총법(Particle Bombardment), 침지법(Dipping), 미세주사법(Microinjection) 등 여러 가지 방법이 사용되고 있다. 반면, 상업용 GM작물 개발에는 가장 안정되고 확실한 아그로박테리움 이용 유전자재조합 방법을 사용하고 있다.

아그로박테리움법(Agrobacterium method)

아그로박테리움을 이용한 형질전환의 개발은 토양 내에 존재하는 미생물인 아그로박테리움이 식물체에 자신의 유전자를 이식시키는 것을 발견함으로써 시작됨

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


아그로박테리움의 유전자가 이식되는 과정에서 식물생장조절제의 작용에 의해 세포분열이 촉진되면서 식물체의 줄기 혹은 뿌리에 크라운 골 (Crown Gall)이라는 비정상적인 혹이 생김
  • [아그로박테리움에 감염되어 식물의 줄기에 Crown Gall (혹)이 생기는 과정]


이와 같은 자연적 유전자 이식현상을 응용한 것이 식물 유전자 재조합 기술임

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 완성

  • [아그로박테리움 이용 식물 형질전환 기법]

출처: GMO 바로알기

입자총법 (Particle-gun method)

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

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

  • [유전자총 이용 식물형질전환 기법]

출처:식탁 위의 생명공학

원형질세포법 (전기충격법, Electroporation method)

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

출처: 유전자재조합식품 바로알기

그 외 (동물, 미생물)

동물

형질전환동물을 생산하기 위하여 재조합 유전자를 수정란의 게놈(genome)에 삽입하는 방법으로는 미세주입법(Microinjection), 유전자재조합된 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)

미세주입법은(microinjection)은 수정란에 직접 유전자를 이식하는 방법

형질전환동물을 생산하기 위해선 재조합 유전자를 수정란의 게놈(genome)에 삽입해야 한다.

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.

출처: 유전자재조합식품 바로알기


  • [동물 형질전환을 이용한 유용물질 생산]

사진출처: Biosafety (이흥우, 2010. 12)


  • [형질전환 돼지를 이용한 장기이식]

사진출처: Biosafety (이흥우, 2010. 12)

미생물

유전자변형기술은 대장균과 같은 세균들이 염색체 DNA 말고도 플라스미드(plasmid)라고 불리는 고리 모양의 작은 DNA를 가지고 있다는 것을 발견하면서부터 시작되었다. 박테리아의 염색체 DNA와는 달리, 플라스미드는 다른 박테리아로 옮겨갈 수도 있고 다른 개체로부터 받을 수도 있다. 이러한 특성을 이용하여 플라스미드를 추출한 후 다시 대장균에 도입하여 원하는 형질로 전환시킬 수 있다.
이렇게 외래 유전자를 삽입한 플라스미드를 유전자 운반체(vector)라 하며, 이 운반체를 동물이나 식물의 염색체에 주입하여 유전자 변형 생물체를 개발할 수 있는 것이다.
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 유전자 재조합 과정]

출처: GMO 바로알기