[유전학] 세균의 형질 전환과 형질 도입, Hfr

형질 전환과 형질 도입

형질 전환은 외부 유전자 유입에 의해 형질이 변화하는 현상입니다.

DNA가 우연히 세균에 유입되는 우연에 의한 유입에 의해 발생할 수 있습니다.

 

형질 도입은 바이러스를 통해 한 세균에서 다른 세균으로 유전자를 전달하는 현상입니다.

독성파지에는 T1, T2, T4가 있으며 꼬리가 많아서 접합이 쉽고 이를 통해 숙주 내부로 유전자 전달이 가능합니다.

이 유전자는 숙주 효소를 이용해 분해 효소를 만들어 숙주의 유전체를 분해하여 가지고 나가는데,

이 때 유전자 전달자로 작용하여 다른 세균에 유전자를 전달할 수 있습니다.

+ 형질 도입은 DNase를 처리해 형질 전환이 못 일어나게 해도 여전히 세균의 형질이 바뀌는 현상을 통해 알 수 있습니다.

 

특수 형질 도입은 온건성(람다)파지를 통해 일어나고, 숙주의 유전자 절편화가 일어나지 않습니다. (유전자 지도작성 X)

람다파지의 유전자가 (선형에서 환형으로 바뀐 뒤 다시) 숙주의 유전자에 삽입된 뒤 빠져나갈 때 옆에 있던 숙주의 유전자까지 같이 전달되는 것입니다.

 

다중교차 희귀성은 유입된 유전자의 교차가 많이 일어날 확률이 낮다는 뜻입니다. (가운데 유전자만 안 바뀌는 경우)

ex ) A+B+C+이 A-B-C-에 전달되어 A+B-C+이 형성되려면 4번의 교차가 일어나야 하며 가장 확률이 낮습니다.

근거리 유전자 동시 전달성은 가까운 유전자 사이에서는 교차가 일어날 확률이 낮아 동시에 전달될 확률이 높다는 뜻입니다.

 

** 삽입(재조합)이 일어나지 않은 DNA는 분해됩니다.

** 세균의 DNA에 유입되기 위해서는 반드시 짝수 번의 교차가 일어나야 합니다.

   (원래 염색체 교차는 한 번만 발생해도 유전자 교환이 가능)

 

 

형질 전환법

열충격 방법은 고열을 이용해 플라스미드에 외부 DNA를 삽입 후 수용자에게 전달하는 방법입니다.

ex ) 대장균의 형질 전환

먼저 저온에서 염화칼슘(CaCl2)을 처리하면 칼슘 이온과 인산기 사이의 작용으로 막이 안정화됩니다.

그 다음 42도에서 열충격을 주면 플라스미드 벡터를 수용자에게 빨리 전달할 수 있습니다.

이후 37도로 유지하면 형질 전환된 대장균을 증식시킬 수 있습니다.

+ 플라스미드에 외부 DNA와 Amp(암피실린) 저항성 유전자를 삽입 후 대장균에 수용시키면 Amp 저항성을 가진 대장균만 제외하고 모두 죽게되어 형질 전환이 일어난 대장균만 선별이 가능합니다.

 

전기 천공법은 전기 충격으로 인지질이중층 내의 소수성 상호작용을 약화시켜 DNA를 주입시키는 방법입니다.

미세 주입법은 리포좀을 사용하여 DNA를 주입하는 방법입니다.

 

 

형질 전환을 이용한 유전자 지도 작성

수용자 세균의 유전자를 찾는 방법은 보충 배지를 이용하여 확인하는 것입니다.

예를 들어 유전자형이 A+B+인 세균의 DNA를 추출하여 유전자형이 A-B-인 세균을 형질전환 시킨 뒤,

A+ 또는 B+이 존재하거나 안하는 여러 조건의 배지에서 배양시켜보는 것입니다.

(ex : 최소배지(항생제 있어야 함) + B에서만 배양되었다면 세균의 유전자형은 A+B-)

 

** 유전물질을 주는 공여자는 항생제 반응성(S)이어야 하며,

   유전물질을 받는 수여자는 항생제 저항성(R)이어야 합니다. (실험 후 공여자를 제거하기 위해)

 

이렇게 여러 개의 유전자에 대해 많은 수의 세균에 대해 실험해본 뒤 동시 전달이 많이 일어날수록 더 가까운 거리의 유전자임을 이용하여 유전자 지도를 작성할 수 있습니다.

 

 

F인자와 Hfr

염색체를 주는 세포(공여자)는 F+(F인자 포함)이고 받는 세포(수여자)는 F-(F인자 없음)입니다.

염색체 전달 과정에서 F 인자가 복제됩니다. (전달되는 것은 아님)

+ 공여 세포에서는 연속적 복제, 수여 세포에서는 불연속적 복제가 발생합니다.

 

Hfr은 F 인자를 핵양체에 삽입시킨 특정한 F+ 세포입니다.

(일반적인 F+와 F-의 접합은 빈도가 낮지만, F 인자를 직접 삽입한 Hfr과 F-의 접합은 빈도가 높습니다.)

 

F 인자는 무작위적으로 핵양체에 삽입되며, 전달될 때는 가장 마지막에 전달됩니다.

(즉, 처음 전달되는 유전자와 마지막 전달되는 유전자 사이에 삽입되어있음)

 

접합 중단 실험은 Hfr과 F- 세포 사이에서 유전 물질이 전달될 때 시험관을 흔들어 선모를 통한 연결을 끊는 실험입니다.

그러면 초반에 전달되는 유전자일수록 수여자의 형질이 전환되는 비율(재조합 빈도)이 높다는 결과가 얻어집니다.

(이 때 항생제를 사용하여 항생제 반응성(S)인 Hfr은 제거해줍니다.)

이를 통해 유전자 출현 순서에 따라 유전자 지도 작성을 할 수 있습니다.