단일 DNAconstruct를 세포에 도입하는 전통적인 클로닝기반 유전자조작기술이외에도 게놈을 직접 조작해 유전자를 필요에 따라 삽입,치환 또는 제거하거나, 합성 올리고뉴클레오타이드를 이용해 게놈에 동시 다발적인 다양성을 유발할 수 있는 engineering기법도 등장했다. 이 방법을 통해 일반적인 대사공학적 접근방법으로는 해결하기 어려운 고성장 균주, 또는 특정물질에 대한 내성이 증대된 균주를 선별할 수도 있다. 만약 방사선에 의해 무작위적 돌연변이유발과정을 여기에 첨가한다면 이러한 개량과정을 더욱 더 단축시킬 수 있을 것이다. 최근에는 다양한 원리의 입자가속기가 개발되면서 감마선이나 엑스선처럼 전자기파 방사선뿐 아니라 양성자나 중성자와 같은 핵자 또는 중이온(헬륨보다 무거운 원자를 방전시켜 전자를 제거한 후 얻은 양이온)을 가속시켜서 얻는 입자 방사선등 다양한 방사선원을 본연의 업무인 핵 및 입자물리학이나 암 치료이외에도 유용생명자원의 개발용도로서 사용하게 되었다.
<h1>서 론</h1> <p>방사선을 생명공학 분야에서 사용하기 시작한 것은 유전자의 구조와 복제 및 발현에 대한 분자적 이해가 이루어지기 횔씬 이전부터였다. 1927년 Muller가 초파리를 이용한 실험을 통해 방사선이 생명체에 돌연변이를 일으킨다는 사실을 처음으로 보고하면서 큰 반향을 불러일으키게 되었고, 1928년 Stadler가 엑스선과 감마선에 의한 보리의 돌연변이 유발을 재차 확인한 이래 식물 육종학자들은 방사선을 이용한 돌연변이 육종을 통해 유용한 작물의 개량에 노력해오고 있다. 2007년 현재 2,500종 이상의 돌연변이 품종이 국제연합과 국제 원자력 기구에 공식 등록되어 있으며, 이 중에서 약 \( 3 / 4 \) 은 감마선 조사에 의해 유발된 것들이다. 반면 동식물에 비해 상대적으로 유전체 해독과 제어 및 인공 배양이 용이한 미생물 분야에서는 유용한 효소나 일, 이차 대사산물, 또는 생체량(biomass) 자체를 얻기 위하여 더 다양하고 고도화된 방법을 적용할 수 있다. 벡터에 클로닝된 단백질이나 효소를 개량하고자 하는 경우 error-prone PCR이나 DNA shuffling을 통해 다양성을 유발하여 라이브러리를 만든 뒤, 이를 대용량 스크리닝 시스템과 연결하여 반복적으로 우수한 돌연변이체를 선별하는 방향적 진화 (directed evolution) 방법을 예로 들 수 있으며, 단백질의 입체 구조를 고려한 돌연변이체의 설계도 가능하다. 단일 DNA construct를 세포에 도입하는 전통적인 클로닝 기반 유전자 조작 기술 이외에도 게놈을 직접 조작하여 유전자를 필요에 따라 삽입, 치환 또는 제거하거나, 합성 올리고뉴클레오타이드를 이용하여 게놈에 동시 다발적인 다양성을 유발할 수 있는 engineering 기법도 등장하였다. 뿐만 아니라 뎨이터와 in silico 분석 결과를 통합하여, 세포내의 대사흐름 최적화를 통해 목적 산물을 최대 수율로 생산하거나, 더 나아가서는 시스템 생물학적 접근을 통해 균주 개량과 생산공정 개선을 꾀하려는 시도에도 관심이 모아지고 있다.</p> <p>방사선 조사와 같이 무작위적으로 유발되는 돌연변이를 이용한 균주 개량 방법은 사전에 목적 균주를 합리적으로 설계한다거나 개발 과정을 단축하는 데에 근본적으로 어려움이 있지만, 적용 방법이 비교적 단순하고 조사 설비를 갖추고 있으면 표준화된 프로세스에 의해 대량 시료의 적용이 가능하며, 유전체 정보가 아직 공개되지 않았거나 개량하고자하는 형질과 관련된 유전자 정보가 알려지지 않은 균주의 개량에 유용하다. 특히 유전체 상에 항생제 내성 유전자와 같은 marker를 남기지 않으며, 자연계에서 일어나는 진화 과정과 유사하게 균주의 개량이 일어난다는 점이 장점이다. 최근에는 대사공학적 방법으로 개량된 균주를 최적화하기 위하여 오랜 기간 동안 연속 배양을 하면서 자발적으로 발생한 고성장 변이체를 선별해내는 이른바 adaptive evolution에 대한 관심이 증대되고 있다. 이 방법을 통하여 일반적인 대사공학적 접근 방법으로는 해결하기 어려운 고성장 균주, 또는 특정 물질에 대한 내성이 증대된 균주를 선별할 수 있다. 만약 방사선에 의한 무작위적 돌연변이 유발 과정을 여기에 첨가한다면 이러한 개량 과정을 더욱 단축시킬 수 있을 것이다.</p> <p>최근에는 다양한 원리의 입자 가속기가 개발되면서 감마선이나 엑스선과 같은 전자기파 방사선뿐 아니라 양성자나 중성자와 같은 핵자 또는 중이온(헬륨보다 무거운 원자를 방전시켜 전자를 제거한 뒤 얻은 양이온)을 가속시켜 얻는 입자 방사선 등 다양한 방사선원을 본연의 업무인 핵 및 입자 물리학이나 암 치료 이외에도 유용 생명 자원의 개발 용도로 사용하게 되었다. 본 총설에서는 입자 가속기의 원리와 역사를 간략히 알아보고, 가속기를 통해 인출되는 고속의 이온들, 즉 이온빔을 이용한 생물자원의 개량 현황을 소개하고자 한다.</p>