이전에는 식물을 식량자원의 원천으로만 보았다면 이제는 유용한 재조합 단백질의 생산을 가능하게 하는 바이오리액더로서 주목하고 있다. 예시로는 백신, 항체, 항암제 등을 생성할 수 있는데 식물형질전환을 통해 가능하다. 특히 고등식물의 엽록체 발현 시스템에 큰 관심이 쏟아지고 있는데 엽록체 게놈의 배수성 때문이다. 더불어 엽록체는 오페론 형태를 띤 다수의 외래유전자를 엽록체 게놈에 동시 발현이 가능한데 이는 원핵세포 유래 소기관이기 때문이다. 담배 이외에도 중요한 역할을 하는 콩, 당근 상추 등이 바이오리액더로서 활발히 활용되고 있는 추세이다.
<h1>서 론</h1> <p>식물이 의료용 및 산업용 단백질의 대규모 생산 시스템으로 특히 매력적인 이유는 기존의 확립되어 있는 전통적인 눙업기반을 이용하여 쉽게 수확, 가공할 수 있으므로 원하는 바이오매스의 대량 확보가 가능하기 때문이다. 최근에 식물을 단순히 식량자원의 소재로 보는 농업적 응용보다는 식물이 가지는 다양한 산업 소재로서의 기능을 이용하여 고부가가치 유용 재조합 단백질의 생산을 위한 바이오리액더 (bioreactor)로서 관심이 집중되고 있다. 이와 같이 유전자 재조합 기술을 이용하여 재조합 치료용 단백질, 효소, growth factor 및 배신 등을 생산하는 공장으로서의 식물을 이용하는 산업을 식물 분자농업 (plant molecular farming) 또는 바이오파밍 (biopharming)이라고 한다.</p> <p>식물형질전환을 통하여 백신, 항체, 항암제 둥 유용 재 조합 단백질 등 고부가성 의료용 단백질 생산 연구가 점차 확대되고 있다. 특히, 엽록체 형질전환 시스템을 이용 한 분자눙업이 빠른 속도로 발달하면서 식물 분자농업의 주축이 되고. 있다. 고등식물의 엽톡체 발현 시스템이 분자농업의 대안으로 떠오르는 이유는 도입유전자의 발현 수준을 획기적으로 높일 수 있는 엽록체 게놈의 배수성 (polyploidy)에 기인한다 (Verma and Daniell 2007). 하나의 엽톡체에는 약 100 카피의 유전자를 가지므로, 일반적으 로 1-2 카피 유전자를 가지는 핵 형질전환에 비해, 외래 유전자의 발현 수준을 획기적으로 증대시킬 수 있다 (De Cosa et al. 2001). 또한, 피자식물의 색소체는 대부분 모계 유전 (Hagemann 2004)을 하므로, 형질전환 작물을 포장재 배시 발생할 수 있는 꽃가루를 통한 외래유전자의 생태 계 야생종으로의 수평 이동 가능성을 근원적으로 차단할 수 있어 환경 친화적이다 (Daniell 2002, 2007). 상동 재조합 (homologous recombination) 방식으로 엽록체 게놈에 유전자가 도입되기 때문에 핵 형질전환시 자주 발생하는 위치효과 (position effect) (Daniell et al. 2002), 유전자 침묵 (gene silencing) (Lee et al. 2003; De Cosa et al. 2001)이 없어 외래유전자 발현이 용이하다. 더욱이 엽록체는 원핵세포 유래 소기관이므로 다수의 외래유전자를 오페론 형태로 엽록체 게늠에 동시 발현이 가능하다.</p> <p>식물의 세포내소기관인 색소체는 광합성을 수행하는 엽록체 (chloroplast), 전분 저장에 관여하는 전분체 (amyloplast), 카르티노이드계 색소를 나타내는 유새체 (chromoplast) 및,색소를 함유하지 않은 백새체 (leucoplast) 등으로 구분되며 아미노산, 지방산, 색소의 생합성 장소 및 황, 질소대사 (Verma and Daniell 2007) 등의 기능을 가진다. 이러한 색소체는 원시 남세균의 사이에 내궁생 (endosymbiosis)의 결과로 진핵세포에 갇힌 광합성 원핵생물 유래로 이해되고 있으며, 자신만의 genetic system과 게놈을 가지고 있다. 옥상식물의 엽륙체 게놈은 원형으로 된 \( 120-150 \mathrm { ~kb } \) 크 기로 110-120개의 유전자를 가지며 엽옥세포 하나에 많게는 100여개의 엽록체가 존재하여 엽욱세포당 대략 1,000-10,000 카피의 엽록체 게놈이 존재한다 (Bendich 1987). 1988년, 녹조류인 Chlamydomonas reinhardtii의 엽록체 형질전환 연구 (Boynton et al. 1988)를 시작으로 담배를 이용한 고등식물의 엽록체 형질전환 시스텝이 확립 (Svab et al. 1990)된 이래 애기장대 (Sikdar et al. 1998), 감자 (Sidorov et 1990)된 이래 애기장대 (Sikdar et al. 1998), 감자 (Sidorov et al. 1999), 벼 (Khan and Maliga 1999), 토마토 (Ruf et al. 2001), 페튜니아 (Zubko et al. 2004), 포플러 (Okumura et al. 2001), 폐튜너아 (Zubko et al. 2004), 포플러 (Okumura et al. 2006), 양배추 (Liu et al. 2007), 가지 (Singh et al. 2010) 등과 같은 다양한 작물에서 엽록체 형질전환이 보고되었다.최근 엽록체 형질전환의 모텔식물인 담배이외에 경계적으로 중요 작물인 콩, 당근, 상추 및 유채 (Dufourmantel etal. 2004; Hou et al. 2003; Kumar et al. 2004; Ruhlman et al. 2007) 등에서 재조합 단백질 생산을 의한 바이오리액더로서 엽록체 형질전환이 활발히 이용되고 있다 (Wang et al. 2009).</p>