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세포를 복제할 수 있다면 난자를 얼리는 근거는 무엇입니까?

세포를 복제할 수 있다면 난자를 얼리는 근거는 무엇입니까?


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누군가가 자신의 난자를 얼린다는 주제에 대해 많은 토론이 있는 것 같습니다.

내가 이해하지 못하는 것은 다음과 같습니다.

  1. 체세포를 난자로 변환시키는 기술이 오늘날 존재한다는 것을 알면서 왜 난자를 얼리겠습니까, 아니면 여기에서는 볼 수 없습니까?

  2. 냉동이 생물학적 활동을 변경하지 않아 기형 아이를 낳을 가능성이 줄어들지 않는다는 것이 입증되었습니까?

나에게는 여성 배우자를 동결시키는 것보다 인공적으로 암컷 배우자를 생산하는 것이 훨씬 더 쉽고 안전하고(그리고 덜 비싸지만) 10년 후에 동결을 풀고 그들이 여전히 생물학적으로 활동하기를 바라는 것 같습니다.


왜 계란을 얼릴까요?

1의 경우, 여성은 출산을 연기해야 ​​하는 경우 난자를 냉동시킬 수 있습니다. 이 페이지에서는 다음과 같은 몇 가지 이유를 살펴봅니다. "교육, 직업 또는 기타 개인적인 목표를 추구하기 위해 출산을 연기하기를 원하거나 연기해야 ​​하는 여성.". 또한 관심이 있는 경우 프로세스에 대한 몇 가지 기본 설명을 살펴봅니다. 여성이 최근에 암 진단을 받았거나 교육을 마쳐야 하지만 10년 이내에 아기를 낳을 준비가 된 경우와 같이 10년 후의 임신 가능성에 대해 의심이 있는 경우(귀하의 마지막 문장을 예로 들어) 9개월이 지나면 그녀는 아기를 낳기에 더 적합한 시간 동안 난자를 얼리기로 결정할 수 있습니다. 신체 계란 생산에 더 적합합니다.

냉동은 부작용이 있습니까?

두 번째 질문에 관해서는 같은 페이지에 섭씨 영하 196도에서 10년 동안 배아를 성공적으로 동결시켰으며 최종 출생에 부정적인 영향을 미치지 않는다고 언급되어 있습니다.

그럼에도 불구하고, 위험을 탐색하면 관행이 긍정적인지 부정적인지 여부에 대한 결정이 여전히 울타리에 있음이 드러납니다. 입증된 부정적인 영향에 대한 객관적인 진실이 없는 것처럼 보이기 때문에 서로 다른 당사자가 서로 다른 의견을 주장합니다.

이 클리닉에서 설명하는 위험은 기형 아동의 위험에 비해 미미하지만 고려할 가치가 있습니다. 그러나 '실험적'으로 제시되기는 하지만 여전히 인기 있는 선택입니다. 이 연구(2010, Rudick et al)는 미국에서 조사된 442개 불임 클리닉 중 283개에서 냉동보존이 이미 어떻게 제공되고 있는지 보여주었습니다. 선택 이유 중 1/3은 암이 있는 여성이었고, 나머지 2/3는 '고산모 연령'이 있는 여성 때문이었습니다.

ACOG(American College of Obstetricians and Gynecologists)는 2013년에 난자를 냉동하는 것을 지지하지 않는다고 밝혔습니다.건강한 여성의 생식 노화를 방지하기 위한 유일한 목적' 그러나 ASRM(American Society for Reproductive Medicine)은 2012년에 '실험적'이라는 레이블을 해제했습니다. 이전에 링크된 기사는 ASRM에서 수행한 연구에 대해 설명합니다. '신선한 난자와 냉동 난자의 수정률, 배아 착상률 및 임신률을 비교한 4건의 무작위 대조 시험 및 다양한 관찰 연구의 검토 데이터', 그리고 '체외 수정 주기를 냉동 난자로 실시한 경우 선천적 결함, 발달 장애 또는 염색체 이상이 증가하지 않아 학회에서 이 기술이 효과적이고 안전하다고 선언했습니다.'.

결론

귀하의 질문은 약간 광범위하며 관련된 여성/여성의 주관적인 선택에 의해 답변될 수 있지만 ASRM은 여전히 ​​"우리는 이것을 선택 기술로 사용할 때 신중하게 진행해야 합니다.", '필요'와 '원하는' 사이의 명확한 경계를 설정함으로써. 그러나 이 방법을 사용하여 비정상 비율이 더 높다는 것을 보여주는 증거는 없지만, 아직까지는 상당히 새로운 방식으로 마케팅되고 있는 상당히 새로운 관행이라는 점을 고려할 때 의학적 치료가 아닌 선택이 아닌, 나이든 여성을 위한 단순한 '선택'으로 과학적 및 의료적 디자인을 마케팅하는 것이 이 기술을 더 좋게 만들거나 더 나쁘게 만들 것인지에 대한 회의론이 있습니다.

또한 '저렴하다'는 귀하의 의견에 대해 이 웹사이트는 현재 미국에서 체외 수정의 평균 비용이 약 10,000 - 20,000 USD인 반면, 내가 링크한 첫 번째 웹사이트(여기)는 비용을 약 10,000로 추정합니다. USD는 계란 동결 주기를 겪습니다. 그러나 가격은 클리닉마다 다릅니다. 그럼에도 불구하고 가격은 여전히 ​​비슷하며 선택은 예를 들어 최근에 암 진단을 받았거나 5년 이상 가임할 수 없을 것이라는 두려움이 있는 경우 여성이 난자를 지불하고 냉동하는 것을 선택하는 것입니다.

이 답변이 귀하의 질문에 답하는 데 충분했길 바라며, 더 궁금한 사항이 있으면 언제든지 저에게 질문해 주세요. :)

출처:


배아 생산

리제트 A. 매디슨, . Wenbiao Chen, in Methods in Cell Biology, 2011

2 유전자 트랩 이벤트에 대한 스크리닝

개별 유전자 트랩이 주입된 물고기를 야생형 물고기와 교배합니다.

성공적인 짝짓기에서 알을 모으십시오. NS.

별도의 작은 탱크에 유전자 트랩 물고기를 잡으십시오.

형광 스크리닝 1.

24hpf, 48hpf 및 5dpf에서. NS.

빨간색과 노란색 채널 모두에서 형광을 확인합니다.

형광성 단백질 발현으로 배아를 유지하고 성숙하게 키웁니다. 게놈 DNA는 삽입 식별을 위해 6주령에 꼬리지느러미 생검에서 분리될 수 있습니다.

단일 클러치에서 동일한 발현 패턴을 가진 10개 이상의 배아를 사용할 수 있는 경우 1-3개의 배아를 삽입 식별에 사용할 수 있고 나머지는 성숙할 수 있습니다.


인간유전공학

유전 기술은 인류를 영원히 변화시킬 잠재력을 지니고 있습니다. 곧 완료될 인간 게놈 프로젝트는 유전 과학자들에게 인간 생물학적 지침서를 제공할 것입니다. 모든 세포의 유전자에는 모든 조직과 기관에 구조와 기능을 제공하는 단백질 코드가 들어 있습니다. 이 완전한 코드를 아는 것은 수천 년 동안 미스테리로 남아 있던 질병을 치료하고 치료하는 새로운 지평을 열 것입니다. 그러나 유전 기술의 칭찬할 만하고 자비로운 사용과 함께 그림자 같은 목적과 악의적인 목적의 유령이 옵니다.

어떤 사람들에게는 오용 가능성이 문을 완전히 닫아야 할 충분한 이유가 됩니다. 이점은 위험을 감수할 가치가 없습니다. 이 기사에서 나는 유전 기술을 인간에게 적용하는 방법을 탐구하고 그리 멀지 않은 궁극적인 윤리적 곤경에 성경적 지혜를 적용하고자 합니다. 이 섹션에서 우리는 인간이 공학될 수 있는 다양한 방법을 조사할 것입니다.

우리가 수년 동안 생쥐, 소, 양, 돼지의 배아에 외래 유전자를 도입했기 때문에 인간에게도 할 수 없다고 제안할 기술적인 이유는 없습니다. 현재 유전자 전달을 추구하는 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 단순히 유전 질환의 증상을 완화하려는 시도입니다. 이것은 질병에 의해 가장 영향을 받는 조직에만 정상 유전자를 전달하려는 유전자 치료를 수반합니다. 예를 들어, 기관지 감염은 낭포성 섬유증(CF) 환자의 조기 사망의 주요 원인입니다. CF 환자의 폐는 박테리아와 바이러스의 훌륭한 성장 배지를 제공하는 두꺼운 점액을 생성합니다. 정상 유전자가 폐의 세포에 삽입될 수 있다면 아마도 그들의 삶의 질과 양 모두가 향상될 수 있을 것입니다. 그러나 이것은 완전한 치료법이 아니며 여전히 CF 유전자를 자녀에게 전달할 것입니다.

유전병을 치료하기 위해서는 결함이 있는 유전자가 몸 전체에서 대체되어야 합니다. 초기 배아에서 유전적 결함이 발견되면 이 단계에서 유전자를 추가하여 생식 조직을 포함한 모든 조직에 정상 유전자가 존재할 수 있습니다. 이 기술은 생쥐, 양, 돼지 및 소에 외래 유전자를 추가하는 데 사용되었습니다.

그러나 현재로서는 이 잘 발달된 기술을 인간에게 시도한 실험실은 없는 것으로 알려져 있습니다. Princeton 분자생물학자인 Lee Silver는 두 가지 이유를 제시합니다. 1 첫째, 동물에서도 50%만 작동합니다. 둘째, 성공하더라도 약 5%의 확률로 새로운 유전자가 기존 유전자의 중간에 위치하여 새로운 돌연변이를 생성합니다. 현재 이러한 확률은 과학자와 특히 자손의 유전 공학을 원하는 잠재 고객에게 허용되지 않습니다. 그러나 이것은 기술의 문제일 뿐입니다. 이러한 어려움은 추가 연구를 통해 극복할 수 있다고 가정하는 것이 합리적입니다.

유전 공학을 유전 질환 치료에 사용해야합니까?

인간 유전 공학의 주요 용도는 유전 질환의 치료에 관한 것입니다. 그러나 이마저도 신중하게 접근해야 합니다. 확실히 기독교 세계관에서 가능한 한 고통을 덜어주는 것은 예수님의 발자취를 따르는 것입니다. 그러나 어떤 질병? 삶에 간섭할 수 있는 우리의 능력은 어디까지 허용되어야 합니까? 지금까지 유전자 요법은 낭포성 섬유증과 같은 쇠약해지고 궁극적으로 치명적인 질병에 대해 주로 테스트되었습니다.

인간을 대상으로 한 최초의 유전자 요법 시험은 10년이 지난 현재 잘 지내고 있는 2세 소녀의 생명을 위협하는 면역 장애를 교정했습니다. 유전자 요법은 수십 가지의 신청이 필요했지만 유전자 요법 없이 필요한 약물 치료를 위해 연간 60,000달러 청구서에서 가족을 절약했습니다. 2 최근에는 말 그대로 죽음을 기다리던 16명의 심장병 환자들이 심장에 직접 주사하여 혈관 성장을 유발하는 유전자 사본이 포함된 용액을 받았습니다. 막힌 동맥 주위에 새로운 혈관이 자라나면서 16명은 모두 호전되었고 6명은 통증이 완전히 완화되었습니다.

이 각각의 경우에 유전자 치료는 치명적인 상태에 대한 최후의 수단으로 수행되었습니다. 이것은 치료를 추구하는 동시에 해를 끼치지 않는 의학적 경계에 쉽게 속하는 것 같습니다. 문제는 유전자 치료가 AIDS에 대한 저항성을 제공하거나 기억력을 향상시킬 수 있는 유전자와 같이 생명을 위협하지 않는 상태를 완화하고 아마도 일부 사람들은 단순히 삶의 불편 중 하나로 간주하는 상태를 완화하려고 할 때 발생할 것입니다. . 그러한 유전자는 현재 알려져 있으며 많은 사람들이 이러한 목표가 유전자 치료에 이용 가능하고 이용 가능해야 한다고 제안하고 있습니다.

유전자 치료의 가장 골치 아픈 측면은 올바른 세포에 유전자를 전달하는 가장 좋은 방법을 결정하고 유전자를 세포의 염색체에 통합하도록 유인하는 것입니다. 대부분의 연구자들은 자연적으로 유전자를 세포에 통합하는 불구 형태의 바이러스를 사용해 왔습니다. 유전자 치료의 전체 분야는 1999년 9월 펜실베니아 대학교에서 유전적 효소 결핍증에 대한 유전자 치료를 받은 Jesse Gelsinger의 사망으로 심각한 후퇴를 겪었습니다. 3 Jesse는 분명히 심각한 면역 반응을 겪었고 조작된 바이러스를 주사한 지 4일 만에 사망했습니다.

수천 건의 다른 실험에서 동일한 바이러스 벡터가 안전하게 사용되었지만, 이 경우에는 수많은 임상 데이터를 공개하고 이틀 동안 질문에 답했지만 연구원들은 무엇이 잘못되었는지 완전히 이해하지 못했습니다. 4 다른 기관들도 임상시험에서 중대한 이상반응이 발생했을 때 즉시 보고하지 않은 것으로 밝혀져 의회의 검토가 필요했습니다. 5 이 모든 것은 유전자 치료의 기술적인 문제에 대한 답이 아직 나오지 않았으며 지침과 보고 절차가 연구되고 재평가됨에 따라 진행이 느려질 것임을 나타냅니다.

내 유전적 문제를 수정하면 내 후손에게 문제가 생기지 않습니까?

간단한 대답은 적어도 가까운 미래에는 아니오입니다. 유전자 요법은 현재 기존 어린이 또는 성인의 기존 조직을 표적으로 합니다. 이것은 해당 개인의 증상을 완화하거나 제거할 수 있지만 미래의 어린이에게는 영향을 미치지 않습니다. 미래 세대를 위한 교정을 달성하기 위해 유전자 치료는 생식 세포, 정자 및 난자를 표적으로 해야 합니다. 이것은 현재 많은 기술적인 문제를 제기합니다. 또한 동의 없이 미래 세대를 위한 유전적 결정을 내리는 것에 대한 매우 실질적인 우려가 있습니다.

일부는 조직 분화가 일어나기 전에 초기 배아에서 유전자 치료를 수행하여 이러한 어려움을 해결하려고 합니다. 이것은 새로운 유전자가 생식 기관을 포함한 모든 조직에 통합되도록 할 것입니다. 그러나 이 과정은 이미 유전 질환을 앓고 있는 사람들의 상태를 완화시키는 데 아무런 도움이 되지 않습니다. 또한 이번 주 초에 언급했듯이 이 절차는 고유한 실패율과 배아에 대한 잠재적 손상으로 인해 배아를 허용할 수 없는 위험에 빠뜨릴 것입니다.

생식계열 유전자 치료에 영향을 미치는 또 다른 방법은 유전자 치료와 복제를 결합하는 것입니다. 6 수정된 배아 시험관 내, 예를 들어 겸상 적혈구 빈혈의 위험이 있는 부부의 정자와 난자에서 겸상 적혈구 유전자를 검사할 수 있습니다. 배아에서 양성 반응이 나오면 이 초기 배아에서 세포를 제거하고 배양액에서 증식할 수 있습니다. 그런 다음 정상적인 헤모글로빈 유전자가 이러한 배양된 세포에 추가됩니다.

인간 복제 기술이 완성되면 이 세포 중 하나를 복제하여 새로운 개체를 만들 수 있습니다. 복제가 성공하면 태어난 아기는 겸상 적혈구 유전자가 정상 헤모글로빈 유전자로 대체된 원래 배아의 일란성 쌍둥이가 될 것입니다. 이것은 정상적인 건강한 아기를 초래할 것입니다. 불행히도 초기 배아는 윤리적으로 용납될 수 없는 절충안인 일란성 쌍둥이의 공학을 허용하기 위해 희생되었습니다.

그래서 우리가 본 것은 인간 유전자 치료조차도 장기적인 해결책이 아니라 일시적이고 개별적인 해결책이라는 것입니다. 그러나 치료 목적을 위한 유전자 요법의 사용을 묵인하더라도 윤리적 또는 금전적 이유로 유전자 요법을 사용할 수 없는 사람들이 밀려나지 않도록 주의해야 합니다. 수정되지 않은 결함이 있는 사람들을 바람직하지 않거나 인간보다 못한 것으로 피하는 것은 쉬울 것입니다. 참으로 생각할 것이 많습니다.

초인을 생산하기 위해 유전 공학을 사용해야합니까?

인간의 우월한 인종을 만들기 위해 유전 공학의 새로운 도구를 활용하는 누군가 또는 일부 정부의 가능성은 최소한 고려되어야 합니다. 그러나 우리는 운동 능력, 지능, 외모 및 성격과 같은 일반적으로 원하는 특성을 결정하는 유전적 요인이 무엇인지 단순히 알지 못한다는 점을 강조해야 합니다. 확실히, 이들 각각은 유전자 조작에 사용할 수 있는 중요한 구성 요소를 가지고 있지만, 이러한 각각의 특성에 대한 우리의 지식은 초기 단계에 있다고 말하는 것이 안전합니다.

이러한 영역에 대한 지식이 늘어남에 따라 다른 유전적 특성으로 인해 엔지니어링이 방해받을 수 있습니다. 지금까지 신체에 단 하나의 응용 프로그램만 있는 유전자는 거의 없습니다. 대부분의 유전자는 때때로 다른 조직에서 여러 효과를 갖는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 기억력과 같은 특정 특성을 향상시키는 유전자를 조작하는 것은 본의 아니게 약물 중독에 대한 감수성을 증가시킬 수 있습니다.

그러나 향후 50년에서 100년 사이에 이러한 미지의 것들 중 많은 부분을 예상할 수 있고 유리한 형질을 위한 공학이 가능해지면 어떨까요? 무엇을 기대할 수 있습니까? 우리의 관심사는 문화의 세계관을 바꾸지 않으면 인류의 진화를 이어받고자 하는 경향이 커질 것이라는 점입니다. 많은 사람들이 그것을 봅니다. 우리는 단순히 직립하고 큰 뇌를 가진 유인원입니다. 독립적인 마음이란 없습니다. 우리의 마음은 단순히 뇌의 물리적 구성물이 됩니다. 뇌는 확실히 복잡하고 그 복잡한 기계에 대한 우리의 이해 수준이 매일 증가하지만, 일부 사람들은 미래에 우리가 생존의 미래 요구를 충족시키기 위해 종으로서 우리가 누구이고 무엇인지를 바꿀 만큼 충분히 이해할 수 있기를 희망합니다.

하버드 곤충학자인 에드워드 O. 윌슨은 우리가 곧 어려운 유전적 딜레마에 직면하게 될 것이라고 믿습니다. 유전자 치료의 기대되는 발전으로 인해 우리는 유전적 질병을 제거하거나 최소한 완화할 수 있을 뿐만 아니라 수학이나 언어 능력과 같은 인간의 특정 능력을 향상시킬 수 있습니다. 그는 이렇게 말합니다. “곧 우리는 내면을 깊이 들여다보고 무엇이 되고 싶은지 결정해야 합니다.” 7 1978년에 윌슨은 “우리가 어떤 인간으로 남아 있기를 원하는지 결정해야 하는 우리의 궁극적인 필요성에 대해 숙고했습니다.” 8

놀랍게도 윌슨은 미래 세대가 장애를 일으키는 질병의 치료만을 선택하고 유전적 향상은 하지 않을 것이라고 예측합니다. 그러나 그의 유일한 근거는 질문입니다. “왜 종은 수백만 년의 생물학적 시행착오를 통해 구축된 존재의 결정적인 핵심을 포기해야 합니까?” 9 윌슨은 순진하게 낙관적입니다. 인간이 우연 돌연변이와 자연 선택보다 우리의 “진화적인”미래를 의도적으로 더 잘 설계할 수 있다고 주장하는 큰 목소리가 이미 있습니다. 이 느린 기차의 진로를 파멸로 바꿀 때가 아니라 지금이다.

내 아이의 성별을 결정할 수 있어야 합니까?

유전 공학 관행의 윤리적 사용을 둘러싼 많은 질문은 단순히 예 또는 아니오로 대답하기 어렵습니다. 이것은 그들 중 하나입니다. 대답은 성별 선택을 결정하는 데 사용되는 방법과 선택 자체의 타이밍을 중심으로 이루어집니다.

예를 들어, 태아의 성별이 결정되어 바람직하지 않다고 판단되는 경우, 실험실이나 자궁 내에서 낙태를 통해 배나 태아를 제거해야만 수정될 수 있습니다. 이 과정을 금지하는 모든 이유가 있습니다. 첫째, 무고한 생명이 희생되었습니다. 인간 생명의 신성함의 원칙은 어머니의 생명을 구하는 것 외에 어떤 이유로든 새로운 무고한 생명이 죽임을 당하지 않을 것을 요구합니다. 둘째, 낙태가 합법화된 이 나라에서도 단순히 성별이 다르다는 이유로 생명을 앗아가는 일을 방지하기 위한 규제가 있기를 바랍니다.

그러나 Y 염색체를 보유하는 정자와 X 염색체를 보유하는 정자를 분리할 수 있는 절차가 존재합니다. Y를 가지고 있는 정자로 수정된 난자는 수컷이 될 것이고, X를 지닌 정자에 의해 수정된 난자는 암컷이 될 것입니다. 난자를 수정하는 데 사용되는 정자 샘플이 Y 염색체에 대해 선택되었다면 단순히 남자아이를 낳을 확률을 높입니다(

90%) 여자보다. 부부가 남자아이나 여자아이를 기꺼이 받아들이고 배아를 버리거나 성이 잘못된 경우 아기를 낙태하지 않는 한 그러한 절차를 금지해야 한다고 말하기는 어렵습니다.

이 절차를 사용하는 한 가지 이유는 성 관련 유전 질환의 위험을 줄이는 것입니다. 색맹, 혈우병 및 취약 X 증후군은 X 염색체의 돌연변이로 인해 발생할 수 있습니다. 따라서 남성(X 염색체가 하나만 있음)은 어머니가 보인자이거나 아버지가 영향을 받는 경우 이러한 특성으로 고통받을 가능성이 훨씬 더 높습니다. (여성의 경우 두 번째 X 염색체는 일반적으로 정상 유전자를 갖고 다른 X 염색체의 돌연변이 유전자를 가립니다.) 정자 선택으로 여아를 선택하면 이러한 유전 질환 중 하나를 가진 아이를 가질 가능성이 크게 줄어듭니다.다시 말하지만, 생명이 상실되지 않은 상태에서 고통을 줄이려는 욕구에 대해 이의를 제기하는 것은 어렵습니다.

그러나 우리는 묻지 않으면 안 된다, 정자 선택에 의한 성 결정 지혜로운? 이미 소년이 있고 단순히 소녀가 가족의 균형을 유지하기를 원하는 부부는 충분히 순진해 보입니다. 그러나 이것이 왜 중요한가? 무엇이 이 욕망을 부추기는가? 우리의 삶을 점점 더 많이 통제하고 하나님의 주권을 멀리 뒤에 두는 것은 위험합니다. 이것은 삶과 죽음의 상황 또는 고통을 줄이는 상황이 아닙니다.

그러나 성별 선택에서 심각한 문제를 찾는 것은 어려울 수 있지만 좋은 점을 찾는 것도 어렵습니다. 성 관련 질병을 피하는 것이 목적일지라도 우리는 이러한 질병의 영향을 받는 다른 사람들과 의사 소통할 위험이 있습니다. ~ 할 수 있었다 피하고, 그들의 생명은 어떻게 든 덜 가치가 있습니다. 따라서 그러한 관행을 금지하는 것이 현명하지 않을 수 있지만, 그렇다고 무심코 접근해서는 안 됩니다.

1 리 실버, Remake Eden: 멋진 신세계에서 복제와 그 너머, 뉴욕, NY: Avon Books, p. 230-231.

2 Leon Jaoff, 성공 사례, 시간, 1999년 1월 11일, p. 72-73.

3 Sally Lehrman, 유전자 치료 사망 후 의심되는 바이러스 치료, 자연 권. 401 (1999년 10월 7일): 517-518.

4 Eliot Marshall, 유전자 치료 사망은 아데노바이러스 벡터의 검토를 촉구합니다. 과학 권. 286(1999년 12월 17일): 2244-2245.

5 Meredith Wadman, NIH, 유전자 치료 실험에 대한 비난, 자연 권. 403(1999년 1월 20일): 237.

6 스티브 미르스키(Steve Mirsky)와 존 레니(John Rennie), 유전자 치료를 위한 복제의 의미, 사이언티픽 아메리칸, 1997년 6월, p. 122-123.

8 에드워드 윌슨, On 인간의 본성, 매사추세츠주 캠브리지: Harvard University Press, p. 6.


Canadian Horse Journal 웹사이트의 최근 여론 조사에서는 다음과 같은 질문을 했습니다. 말을 복제해야 합니까?

응답자의 약 83%는 더 많은 연구가 완료될 때까지 아니오라고 답했으며 15%는 아마도 그럴 것이라고 말했습니다. 엄격한 매개변수가 있는 특별한 상황에서는 2%만이 예라고 답했으며 클론 등록이 허용되어야 한다고 말했습니다.

한때 SF 작가들의 사랑을 받았던 복제품은 1997년 2월 22일 스코틀랜드 미들로시안의 로슬린 연구소에서 복제된 암양 돌리가 1996년 7월 5일에 태어났다는 소식이 발표되면서 세계 무대에 올랐습니다. 돌리는 성체 세포에서 성공적으로 복제된 최초의 포유동물이었습니다. 그녀는 2003년 사망할 때까지 연구소에서 살았습니다.

돌리는 모든 종류의 복제 포유류를 위한 길을 열기 위해 과학 헛간 문을 걷어찼습니다. 고양이, 쥐, 사슴, 소, 초파리, 토끼 등의 "쌍둥이"가 함께 왔습니다. 그리고 2003년 5월 4일, 최초의 말이자 최초의 노새인 Idaho Gem이 아이다호 대학교에서 태어났습니다. 그는 6월 9일에 태어난 유타 파이오니어(Utah Pioneer)와 7월 27일에 태어난 아이다호 스타(Idaho Star)라는 두 명의 복제된 "형제자매"가 빠르게 뒤를 이었습니다.

아이다호 젬(Idaho Gem)은 2003년 5월 28일 이탈리아 크레모나(Cremona)의 생식 기술 연구소(Labor of Reproductive Technology)에서 최초의 복제 말인 프로메테아(Prometea)가 태어나기 불과 몇 주 전에 함께 왔습니다. 북미 최초의 복제 말인 파리 텍사스는 2005년 텍사스 A&M 대학에서 생산되었습니다.

2006년에는 최고의 배럴 경주용 겔딩인 Scamper가 복제되었고 그의 "쌍둥이" 종마는 미국에서 처음으로 복제된 말이 되었습니다. 2010년에는 남미에서 생산된 최초의 복제 말인 Criollo 말이 아르헨티나에서 태어났습니다 .

그러나 실제로 복제란 무엇이며 복제된 말은 원래 동물과 문자 그대로 동일합니까?

텍사스 A&M 대학교 수의학 및 의생명과학대학 암말 생식 연구의 교수이자 Patsy Link 의장인 Dr. Katrin Hinrichs는 "우리는 두 가지를 활용합니다."라고 설명합니다. “첫째, 신체의 모든 세포의 핵에는 동물 전체를 생산하는 방법을 암호화하는 동일한 DNA가 있습니다. 둘째, 난모세포(난자)는 배아를 만들 준비가 되어 있으며, 발달 첫 3-4일 동안 해당 배아에 필요한 모든 것이 가득 차 있습니다. 기본 절차는 수정 시 정상적으로 일어나는 일의 변형일 뿐입니다. 일반적으로 난자는 DNA 상보체의 절반을 갖고 정자는 난자에 들어가 필요한 DNA의 나머지 절반을 가져옵니다. 그런 다음 완전한 DNA 세트로 난자가 배아로 발달하기 시작합니다. 복제에서 우리는 난자에서 DNA를 제거한 다음 완전한 DNA 보체를 운반하는 [기증 말에서] 세포를 도입합니다. 그런 다음 우리는 난자가 배아로 발달하기 시작하도록 신호를 보냅니다.”

수혜자 암말의 자궁으로 성공적으로 이식될 수 있는 단계까지 발달한 복제된 배아. 이 단계에 이르기까지 약 7~8일의 배양이 필요하며 일반적으로 이 단계에서 100~500개의 세포가 있습니다. 사진 제공 텍사스 A&M 대학교

Hinrichs는 복제된 말의 유전학(DNA)에는 변화가 없지만 복제된 말의 유전자는 다르게 사용될 수 있다고 설명합니다. 따라서 복제는 원본과 다소 다를 수 있습니다.

그녀는 "때때로 태반이 제 기능을 하지 못하는 경우가 있다"며 "이는 새끼를 태어날 때 건강에 영향을 주어 새끼를 약하게 만들거나 탯줄을 크게 만들 수 있다"고 덧붙였다.

사람들이 복제된 말이 원본의 복제물이라고 생각할 수 있지만, 그것이 원본(종종 "쌍둥이"라고 함)이 할 수 있는 일을 할 수 있다는 것을 반드시 따를 필요는 없습니다. 망아지가 태어날 때 허약했거나 다리가 구부러진 상태로 태어났다면(자궁 내 위치나 주변 막의 유연성으로 인해 정상적인 망아지에서 발생할 수 있음), 망아지는 원래의 운동 능력이 없을 수 있습니다. 말. 또한 운동 능력은 동물의 환경, 취급, 관리 및 훈련의 산물이기도 합니다.

각 말은 축적된 경험, 노출 및 취급에 의해 다시 형성되는 고유한 특성을 가지고 있습니다. Hinrichs에 따르면 복제된 말이 원래의 쌍둥이와 얼마나 유사한지에 대한 연구는 지금까지 없었습니다. 그녀는 복제가 동일한 기억과 경험을 가진 동일한 동물을 생산할 것이라는 오해가 있다고 말합니다. 그것은 단순히 불가능합니다. 복제는 유전적으로 일란성 쌍둥이를 낳지만, 다른 쌍둥이와 마찬가지로 각자 자신의 기억과 경험을 갖게 됩니다.

텍사스주 Cedar Park에 있는 ViaGen의 사장인 Blake Russell은 "우리는 각 고객이 복제에 관심을 갖는 고유한 이유가 있는 경우가 많다는 것을 발견했습니다."라고 말했습니다. “우리는 각 성별에서 비슷한 수를 생산하고 있으며 여전히 훌륭하고 입증된 종마의 유전학을 재현하고 있습니다. 평생을 암말로 보냈든, 겔딩으로 살았든, 종마로 살았든 엘리트를 복제하는 데는 설득력 있는 사례가 있습니다.”

ViaGen은 Trans Ova Genetics의 한 부문이며 모든 비영장류 종에 대한 복제 서비스와 최첨단 기술을 제공합니다. 13년 동안 말 복제 서비스를 제공했습니다. 그 기간 동안 200마리의 망아지를 생산했으며 브라질과 아르헨티나에 복제된 망아지를 생산하는 라이센스 보유자가 있으며 일부는 폴로 시장용입니다.

복제를 하는 가장 흔한 이유는 쇼 점프, 폴로 또는 배럴 경주에서 엘리트 말 운동선수의 고유한 유전학을 보존하기 위한 것입니다. 이 말들 중 많은 수가 겔딩이거나 암말입니다. 암말은 키울 수 있지만, 겔딩은 당연히 키울 수 없습니다. 이 귀중한 동물들이 복제된다면, 그들의 쌍둥이는 독점적인 번식 목적으로 보관될 수 있습니다.

"복제된 말은 번식할 수 있습니다."라고 Hinrichs는 말합니다. “그들은 기본적으로 평범한 말들입니다. 번식은 사람들이 귀중한 유전학을 보존하기 위해 말을 복제하여 그 계통에서 새끼를 낳을 수 있는 주된 이유입니다. 복제를 하는 매우 일반적인 이유는 우수한 챔피언 말이 겔딩되기 때문입니다. 그를 복제함으로써 복제된 망아지를 온전한 상태로 유지한 다음 그의 복제를 통해 겔딩을 '교배'할 수 있습니다."

그러나 그녀는 복제가 장비 비용, 전문 인력의 필요성 및 난자 공급에 대한 접근 측면에서 엄청난 요구 사항이 있는 기술적으로 어려운 절차라고 덧붙였습니다. Prometea가 새끼를 낳은 초기에 연구자들은 841개의 재구성된 알을 실험했습니다. 이 중 22개는 이식 가능한 배아로 성장했으며 17개 배아는 수혜자 암말로 이식되었으며 Prometea만 만삭까지 운반되어 배달되었습니다.

Lynx Melody Too는 AQHA 암말, Lynx Melody, 전국 절단마 협회 세계 챔피언의 복제된 새끼입니다. 사진 제공 비아젠

Russell은 "초기 과제는 배아 관리 및 이식에 중점을 두었습니다. “ViaGen이 말 복제를 제공하기 시작했을 때 말 배아 기술은 여전히 ​​신선한 배아의 활용에 중점을 두었습니다. ViaGen은 고품질 배아 동결 기술을 성공적으로 개발했으며 오늘날 우리 말 배아의 100%가 냉동 보존되어 배아 이식 장소로 배송됩니다. ViaGen은 텍사스에 있는 대부분의 말 배아를 10년 이상 우리와 협력해 온 수의사 클리닉으로 옮깁니다.”

ViaGen의 첫해에 그들은 힘줄이 수축된 몇 마리의 새끼를 보았고 여러 가지 이유로 인해 몇 마리의 새끼가 손실되어 기술 프로세스가 변경되었습니다. Russell은 많은 연구 기관이 출생 직후 망아지 건강 문제로 어려움을 겪고 있다고 말합니다. 남아있는 가장 중요한 과제는 임신율을 개선하는 것입니다. 그러나 이제 특별한 관리가 필요하지 않은 건강한 복제 새끼가 태어나서 성공률이 높습니다. 이 회사는 고객을 위해 60일령의 유전적으로 검증된 건강하고 보험이 없는 새끼를 보장합니다.

당연히 복제에는 squirm factor가 있습니다. 과학의 돌파구는 사람들의 손끝에 감칠맛 나는 육종 전략을 도입했습니다. 하지만 할 수 있다는 이유만으로 해야 합니까?

어떤 사람들에게 논쟁은 단순히 대자연을 실험하는 것이 옳지 않다고 생각한다는 것입니다. 질병의 유행이 유전적 돌연변이로 이어질 것이라는 반발과 특정 계통 및/또는 규율에 대한 반복적인 번식이 유전적 병목 현상을 일으켜 품종의 건강한 다양성을 위험에 빠뜨릴 수 있다는 사실에 대한 두려움이 있습니다.

복제가 모든 견종 조직을 위한 것도 아닙니다. Jockey Club은 복제된 서러브레드를 등록하지 않으며 실제로 라이브 커버 이외의 방법으로 잉태된 말을 등록하지 않습니다.

미국 쿼터 호스 협회(American Quarter Horse Association)는 최근 반독점 활동으로 복제된 쿼터 호스와 그 자손의 소유주가 소송을 제기한 후 소송에서 승소했습니다.

Russell은 “소유주가 미국 연방 법원에서 승소했습니다. “그러나 AQHA는 항소했고 항소 법원에서 패소했습니다. 따라서 AQHA는 복제된 Quarter Horse와 그 자손의 등록에 대한 제한을 계속할 수 있습니다.”

그러나 Russell은 대부분의 국제 등록소가 복제된 말과 그 자손을 등록소에 등록했으며 복제 기술을 사육자가 성과 목표를 달성하기 위해 책임감 있게 사용하는 또 다른 사육 도구로 보고 있다고 말합니다. “AQHA의 결정은 전 세계 다른 레지스트리의 결정에 큰 영향을 미치지 않는 것 같습니다. ViaGen은 계속해서 많은 AQHA 소유자에게 복제 서비스를 제공하고 있으며 그들은 이 기술을 사용하여 엘리트 AQHA 말의 DNA를 복제하고 있습니다. 경마를 제외한 대부분의 행사는 고급 교배 기술로 생산된 망아지를 환영합니다. ViaGen은 또한 경주 이외의 목적으로 사용되는 순종, 올림픽 스포츠 말, 폴로 말, 배럴 경주마, 절단 말 등을 포함하여 전 세계 대부분의 다른 품종 소유자에게 서비스를 제공하고 있습니다.”

복제는 동물 번식, 특히 야생 동물 보호를 위한 유전 계통의 보존에서 더 넓은 가치를 가지고 있습니다.

Hinrichs는 "복제에 대한 주요 정당성은 귀중한 겔딩이나 희귀종이나 멸종 위기에 처한 종이나 품종의 경우와 같이 유전학을 보존하여 유전자 풀을 확장할 수 있도록 하는 것"이라고 말합니다. "수십 년 전에 죽은 동물의 세포를 사용할 수 있습니다(세포가 죽기 전이나 사망 시 회수되어 동결된 경우). 오늘날 인구에서 과소 대표되고 있습니다."

샌디에이고 동물원 보존 연구(San Diego Zoo Conservation Research)의 냉동 동물원은 1976년부터 멸종 위기에 처한 종의 유전 물질을 냉동 보관해 왔습니다. 웹사이트에 따르면 현재 309종을 대표하는 1,232명의 수컷에게서 채취한 약 15,000개의 정자 샘플이 이 시설에 보관되어 있습니다. 또한 177종 381마리 암컷의 난자(난자)도 수정 및 배아 이식을 위해 냉동보존하고 있습니다. 적절하게 관리되고 동결된 세포는 수십 년 동안 생존할 수 있습니다. 예를 들어, 그들의 연구원들은 멸종 위기에 처한 남부 흰코뿔소 난모세포에 20년 이상 동안 동결된 정자를 주입하여 성공적인 수정을 달성할 수 있었습니다.

2008년 9월 15일, 프랑스 유전자 은행인 Cryozootech는 역사상 최고의 쇼 점퍼 중 하나로 여겨지는 서러브레드 겔딩, Gem Twist의 클론인 콜트 Gemini의 탄생을 발표했습니다. 2012년에는 쌍둥이자리의 첫 새끼가 태어났습니다. 사진 제공 비아젠

또한 거의 1,000종에 달하는 9,000마리 이상의 개별 동물에서 채취한 냉동 생존 세포 배양도 컬렉션에 포함되어 있습니다. 보관된 DNA 및 조직 샘플은 미래에 야생 개체군을 지속 가능하게 관리하고 보존하기 위한 귀중한 정보를 제공할 수 있는 연구 연구를 위해 보관됩니다. 야생 동물 부품의 불법 거래에 맞서 싸우기 위해 유전자 바코드를 사용하면 도시 시장에서 거래되는 가방, 신발 또는 육류 제조에 사용되는 종을 식별할 수 있습니다.

Russell은 ViaGen이 미래에 복제를 고려할 수 있는 능력을 보존하고자 하는 말, 가축 및 애완동물 소유자에게 옵션을 제공하기 위해 유전자 보존 서비스를 제공한다고 말합니다.

"저희 냉동보존 은행에는 수천 마리의 동물이 있으며 20년 전에 DNA가 보존된 말을 복제하는 경우가 많습니다."

그는 육종가가 번식 프로그램에서 번식력이 없는 암말이나 종마의 도전에 직면할 때 복제가 가치가 있다고 덧붙입니다. 말 세포질 정자 주입(ICSI)으로 알려진 기술은 동결된 정자 공급이 제한적이거나 암말이 스스로 임신을 할 수 없을 때 유용할 수 있습니다. 그러나 ICSI 결과는 매우 다양하고 비용이 많이 듭니다. 그는 복제 경로가 인공 수정(AI) 또는 자연 서비스와 같은 보다 쉬운 미래의 번식 방법을 열 수 있다고 말합니다.

"모든 번식에 ICSI와 같은 전문 기술을 활용하기 위해 엄청난 비용과 도전에 투자하는 것보다 통과한 입증된 종마를 번식시키는 것이 훨씬 더 경제적입니다."라고 그는 말합니다. "우리는 나이 든 엘리트 암말과 비슷한 상황을 찾습니다."

복제는 저렴하지 않으며 장기 투자로 간주되어야 합니다.

"우리는 현재 말 복제 서비스를 $85,000에 제공하고 있습니다."라고 Russell은 말합니다. “이것은 건강하고 유전적으로 확인된 새끼를 낳고 60일령에 보험 시험에 합격할 수 있음을 보장합니다. ViaGen을 사용하면 고객이 60일령에 수혜자 암말과 함께 망아지를 픽업하고 나중에 망아지가 젖을 떼면 수혜자 암말을 반환할 수 있습니다. 국가를 떠나는 수혜자 암말과 새끼의 경우 ViaGen은 클라이언트가 수혜자 암말을 유지할 수 있도록 합니다. ViaGen은 검사를 위해 최대 60일 동안 망아지와 수혜자 암말을 보관하는 데 동의하지만 많은 고객이 자체 관리 시스템에서 키울 수 있도록 더 빨리 집으로 데려가기를 선택합니다.”

ViaGen은 지난 10년 동안 각 세포주에서 긍정적인 실적을 가지고 있음이 입증되었습니다. 복제 망아지가 성장하고 성능 및 생산 경력에 기여함에 따라 수요가 증가하고 있습니다.

복제에 대해 생각하는 육종가의 경우 첫 번째 단계는 수의사가 채취한 간단한 생검 샘플입니다. ViaGen은 유전자 보존 생검 키트를 제공합니다. 세포는 생검 샘플의 배양액에서 성장하고 완료되면 향후 사용을 위해 냉동보존됩니다. 이것은 잠재적으로 수십 년 동안 옵션을 열어두고 말에서 생검 샘플을 다시 수집할 필요가 없어야 합니다. 그러나 안락사된 말의 조직은 채취할 수 없습니다. 서비스 요금은 $1,600이며 연간 보관료는 동물당 $150입니다.

ViaGen의 Blake Russell이 복제를 시작한 방법

비아젠 사장 블레이크 러셀(Blake Russell)은 쿼터 경마 사업에서 자랐고 말과 함께 성장기를 보냈습니다. 그는 10년 전에 회사에 합류했습니다. 경험 많은 기병 그룹과 함께 그들은 엘리트 혈통을 가지고 있지만 번식할 수 없는 뛰어난 성능의 말 목록을 작성했습니다. 챔피언 레이싱 Quarter Horse Tailor Fit이 목록의 맨 위에 있었습니다. 그의 주인은 번식 경력보다 경마장에서의 경력에 ​​더 관심이 있었기 때문에 그는 1년생으로 낙인찍혔습니다. 그의 댐인 실크 스커트(Silk Skirt)는 입증된 이상치였으며 그의 부계 Strawfly Special은 그 중 하나였습니다.

Tailor Fit은 AQHA 세계 레이싱 타이틀을 두 번이나 획득했으며 100만 달러가 훨씬 넘는 상금과 110의 속도 지수를 받았습니다. 그는 거의 볼 수 없는 엄청난 체격, 수준의 심장 및 결단력으로 성능 말에서 가장 원하는 특성을 나타냈으며, 그리고 엘리트 속도. Russell은 자신의 가계를 한 번 살펴보면 그러한 특성이 우연히 나타난 것이 아니라 우수한 유전자 세트의 결과임을 알 수 있다고 말했습니다.

“저는 Tailor Fit의 소유자가 은퇴한 후 연락을 취했고 그녀는 제가 그를 중심으로 번식 프로그램을 구축하려는 열정을 가지고 있었기 때문에 복제를 진행해 달라고 요청했습니다. 투자를 했고 말로 설명하기 힘든 여정이었다”고 말했다.

결과? 퓨어 테일러 핏.

“퓨어테일러핏(복제종마)은 모든 면에서 건강하고 정상적이었습니다. 그의 운동 능력은 차트에서 벗어났고 그의 성격 특성은 모든 사람을 스타 매력으로 끌어들입니다. 'Fit's'의 가장 오래된 새끼는 2016년에 2살이 되었고 우리 집에는 20마리가 있습니다. 그들이 이 여정을 처음 시작했던 속성을 지니고 있는 것처럼 보이기 때문에 우리는 그들의 미래에 대해 매우 열정적입니다.”

Pure Tailor Fit은 텍사스 비아젠(ViaGen)의 사장인 블레이크 러셀(Blake Russell)이 소유한 복제 종마입니다. Pure Tailor Fit은 2번의 세계 챔피언 경주 Quarter Horse 겔딩 Taylor Fit에서 복제되었습니다. 사진 제공 비아젠

AQHA의 망아지 경주는 등록할 수 없기 때문에 금지되어 있지만 Russell의 프로그램은 배럴 경주마와 뛰어난 노를 젓는 말 생산을 중심으로 설계되었습니다.

“매일 'Fit'의 아기 중 한 명이 이 혈통을 다시 생산하기로 한 우리의 결정을 확인합니다. 사람들은 종종 복제에 혼란스러워하고 일란성 쌍둥이의 가치를 이해하지 못합니다. 완전한 형제 자매는 복제의 힘을 잘 반영하지 못합니다. Pure Tailor Fit은 Tailor Fit이 온전한 상태로 유지되고 번식하도록 허용되었을 경우 표현했을 것과 정확히 동일한 번식 가치를 가지고 있습니다. 우수한 혈통과 유전적 결함이 없는 고성과자를 뽑아 육종 프로그램을 수립할 수 있는 능력이 복제 기술의 존재 이유다.

ViaGen Equine은 올림픽 선수, 세계적 수준의 육종가 및 세계 최고의 말 운동 선수의 소유자를 위해 엘리트 말을 복제하고 있습니다. 그러나 나는 매일 현관문을 나서 이 기술의 위력을 내 눈으로 볼 수 있습니다.”


내용물

냉동생물학의 적어도 6가지 주요 영역을 확인할 수 있습니다. 1) 무척추동물과 척추동물(동면 포함), 미생물, 식물(내한성) 및 동물의 저온 적응 연구, 2) 세포, 조직, 배우자의 냉동 보존 및 물의 빙점 이하의 온도로 냉각시켜 장기 저장을 위한 (의료) 목적을 위한 동물 및 인간 기원의 배아. 이것은 일반적으로 동결 및 해동 동안 세포를 보호하는 물질(동결 보호제)의 추가, 3) 이식을 위한 저체온 조건에서의 장기 보존, 4) 의약품의 동결건조(동결 건조), 5) 냉동 수술, (최소) 침습적 극저온 가스/유체를 사용하여 건강에 해로운 조직을 파괴하는 접근 방식, 6) 과냉각의 물리학, 얼음 핵 생성/성장 및 생물학적 시스템에 적용되는 냉각 및 온난화 동안 열 전달의 기계적 공학적 측면. 냉동생물학은 미래의 부흥을 목적으로 인간과 포유동물의 저온 보존인 저온 보존을 포함하지만 이것이 주류 냉동 생물학의 일부는 아니지만 아직 발명되지 않은 투기적 기술에 크게 의존합니다. 이러한 연구 분야 중 일부는 극저온의 생산 및 사용을 연구하는 물리학 및 공학의 한 분야인 극저온에 의존합니다.

많은 살아있는 유기체는 물의 빙점 이하의 온도에서 장기간 견딜 수 있습니다. 대부분의 살아있는 유기체는 예리한 얼음 결정에 의한 서리 손상으로부터 자신을 보호하기 위해 항핵 단백질, 폴리올 및 포도당과 같은 동결 보호제를 축적합니다. 특히 대부분의 식물은 -4 °C ~ -12 °C의 온도에 안전하게 도달할 수 있습니다.

박테리아 편집

세 종류의 박테리아, 카르노박테리움 플레스토세늄, 크리세오박테리움 그린란덴시스, 그리고 헤르미니이모나스 글라시에이, 얼음에 얼어 붙은 수천 년 동안 살아남은 후 부활했다고합니다. 특정 박테리아, 특히 슈도모나스 주사기, 그들은 약 -2 °C에서 다양한 과일과 식물의 표면에 얼음 형성을 강제하는 데 사용하는 강력한 얼음 핵자 역할을 하는 특수 단백질을 생산합니다. [1] 동결은 상피에 손상을 일으키고 기본 식물 조직의 영양분을 박테리아가 이용할 수 있게 합니다. [2] 리스테리아 -1.5 °C의 낮은 온도에서 천천히 자라며 냉동 식품에서 한동안 지속됩니다. [삼]

식물 편집

많은 식물은 몇 주에서 몇 달 동안 0 °C 이하의 온도에서 생존할 수 있도록 하는 경화라고 하는 과정을 거칩니다.

동물 편집

무척추 동물

0 °C 이하에서 생존하는 선충은 다음과 같습니다. 트리코스트롱길루스 콜루브리포르미스 그리고 파나그롤라이무스 다비디. 바퀴벌레 님프(페리플라네타 자포니카) -6 ~ -8 °C에서 짧은 기간 동안 동결됩니다. 붉은 납작한 껍질 딱정벌레(쿠쿠주스 클라비페스)는 -150 °C에서 동결된 후에도 생존할 수 있습니다. [4] 곰팡이 모기 엑세키아 누가토리아 얼음 결정이 몸에는 형성되지만 머리에는 형성되지 않는 독특한 메커니즘에 의해 -50 °C까지 동결된 후에도 생존할 수 있습니다. 또 다른 동결 내성 딱정벌레는 우피스 세람보이데스. [5] 곤충 겨울 생태와 부동액 단백질 참조. -273°C까지의 온도에 잠시 견디는 또 다른 무척추 동물은 완보동물입니다.

의 애벌레 해몬쿠스 콘토르투스, 선충은 -196 °C에서 냉동 44주 동안 생존할 수 있습니다.

척추동물

나무 개구리의 경우(라나 실바티카), 겨울에는 몸의 45%가 얼어붙어 얼음으로 변할 수 있습니다. "얼음 결정이 피부 아래에서 형성되어 신체의 골격근 사이에 산재합니다. 동결 동안 개구리의 호흡, 혈류 및 심장 박동이 멈춥니다. 동결은 세포내 동결 및 탈수를 방지하는 특수 단백질과 포도당에 의해 가능합니다." [6] [7] 나무개구리는 -4 °C에서 얼면 최대 11일 동안 생존할 수 있습니다.

0 °C 이하의 체온에서 살아남는 다른 척추동물에는 색칠한 거북이가 있습니다.국화 픽타), 회색 청개구리(Hyla versicolor), 상자 거북(테라펜 캐롤라이나 - -2 °C에서 48시간), 스프링 피퍼(슈다크리스 십자화과), 가터스네이크(탐노피스 시르탈리스- -1.5 °C에서 24시간), 후렴 개구리(슈다크리스 트리세리아타), 시베리아 도롱뇽(살라만드렐라 키세르링이 - -15.3 °C에서 24시간), [8] 유럽도마뱀붙이(도마뱀붙이) 및 다음과 같은 남극 물고기 파고테니아 보르치그레빈키. [9] [10] 이러한 어류에서 복제된 부동액 단백질은 형질전환 식물에 서리 저항성을 부여하는 데 사용되었습니다. [ 인용 필요 ]

겨울잠을 자는 북극땅다람쥐의 복부 온도는 최저 -2.9°C(26.8°F)로, 머리와 목의 온도는 0°C 이상으로 유지되지만 한 번에 3주 이상 영하의 복부 온도를 유지합니다. [11]

역사적 배경 편집

냉동생물학의 역사는 고대로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 일찍이 기원전 2500년에 이집트에서는 저온이 의학에 사용되었습니다. 히포크라테스는 출혈과 부종을 멈추기 위해 냉찜질을 권장했습니다. 현대 과학의 출현과 함께 로버트 보일은 저온이 동물에 미치는 영향을 연구했습니다.

1949년, 황소의 정액은 Christopher Polge가 이끄는 과학자 팀에 의해 처음으로 냉동보존되었습니다. [12] 이로 인해 오늘날 많은 장기, 조직 및 세포가 일상적으로 저온에서 보관되는 냉동보존이 훨씬 더 광범위하게 사용되었습니다. 심장과 같은 큰 장기는 이식을 위해 일반적으로 서늘하지만 동결되지 않은 온도에서 짧은 시간 동안만 저장 및 운송됩니다. 세포 현탁액(예: 혈액 및 정액)과 얇은 조직 절편은 때때로 액체 질소 온도에서 거의 무기한으로 보관될 수 있습니다(동결보존). 인간의 정자, 난자 및 배아는 불임 연구 및 치료에 일상적으로 저장됩니다. 제어 속도 및 느린 동결은 1984년 최초의 인간 배아 동결 출산(Zoe Leyland)을 가능하게 한 1970년대 초에 개척된 잘 확립된 기술입니다. 그 이후로 프로그래밍 가능한 단계 또는 제어된 속도를 사용하여 생물학적 샘플을 동결하는 기계가 모두 사용되었습니다. 인간, 동물 및 세포 생물학을 위한 전 세계 – 샘플을 액체 질소에서 급속 냉동 또는 냉동 보존하기 전에 최종 해동을 위해 더 잘 보존하기 위해 샘플을 '냉동'합니다. 이러한 기계는 난모세포, 피부, 혈액 제품, 배아, 정자, 줄기 세포 및 병원, 수의학 진료소 및 연구실에서 일반 조직 보존에 사용됩니다. '저속 냉동' 배아에서 태어난 태아의 수는 약 300,000~400,000명으로 추정되는 300만 명 중 20%입니다. 시험관 내 수정된 출생. 호주의 크리스토퍼 첸(Christopher Chen) 박사는 1986년 영국의 제어 속도 냉동고에서 천천히 얼린 난자를 사용하여 세계 최초의 임신을 보고했습니다.

냉동 수술(얼음 형성에 의한 조직 파괴의 의도 및 통제)은 1845년 James Arnott에 의해 암 환자에 대한 수술로 수행되었습니다. 냉동 수술은 일반적이지 않습니다. [ 인용 필요 ]

보존 기술 편집

응용 과학으로서의 극저온 생물학은 주로 저온 보존과 관련이 있습니다. 저체온 저장은 일반적으로 0°C 이상이지만 정상 체온(32°C ~ 37°C) 포유동물 온도 미만입니다. 반면에 냉동보존에 의한 저장은 -80 ~ -196 °C의 온도 범위에 있습니다. 장기와 조직은 더 자주 저체온 저장의 대상인 반면, 단일 세포는 냉동보존되는 가장 일반적인 대상입니다.

저체온 저장의 경험 법칙은 온도가 10°C 감소할 때마다 산소 소비량이 50% 감소한다는 것입니다. [13] 동면 동물이 저체온증과 관련된 대사 불균형을 피하기 위해 메커니즘을 채택했지만 이식을 위해 유지되는 저체온 기관 및 조직은 산증, 나트륨 펌프 활성 저하에 대항하기 위해 특별한 보존 솔루션이 필요합니다. 및 증가된 세포내 칼슘. Viaspan(University of Wisconsin 솔루션), HTK 및 Celsior와 같은 특수 장기 보존 솔루션이 이러한 목적을 위해 설계되었습니다. 이러한 용액에는 활성산소에 의한 손상을 최소화하고, 부종을 예방하고, ATP 손실을 보상하는 등의 성분이 포함되어 있습니다.

세포의 냉동보존은 미국 냉동생물학자인 Peter Mazur의 "이중 요인 가설"에 의해 안내되는데, 지나치게 빠른 냉각은 세포 내 얼음 형성에 의해 세포를 죽이고 지나치게 느린 냉각은 전해질 독성 또는 기계적 분쇄에 의해 세포를 죽인다고 말합니다. 천천히 냉각하는 동안 얼음이 세포 외에서 형성되어 물이 삼투압으로 세포를 빠져나가 세포를 탈수시킵니다. 세포 내 얼음은 세포 외 얼음보다 훨씬 더 해로울 수 있습니다.

적혈구의 경우 최적 냉각 속도는 매우 빠르며(초당 거의 100°C), 줄기 세포의 경우 최적 냉각 속도는 매우 느립니다(분당 1°C). 디메틸 설폭사이드 및 글리세롤과 같은 동결 보호제는 세포가 얼지 않도록 보호하는 데 사용됩니다. 다양한 세포 유형이 10% 디메틸 설폭사이드로 보호됩니다. [16] 동결생물학자들은 동결방지제 농도(얼음 형성과 독성 모두 최소화)와 냉각 속도를 최적화하려고 시도합니다. 세포는 액체 질소에 빠지기 전에 -30 ~ -40 °C 사이의 온도로 최적의 속도로 냉각될 수 있습니다.

느린 냉각 방법은 세포에 핵형성제가 거의 포함되어 있지 않지만 적당히 탈수된 세포에서 얼음 형성을 방지할 수 있는 자연 발생 유리화 물질이 포함되어 있다는 사실에 의존합니다. 일부 동결 생물학자들은 세포, 조직 및 기관의 보존에 있어 완전한 유리화(얼음 형성 제로)를 위한 동결 보호제의 혼합물을 찾고 있습니다. 유리화 방법은 독성을 최소화할 수 있는 동결 방지제 혼합물을 찾아야 하는 요구 사항에서 문제를 제기합니다.

인간에서

인간 배우자와 2, 4, 8 세포 배아는 잘 통제된 실험실 조건에서 -196°C에서 10년 동안 동결 보존에서 생존할 수 있습니다. [17]

불임과 관련하여 인간의 냉동보존은 동결을 통한 배아, 정자 또는 난모세포의 보존을 포함합니다. 임신, 시험관 내, 정자가 해동되어 '신선한' 난자에 도입될 때 시도되고, 냉동된 난자를 해동하고 정자를 난자와 함께 배치하고 함께 다시 자궁에 배치하거나 동결된 배아를 자궁에 도입할 때 시도됩니다. 유리화는 결함이 있으며 수정된 정자, 난자 또는 배아를 기존의 느린 냉동 방법만큼 동결시키는 것만큼 신뢰성이 없거나 입증되지 않았습니다. 왜냐하면 난자만 온도에 매우 민감하기 때문입니다. 많은 연구자들은 또한 난소 조직이 다시 자궁으로 이식되어 정상적인 배란 주기를 자극할 수 있기를 희망하면서 난자와 함께 난소 조직을 동결시키고 있습니다. 2004년 벨기에 Louvain의 Donnez는 냉동 난소 조직에서 최초로 성공적인 난소 출산을 보고했습니다. 1997년에 호지킨 림프종을 앓고 있는 여성에게서 난소 피질 샘플을 채취하여 (Planer, UK) 조절된 냉동고에 냉동 보관한 다음 액체 질소에 보관했습니다. 환자가 조기 난소 기능 부전을 앓은 후 화학 요법이 시작되었습니다. 2003년에는 동결 해동 후 복강경 검사를 통해 난소 피질 조직의 동소 자가 이식이 수행되었으며 5개월 후 재이식 징후는 규칙적인 배란 주기의 회복을 나타냈습니다. 재이식 후 11개월 후 생존 가능한 자궁 내 임신이 확인되었으며, 그 결과 첫 번째로 타마라라는 소녀가 태어났습니다. [18]

치료적 저체온증, 예. "차가운" 심장(얼음 형성 없이 저온 관류에 의해 생성)에 대한 심장 수술 중 수술을 훨씬 더 오래 할 수 있고 환자의 회복률을 향상시킵니다.

저온생물학 학회는 생물학 시스템에 대한 저온의 영향에 공통의 관심을 갖고 있는 생물학, 의학 및 물리학 분야의 사람들을 모으기 위해 1964년에 설립되었습니다. 2007년 현재 Society for Cryobiology는 전 세계에서 약 280명의 회원을 보유하고 있으며 그 중 절반이 미국에 기반을 두고 있습니다. 학회의 목적은 저온 생물학의 과학적 연구를 촉진하고 이 분야의 과학적 이해를 향상시키며 이 지식을 보급하여 인류의 이익에 적용하는 것입니다. 협회는 모든 회원에게 직업 활동 수행에 있어 최고의 윤리적, 과학적 기준을 요구합니다. 학회 정관에 따르면, 1982년 학회에 해로운 행위가 있다고 판단되는 신청자는 회원 자격을 거부할 수 있습니다. Jerry Leaf와 같은 cryonicists였던 일부 회원의. [19] 학회는 저온 생물학의 모든 측면에 전념하는 연례 과학 회의를 조직합니다. 이 국제 회의는 심포지엄 및 워크샵을 통해 특정 측면을 검토할 뿐만 아니라 냉동 생물학의 최신 연구에 대한 발표 및 토론의 기회를 제공합니다. 회원들은 또한 소사이어티 뉴스레터를 통해 뉴스와 다가오는 회의에 대한 정보를 받습니다. 뉴스 노트. 2011-2012년 냉동생물학회 회장은 John H. Crowe였습니다. [20]

저온생물학회는 모든 유형의 유기체와 구성 세포, 조직 및 기관에 대한 저온의 영향에 대한 연구를 촉진하기 위한 목적으로 1964년에 설립되었으며 2003년에 등록된 자선단체가 되었습니다[21]. 2006년 현재, 이 학회는 약 130명의 회원(대부분 영국인과 유럽인)을 보유하고 있으며 적어도 한 번의 연례 총회를 개최합니다. 이 프로그램에는 일반적으로 주제에 대한 심포지엄과 저온 생물학의 모든 측면에 대한 무료 커뮤니케이션 세션이 모두 포함됩니다. 최근 심포지엄에는 장기 안정성, 수생 생물 보존, 배아 및 배우자의 냉동 보존, 식물 보존, 저온 현미경, 유리화(냉각 중 수성 시스템의 유리 형성), 동결 건조 및 조직 은행이 포함되었습니다. 회원들은 현재 연 3회 발행되는 소사이어티 뉴스레터를 통해 정보를 받습니다.

냉동생물학 (출판사: Elsevier)는 이 분야에서 가장 뛰어난 과학 간행물이며 매년 약 60건의 심사 기고문이 출판됩니다. 기사는 저온 생물학 및 의학의 모든 측면에 관한 것입니다(예: 동결, 동결 건조, 최대 절전 모드, 내한성 및 적응, 동결 보호 화합물, 저온 의료 적용, 동결 수술, 저체온 및 장기 관류).

극저온 편지 독립적인 영국 기반의 신속한 커뮤니케이션 저널로 저온이 다양한 생물물리학 및 생물학적 과정에 미치는 영향에 대한 논문이나 생물학적 및 생태학적 주제 조사에서 저온 기술을 포함하는 연구를 발표합니다.

생물보존 및 바이오뱅킹 (이전의 Cell Preservation Technology)는 Mary Ann Liebert, Inc.에서 발행하는 동료 검토 분기별 과학 저널로서 냉동 보존, 건조 상태(무수생물), 유리 상태 및 저체온 유지를 비롯한 다양한 보존 기술에 전념합니다. 세포보존기술 이름이 변경되었습니다 생물보존 및 바이오뱅킹 국제 생물 및 환경 리포지토리 학회의 공식 저널입니다.


내용물

생체 분자 표적(가장 일반적으로 단백질 또는 핵산)은 특정 질병 상태 또는 병리 또는 미생물 병원체의 감염성 또는 생존과 관련된 특정 대사 또는 신호 전달 경로에 관여하는 핵심 분자입니다. 잠재적인 약물 표적은 반드시 질병을 일으키는 것은 아니지만 정의상 질병 변형이어야 합니다. 일부 경우에, 소분자는 특정 질병 변형 경로에서 표적 기능을 향상시키거나 억제하도록 설계될 것이다. 표적의 결합 부위에 상보적인 소분자(예: 수용체 작용제, 길항제, 역 작용제 또는 조절제 효소 활성화제 또는 억제제 또는 이온 채널 개방제 또는 차단제)[10]가 설계될 것입니다. [11] 소분자(약물)는 다른 중요한 "비표적" 분자(종종 항표적이라고도 함)에 영향을 미치지 않도록 설계할 수 있습니다. 그 이유는 표적을 벗어난 분자와의 약물 상호작용이 바람직하지 않은 부작용을 유발할 수 있기 때문입니다. 결합 부위의 유사성으로 인해 서열 상동성을 통해 확인된 밀접하게 관련된 표적은 교차 반응성의 가능성이 가장 높기 때문에 부작용 가능성이 가장 높습니다.

가장 일반적으로 약물은 화학적 합성을 통해 생성되는 유기 소분자이지만 생물학적 과정을 통해 생성되는 바이오폴리머 기반 약물(바이오의약품이라고도 함)은 점점 보편화되고 있습니다. 또한, mRNA 기반 유전자 침묵 기술은 치료 응용 프로그램을 가질 수 있습니다. [14]

배양된 세포 또는 동물에 대한 화학 물질의 시행착오 테스트에 의존하고 명백한 효과를 치료에 일치시키는 전통적인 약물 발견 방법(순방향 약리학이라고도 함)과 달리 합리적인 약물 설계(역방향 약리학이라고도 함) 특정 생물학적 표적의 조절이 치료적 가치를 가질 수 있다는 가설에서 시작됩니다. 생체분자가 약물 표적으로 선택되기 위해서는 두 가지 필수 정보가 필요하다. 첫 번째는 표적의 조절이 질병 변형이 될 것이라는 증거입니다. 이 지식은 예를 들어 생물학적 표적의 돌연변이와 특정 질병 상태 사이의 연관성을 보여주는 질병 연관 연구에서 나올 수 있습니다. [15] 두 번째는 표적이 "약물 복용 가능"하다는 것입니다. 이것은 소분자에 결합할 수 있고 그 활성이 소분자에 의해 조절될 수 있음을 의미합니다. [16]

일단 적합한 표적이 확인되면, 표적은 일반적으로 복제되고 생산되고 정제됩니다. 그런 다음 정제된 단백질을 사용하여 스크리닝 분석을 확립합니다. 또한, 타겟의 3차원 구조가 결정될 수 있다.

표적에 결합하는 작은 분자에 대한 검색은 잠재적인 약물 화합물의 라이브러리를 스크리닝함으로써 시작됩니다. 이것은 스크리닝 분석("습식 스크린")을 사용하여 수행할 수 있습니다. 또한, 표적의 구조가 가능한 경우 후보 약물에 대한 가상 화면을 수행할 수 있다. 이상적으로 후보 약물 화합물은 "약물과 유사"해야 합니다. 즉, 경구 생체이용률, 적절한 화학적 및 대사 안정성, 최소 독성 효과로 이어질 것으로 예상되는 특성을 보유해야 합니다. Lipinski's Rule of Five와 같은 약물 유사성을 추정하는 몇 가지 방법과 친유성 효율성과 같은 다양한 스코어링 방법이 있습니다. 약물 대사를 예측하는 몇 가지 방법이 과학 문헌에서도 제안되었습니다. [19]

설계 과정에서 동시에 최적화해야 하는 많은 약물 특성으로 인해 다중 목표 최적화 기술이 사용되는 경우가 있습니다. [20] 마지막으로 활성 예측을 위한 현재 방법의 한계로 인해 약물 설계는 여전히 우연성과 제한된 합리성에 크게 의존합니다. [22]

약물 설계의 가장 기본적인 목표는 주어진 분자가 표적에 결합할지 여부와 결합한다면 얼마나 강하게 결합할지 예측하는 것입니다.분자 역학 또는 분자 역학은 소분자와 생물학적 표적 사이의 분자간 상호 작용의 강도를 추정하는 데 가장 자주 사용됩니다. 이러한 방법은 또한 소분자의 형태를 예측하고 소분자가 표적에 결합할 때 발생할 수 있는 표적의 형태 변화를 모델링하는 데 사용됩니다. [3] [4] 반경험적, ab initio 양자 화학 방법 또는 밀도 함수 이론은 종종 분자 역학 계산을 위한 최적화된 매개변수를 제공하고 전자 특성(정전기 전위, 분극성 등)의 추정치를 제공하는 데 사용됩니다. 결합 친화도에 영향을 미칠 약물 후보의 [23]

분자 역학 방법은 또한 결합 친화도의 반정량적 예측을 제공하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 지식 기반 스코어링 기능을 사용하여 결합 친화도 추정을 제공할 수 있습니다. 이러한 방법은 선형 회귀, 기계 학습, 신경망 또는 기타 통계 기술을 사용하여 실험 친화도를 소분자와 표적 사이의 계산적으로 파생된 상호 작용 에너지에 맞춤으로써 예측 결합 친화도 방정식을 도출합니다. [24] [25]

이상적으로는 계산 방법을 통해 화합물이 합성되기 전에 친화도를 예측할 수 있으므로 이론적으로 하나의 화합물만 합성하면 되므로 엄청난 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 현실은 현재의 계산 방법이 불완전하고 기껏해야 친화도의 질적으로 정확한 추정만을 제공한다는 것입니다. 실제로 최적의 약물이 발견되기 전에 설계, 합성 및 테스트를 여러 번 반복해야 합니다. 계산 방법은 필요한 반복 횟수를 줄임으로써 발견을 가속화했으며 종종 새로운 구조를 제공했습니다. [26] [27]

컴퓨터를 이용한 약물 디자인은 약물 발견의 다음 단계에서 사용할 수 있습니다.

  1. 가상 스크리닝(구조 또는 리간드 기반 설계)을 사용한 히트 식별 친화도를 유지하면서 다른 약학적 특성의 친화도 및 선택성(구조 기반 설계, QSAR 등) 최적화

최근의 스코어링 함수로 계산된 결합 친화력의 불충분한 예측을 극복하기 위해 단백질-리간드 상호작용 및 화합물 3차원 구조 정보를 분석에 사용합니다. 구조 기반 약물 설계의 경우 농축을 개선하고 잠재적인 후보를 효과적으로 마이닝하기 위해 단백질-리간드 상호작용에 초점을 맞춘 여러 사후 스크리닝 분석이 개발되었습니다.

  • 합의 점수 [28][29]
    • 여러 채점 기능의 투표로 후보자 선택
    • 단백질-리간드 구조 정보와 채점 기준 간의 관계를 잃을 수 있음
    • 단백질-리간드 3D 정보에 따른 후보 표현 및 클러스터링
    • 단백질-리간드 상호작용의 의미 있는 표현이 필요합니다.

    약물 디자인에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 첫 번째는 리간드 기반 약물 디자인 그리고 두 번째, 구조 기반 약물 설계. [2]

    리간드 기반 편집

    리간드 기반 약물 디자인(또는 간접 약물 디자인) 관심 있는 생물학적 표적에 결합하는 다른 분자에 대한 지식에 의존합니다. 이러한 다른 분자는 분자가 표적에 결합하기 위해 보유해야 하는 최소한의 필수 구조적 특성을 정의하는 약전 모델을 유도하는 데 사용될 수 있습니다. 즉, 생물학적 표적의 모델은 그것에 결합하는 것에 대한 지식을 기반으로 구축될 수 있으며, 이 모델은 차례로 표적과 상호 작용하는 새로운 분자 개체를 설계하는 데 사용될 수 있습니다. 대안적으로, 계산된 분자의 특성과 실험적으로 결정된 생물학적 활성 사이의 상관관계를 나타내는 정량적 구조-활성 관계(QSAR)가 유도될 수 있습니다. 이러한 QSAR 관계는 차례로 새로운 유사체의 활동을 예측하는 데 사용될 수 있습니다. [33]

    구조 기반 편집

    구조 기반 약물 설계(또는 직접 약물 디자인) x-선 결정학 또는 NMR 분광법과 같은 방법을 통해 얻은 생물학적 표적의 3차원 구조에 대한 지식에 의존합니다. 표적의 실험 구조를 이용할 수 없는 경우 관련 단백질의 실험 구조를 기반으로 표적의 상동성 모델을 생성할 수 있다. 생물학적 표적의 구조를 이용하여 의약화학자의 직관과 인터랙티브 그래픽을 이용하여 표적에 높은 친화도와 선택도로 결합할 것으로 예측되는 후보 약물을 설계할 수 있다. 대안적으로 다양한 자동 계산 절차를 사용하여 신약 후보를 제안할 수 있습니다. [35]

    구조 기반 약물 설계를 위한 현재 방법은 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 방법은 빠른 근사 도킹 프로그램을 사용하여 수용체의 결합 포켓에 맞는 것을 찾기 위해 작은 분자의 3D 구조에 대한 대규모 데이터베이스를 검색하여 주어진 수용체에 대한 새로운 리간드를 식별하는 것입니다. 이 방법을 가상 스크리닝이라고 합니다. 두 번째 범주는 새로운 리간드의 새로운 디자인입니다. 이 방법에서 리간드 분자는 작은 조각을 단계적으로 조립하여 바인딩 포켓의 제약 내에서 구축됩니다. 이 조각은 개별 원자 또는 분자 조각일 수 있습니다. 이러한 방법의 주요 장점은 데이터베이스에 포함되지 않은 새로운 구조를 제안할 수 있다는 것입니다. 세 번째 방법은 결합 공동 내에서 제안된 유사체를 평가하여 알려진 리간드를 최적화하는 것이다. [36]

    바인딩 사이트 식별 편집

    바인딩 사이트 식별은 구조 기반 디자인의 첫 번째 단계입니다. 결합된 리간드의 존재 하에서 표적 또는 충분히 유사한 상동체의 구조가 결정되면 결합 부위의 위치가 사소한 경우 구조에서 리간드가 관찰 가능해야 한다. 그러나 관심이 있을 수 있는 비어 있는 알로스테릭 결합 부위가 있을 수 있습니다. 또한, 아포단백질(리간드가 없는 단백질) 구조만 사용할 수 있으며 높은 친화력으로 리간드에 결합할 가능성이 있는 비어 있는 사이트의 신뢰할 수 있는 식별이 중요하지 않습니다. 간단히 말해서, 결합 부위 식별은 일반적으로 리간드 결합을 구동하는 적절한 "핫스팟"(소수성 표면, 수소 결합 부위 등)을 보유하는 약물 크기 분자를 수용할 수 있는 단백질의 오목한 표면 식별에 의존합니다. [16] [40]

    채점 기능 편집

    구조 기반 약물 디자인은 분자 인식의 원리를 적용하여 새로운 리간드를 디자인하기 위한 기초로 단백질의 구조를 사용하려고 시도합니다. 표적에 대한 선택적 고친화성 결합은 부작용이 적고 더 효과적인 약물로 이어지기 때문에 일반적으로 바람직합니다. 따라서 잠재적인 새로운 리간드를 설계하거나 획득하기 위한 가장 중요한 원칙 중 하나는 특정 리간드의 표적(및 알려진 항표적)에 대한 결합 친화도를 예측하고 예측된 친화도를 선택 기준으로 사용하는 것입니다. [41]

    수용체에 대한 리간드의 결합 에너지를 설명하기 위한 초기의 범용 경험적 점수 기능은 Böhm에 의해 개발되었습니다. 이 경험적 채점 함수는 다음과 같은 형식을 취했습니다.

    Δ G 결합 = Δ G 0 + Δ G hb Σ h − b o n d s + Δ G 이온성 Σ i o n i c − i n t + Δ G 친유성 | 에이 | + Δ G rot N R O T >=델타 G_< ext<0>>+델타 G_< ext>시그마 _+델타 G_<텍스트>시그마 _+델타 G_<텍스트>leftvert A ightvert +Delta G_< ext><수학 >>

    • △G0 – 결합 시 리간드의 번역 및 회전 엔트로피의 전체 손실에 부분적으로 해당하는 경험적으로 파생된 오프셋.
    • △Ghb – 수소 결합의 기여
    • △G이온 – 이온 상호 작용의 기여
    • △G말뿐인 – 친유성 상호작용의 기여 |A리포| 리간드와 수용체 사이의 친유성 접촉 표면적
    • △G썩음 – 결합 시 리간드 결합에서 회전 가능한 동결로 인한 엔트로피 패널티

    보다 일반적인 열역학적 "마스터" 방정식은 다음과 같습니다. [44]

    • 탈용매화 – 용매에서 리간드를 제거하기 위한 엔탈피 페널티
    • 움직임 – 리간드가 수용체에 결합할 때 자유도를 감소시키는 엔트로피 페널티
    • 구성 – 리간드를 "활성" 형태로 만드는 데 필요한 형태 변형 에너지
    • 상호작용 – 리간드를 수용체와 "분해"하기 위한 엔탈피 이득

    기본 아이디어는 전체 결합 자유 에너지가 결합 과정에 중요한 것으로 알려진 독립적인 구성 요소로 분해될 수 있다는 것입니다. 각 구성 요소는 리간드와 표적 수용체 사이의 결합 과정에서 특정 종류의 자유 에너지 변경을 반영합니다. 마스터 방정식은 이러한 구성 요소의 선형 조합입니다. 깁스 자유 에너지 방정식에 따르면 해리 평형 상수, K 사이의 관계NS, 자유 에너지의 구성 요소가 구축되었습니다.

    다양한 계산 방법이 마스터 방정식의 각 구성 요소를 추정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 리간드 결합 시 극성 표면적의 변화를 사용하여 탈용매화 에너지를 추정할 수 있습니다. 리간드 결합 시 동결된 회전 가능한 결합의 수는 운동 항에 비례합니다. 구성 또는 변형 에너지는 분자 역학 계산을 사용하여 추정할 수 있습니다. 마지막으로 상호작용 에너지는 비극성 표면의 변화, 통계적으로 유도된 평균 힘의 전위, 형성된 수소 결합 수 등과 같은 방법을 사용하여 추정할 수 있습니다. 실제로 마스터 방정식의 구성 요소는 다중 선형 회귀. 이것은 덜 정확하지만 보다 일반적인 "글로벌" 모델을 생성하기 위해 다양한 유형의 리간드 및 수용체를 포함하는 다양한 훈련 세트 또는 보다 정확하지만 덜 일반적인 "로컬" 모델을 생성하기 위해 보다 제한된 리간드 및 수용체 세트로 수행할 수 있습니다. [45]

    합리적인 약물 설계의 특정 예는 X선 결정학 및 NMR 분광법과 같은 기술에서 얻은 생체 분자에 대한 3차원 정보의 사용을 포함합니다. 특히 컴퓨터 지원 약물 설계는 강력한 리간드에 결합된 표적 단백질의 고해상도 구조가 있을 때 훨씬 더 다루기 쉬워집니다. 약물 발견에 대한 이러한 접근 방식은 때때로 구조 기반 약물 디자인이라고 합니다. 승인된 약물로 이어지는 구조 기반 약물 디자인의 적용에 대한 명백한 첫 번째 예는 1995년에 승인된 탄산 탈수효소 억제제 도르졸아미드입니다. [46] [47]

    합리적인 약물 설계의 또 다른 중요한 사례 연구는 특별히 설계된 티로신 키나제 억제제인 ​​imatinib입니다. bcr-abl 필라델피아 염색체 양성 백혈병(만성 골수성 백혈병 및 때때로 급성 림프구성 백혈병)에 특징적인 융합 단백질. 이마티닙은 대부분의 화학요법제가 암세포와 다른 조직을 구분하지 않고 빠르게 분열하는 세포를 표적으로 하기 때문에 기존의 암 치료제와 상당히 다릅니다. [48]

    추가 예는 다음과 같습니다.

    • 많은 비정형 항정신병약물, 원형 H2- 후대 클래스의 구성원이 개발된 수용체 길항제
    • 선택적 COX-2 억제제 NSAIDs, zolpidem 및 zopiclone과 같은 펩타이드 HIV 진입 억제제, HIV 통합효소 억제제[49](선택적 세로토닌 재흡수 억제제), 항우울제 부류, 항바이러스제

    이성적인 약물 디자인의 고도로 엄격하고 집중된 특성이 약물 발견의 우연성을 억제한다고 주장되어 왔습니다. [50]


    가축 복제에 대한 논란

    복제에 대한 윤리적 우려는 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 복제가 동물과 인간의 복지에 미치는 영향에 대한 우려와 복제 원칙, 즉 수정 이외의 방법으로 동물을 생산하는 것에 대한 반대입니다.

    현재, 복제는 표준 육종 방법에 의한 동물 생산과 비교할 때 동물 고통의 증가와 관련이 있습니다. 이것은 난모세포를 얻거나 배아를 이식하기 위해 수행되는 수술, 임신 상실, 신생아의 질병 및 사망, 생존하는 젊음의 낮은 수준의 이상, 질병 모델로 생산된 동물의 질병으로 인한 고통 가능성 때문입니다. 이러한 우려는 이러한 발견의 대부분이 복제에만 국한되지 않고 시험관 수정 및 배아 생산, 난모세포 이식 및 배아 이식과 같이 일반적으로 가치 있는 것으로 받아들여지는 다른 절차와도 관련되어 있다는 사실에 의해 다소 완화됩니다. 또한 복제되는 많은 종의 정상적인 운명은 최대 생산을 위해 수용된 다음 도살되어 먹습니다. 복제에 대한 설득력 있는 주장은 생명 과정과 동물 질병의 이해, 인간 건강, 식품 생산에 대한 절차의 잠재적 이점이 동물 복지 측면에서 절차 비용보다 크다는 것입니다.

    추가적인 우려는 복제가 전체 동물 개체군에 미치는 영향에 있으며, 가장 일반적으로 종의 유전적 변이와 관련이 있습니다. 이것은 한 마리의 황소가 수천 명의 자손을 낳을 수 있는 젖소와 같은 일부 종 및 일부 용도에서 합법적인 문제입니다. 그러나 이것은 황소 자체가 복제되었다는 사실보다 정액 동결 및 분배 기술과 더 관련이 있습니다. 반려 동물의 경우 복제될 가능성이 있는 소수의 애완 동물이 일반적으로 인구에 영향을 미칠 가능성은 거의 없습니다. 말에서 복제는 실제로 유전적 변이를 증가시킬 수 있습니다. 왜냐하면 제안된 주요 용도는 우수한 경쟁자로 밝혀진 겔딩을 복제하여 손실되었을 유전 유형을 구하는 것이기 때문입니다.

    인간의 건강에 대한 우려는 주로 복제 동물에서 생산된 식품의 소비에 중점을 둡니다. 수년간의 연구 끝에 FDA와 유럽 식품 안전청(European Food Safety Authority)은 복제 동물의 고기나 우유 섭취가 공중 보건에 위험을 초래하지 않는다는 결론을 내렸습니다. 따라서 복제 동물의 식품 소비에 대한 나머지 우려는 실제 잠재적 위험보다 원칙에 더 기초한 것 같습니다. 복제는 유전자 변형 또는 유전자 편집 동물을 생산하는 데 사용되기 때문에 복제와 관련하여 인식되는 많은 우려는 실제로 이러한 유전자 변형 동물에 대한 우려이며, 이는 동물과 인간의 건강 및 환경에 완전히 다른 잠재적 위험을 제시합니다. EU에서는 인체 건강 위험에 대한 증거가 부족하다고 인정되지만 복제품의 식품을 판매하려면 승인이 필요합니다. 농업 목적으로 복제를 금지하고 복제 식품의 마케팅을 금지하는 EU 규칙에 대한 요구가 있습니다.

    복제를 통해 동물을 생산하는 원리에 관한 핵심적인 윤리적 질문은 이 기술이 일부 도덕적 금지, 즉 사람들이 수정을 사용하지 않고 배아를 생산함으로써 "신을 가지고 놀고 있다"는 일부 도덕적 금지를 위반하는지 여부입니다. 새로운 생식 기술이 개발될 때마다 비슷한 질문이 제기되었지만 많은 사람들은 복제가 특별한 경우라고 생각합니다. 복제 개념에 대한 대중의 일반적인 도덕적 혐오는 SF 책과 영화에서 복제를 악의적인 세력으로 묘사함으로써 강화됩니다.

    이러한 도덕적 우려에 대한 반론은 복제가 일란성 쌍둥이의 형태로 자연에서 발생한다는 것입니다. 사람들은 처음으로 새로운 지역에 씨앗을 심거나 다른 지역에 소를 키울 때부터 "부자연스러운" 수단으로 식물과 동물을 생산해 왔습니다. 선택된 황소, 그리고 이것은 단순히 같은 라인의 새로운 개발입니다. 돌리가 탄생하기 10년 이상 전부터 배아 복제는 본질적으로 대중의 관심 없이 진행되었으며, 돌리보다 1년 앞서 발표된 배아 기원의 배양 세포에서 복제된 두 마리의 어린 양의 탄생조차 대중에게 영향을 미치지 않았습니다. 따라서 대중의 주요 도덕적 문제는 수정 없이 배아를 생산하는 것이 아니라 알려진 기존 동물의 세포에서 배아를 생산하는 것인 것 같습니다.

    반려동물 복제에 반대하는 주장은 매년 수백만 마리의 원치 않는 개와 고양이가 죽임을 당하는 복제품 생산 비용(수만에서 수십만 달러)에 초점을 맞추고 있습니다. 그러나 사람들은 현재 동물을 무료 또는 저렴한 비용으로 얻을 수 있을 때 수천 달러에 순종 개와 고양이를 구입합니다. 미국 문화는 사람들이 원하는 모든 것에 자신의 돈을 쓸 수 있다는 개념을 지지합니다.

    관련 주장은 복제가 동물을 지각 있는 존재가 아닌 상품이나 대상으로 만들고, 이러한 방식으로 동물을 생산하는 것은 동물을 개체로 존중하지 않는다는 것을 보여주는 것이라는 주장입니다. 그러나 현재는 정액과 배아를 냉동하여 전국으로 운송하여 원하는 새끼를 낳는 데 이용되기 시작한 이후부터 동물을 사고팔고 있다. 복제는 이 영역에서 고유한 구별을 제공하지 않는 것 같습니다.

    복제의 상업화는 사기의 가능성과 사별한 애완동물 주인의 감정을 약탈하는 가능성을 가져옵니다. 복제 회사는 이 기술이 동물을 "부활"하지 않거나 기증자와 동일한 동물(예: 동일한 코트 패턴 또는 성격을 가짐)을 생성하지 않는 원래 동물과 동일한 유전자를 가진 다른 개체를 생산할 것이라는 점을 명확하게 명시해야 합니다. 그릴 수 있는 가장 좋은 직유는 자연적으로 발생하는 일란성 쌍둥이와 마찬가지로 나중에 태어난 일란성 쌍둥이에 대한 것입니다. 그들은 매우 유사하지만 여러 면에서 다릅니다.


    멸종 논쟁: 멸종된 종을 되살려야 합니까?

    털 매머드는 유성 충돌에 뒤이은 가장 최근의 증거가 제시하는 급속한 행성 온난화가 수천 년 전에 그들을 죽일 때까지 마지막 빙하기 동안 번성했습니다. (이미지: Mauricio Anton, PLOS Biology)

    지난 달, 인간-환경 상호작용을 연구하는 수백 명의 전문가들은 정책 입안자들에게 인류의 생태학적 파괴적인 방식을 억제하기 위한 즉각적인 조치를 취할 것을 촉구했습니다. 인간에 의한 멸종, 생태계 손실, 기후 변화, 오염 및 소비의 추세를 가속화하는 과학자들은 합의 성명에서 "우리 모두가 의존하는 생명 유지 시스템을 위협하고 있다"고 적었습니다.

    현재의 멸종 속도가 계속된다면 3세기 안에 척추동물 종의 75%가 사라질 것이라고 경고합니다.

    보존 과학자들이 생물다양성의 치명적인 손실을 막기 위해 고군분투하면서 일부 합성 생물학자들은 멸종된 종을 되살리기 위해 노력하고 있습니다. 두 그룹이 함께 일할 것이라고 생각할 수도 있습니다. 그러나 최근까지 대부분의 보존 생물학자들은 3월의 TEDxDeExtinction 컨퍼런스까지 비공개로 진행되었던 이른바 "부활 및 복원" 운동에 대해 거의 알지 못했습니다.

    지난 2월 하버드 의과대학에서 열린 &ldquode-extinction&rdquo 개척자들의 비공개 모임에 이어, National Geographic Society와 San Francisco의 Long Now Foundation은 10월에 분자 생물학자들과 보존 생물학자들을 모아 멸종된 종의 부활을 위한 전략에 대해 논의했습니다. 주최측은 10월 회의에 한 명의 기자만 참석하도록 허용했으며 몇 주 후 TEDx 컨퍼런스와 내셔널 지오그래픽 커버 스토리로 멸종 위기에 대한 언론 보도를 조정했습니다.

    소생 및 복원 프로젝트는 가장 최근에 소비자 유전자 검사 사업인 DNA Direct를 Fortune 500대 기업인 Medco에 매각한 연쇄 창업가인 Long Now Foundation의 공동 설립자인 Stewart Brand와 그의 아내 Ryan Phelan의 아이디어입니다. 멸종 위기에 처한 그들의 최고 후보에는 나그네 비둘기와 털북숭이 매머드가 포함됩니다. Brand와 Phelan은 &ldquo멸종 종의 부활을 통한 깊은 생태적 풍요로움&rdquo을 보장하는 사명을 가지고 손실된 유전적 다양성을 복원하는 방법으로 프로젝트를 홍보합니다.

    그러나 생물다양성 보전의 최전선에서 일하는 일부 사람들은 회의적입니다. 4월에 발표된 논평에서 저명한 보존 과학자들은 동료 중 합성 생물학이 "변형할 수 있지만" 보존에 대한 잠재적 영향을 고려한 사람이 거의 없다고 언급했습니다. 생물다양성 유지의 전망 그들의 요점은 아무도 모른다는 것이지만 보존 생물학자들은 주의를 기울이기 시작하는 것이 좋습니다(아래 차트 참조).

    작은 규모로도 약속되거나 개발된 합성 생물학이 아이치 생물다양성 목표에 중대한 영향을 미칠 수 있는 예 당사자의. 이미지를 클릭하면 더 큰 버전을 볼 수 있습니다. (PLOS Biology, Redford et al.)

    Stanford University의 법 및 생명과학 센터 소장인 Hank Greely는 멸종된 종의 부활 가능성에 대한 오랜 관심을 인정하지만 그것이 정말로 좋은 생각인지는 결정할 수 없었습니다. 그래서 그는 지난 주에 스탠포드에서 회의를 조직하고 철학자, 변호사, 생물학자, 야생 동물 전문가를 초대하여 멸종 위기에 처한 복잡한 윤리적, 법적, 정치적 문제에 대해 생각해 볼 수 있도록 했습니다.

    &ldquo이 문제가 표면에 너무 빨리 떠오른 이유 중 하나는 기술이 사물을 되살린다는 아이디어의 시원함과 함께 우리가 느끼는 죄책감과 함께 사물을 멸종시켰다는 생각과 융합되고 있기 때문이라고 생각합니다.&rdquo 캔자스 대학교 법 앤드류 토랜스 교수가 나에게 말했다. 그러나 멸종은 몇 가지 &ldquo정의적인 수수께끼&rdquo를 야기한다고 그는 이 강연에서 말했습니다. 멸종된 유기체는 GMO입니까? 침입종?

    그리고 부활된 종은 환경법의 어디에 해당합니까? UC Irvine의 토지, 환경 및 천연 자원에 대한 법률 센터 소장인 Alex Camacho 컨퍼런스 공동 주최자는 멸종 위기에 처한 종에 대한 법이 멸종 위기에 처한 동물 보호를 위한 프레임워크가 없다고 말했습니다. 유기체가 부활한 직후에 종은 잠재적으로 멸종 위기에 처한 것으로 나열될 수 있지만 동일한 종입니까? 새로운 종? 멸종위기종? ESA는 멸종 위기를 &ldquoin 범위 전체 또는 상당 부분에 걸쳐 멸종 위기에 처한 것으로 정의합니다.&rdquo 하지만 그 범위는 얼마입니까? 범위가 있습니까? Camacho는 아마도 실험실에 유기체가 하나 있다면 그렇지 않을 것이라고 말했습니다.

    주립 어류 및 야생 동물 부서를 지휘하지만 회의에서 해당 기관을 대표하지 않은 Chuck Bonham은 멸종 위기 관리의 의미와 씨름했습니다. &ldquo항상 부흥할 수 있다면&rsquo가 어떻게 멸종될 수 있습니까?&rdquo

    소멸 기술

    멸종된 종을 재생산하는 기술에는 역 번식, 복제 및 유전 공학이 포함됩니다. 진화생물학자이자 캘리포니아 대학 산타크루즈의 고대 DNA 전문가인 베스 샤피로는 모두 이 작업을 수행할 수 있는 잠재력을 갖고 있지만 단점도 있다고 말했다.

    역 번식을 통해 과학자들은 가장 가까운 살아있는 친척의 특성을 식별하고 동물이 멸종된 사촌과 닮을 때까지 원하는 특성을 나타내는 자손을 선택적으로 번식시킵니다. 멸종된 종의 뼈와 치아 조각을 시퀀싱하면 밀접하게 관련된 후손의 유사한 게놈 서열에 대한 귀환 작업 속도가 빨라집니다. 네덜란드의 과학자들은 이 접근 방식을 사용하여 1627년에 멸종된 거대한 야생 유럽 소인 오로크를 가축에서 재창조하고 있습니다. 소는 3~6년의 세대 시간을 갖는다. 평균 20년에서 25년 사이에 번식을 시작하는 점점 더 크고 털이 많은 코끼리로부터 매머드를 되살리려면 수백 년이 걸릴 수 있습니다.

    더 문제는 과학자들이 난자 세포의 핵을 제거하고 기증자 세포의 핵으로 교체하고 수정하여 배아로 자라 대리모에 이식하는 복제입니다. 그 과정은 매우 복잡합니다. 복제양으로 유명한 돌리는 277번의 시도 끝에 태어난 유일한 양이었고 다른 복제양은 자궁 내에서 또는 출생 직후 사망했습니다. 이 방법을 사용한 최초의 성공적인 멸종 위기라고 간주되는 곳에서 하이브리드 아이벡스-염소가 안고 있는 피레니안 아이벡스(15년 이내에 멸종된 큰 야생 염소)는 12분 동안 모두 급성 호흡 곤란을 겪었습니다. .

    연구자들이 코끼리를 대리모로 사용하여 이를 시도한다면 훨씬 작은 코끼리 어미가 매머드를 출산하는 데 어려움을 겪을 가능성이 높습니다.* 그렇다고 해서 매우 지능이 높은 사회적 동물을 돌보는 윤리를 설명하지 못하는 것은 그들의 죽음을 슬퍼하는 것처럼 보입니다. 친족, 매머드 부활 기계로.

    신시내티 동물원 및 식물원에 있는 나침반 비둘기(Ectopistes migratorius)의 표본. 여객비둘기는 한때 수십억 마리에 달했습니다. 남획과 서식지 손실은 20년 이내에 치명적인 감소를 가져왔고 1914년까지 멸종되었습니다.

    그러나 두 방법 모두 온전한 게놈이 필요합니다. 즉, 멸종되기 전에 종에서 가져온 세포주를 동결해야 합니다. Shapiro는 &ldquo우리가 최근에 죽인 것보다 더 오래된 것을 멸종시키려면 고대 DNA를 고수하게 될 것이라고 말했습니다. 이는 종종 박테리아 및 기타 오염 물질로 오염된 작은 DNA 조각을 처리해야 함을 의미합니다.

    그것은 게놈 편집을 남겨두고 관심 형질을 코딩하는 서열을 찾아 기존 게놈에 붙여넣습니다. 그러나 연구자들은 암과 같은 문제를 일으키지 않고 게놈에서 올바른 위치를 찾고 DNA를 전달하는 방법을 여전히 개선하고 있습니다. 더 큰 문제는 게놈의 어느 부분이 매머드를 만드는지, 그렇게 큰 바다소 또는 나그네 비둘기가 함께 모여드는지를 알아내는 것이라고 Shapiro가 말했습니다. 멸종된 종의 게놈을 재구성할 수 있다고 해도 서열에 기능을 할당하는 점프는 엄청납니다.

    이러한 모든 문제를 고려할 때 Shapiro는 &ldquo우리가 깊이 생각해야 한다고 생각합니다. 우리는 물건을 멸종시키고 싶습니까?&rdquo

    그리고 그것은 생물다양성을 보존하기 위해 노력하는 많은 사람들에게 가장 중요한 질문입니다. &ldquo보존 생물학자들은 사람들이 우리가 종을 되살릴 수 있다고 생각한다면 남겨진 것을 보호하는 데 관심을 두지 않을 것이라고 걱정하고 있습니다&rdquo, 런던 대학과 런던 동물 학회의 생태 및 생물 다양성 공동 의장인 Kate Jones가 말했습니다.

    그녀의 경력의 대부분을 종을 멸종시키는 요인에 대해 생각하는 데 보낸 Jones는 멸종의 매력을 이해한다고 말했습니다. &ldquo누가&rsquot매머드를 볼 수 있다는 기대에 흥분하겠습니까?&rdquo 그녀는 허락했습니다. &ldquo하지만 실제로 실천하는 것은 정말 끔찍합니다.&rdquo 그리고 보전 전략으로서 &ldquoit&rsquo는 약간 쓸모가 없습니다. 보존 복장을 하고 있지만 그렇지 않습니다.&rsquo

    Jones에게 이것은 멸종에 관한 것이 아닙니다. 새로운 종을 만드는 것에 대한 &ldquoIt&rsquo. 그들은&rsquo가 화려한 GMO일 뿐입니다.&rdquo

    일부 선임 보전 생물학자들은 그것이 정당한 토론이 아니라고 생각하기 때문에 이 주제에 대한 참여를 거부한다고 Jones는 말했습니다. &ldquo하지만 스튜어트 브랜드든 뒷마당에 있는 누군가든 간에 이런 일이 일어나는 것은 불가피하다고 생각합니다.&rdquo

    그런 다음 되살린 종으로 무엇을 하느냐에 대한 질문이 있습니다. 클린턴 행정부에서 미국 어류 및 야생동물 국장을 지냈으며 현재는 야생동물 보호단체를 이끌고 있는 제이미 라파포트 클락(Jamie Rappaport Clark)은 멸종위기 지지자들에게 종의 부활 정책을 고려할 것을 촉구했습니다. 멸종은 예를 들어 서식지 복원이나 종의 보호에 대한 지연 조치를 정당화할 수 있습니다. 그것은 큰 고양이를 구하기 위한 필사적인 움직임으로 그녀의 감시 하에 공수된 텍사스 퓨마로부터 유전자 유입을 받은 플로리다 표범의 운명을 결정지었을 것입니다.

    She&rsquos는 또한 멸종이 보전 자금을 지원하기 위한 정치적인 보호 수단이 될 것이라고 걱정했습니다. &ldquo그들은&rsquoll은 &lsquo우리는 탈출구를 가지고 있기 때문에 복구 자금을 지원하고 종의 멸종을 방지해야 한다고 말합니다.&rsquo 그것은 이미 심각한 위기에 처한 ESA의 전체 무결성을 훼손할 것입니다.&rdquo

    1870년경 비료를 받기 위해 기다리고 있는 아메리카 들소 두개골 더미. (Burton Historical Collection/Detroit Public Library/Public domain)

    원탁 토론에서 Brand는 포식자의 잃어버린 생태학적 역할을 대체하기 위해 검치한 고양이를 캘리포니아로 다시 데려올 가능성을 제기했습니다. 이 시점에서 Bonham은 농담을 하며 &ldquoI&rsquom!&rdquo 의자에서 벌떡 일어났습니다.

    그는 간단한 케이스에서 종이 한 장을 가져와서 Brand에게 포식자와의 불편한 관계에 대한 대중의 이야기를 들려주었습니다. &ldquo우리는 약 100년 전에 캘리포니아에서 마지막 늑대를 쐈습니다.&rdquo Bonham이 말했습니다. &ldquo내가 일을 시작한 지 한 달 만에 캘리포니아에서 100년 만에 처음으로 늑대를 되찾았습니다.&rdquo 주 절반이 그가 늑대 보호 구역을 만들기를 원합니다. 나머지 절반은 역사가 반복되는 것을 보고 싶어합니다. &ldquo우리&rsquo준비가 되지 않았습니다&rdquo 그가 말했습니다.

    Bonham은 1982년 물고기와 야생동물 회색곰 복구 계획의 한 구절을 읽었습니다. &ldquo이것은 우리의 삶의 방식을 타협하거나 조정할 수 없는 동물입니다. 본질적으로 할 수 없고, 우리가 기회를 허용하더라도 할 수 없습니다. 우리는 그렇게 하지 않았습니다.&rdquo 캘리포니아에서 회색곰을 위한 유일한 장소는 주 깃발에 남아 있습니다. &ldquo도대체 세이버 이빨이 이보다 더 좋을 거라고 기대하세요. 그리즐리 베어?&rdquo 그가 브랜드에게 물었다.

    Jones는 회의 참가자가 멸종 위기에 처한 우려 사항 중 하나라도 그의 비전을 변경한 것이 있는지 Brand에게 물었습니다. "아직은 아닙니다." 그가 대답했다. "그것은 저를 더 결정하게 만듭니다. 우리는 멸종 위기와 보전이 결코 경쟁적이지 않다는 것을 모든 사람들이 완전히 이해하는지 확인합니다." 그는 이제 동물원에서 털북숭이 매머드를 보고 싶어하는 어린이 세대가 있다고 말했습니다. "그들이 그렇게 할 때 인간이 멸종과 같은 심각한 피해를 되돌릴 수 있다는 감각으로 자연과 보존에 비극적이지 않은 관계를 채택할 것이라고 생각합니다."

    스탠포드 대학의 고생물학자인 엘리자베스 해들리(Elizabeth Hadly)와 환경 생물학의 폴 S.와 빌리 아킬레스(Billie Achilles) 의장은 최근 정책 입안자들에 대한 행동 촉구를 도왔습니다. 그녀는 현장 연구보다 실험실 혁신이 멸종 위기에 처한 이유라고 생각합니다. 생태학 및 보전을 위한 자금은 유전체학 및 합성 생물학에 자금을 지원하는 큰 보조금에 비하면 미미합니다. 그녀는 Stanford에 있지만, Hadly는 회의에 참석하지 않았습니다. 그녀는 그 돈이 이미 여기에 있고 실에 매달려 있는 종을 보호하기 위해 무엇을 할 수 있는지 생각하는 것이 고통스럽습니다.

    지금 우리가 코끼리를 죽이는 방식으로 10년 또는 20년 후에 더 이상 코끼리를 죽이지 않을 것이라고 그녀는 말했습니다. &ldquo그리고 사람들이 매머드에 대해 이야기하고 있습니까? 우선 그들은 빙하 시대에 살았습니다. 이것은 그들을 다시 데려오기에 완전히 잘못된 환경입니다.&rdquo

    그녀는 멸종 위기에 처한 ldquogee-wiz science at the 최악의&rdquo라고 부르며 그것을 유전적 다양성과 생태계 서비스 측면에서 정당화하는 것은 의미가 없다고 생각합니다.

    "최근에 잃어버린 기존 종과 캘리포니아 회색곰 및 서식지 복원에 돈을 쓰는 것은 우리의 시간과 에너지를 훨씬 더 잘 사용하는 것입니다."라고 그녀는 말했습니다. 그녀는 "서식지 복원 없이" 지구에 남겨진 750마리의 마운틴 고릴라가 성공할 수 있다고 덧붙였다. 나는 멸종된 유기체를 되살리기보다 호랑이 아종을 결합하여 더 나은 유전 저장소를 만드는 것이 훨씬 낫습니다."

    멸종 위기에 처한 종과 함께 일하면서 경력을 쌓은 클라크도 비슷한 견해를 제시했습니다. &ldquo진짜 질문,&rdquo 그녀는 나에게 &ldquois 왜 우리가 고대 동물을 되찾기 위해 이 모든 에너지와 노력을 소비하고 다른 많은 동물들은 그냥 사라지게 내버려 두겠습니까?&rdquo이스라고 말했습니다.

    그녀는 미래 세대에 대한 우리의 도덕적 의무에 대해 생각하는 데 많은 시간을 할애했습니다. &ldquo동물원에 사는 슬픈 털북숭이 매머드 두 마리를 만드는 것인가요? 아니면 늑대와 표범, 그리고 델리의 모래에 꽃을 좋아하는 파리와 어업을 구하기 위한 것입니까?&rdquo

    Clark에게는 의심의 여지가 없습니다. &ldquo멋진 과학 실험을 마치고 서둘러 나가기 전에 우리가 가진 것을 더 잘 관리해야 합니다.&rdquo


    세포를 복제할 수 있다면 난자를 얼리는 근거는 무엇입니까? - 생물학

    Copyright ©1995 Lee M. Silver

    6. 돌연변이 및 형질전환

    6.1 고전적 돌연변이 유발

    6.1.1 특정 궤적 테스트

    6.1.3 마우스 돌연변이 자원

    6.2 배아 조작: 유전적 고려 사항

    6.2.1 실험적 가능성

    6.2.2 난 생산을 위한 균주의 선택

    6.2.3 과배란에 의한 배아 생산 최적화

    6.2.4 비옥한 수컷

    6.2.5 수양모에게 배아 이식

    6.3 핵 주입에 의해 형성된 형질전환 마우스

    6.3.2 이식유전자 추적 및 동형접합체 검출

    6.4 표적 돌연변이 유발 및 유전자 대체

    6.4.2 ‘유전자 녹아웃’ 생성

    6.4.3 미묘한 변경 만들기

    6.5 유전자 변형 기술의 추가 사용

    6.5.1 삽입 돌연변이 유발 및 유전자 트래핑

    6.5.2 유전자 조작 마우스의 데이터베이스 및 저장소

    6.1 고전적 돌연변이 유발

    6.1.1 특정 궤적 테스트

    유전 적 변이 — 적어도 두 가지 형태의 존재 —— 모든 유전 실험에 존재하는 필수 성분입니다. 특히 표현형 변이는 많은 유전자좌에서 야생형 대립유전자의 정상적인 기능을 밝히는 수단으로 사용됩니다. 이 책의 첫 번째 장에서 논의한 바와 같이, 집쥐를 초기 유전학자들이 연구하기에 이상적인 유기체로 만든 것은 화려한 쥐 거래 내에서 많은 변이 표현형을 이용할 수 있었기 때문입니다. 그러나 어떤 의미에서는 가축화와 인공 선택이 없으면 눈으로 볼 수 있는 형질의 변이가 극히 드물고 다른 작은 포유동물은 유전적으로 다루기 어려웠기 때문에 집쥐가 기본적으로 이겼습니다. 멋진 쥐 변이가 초기 유전 연구의 재료를 제공했지만 다른 변이의 수는 여전히 제한적이었고 새로운 변이가 실험 식민지에서 자발적으로 발생하는 비율은 매우 낮았습니다. 100,000명 중 1명의 배우자는 특정 유전자좌에서 검출 가능한 돌연변이를 가질 가능성이 있습니다.

    1920년대에 여러 연구자들이 X선이 생식과 발달에 미치는 영향을 조사하기 시작했습니다. 두 연구실에서 방사선 조사를 받은 부모의 자손에서 최소한 새로운 돌연변이 대립유전자가 회수되었지만 조사관은 방사선 조사와 이러한 돌연변이의 유도 사이에 어떤 연결도 만들지 못했습니다(Little and Bagg, 1924 Dobrovolskaia-Zavadskaia, 1927). 마침내 1927년 뮬러가 X선에 의한 유전 돌연변이의 유도를 설명하는 고전 논문을 발표하여 연결이 이루어졌습니다(Muller, 1927). 그 이후로 박테리아에서 생쥐에 이르기까지 모든 주요 실험 유기체를 연구하는 유전학자들은 유전자 기능을 이해하기 위한 도구로 새로운 대립 유전자를 밝히기 위해 돌연변이 유발 인자로 이온화 조사와 다양한 화학 물질을 사용했습니다.

    대규모 마우스 돌연변이 유발 실험은 미국 테네시주 오크리지에 있는 오크리지 국립연구소와 스코틀랜드 에딘버러에 있는 MRC 방사선생물학 연구소, 그리고 영국 하웰에 있는 정부 기반 "원자력" 연구소 두 곳에서 처음 시작되었습니다. , 영국에서 이 실험 프로그램은 모두 제2차 세계 대전 이후에 생쥐와 인간에 대한 다양한 형태의 방사선 효과를 정량화하기 위한 수단으로 처음 시작되었습니다. 외삽법을 통해 핵무기 폭발의 결과를 더 잘 이해하기 위한 것입니다. 미국의 노력은 W. L. 러셀이, 영국의 노력은 T. C. 카터가 감독했습니다(Green and Roderick, 1966). 두 연구소의 과학자들은 새로 생성된 돌연변이 동물 자원의 잠재력을 빠르게 깨달았고, 이후 두 연구소 모두 화학 작용제에 의해 돌연변이를 생성했습니다. Oak Ridge와 Harwell에서 수행된 대규모 연구에서 10,000~60,000마리의 1세대 동물이 일반적으로 실험 프로토콜에서 분석되었습니다. 돌연변이가 발생하는 메커니즘과 비율에 대해 현재 이용 가능한 대부분의 경험적 데이터를 제공했습니다. 마우스에서 잘 특성화된 모든 돌연변이원에 의해 발생합니다.

    Russell과 Carter, 그리고 그들의 발자취를 따랐던 다른 동료들이 수행한 실험은 다양한 방사선 프로토콜의 돌연변이 가능성에 대한 개별 값을 얻기 위해 설계되었습니다. 특정 조사 프로토콜의 모든 효과에 대해 모든 동물을 조사하려고 시도하기 보다는(이전 실험에서 일반적이었던 것처럼), 이 마우스 유전학자는 대신 잘 정의된 "특이적" 유전자좌. "특정 유전자좌 테스트"의 근거는 개별 유전자좌에 대한 효과를 보다 쉽게 ​​정량화할 수 있고 얻은 제한된 결과가 전체 게놈 효과의 추정을 위해 여전히 외삽될 수 있다는 것이었습니다. Russell은 특정 돌연변이에 대한 민감도의 유전자좌 간 변이로 인해 발생할 수 있는 문제를 구별하고 방지하기 위해 충분한 수의 유전자좌에서 돌연변이 비율을 동시에 추적해야 한다고 결정했습니다. 그는 수행된 각 실험에서 동일한 유전자좌 세트를 조사해야 한다고 추가로 결정했습니다. 특정 유전자좌 테스트에서 추적하기 위해 선택된 7개 유전자좌는 서로 분리되어 쉽게 구별되는 가시적 동형 접합 표현형을 갖는 열성 돌연변이로 정의되었으며 생존력이나 생식력에 영향을 미치지 않았습니다. 일곱 자리는 아구티(NS 열성 비 아구티 대립유전자), 갈색(NS), 알비노(), 희석(NS), 짧은 귀(), 핑크 아이드 희석(NS) 및 파이볼트(NS). 7개 유전자좌 모두에 대해 동형접합성인 특별한 "마커 균주"가 구축되었다.

    가장 간단한 형태로, 특정 유전자좌 테스트는 특정 마커 균주의 암컷을 잠재적 돌연변이원에 이전에 노출된 완전한 야생형 수컷과 교배함으로써 수행됩니다. 돌연변이가 없는 경우, 이 교배의 자손은 마커 계통의 어미에서 볼 수 있는 7가지 표현형 중 어느 것도 발현하지 않을 것입니다. 그러나 돌연변이원이 특정 유전자좌 중 하나에서 돌연변이를 유도한 경우 관련 돌연변이 표현형이 밝혀집니다. 이 테스트는 한 세대의 번식만 필요하고 육안 검사만 하면 각 동물의 점수를 매기기 때문에 매우 효율적입니다.

    특정 7개 이외의 모든 유전자좌에서 열성 돌연변이는 이 교배의 1세대 자손에서 감지되지 않을 것이지만, 생존 가능하고 골격 또는 코트 색상 변경. 방향이 지정되지 않은 돌연변이원의 가장 일반적인 효과는 유전자를 "녹아웃"시키는 것이며, 대부분의 경우 결과적인 null 대립유전자는 야생형에 대해 열성일 것이라는 점을 인식해야 합니다. 그러나 null 대립 유전자가 야생형에 대해 우성 또는 준우성 방식으로 작용하는 매우 작은 부류의 좌위가 있습니다. 이러한 "하플로 불충분한" 표현형은 아마도 유전자 산물 투여량에 대한 발달 민감성으로 인해 발생합니다. Dominant-null 돌연변이의 가장 특징적인 것은 NS 짧은 꼬리를 초래하는 궤적 — 및 locus —로 인해 코트에 흰색 반점이 생깁니다.

    돌연변이는 물리적 및 화학적 수단 모두에 의해 유도될 수 있습니다. 물리적 수단은 X선, 감마선 또는 중성자의 세 종류 중 하나의 이온화 방사선에 동물 전체를 노출시키는 것입니다(Green and Roderick, 1966). 화학적 수단은 생식선과 분화하는 생식 세포로 직접 전달되도록 돌연변이 유발 시약을 동물에 주입하는 것입니다. 특정 유전자좌 테스트는 각 시약이 돌연변이를 유도하는 상대적 효율성의 추정치를 제공했습니다. 다양한 노출 프로토콜에서 X선 ​​조사는 유전자좌당 13㬮 x 10 -5의 비율로 돌연변이를 유도하는 것으로 나타났습니다. 돌연변이를 생성하기 위한 일상적인 수단으로서 가장 큰 시설을 제외한 모든 것(Rinchik, 1991). 방사선 조사에 의해 생성된 돌연변이는 종종 큰 결실 또는 전위 또는 복잡한 재배열과 같은 기타 육안적 병변입니다.

    돌연변이(돌연변이원으로 알려짐)를 유도할 수 있는 알려진 화학 작용제의 종류는 매우 크고 항상 확장되고 있습니다. 그러나 두 가지 화학물질, 특히 에틸니트로소우레아(ENU)와 클로람부실(CHL) —이 마우스 정자 생성 세포에서 극도로 돌연변이를 일으키는 것으로 밝혀졌습니다(Russell et al., 1979 Russell et al., 1989). 이 두 화학물질은 지금까지 테스트된 어떤 형태의 방사선 치료보다 훨씬 더 높은 돌연변이 수율을 생성합니다(Russell et al., 1989). ENU 또는 CHL의 최적 투여량은 유전자좌 빈도당 평균으로 돌연변이를 유도할 수 있으며, 이는 ENU의 경우 150 x 10 -5이고 CHL의 경우 유전자좌당 127 x 10 -5보다 큰 것입니다(Russell et al., 1982 Russell et al., 1989). ENU와 CHL이 돌연변이를 유도하는 비율은 매우 유사하지만 유도되는 돌연변이의 유형은 상당히 다릅니다. 일반적으로 ENU는 종종 점 돌연변이인 별개의 병변을 유발하는 반면(Popp et al., 1983), CHL은 종종 다중 유전자좌 결실인 큰 병변을 유발합니다(Rinchik et al., 1990a). 원래, 이러한 유형의 돌연변이 차이의 근거는 돌연변이원 자체의 화학적 성질인 것으로 생각되었지만(Green and Roderick, 1966), 더 이상 그렇지 않은 것 같습니다. 오히려 돌연변이가 발생하는 생식 세포 단계가 병변 유형의 주요 결정 요인인 것으로 보입니다(Russell, 1990). 화학적 및 병변 유형 사이에서 관찰된 상관관계는 정자 형성의 다른 단계에서 서로 다른 돌연변이원이 활성화된다는 사실의 결과입니다. 따라서 ENU는 돌연변이가 분리된 유형일 가능성이 있는 감수 전 정자에 작용하고 CHL은 돌연변이가 큰 병변 유형일 가능성이 있는 감수 분열 후 둥근 정자에 작용합니다(Russell et al., 1990).

    ENU는 관심 있는 특정 유전자좌 또는 염색체 영역에서 돌연변이에 대한 스크리닝에서 소규모 실험실에서 사용하기에 충분히 돌연변이 유발성이 있는 것으로 확인된 최초의 화학물질이었습니다(Bode, 1984 Shedlovsky et al., 1988). ENU는 또한 다양한 인간 질병에 대한 모델 역할을 할 수 있는 비-좌우 특이적 표현형 변이체에 대한 스크리닝에 사용되었습니다(McDonald et al., 1990). 여러 실험실에서 삭제에 의해 정의된 작은 염색체 영역의 포화 돌연변이유발에 ENU를 그러한 영역의 완전한 물리적 및 유전적 설명을 얻기 위한 하나의 도구(여러 보완적인 것 중)로 사용하기 시작했습니다(Shedlovsky et al., 1988 Rinchik et al., 1990b Rinchik, 1991). 이러한 연구의 근거는 많은(전부는 아니지만) 유전자가 결실과 함께 이중 이형접합성이 되도록 사육되는 녹아웃 돌연변이에 의해 표현형으로 밝혀질 수 있다는 믿음입니다. 이 접근 방식의 글로벌 사용에 대한 주요 제한 사항은 큰 결실이 특징화된 마우스의 게놈 영역이 매우 적다는 것입니다.

    가용성 초파리 결실 유전학자(또는 결핍 파리 사람들이 부르는 대로) 파리 게놈의 거의 모든 부분에 걸쳐 있는 이 접근 방식은 수많은 유전자를 식별하고 특성화하고 총 기능 맵과 미세 구조 점 돌연변이 맵을 모두 생성하는 데 중요한 역할을 했습니다. 방금 위에서 설명했습니다. 분명히, 마우스에 대해 유사한 삭제 라이브러리를 축적하는 방법은 호평을 받을 것입니다. X-선에 의해 유도된 돌연변이는 종종 전위, 역위 및 결실을 포함하는 대규모 게놈 변경입니다. 실제로, 현대 주식에서 유지되는 대부분의 마우스 결실 돌연변이는 이러한 방식으로 파생되었습니다. 그러나 X선에 의한 결실의 전체 수율은 매우 낮고 이 접근법에 내재된 다른 문제로 인해 글로벌 사용에 이상적이지 않습니다.

    1989년에 클로람부실은 마우스에서 결실 돌연변이의 고수율 유도를 위한 약제로서 X선에 대한 매력적인 대안으로 보고되었습니다(Russell et al., 1989). 유전자좌당 돌연변이율은 초기 정자류의 생식세포에서 700개 중 1개 정도인 것으로 밝혀졌으며, 분석된 이 단계에서 유도된 8개의 돌연변이 중 특정 유전자좌표지자 주변의 DNA 염기서열에서 모두 결실되었다. Rinchik et al., 1990a). 이 연구는 또한 CHL 유도 돌연변이가 종종 상호 전위와 관련이 있음을 보여주었습니다. 이 마지막 발견은 전좌가 번식력을 감소시켜 결과적으로 균주 번식에 부정적인 영향을 줄 수 있기 때문에 불행합니다.

    CHL이 전체 염색체에 걸쳐 있는 중복 삭제 세트를 생성하는 수단으로 사용될 수 있다는 희망이 있습니다(Rinchik and Russell, 1990). 이러한 유형의 프로젝트에는 매우 큰 동물 시설과 지원 자원이 필요하므로 결과적으로 소수의 실험실에만 국한됩니다. 그러나 일단 삭제된 마우스 균주가 생성되고 특성화되면 전체 커뮤니티의 리소스 역할을 할 수 있습니다.

    6.1.3 마우스 돌연변이 자원

    마우스를 유전 시스템으로 사용하는 것의 장점은 현장의 대부분의 작업자를 감싸는 강한 공동체 의식이며, 이 공동체의 맥락에서 자연적 및 돌연변이 유발성 모두를 포함하는 많은 다른 돌연변이를 보유하는 균주가 있습니다. —은 목록화되고 보존되었으며 모든 조사관이 사용할 수 있습니다. 1989년을 기준으로 특성화된 모든 마우스 돌연변이에 대한 자세한 설명이 포함된 카탈로그는 Margaret Green이 편집했으며 이 책의 중심 장으로 포함되어 있습니다. 실험용 쥐의 유전적 변이체와 계통 Mary Lyon과 Tony Searle 편집(Green, 1989). 이 카탈로그는 이제 정기적으로 업데이트되는 전자 형식으로 제공됩니다(부록 B 참조). 물론 해가 지남에 따라 더 많은 돌연변이 동물이 발견되고 특성화되며 업데이트된 목록은 매년 저널에 게시됩니다. 마우스 게놈. 이 목록에는 돌연변이 생쥐를 실제로 얻기 위해 연락해야 하는 개별 조사자에 대한 정보가 포함되어 있습니다.

    돌연변이 마우스 균주의 가장 큰 컬렉션은 현재 Muriel Davisson 박사(Davisson, 1990)의 지시 하에 관리되고 있는 "Mouse Mutant Resource"(MMR)의 후원 하에 Jackson 연구소에서 관리되고 있습니다. 1990년에 250개 이상의 돌연변이 유전자가 이 자원에서 유지되었으며, 이는 당시 생존한 모든 알려진 마우스 돌연변이의 3분의 2를 차지했습니다(Davisson, 1990). 매년 동물 관리인들은 Jackson Laboratory의 동물 자원 식민지에서 생산된 2백만 마리의 쥐 중 75~80마리의 "일탈" 동물을 추가로 식별합니다(Davisson, 1993). 비정상 표현형의 약 75%는 유전적 기반이 있는 것으로 밝혀졌으며, 이전에 특성화된 유전자좌에서 돌연변이를 나타내는지 여부를 결정하기 위해 이들에 대한 육종 연구가 수행됩니다. 그렇게 하면 DNA 샘플이 회수되고 계통은 폐기되거나 냉동 배아 저장소에 배치됩니다. 돌연변이가 새로운 것이라면, 그 전달 방식(상염색체/X-연관, 우성/열성)이 결정되고, 돌연변이의 표현형 효과가 특성화되며, 번식 프로토콜을 사용하여 특정 염색체 위치에 매핑됩니다. 섹션 9.4에 설명되어 있습니다(Davisson, 1990 Davisson, 1993). 새로 특성화된 모든 돌연변이에 대한 설명이 공개되고 돌연변이 마우스 균주는 표준 잭슨 연구소 카탈로그를 통해 구입할 수 있습니다. 1992년에 MMR에서 35,000마리 이상의 마우스가 전 세계의 조사자들에게 배포되었습니다(Davisson, 1993).

    공간 제한으로 인해 MMR은 알려진 모든 돌연변이 유전자를 포함하는 마우스의 번식을 유지하는 것이 불가능하며 총 수는 매년 증가합니다. 다행히 현재 조사자들이 요구하지 않는 돌연변이 주식은 냉동 배아의 형태로 (최소한의 비용으로) 유지될 수 있습니다. 저장 프로토콜로서 배아 동결의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 현대의 분자 연구자들은 새로 복제된 인간 및 마우스 유전자좌의 분석에서 중요한 도구로 오래전에 기술된 돌연변이를 사용하기 위해 몇 번이고 다시 손을 뻗었습니다.

    6.2 배아 조작: 유전적 고려 사항

    6.2.1 실험적 가능성

    암컷 생식관에서 착상 전 배아를 채취하여 배양 접시에서 단기간 배양한 후 다시 수양어머니에게 이식하여 생존 가능한 생쥐로 자라게 하는 데 필요한 기본 기술은 1950년대부터 이용 가능했습니다. (Hogan et al., 1994). 이후 몇 년 동안 이 기본 기술은 발달 과정이나 배아 게놈 자체를 조작하기 위한 다양한 유형의 실험에 사용되었습니다. 배아는 키메라 생쥐의 발달을 시작하기 위해 새로운 조합으로 재조합될 수 있는 개별 세포로 용해될 수 있습니다. 전핵과 핵은 특정 표현형에 대한 세포질 및 게놈의 상대적 기여도를 조사하고 게놈 각인 및 단위생식의 측면을 조사하기 위해 초기 배아에서 다른 배아로 전환될 수 있습니다. 외래 DNA를 전핵에 직접 주입하여 염색체에 안정적으로 통합하여 형질전환 동물을 형성할 수 있습니다. 마지막으로, 배아 세포는 표적 유전자 대체가 달성될 수 있는 조직 배양 세포(배아 줄기[ES] 세포라고 함)로 전환될 수 있습니다. 선택된 ES 세포는 정상 배아와 결합되어 생식선을 통해 표적 유전자좌를 전달할 수 있는 키메라 동물을 형성할 수 있습니다. 이러한 실험적 가능성은 이 장의 뒷부분에서 더 자세히 설명합니다. 이 섹션은 단순히 다양한 실험 목적으로 배아의 생성 및 임신에 사용할 마우스 선택과 관련된 유전적 고려 사항에 관한 것입니다.

    6.2.2 난 생산을 위한 균주의 선택

    6.2.2.1 일반 고려 사항

    실험 재료로 사용할 알을 제공할 적절한 암컷 계통을 선택하는 데 여러 요소가 역할을 합니다. 첫째, 모든 경우에 알이 겪을 조작으로 인한 손상에 저항할 수 있을 만큼 충분히 튼튼해야 합니다. 둘째, 특정 실험 프로토콜은 유전적으로 결정된 특별한 특성을 가진 계란에 대한 필요성을 부과할 수 있습니다. 셋째, 매우 많은 수의 난자가 필요한 경우 다음 섹션에서 논의되는 바와 같이 균주가 과배란에 잘 반응하는 균주가 중요할 것입니다. 마지막으로, 조작에서 나올 자손에 대한 유전적 제한의 문제가 있습니다.

    이 마지막 기준과 관련하여 일부 실험의 경우 게놈 조작에 사용할 배아의 유전적 배경을 엄격하게 통제하는 것이 중요합니다. 이러한 경우 근친교배 배아는 동일한 근친교배 계통의 두 구성원 간의 교미에서 파생되어야 합니다. 이 배아가 외래 유전 물질의 생식계열 도입에 사용되는 경우, 생성된 형질전환 동물은 원래 근친교배 계통과 진정으로 공동성(coisogenic)이 될 것입니다.

    다른 실험의 경우 엄격한 유전 균질성이 필요하지 않습니다. 이러한 경우, 동일한 상염색체 유전자형의 F1 수컷과 교배된 과배란된 F1 암컷의 F2 배아를 사용할 수 있습니다. 이 육종 프로토콜은 종종 엄격하게 근친 교배 접근법이나 무작위 교배 접근법을 사용하는 것보다 선호됩니다. 첫째, 무작위 교배 접근법과 달리 F1 부모를 생성하는 데 사용된 근친 교배 계통 중 하나 또는 둘 모두에서 파생된 대립 유전자만 각 유전자좌에 존재하기 때문에 유전자 입력에 대해 어느 정도 제어를 유지합니다. 태아. 둘째, 근친 교배 접근법과 달리 이형 유전자형을 가진 암컷과 배아를 모두 사용하면 생식 과정의 모든 수준에서 잡종 활력을 표현할 수 있습니다. 특히, 이형접합 배아는 시험관 내 조작에 의해 손상될 가능성이 적습니다.

    6.2.2.2 FVB/N 균주는 형질전환 마우스의 생산에 이상적입니다.

    NIH에서 실험실 육종의 오랜 역사를 가진 비근교 마우스 군집에서 비교적 최근에 개발된 한 근친교배 계통은 형질전환 마우스 생산에 관심이 있는 조사자들에게 특히 관심을 끄는 특별한 특성을 가지고 있습니다. 이 계통은 FVB/N이라고 합니다. FVB/N 균주는 몇 가지 중요한 면에서 독특합니다(Taketo et al., 1991). 첫째, 평균 한배 새끼 크기가 9.5(최대 13개)로 잘 알려진 다른 근친 교배 계통보다 훨씬 높습니다(표 4.1 참조). 둘째, FVB/N 어미로부터 파생된 수정란은 매우 크고 시각적으로 두드러진 전핵을 가지고 있으며 이 특성은 알려진 근친교배 균주 중에서 유일하며 DNA 주입을 크게 용이하게 합니다. 마지막으로, 살아있는 동물로 생존하는 주입된 배아의 비율은 다른 모든 근친교배 균주에서 관찰된 것보다 훨씬 큽니다. 이러한 이유로 FVB/N은 형질전환 동물의 생산에 사용하기 위한 선택 균주가 되었습니다.

    6.2.3 과배란에 의한 배아 생산 최적화

    자연 교배된 개별 교배 또는 F1 암컷으로부터 6~10개 정도의 알을 직접 회수할 수 있지만 상태를 유도함으로써 훨씬 더 많은 수(동물당 최대 60개)를 얻을 수 있습니다. 과배란. 많은 실험에서 과배란이 있는 많은 수의 배아로 시작하는 것이 중요합니다. 이 많은 수를 생산하는 데 필요한 암컷의 수를 크게 줄일 수 있습니다. 과배란은 천연 마우스 호르몬을 모방하고 비정상적으로 많은 수의 난포 성숙을 시작하는 상업적으로 이용 가능한 성선 자극 호르몬 시약을 정확한 시간에 두 번 복강 내 주사하여 유도됩니다. 정상적인 배란과 마찬가지로 과배란은 짝짓기에 대한 남성의 관심을 자극하고 관심있는 남성에 대한 여성의 수용성을 유발합니다. 프로토콜은 Hogan과 동료(1994)의 마우스 발생학 매뉴얼에 자세히 설명되어 있습니다.

    예상외로 과배란에 의해 유도된 평균 난자의 수는 매우 변형에 의존적입니다. B6, BALB/cByJ, 129/SvJ, CBA/CaJ, SJL/J 및 C58/J 균주의 적절한 연령의 암컷은 40~60개의 난자를 배란하도록 유도할 수 있습니다(Hogan et al., 1994). 다른 극단에서 A/J, C3H/HeJ, BALB/cJ, 129/J 129/ReJ, DBA/2J 및 C57L/J 계통의 암컷은 과배란 프로토콜에 잘 반응하지 않아 15개 이하만 생성합니다. 마우스당 알. 과배란에 대한 FVB/N 계통의 반응은 암컷 한 명당 25개 이하의 배아를 생산하는 중간 정도입니다(Taketo et al., 1991). 그러나 형질전환 마우스를 생성하는 경우 FVB/N의 이 단일 음성 특징은 위에서 논의한 이 균주의 다른 특성보다 중요합니다.

    과배란에 대한 높은 반응 대 낮은 반응의 흥미로운 측면은 두 가지 경우에서 동일한 원래 근친 교배 균주(BALB/cByJ 대 BALB/cJ 및 129/SvJ 대 129/J)에서 파생된 하위 균주가 명확하게 구별되는 표현형을 표현한다는 것입니다. 이 발견은 유전자형의 미묘한 변화가 이 특정 생식 형질의 발현에 극적인 결과를 가져올 수 있음을 시사합니다.

    실용적이고 이론적인 중요성에 대한 한 가지 중요한 발견은 F1 잡종 암컷이 항상 그들의 근친 부모보다 과배란에 더 나은 반응을 나타내는 것은 아니라는 것입니다. 예를 들어, 고배란자(B6)와 저배란자(DBA/2J)의 교배에 의해 형성되는 일반적으로 사용되는 F1 잡종 B6D2F1은 저배란자 표현형을 표현한다(Hogan et al., 1994). 이 관찰은 잡종 활력의 곡물에 반대되며 이 표현형에 대한 유전적 기초가 다른 일반적인 생존력 및 번식력 표현형에 대한 것보다 훨씬 더 구체적이고 제한적일 수 있음을 시사합니다. 또한, 이 관찰은 관련된 주요 유전자에 대해 "고배란" 대립유전자가 열성임을 시사합니다.

    2개의 F1 잡종은 높은 수준의 과배란 [BALB/cByJ x B6] 및 [B6 x CBA/CaJ]을 발현하는 것으로 경험적으로 결정되었습니다(Hogan et al., 1994). 또한 위에 나열된 고반응자 중 어느 하나 사이의 짝짓기에서 파생된 F1 잡종 자체도 고반응자가 될 가능성이 매우 높습니다. 이러한 F 1 잡종 중 다수는 동물 공급업체로부터 직접 구입할 수 있지만 대부분의 경우 공급업체는 최적의 사용 시간을 결정하는 데 필요한 정확한 생년월일을 제공할 수 없습니다.

    6.2.4 비옥한 수컷

    자연적으로 또는 유도된 배란을 경험한 암컷은 핵 주입이나 다른 목적에 사용할 수 있는 접합자를 생산하기 위해 "수정 가능한 정자 수컷"과 교미해야 합니다. 앞서 논의한 바와 같이, 근친교배이든 F1 잡종이든 상관없이 암컷과 유전자형이 동일한 생식력이 있는 스터드 수컷을 사용하는 것이 항상 바람직합니다. 분명히, 생후 2개월에서 8개월 사이의 전성기에 눈에 띄게 건강한 동물을 사용하는 것이 중요합니다. 또한 과거의 경험은 종종 미래의 성과를 나타내는 좋은 지표입니다. 과거에 요구에 따라 성공적으로 짝짓기를 한 수컷(질 마개로 표시됨)은 미래에도 동일한 작업을 수행할 가능성이 높기 때문에 이러한 목적으로 사용된 각 수컷의 성능에 대한 기록을 유지해야 합니다. 최적의 결과를 얻으려면 각 케이지에 수컷 한 마리와 암컷 한 마리만 넣어야 하며 성공적인 교미 후에는 수컷에게 2~3일의 휴식을 주어야 합니다.

    6.2.5 수양모에게 배아 이식

    6.2.3.1 변형률 선택

    배아가 배양에서 조작된 후에는 배아의 생식 기관으로 다시 배치되어야 합니다. 양모 그들이 완전히 형성된 살아있는 동물로 계속 발전할 수 있는 곳. 수양모는 유전자 물질이 아닌 자궁만을 유전자 조작된 자손에게 제공하기 때문에 그녀의 유전적 구성 요소는 대부분의 다른 실험 프로토콜에서 동물에 사용된 것과 동일한 기준에 따라 선택되어서는 안 됩니다. 수양모를 선택할 때 두 가지 고려 사항만 중요합니다. 첫째, 가장 중요한 것은 최적의 생식 능력과 "어머니링" 특성을 가져야 한다는 것입니다. 이것은 두 개의 표준 근친 교배 균주 사이의 F1 잡종[B6 x CBA가 권장되지만 다른 것들도 그렇게 할 것입니다] 또는 다양한 상업적 육종가에서 구할 수 있는 근친 교배 균주를 사용하여 수행할 수 있습니다. 최고의 수양모는 이미 한 배의 새끼를 성공적으로 낳고 키운 사람들입니다. 따라서 잠재적인 수양모를 한 번의 임신/수유/이유 주기를 통해 시험해 보는 것이 종종 유용합니다.

    두 번째 고려 사항은 조사관이 자연적으로 태어난 강아지와 양육된 강아지를 구별할 수 있는지 여부입니다. 이는 요구되는 가임신 상태를 유도하기 위해 수양모가 불임 수컷과 교미한 경우일 뿐 수컷이 제대로 불임수술을 받았는지에 대한 의문이 있다. 두 가지 유형의 잠재적 자손을 구별하는 가장 간단한 방법은 털 색깔의 차이(예: 흰둥이 대 유색)입니다. 실험 배아가 알비노 대립유전자를 가지고 있지 않은 부모로부터 파생된 경우, 양모와 그녀의 불임 스터드 파트너(아래에서 논의됨)는 CD-1(Charles River Breeding Laboratories) 또는 Swiss Webster 마우스(Taconic Farms). 불임 스터드 수컷이 실제로 불임이라고 확신할 때, 잠재적인 자연 태생 자손의 유전형을 실험적으로 전달된 자손과 구별하기 위해 예상치 못한 필요가 발생하는 경우 잘 정의된 DNA 차이가 존재하는 한 외투 색상 차이는 덜 중요합니다.

    6.2.3.2 가임신 및 불임 스터드 남성의 유도

    인간 여성의 경우, 자궁 환경은 호르몬의 배란 유도의 직접적인 결과로 수정란의 착상을 수용하게 됩니다. 생쥐와 대부분의 다른 영장류가 아닌 포유류에서 자궁 환경은 착상을 수용하게 됩니다. 오직 충분한 정도의 성적 자극에 대한 반응으로. 또한 이 자극은 호르몬 변화를 일으켜 임신이 계속된다는 가정 하에 정상적인 발정 주기를 변경합니다. 수정이 없는 상태에서 성공적인 자극 반응이 발생하면 암컷은 "가임신" 상태에 있다고 합니다. 가임신한 암컷만이 성공적인 착상 및 양육된 배아의 발달을 허용할 것입니다. 가임신은 (1) 불임 남성과 교미하거나 (2) 질에 삽입된 진동 막대와 같은 여성 자위 도구를 사용하는 두 가지 방법 중 하나로 달성할 수 있습니다(West et al., 1977). 대부분의 조사자들은 자연 교미가 인간 대리모보다 가임신의 비율이 더 높다는 것을 발견했습니다.

    불임 수컷은 유전적으로 또는 외과적으로 파생될 수 있습니다. 유전적 파생을 위해서는 다음으로 알려진 영역에서 염색체 17의 유사 대립유전자 돌연변이에 대해 이중 이형접합성인 생쥐의 번식 식민지가 필요합니다. NS 복잡한 (실버, 1985). 유전자형을 가진 동물 NS/NS w2 (Jackson 연구소에서 구할 수 있음)은 그림 6.1에 표시된 대로 균주를 유지하고 불임 수컷을 생산할 목적으로 교배됩니다.

    유전적으로 불임인 수컷을 번식시키는 데 필요한 자원이나 인력이 없는 사람들에게 유일한 다른 선택은 신체 양쪽의 정관을 절단하는 수술적 정관 절제술입니다(Hogan et al., 1994). 사용할 마우스 계통의 선택은 어미 능력 대신 짝짓기 능력을 고려해야 한다는 점을 제외하고는 위탁 어미의 선택에 대해 설정된 것과 유사한 기준을 기반으로 합니다. 표준 F 1 잡종과 "무작위 사육" 동물 모두 성공적으로 사용할 수 있습니다. 특정 계통 내에서 개별 수컷을 선택할 때 가임성 스터드 수컷을 선택하기 위해 섹션 6.2.2.2에 설명된 것과 동일한 기준을 사용해야 합니다. 또한, "불임" 수컷과 가임 여성이 미리 교배하는 것은 정관 절제술의 성공을 확인하는 역할을 합니다.

    6.3 핵 주입에 의해 형성된 형질전환 마우스

    모든 고전적 돌연변이 유발 방법에는 두 가지 문제가 내재되어 있습니다. 첫 번째 문제는 프로세스가 완전히 무작위적이라는 것입니다. 따라서 관심 유전자좌에서 돌연변이를 검출할 수 있도록 스크리닝 분석을 설계하는 것으로 시작해야 하며, 그런 다음 일반적인 유전자좌당 비율 또는 그 이상의 빈도에서 돌연변이 동물의 출현을 기대해야 합니다. . 돌연변이 대립유전자가 화면에서 포착할 수 있는 표현형을 생성하지 못하면 감지되지 않습니다. 마지막으로, 돌연변이 대립유전자가 검출된 경우에도 기본 병변은 일반적으로 복제 및 추가 분자 특성화 없이는 확인할 수 없습니다.

    고전적 돌연변이유발의 두 번째 문제는 유도된 돌연변이가 아직 복제되지 않은 유전자좌로의 분자 진입을 제공하기 위해 어떤 식으로든 태그가 지정되지 않는다는 것입니다. 따라서 새로운 유전자좌가 흥미로운 표현형을 유발하는 유도 돌연변이에 의해 밝혀지면 다른 표현형으로 정의된 유전자좌와 동일한 방식으로 후보 유전자 및 위치 복제 접근법을 통해서만 접근할 수 있습니다. 더욱이, ENU에 의해 유도된 돌연변이의 경우, 돌연변이체와 야생형 대립유전자는 제한 부위에 영향을 미칠 수도 있고 영향을 미치지 않을 수도 있는 단일 뉴클레오티드를 제외하고는 분자적으로 구별할 수 없을 가능성이 높습니다.

    돌연변이가 포유류 생물학의 발달 및 기타 측면에 대한 분자 분석을 위한 도구를 제공할 수 있는 두 가지 다른 유형의 상황에 가장 이상적인 두 가지 유형의 돌연변이 유발 접근법을 상상할 수 있습니다. 한편, 돌연변이 대립유전자가 직접 분자 접근을 허용하도록 태그가 지정되는 한 무작위 돌연변이유발 접근법은 신규 유전자좌의 해명에 적합합니다. 다른 한편으로, 이미 복제되고 특성화된 유전자좌를 추가로 분석하기 위해 정의된 방식으로 유전자좌를 잘못 표현하는 동물을 생성하고자 합니다. 이식유전자 삽입 및 유전자 표적화 기술은 유전학자에게 이 두 가지 목표를 모두 달성하는 데 필요한 도구를 제공했습니다.

    1981년에 5개의 독립적인 실험실에서 단세포 난자의 미세주입을 통해 마우스 생식선에 외래 DNA를 삽입하는 것을 보고했습니다(Costantini and Lacy, 1981 Gordon and Ruddle, 1981 Harbers et al., 1981 Wagner et al., 1981a Wagner et al., 1981a Wagner et al., 1981 al., 1981b). 배아의 바이러스 감염을 통해 외인성 DNA를 생식계열에 통합하는 것이 더 일찍 보고되었지만(Jaenisch, 1976), 1981년 보고서는 처음으로 모든 출처의 DNA를 사용하여 마우스 게놈을 변환할 수 있음을 암시했습니다. 이 강력한 도구의 개발로 마우스 유전학의 안색은 영원히 바뀌었습니다. 엄격하게 관찰되는 과학은 모든 방대한 의미를 지닌 유전 공학의 영역으로 갑자기 밀려났습니다. 쥐의 생식선에 유전 물질을 삽입하는 것은 이제 방법론이 다양한 "요리책"(Wassarman and DePamphilis, 1993 Hogan et al., 1994)에 자세히 설명되어 있을 만큼 충분히 일상적이며 많은 디자이너 동물이 상업적 서비스로 제공되기까지 합니다. 회사.

    용어 트랜스제닉 인간 중개자를 통해 게놈에 안정적으로 삽입된 외래 서열을 가진 동물을 설명하기 위해 만들어졌습니다. 트랜스제닉 동물은 배아의 미세주입 또는 바이러스 감염에 의해, 또는 배아 유사 "ES 세포"의 배양 조작을 통해 생성될 수 있으며, 이는 후속적으로 생식선으로 양치기에 적합한 배아로 다시 통합된다. 후자의 기술은 다음 섹션에서 설명합니다. 여기서는 DNA를 배아에 직접 주입하여 만든 형질전환 동물에 중점을 둘 것입니다.

    미세하게 조작된 각 알에서 발생하는 최초의 동물은 설립자. 여러 개의 배아에 모두 동일한 외래 DNA를 주입하거나 감염시킨 경우에도 통합 부위 — 또는 이식유전자좌 — 창업자마다 다릅니다. 그러나 단일 창시자로부터 유래한 모든 형질전환 동물은 동일한 형질전환 유전자 좌를 공유할 것입니다. 형질전환 마우스 생성을 위한 프로토콜과 기술 및 그 사용에 대한 광범위한 검토는 다른 곳에서 설명되었습니다(Palmiter and Brinster, 1986 Wassarman 및 DePamphilis, 1993 Hogan et al., 1994). 형질전환 유전자좌와 형질전환 동물의 명명 규칙은 3.3.5절에 제시되어 있다.

    배아 미세주입에 의한 형질전환 마우스 생성을 위한 현재 프로토콜에서는 통합 부위가 미리 결정되지 않으며 모든 실제 목적을 위해 무작위로 간주되어야 합니다. Microinjection은 추가하다, 그러나 특정 실험이 새로운 버전의 마우스 유전자를 게놈에 삽입하는 경우 지시된 방식으로 유전 물질을 빼지 않으면 이 새로운 대립 유전자가 정상적인 이배체 쌍에 추가로 존재할 것입니다. 결과적으로, 표현형 발현의 우성 또는 공동 우성 형태만이 이식유전자로부터 검출가능할 것이다.

    배아 미세주입 기술은 마우스 생물학 및 유전자 조절의 다양한 측면을 탐색하는 데 사용할 수 있습니다. 한 부류의 실험은 천연 유전자 산물을 부자연스러운 방식으로 발현시키는 효과를 결정하는 것을 목적으로 하는 실험을 포함한다. 관심 유전자를 다른 유전자에서 선택된 조절 영역과 결합함으로써 형질전환 마우스가 정상 수준보다 높은 수준 또는 대체 조직 또는 발달 단계에서 제품을 발현하도록 할 수 있습니다. 이러한 비정상적인 형태의 발현으로 인한 돌연변이 표현형을 사용하여 야생형 유전자의 정상적인 기능을 설명할 수 있습니다. 이러한 유형의 실험은 예를 들어 특정 발달 변화를 유도하는 일부 유전자의 능력과 비정상적으로 발현되는 다른 유전자의 발암성을 입증하는 데 사용할 수 있습니다. 이 접근 방식으로 많은 다른 유형의 질문에 답할 수 있습니다.

    다른 부류의 실험에서, 적절한 조직(들)에서 발현을 쉽게 분석할 수 있는 리포터 유전자와 조절 영역 사이에 구성물을 형성함으로써 조절 영역의 기능을 해부할 수 있습니다. 조절 영역의 부분적으로 삭제되거나 돌연변이된 형태를 가진 일련의 형질전환 계통을 사용하여 다른 조직 또는 발달 단계에서 유전자의 켜기 및 끄기에 관여하는 DNA 서열을 정확히 찾아낼 수 있습니다.

    실험 클래스의 3분의 1은 야생형 이식유전자의 게놈 삽입을 통해 돌연변이 마우스의 유전적 결함을 교정하는 것을 목표로 합니다. 이러한 형질전환 기술의 사용은 복제된 후보 유전자가 특정 돌연변이 표현형을 담당하는 유전자좌와 실제로 동일함을 증명하는 데 사용할 수 있는 가장 강력한 수단을 제공합니다. 더욱이, 모델 포유동물의 유전적 결함의 교정은 인간에서 유사한 연구를 수행하려는 모든 시도에 필요한 서곡입니다.

    모든 형질전환 실험에서 중요한 고려사항은 형질전환 유전자가 삽입된 실제 염색체 위치가 그 발현에서 결정적인 역할을 할 수 있다는 관찰에서 비롯됩니다. 이것은 동일한 이식유전자를 갖는 상이한 창시자 라인이 상이한 이식유전자 발현 패턴을 나타내는 경우에 쉽게 명백할 것이다. 이러한 균주별 차이의 이유는 일부 염색체 영역이 일반적으로 유전자 활성을 억제하는 역할을 할 수 있는 염색질 구성으로 유지되기 때문입니다. 상이한 이식유전자 구조는 그러한 영역에 착륙할 때 활성 억제에 대해 상이한 수준의 민감성을 보일 것이다.

    또 다른 잠재적인 문제는 예상치 못한 결과와 함께 정상적으로 기능하는 내인성 유전자좌에 이식유전자를 삽입함으로써 발생할 수 있습니다. 지금까지 연구된 모든 사례의 약 5~10%에서 특정 이식유전자 좌에 대한 동형접합성이 치사율이나 기타 표현형 이상을 일으키는 것으로 밝혀졌습니다(Palmiter and Brinster, 1986). 이러한 열성 표현형은 일부 정상적인 필수 유전자의 파괴로 인한 것일 가능성이 큽니다. 덜 빈번한 경우에, 이식유전자는 부적절한 단계 또는 조직에서 유전자 활성을 자극할 수 있는 내인성 인핸서 옆에 있는 부위에 착륙할 수 있습니다. 이것은 엄격하게 이식유전자 자체의 결과가 아닌 우성 표현형의 발현으로 이어질 수 있습니다. 이러한 모든 이유로 인해 마우스 표현형에 대한 효과 또는 부족에 관한 결론에 도달하기 전에 동일한 이식유전자 구조를 가진 3개 이상의 창시자 라인에서 데이터를 분석하는 것이 중요합니다.

    현재까지 분석된 대부분의 사례에서, 이식유전자 통합으로 인한 내인성 서열의 파괴는 표현형에 명백한 영향을 미치지 않았습니다. 그러나, 검출 가능한 표현형의 부재가 반드시 도입 유전자가 게놈의 비기능적 영역에 통합되었음을 의미하지는 않습니다. 5장에서 논의한 바와 같이, 모든 포유류 유전자의 작은 부분집합만이 실제로 필수적인, 그리고 표현형에 대한 미묘한 영향은 형질전환 동물에 대한 피상적인 검사만 수행하면 눈에 띄지 않게 될 것입니다. 따라서 배아 미세주입으로 인한 삽입 돌연변이 유발의 실제 빈도는 숫자가 암시하는 것보다 훨씬 더 높을 가능성이 있습니다.

    6.3.2 이식유전자 추적 및 동형접합체 검출

    특정 형질전환 삽입이 쉽게 감지할 수 있는 우성 표현형을 유발하지 않는 한, 동물에서 형질전환 유전자의 존재는 DNA 분석을 통해 가장 쉽게 결정됩니다. 많은 수의 생쥐를 테스트할 때 가장 좋은 DNA 소스는 꼬리를 자르거나 귀에 구멍을 뚫는 것입니다(Gendron-Maguire and Gridley, 1993). 도입 유전자의 존재 또는 부재는 도입 유전자 특이적 표적 서열을 기반으로 하는 PCR 분석 방법으로 가장 효율적으로 입증될 수 있습니다.

    트랜스제닉 계통에 대한 시조 동물은 트랜스진 삽입 유전자좌에 대해 이형접합성일 것이다. 두 번째 상동체는 이 유전자좌에서 파괴되지 않은 "야생형"(+) 대립유전자와 연관되는 반면, 파괴된 염색체는 이식유전자(Tg) 대립유전자. 이식유전자가 이형접합체로부터 자손에게 전달되는 한(Tg/+) 부모, 이식 유전자의 존재에 대해 각각의 새로운 세대의 각 개별 동물을 테스트하는 것이 필요할 것입니다. 이러한 이유만으로, 동형 접합체 사이의 교미에서 나오는 모든 자손이 있기 때문에 이식 유전자 대립 유전자에 대해 동형 접합체를 생성하는 것이 유용할 것입니다. Tg/Tg 동물도 동형접합체이며 DNA 검사가 필요하지 않습니다.

    드문 경우지만 동형 Tg/Tg 동물은 표현형으로 그들의 동물과 구별됩니다. Tg/+ 집단. 이 관찰은 일반적으로 이식유전자가 통합 과정을 통해 내인성 유전자좌의 기능을 방해했다는 좋은 표시입니다. 동형접합 열성 표현형이 치명적이라면 동물의 동형접합 계통을 생성하는 것은 분명히 불가능할 것입니다. 그렇지 않으면 표현형이 DNA 분석의 필요성을 제거할 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우 동형 접합체 Tg/Tg 동물은 표현형에서 이형접합체와 구별할 수 없을 것입니다. Tg/+ 동물, 그리고 열성 표현형이 없으면 동형 접합 동물의 식별이 간단하지 않을 것입니다.

    추정 유전자형을 확인하는 한 가지 방법 Tg/Tg 동물은 통계적 유전학을 기반으로 합니다. 이 경우, 추정되는 동형 접합체와 비-트랜스제닉 +/+ 파트너 사이의 짝짓기를 설정하여 확인을 수행합니다. 문제의 동물이 Tg// 이형 접합체, 동일한 수의 Tg/+ 및 +/+ 자손. 섹션 9.1.3에 설명된 카이 제곱 분석 방법을 통해 적어도 13명의 자손이 태어나고 모두 이식 유전자를 보유하는 경우 이형 유전자형의 확률은 1000분의 1 미만임을 계산할 수 있습니다. 이식유전자 없이 단 한 마리의 동물이라도 얻어진다면, 부모의 유전자형은 거의 확실할 것입니다. Tg/+. 이러한 종류의 통계 테스트는 각 추정에 대해 독립적으로 수행되어야 합니다. Tg/Tg 동물. 일단 동형접합 Tg/Tg 수컷과 암컷이 확인되면 동형접합 형질전환 균주의 창시자로 서로 재교배될 수 있습니다.

    이식유전자 동형접합성을 입증하기 위한 두 번째 접근 방식은 이식유전자 삽입 부위 옆에 있는 마우스 게놈에서 내인성 서열의 복제를 필요로 합니다. 형질전환 물질이 국부적으로 재배열된 내인성 서열과 혼합된 여러 사본에 존재할 수 있기 때문에 이 작업은 종종 간단하지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 가까운 내인성 서열의 복제를 통해 이론적으로 8장에서 설명한 다양한 기술 중 하나를 사용하여 이식유전자 좌에서 분열된 대립유전자와 분열되지 않은 대립유전자를 구별하는 데 사용할 수 있는 매핑 도구를 얻을 수 있습니다. "공동우성" DNA 다형성 검출. 그러한 도구 및 관련 분석을 사용하면 야생형 비파괴 대립유전자의 부재에 의해 이식유전자 대립유전자에 대한 동형접합성이 입증될 것입니다. 불행히도, 이 접근 방식은 연구할 모든 형질전환 계통에 대해 별도의 내인성 클론을 생성해야 합니다. 마우스 연결 지도 내에서 이식유전자 삽입 부위를 찾기 위한 프로토콜은 섹션 7.3.2에서 설명합니다.

    6.4 표적 돌연변이 유발 및 유전자 대체

    이전 섹션에서 설명한 이식유전자 삽입 기술은 전체 유기체에서 유전자 작용 분석을 위한 강력한 도구를 제공하지만 열성 대립유전자의 지시된 생성 메커니즘을 제공하지 않는다는 심각한 한계가 있습니다. 이 제한은 이 섹션의 주제인 유전자 표적화, 표적 돌연변이 유발 또는 유전자 교체 등 다양하게 알려진 기술로 극복할 수 있습니다. 이 강력한 기술을 통해 연구자는 복제된 모든 유전자좌에서 유도 돌연변이를 생성할 수 있습니다. 이러한 새로운 돌연변이 대립유전자는 생식선을 통해 전달되어 돌연변이 자손을 무제한으로 생성할 수 있으며, 다른 돌연변이를 다른 유전자좌의 변이체와 결합하여 유전자 상호작용을 연구할 수 있습니다.

    이 궁극적인 유전 공학 도구는 배아 줄기 세포 배양 및 상동 재조합, 마우스 배아 조작 및 키메라 형성을 포함하여 지난 10~20년 동안 독립적으로 개발된 여러 기술의 조합을 통해 탄생했습니다(Sedivy and Joyner, 1992 이 분야의 모든 측면에 대한 검토). Oliver Smithies와 Mario Cappechi가 이끄는 두 개의 독립적인 실험실은 마침내 1980년대 중반에 이러한 다양한 기술을 모두 통합하는 데 성공했습니다(Capecchi, 1989 Smithies, 1993).

    유일한 것은 아니지만 유전자 표적 기술의 매력 중 하나는 특정 인간 질병에 대한 마우스 모델을 만드는 능력입니다(Smithies, 1993). 그러나 본질적으로 유전자 표적화는 조사자들에게 복제된 유전자를 연구할 수 있는 강력한 도구를 제공할 수 있습니다.RNA와 단백질 발현의 패턴은 유전자가 활동하는 단계와 조직에 대한 단서를 제공하지만, 기능에 대한 진정한 이해를 얻을 수 있는 것은 돌연변이를 통해서만 가능합니다(Chisaka and Capecchi, 1991).

    유전자 표적화에 대한 그러한 찬사를 받은 후에는 이 기술의 응용 프로그램에 문제가 없다는 것을 잠재적인 사용자에게 미리 경고하는 것이 중요합니다. 첫째, 조사자는 몇 가지 뚜렷하고 기술적으로 까다로운 프로토콜을 사용하여 높은 수준의 능력과 경험을 달성해야 하며 이를 위해서는 상당한 시간과 에너지 투자가 필요합니다. 둘째, 아래에서 논의되는 바와 같이 기술 자체의 변덕스러운 특성이 있습니다. 그럼에도 불구하고 초기에 성공적으로 유전자를 표적화할 수 있는 소수의 실험실은 새로운 젊은 연구자의 훈련으로 빠르게 확장되었으며 이러한 확장은 실험 프로토콜에 대한 자세한 장을 포함하는 몇 가지 우수한 책의 최근 출판으로 훨씬 더 계속될 것입니다(Joyner, 1993 Wassarman 및 DePamphilis, 1993 Hogan et al., 1994).

    6.4.2 ‘유전자 녹아웃’ 생성

    특정 유전자가 복제되고 특성화되면 없는 해당 유전자좌의 돌연변이는 다음과 같이 간략하게 요약될 수 있습니다. 첫째, 가장 일반적으로 사용되는 프로토콜에서 관심 유전자가 양성 선택 마커로 파괴된 적절한 표적 벡터를 설계하고 구성해야 하며, 음성 선택 마커도 유전자 서열 옆에 있는 위치에 추가됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 양성 선택 마커는 네오마이신 내성입니다(네오) 유전자이며 가장 일반적으로 사용되는 음성 선택 마커는 티미딘 키나제() 유전자.

    두 번째 단계는 표적 벡터를 배양액에 도입하는 것을 포함합니다. 이자형엠브리오닉 NStem(ES) 세포(일반적으로 129 균주에서 유래)에 이어 내부 양성 선택 마커가 측면 음성 선택 마커 없이 게놈에 통합된 세포에 대한 선택이 뒤따릅니다. 세 번째 단계는 무작위 게놈 부위에서 보다 일반적인 비-상동성 재조합보다는 상동성 재조합에 의해 벡터를 통합한 클론에 대한 스크리닝을 포함합니다. 일단 "표적화된 클론"이 확인되면, 네 번째 단계는 돌연변이된 ES 세포를 배반포(보통 B6 균주)의 내부 공동에 주입하여 키메라 배아를 생산하고 이러한 키메라 배아를 다시 수양모에 배치하는 것을 포함합니다. 누가 그들을 임기로 이끈다. 분열 단계의 배아에 ES 세포의 응집 및 자발적 통합을 통한 키메라 형성에 대한 최근 개발된 대안 접근법은 정교한 미세주입 장비가 필요하지 않다는 이점이 있습니다(Wood et al., 1993).

    번식에 의해 입증된 바와 같이 ES 세포가 키메라 동물의 생식선에 성공적으로 진입하면 실험은 성공한 것으로 간주됩니다. 파괴된 유전자가 실제로 생식계열을 통해 전달된다면, 키메라 창시자의 1세대 자손에는 돌연변이된 유전자에 대해 동형접합인 개체와 2세대를 생산하기 위해 교배될 수 있는 이형접합 동물이 포함될 것입니다. 새로 생성된 모든 돌연변이의 이름을 지정하는 데 사용되는 명명 규칙은 섹션 3.4.4에 설명되어 있습니다.

    6.4.3 미묘한 변경 만들기

    2세대 상동 재조합 전략이 개발되어 유전자 내 선택 마커를 방해하지 않고 특정 작은 돌연변이를 유전자좌에 배치할 수 있습니다. 유전자에 미묘한 변화를 일으키는 능력은 연구자에게 한 번에 한 아미노산씩 유전자 산물의 기능을 분석하는 데 필요한 도구를 제공할 수 있습니다. 이 목표를 위한 다양한 접근 방식이 설명되었습니다. "hit and run"이라고 하는 이들 중 가장 유망한 것은 표적화 벡터와 상동 재조합을 거친 ES 세포주의 생성에 기반을 두고 있으며, 그 다음에는 선택 가능한 마커를 제거하고 돌연변이된 유전자만 남기는 염색체 내 재조합 이벤트에 대한 선택이 뒤따릅니다. 유전자의 형태(Joyner et al., 1989 Hasty et al., 1991 Valancius and Smithies, 1991 Fiering et al., 1993).

    불행히도 이 글을 쓰는 시점에서 치고 뛰다 프로토콜은 여전히 ​​매우 까다롭고 각 실험에서 조사관은 관심 유전자좌에서 단일 돌연변이 대립유전자만을 얻을 것입니다. 대안 전략은 문제를 두 개의 개별 작업으로 나누는 것입니다. (1) 표준 상동 재조합에 의해 한 계통에서 유전자를 완전히 녹아웃시키고 (2) 미묘하게 변경된 돌연변이 버전을 포함하는 하나 이상의 형질전환 계통의 독립적 생산 유전자의. 녹아웃 계통을 형질전환 계통 중 하나로 교배함으로써 원래의 야생형 대립유전자가 (같은 부위는 아니지만) 특별히 설계된 이식유전자 대립유전자로 대체된 새로운 계통의 동물을 생성하는 것이 가능해진다. . 이 접근 방식에는 몇 가지 장점이 있습니다. 첫째, 단순히 유전자를 녹아웃시키는 데 필요한 방법론이 뺑소니 방법론보다 이 글을 쓰는 시점에서 더 간단하고 더 잘 개발되었습니다. 둘째, ES 세포의 유전자 표적화는 핵 주입에 의한 형질전환 마우스의 생산보다 훨씬 더 많은 시간과 노력이 필요합니다. 따라서 연구자가 특정 유전자좌에서 다양한 대립유전자를 연구하고자 할 때 유전자 표적화에 의해 마우스의 단일 계통을 생성한 다음 이를 다른 형질전환 계통으로 번식시키는 것이 훨씬 더 쉬울 것입니다. 이 접근법의 한 가지 잠재적인 단점은 이식유전자가 자체 프로모터/인핸서에 연결된 경우에도 이식유전자 구조가 적절하게 조절되지 않고 정확한 발현 패턴이 동물에서 발생하지 않을 수 있다는 것입니다.

    실험실이 유전자 표적화를 수행하는 데 필요한 모든 프로토콜을 마스터하더라도 성공과 실패의 차이는 여전히 운의 문제일 수 있습니다. 일부 DNA 부위는 상동 재조합에 대해 매우 불침투성인 반면, 몇 킬로베이스 떨어진 부위는 통합에 훨씬 더 개방적일 수 있습니다. 그러나 같은 부위에서라도 상동 대 비 상동 재조합 사건의 빈도는 하루에서 다음 날까지 10배만큼 다양할 수 있습니다(Snouwaert et al., 1992).

    이 글을 쓰는 시점에서 성공의 원인이 되는 많은 요소는 알려지지 않은 상태로 남아 있습니다. 그러나 최근에 명백해진 한 가지 중요한 요소는 구성체가 배치될 ES 세포주의 유도에 사용된 동일한 마우스 계통에서 복제된 표적 구성체에 대한 소스 DNA를 사용할 필요가 있다는 것입니다(van Deursen 및 Wieringa, 1992). 다시 말해, 들어오는 DNA가 동성 타겟 DNA로 분명히, 상동 재조합 과정은 서로 다른 근친 교배 균주를 구별할 가능성이 있는 드문 뉴클레오티드 다형성에 매우 민감합니다. 오늘날 대부분의 경우 ES 세포주는 129/SvJ 마우스 계통에서 파생되었기 때문에(아래 하위 섹션 6.4.5 참조) 일반적으로 129개의 게놈 라이브러리에서 얻은 클론으로 DNA 구성을 구축하는 것이 현명합니다.

    원래의 129/SvJ 마우스와 잭슨 연구소에서 여전히 구할 수 있는 마우스는 분홍색 눈 희석에 대한 동형 접합으로 인해 회백색 코트 색상을 가지고 있습니다(NS) 돌연변이, 친칠라에 대한 강제 이형 접합( 채널 ) 및 알비노() 연결된 알비노 유전자좌의 대립유전자(cch 피/). 대조적으로, 상동 재조합에 사용되는 대부분의 ES 세포주의 근원으로 작용하는 "129 마우스"는 야생형 아구티 코트 색상을 갖는다. 이러한 차이의 근거는 무엇입니까?

    그 답은 잭슨 연구소에서 일하고 현재 은퇴한 암 유전학자인 Leroy Stevens의 연구를 중심으로 하는 역사적인 것입니다. Stevens는 129/SvJ 계통이 수컷 동물에서 3~5%의 비정상적으로 높은 비율로 자발적인 고환 기형종의 발생에서 독특하다는 것을 관찰했습니다. 종양 발병에 책임이 있는 유전적 매개변수를 더 잘 이해하기 위한 수단으로, Stevens는 종양 발병 또는 생식 세포 분화에 영향을 미치는 잘 규명된 다양한 단일 유전자좌 돌연변이가 증가하는 방식으로 게놈과 상호작용하는지 여부를 결정하기 시작했습니다. 또는 이 균주에서 종양 형성의 자연 빈도를 감소시킵니다. 그가 테스트한 돌연변이 중 하나는 Steel(), 이는 생식 세포 뿐만 아니라 멜라닌 세포 및 조혈 세포의 분화에 중요한 역할을 한다. NS 돌연변이는 우세한 가시적 표현형 — 정상적인 야생형 검은 아구티 코트 색상이 밝아져 "강철"한 모양을 띠고 꼬리의 말단 절반에서 색소가 감소하는 것을 나타냅니다. 불행히도, 이 표현형의 변화는 cch p/c p 이미 색소 생산이 거의 완전히 상실된 129/SvJ 마우스의 코트. 따라서 역교차를 따르기 위해 129/SvJ에 돌연변이 대립유전자를 교체하는 것이 필요했습니다. 그리고 NS 야생형 대립 유전자를 가진 유전자좌. 트리플 컨제닉 129/Sv-입니다.슬/+ , + + NS ES 세포 작업에 사용된 모든 "129 마우스"의 창시자 역할을 하는 Stevens에 의해 생산된 라인.

    6.5 유전자 변형 기술의 추가 사용

    6.5.1 삽입 돌연변이 유발 및 유전자 트래핑

    이 장의 앞부분에서 지적한 바와 같이, 많은 형질전환 실험의 한 가지 부산물은 형질전환 유전자 삽입이 표현형에 결과적으로 영향을 미치는 내인성 유전자를 파괴한 생쥐의 생성입니다. 자발적 또는 돌연변이 유발 돌연변이와 달리, 이러한 유형의 "삽입 돌연변이"는 파괴된 유전자좌가 이식유전자 구조로 태그되기 때문에 분자 분석에 직접 적용할 수 있습니다. 예상치 못한 삽입 돌연변이는 흥미로운 새로운 유전자좌뿐만 아니라 이전에 복제되지 않은 고전적 유전자좌에 대한 즉각적인 분자 핸들을 제공했습니다(Meisler, 1992).

    특정 이식유전자 구조의 분석보다 삽입 돌연변이 유발이 실험의 목표인 경우 유전자 파괴에 직접 맞춰진 대체 실험 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 현재 사용되는 주요 전략은 프로모터가 없거나(Gossler et al., 1989 Friedrich and Soriano, 1991) 인트론(Kramer and Erickson, 1981)에 의해 파괴된 베타-갈락토시다제 리포터 구조의 ES 세포로의 도입을 기반으로 합니다. ). 구축물은 DNA 형질감염에 의해 또는 레트로바이러스의 맥락 내에서 도입될 수 있다(Robertson, 1991). 기능적 베타-갈락토시다아제가 생성되는 것은 구조가 전사 활성을 겪는 유전자에 통합될 때만, 생성 세포는 색상 분석에 의해 쉽게 인식될 수 있다. 물론, "베타-갈"의 생산은 일반적으로 파괴된 유전자의 정상적인 산물이 만들어질 수 없음을 의미하며, 따라서 이 프로토콜은 배아 세포에서 기능하는 유전자에 태그된 돌연변이가 있는 ES 세포의 직접적인 분리 수단을 제공합니다. 돌연변이 세포는 파괴된 유전자좌의 부재로 인한 표현형을 나타내는 동형 접합 돌연변이 동물의 궁극적인 생산을 위해 키메라 배아에 통합될 수 있습니다. "유전자 트래핑"(Joyner et al., 1992)이라고 하는 이 전체 기술은 화학적 돌연변이 또는 방사선 조사를 사용하는 새로운 유전자좌에서 돌연변이를 생성하는 전통적인 방법보다 분명히 우수합니다.

    6.5.2 유전자 조작 마우스의 데이터베이스 및 저장소

    컴퓨터화된 데이터베이스(TBASE라고 함)는 조사자가 자신이 생산하는 균주의 목록을 작성하고 다른 사람이 생산한 잠재적으로 유용한 균주를 찾는 데 도움이 되도록 개발되었습니다(Woychik et al., 1993). 데이터베이스는 Johns Hopkins Computational Biology Gopher Server를 통해 인터넷을 통해 사용할 수 있으며 Jackson Laboratory Informatics Group에서 유지 관리하는 온라인 마우스 데이터베이스에 연결되어 있습니다.

    유전자 대체 기술이 점점 더 많은 실험실에서 성공적으로 사용되었지만, 새로 조작된 각각의 마우스 균주를 생산하는 데 엄청난 시간과 노력이 들어가는 것은 여전히 ​​사실이며 앞으로도 그럴 것입니다. 분명히, 동일한 유전자 대체를 가진 균주를 두 번 이상 파생시키는 것은 이치에 맞지 않습니다. 그러나 동물 관리 및 유지 관리 비용이 높기 때문에 연구자가 더 이상 활발히 사용하지 않는 균주를 유지하기가 어려운 경우가 많습니다. 또한 개별 연구 콜로니가 다양한 바이러스에 오염되어 있어 바이러스가 없는 시설에서는 평판이 좋은 딜러가 아닌 다른 곳에서 마우스를 수입하는 것을 꺼립니다. 잭슨 연구소는 최근 전 세계 연구 커뮤니티의 다른 구성원을 위해 이러한 균주 중 가장 유용할 가능성이 있는 것을 보존하기 위해 정보 센터를 설립하여 구출되었습니다. JAX는 처음으로 다수의 개별 연구원들로부터 마우스를 가져올 것입니다. 각 균주는 제왕 절개를 통해 무균 장벽 시설로 재유도되며 연구 커뮤니티의 모든 구성원에게 실험 제한 없이 명목상의 비용으로 제공될 것입니다.

    배아 세포의 게놈을 조작하기 위해 현재 개발된 다양한 기술과 더욱 정교한 분자 도구가 결합되어 마우스를 모델 유전 시스템으로 사용할 수 있는 것의 한계는 하늘이라고 해도 과언이 아닙니다. . 미래가 어떻게 될지 예측하는 것은 항상 불가능하지만 각 마우스와 인간 염색체를 따라 걸으면서 얻은 DNA의 순차적인 부분의 기능을 평가하기 위한 일상적인 도구로 유전자 추가 및 유전자 대체 기술을 모두 사용하는 것을 상상할 수 있습니다. 250kb 이상의 온전한 YAC 크기의 DNA 분자를 형질전환 동물의 생식선에 삽입하는 데 성공했다는 최근 보고와 함께 흥미로운 유전 요소의 존재에 대해 더 큰 DNA 덩어리를 분석하는 것이 가능해졌습니다(Jakobovits et al. ., 1993 Schedl et al., 1993). 사실, 이러한 유형의 실험을 통해서만 유전자가 조절되는 모든 경로와 유전자 산물이 기능할 수 있는 모든 경로를 완전히 밝혀낼 수 있습니다. 뉴런을 단독으로 연구하는 것이 인간의 의식에 대한 단서를 제공할 수 없는 것처럼 전체 동물 외부의 개별 유전자에 대한 연구는 전체 마우스 또는 사람.


    삶의 새로운 임대

    어떤 사람들은 복제가 신을 노리는 것이며 나쁘게 끝날 것이라고 말합니다. 자연선택이란 강자는 살아남고 약자는 죽는다는 뜻이다. 복제는 이 프로세스를 방해하며 작동하지 않습니다. 멸종 위기에 처한 동물을 복제하는 데 성공하더라도 야생에서 살아남지 못할 것입니다. 그리고 그렇게 하면 기존 생태계를 교란하고 다른 종을 위험에 빠뜨릴 것입니다.

    다른 사람들은 예라고 말합니다. 우리는 그렇게 할 의무만 있는 것이 아닙니다. 우리 행성은 멸종 속도를 역전시키는 데 달려 있습니다. 인간은 서식지를 악화시켰고 수천 종의 종을 죽였습니다. 생물 다양성이 감소함에 따라 나머지 종은 질병, 환경 재해 및 기후 변화에 더욱 취약해집니다. 유전자 풀을 다양화함으로써 복제는 지구 생명체의 미래를 보호할 수 있습니다.