이온빔을 이용한 미생물의 돌연변이 유발 방법은 자외선과 감마선 조사를 통한 일반적인 방법과 거의 동일하다. 종자나 포자와 같이 건조한 상태의 생물학적 시료는 방사선에 대한 생존율이 일반적인 조직이나 세포보다 높고, 동일 종이라 하더라도 유전적 배경에 따라 생존율에 큰 차이가 있다. 이온빔 실험에서는 생존율 곡선을 작성한 뒤 생존세포 대비 돌연변이의 발생 빈도가 가장 높은 선량을 흡수하도록 조사하고, SOBP를 만들기 위해 특수한 장치를 설치하는 것이 중요하다.
<h2>이온빔을 이용한 돌연변이 유발 방법의 실제</h2> <p>이온빔을 이용한 미생물의 돌연변이 유발 방법은 자외선이나 감마선 조사를 통한 일반적인 방법과 크게 다르지 않다. 그러나 입자 가속기는 일반 연구실 수준에서 갖출 수 있는 장비가 아니므로, 외부 연구자에 개방되어 있는 주변의 가속기 시설에 사용 신청을 하여 빔 조사 실험을 진행해야 한다(Table 1). 국내에서 이용 가능한 연구용 가속기는 대부분 양성자 사업단을 통해서 사용 신청을 할 수 있으며, MC-50 싸이클로트론의 경우 한국원자력의학원을 통해 직접 이용 신청을 할 수도 있다.</p> <p>생물체에 방사선을 조사하면 일반적으로 생존율은 지수적으로 감소하게 된다. 생물종과 방사선(또는 방사되는 이온)의 종류에 따라 생존율은 매우 다르므로, 본격적인 돌연변이 유발 전에 선량에 따른 생존율 곡선(dose-effect curve)을 실험적으로 구해야 한다. 종자나 포자와 같이 건조한 상태의 생물학적 시료는 방사선에 대한 생존율이 일반적인 조직이나 세포보다는 훨씬 높다. 또한 동일 종이라 하더라도 유전적 배경에 따라 생존율에 큰 차이가 있음에 유의해야 한다. 생존율 곡선을 작성한 다음 생존세포 대비 돌연변이의 발생 빈도가 가장 높은 것으로 알려진 생존율 \( 30 \sim 50 \% \) 정도의 선량을 흡수하도록 조사한 뒤 적절한 방법에 의해 원하는 돌연변이체를 선별해 나간다. 실제 적용에서 대부분의 이온빔은 수평 방향으로 진행하도록 빔 라인이 구성되어 있으므로, 액체 배지 상태로 담겨있는 미생물 시료의 경우 배양 용기를 적절히 위치시킬 방법을 마련해야 한다. 그리고 빔의 에너지에 따라 투과할 수 있는 시료의 깊이가 다름을 감안해야 한다. 앞서 설명했다시피 이온빔은 시료에 침투하면서 일정 거리만큼 진행한 뒤 최대의 에너지를 내면서 멈추게 되므로, 이러한 Bragg Peak가 시료를 완전히 투과한 이후에 나타난다면 효율적인 조사가 되지 못한다. 따라서 빔 출구와 시료 사이에 특수한 장치를 설치하여 spread-out Bragg peak(SOBP)를 만드는 것이 중요하다(Fig. 1). 한국원자력의학원의 MC-50 사이클로트론의 경우 양성자 사업단에서 개발한 전용 빔라인에서 SOBP 발생 장치를 이용하면45 \( \mathrm{MeV} \) 의 양성자 빔을 물에 조사했을 때 입사지점부터 \( 12 \mathrm{~mm} \) 의 깊이까지 고르게 선량이 부여되도록 조정되어 있다. 조사 면적도 이온빔 실험에서 고려해야 할 요소이다. 원리적으로 가속기로부터 인출되는 빔은 Gaussian 분포를 가지게 되어 정 중앙에서 가장 강도가 강하고, 주변부로 수직 거리가 멀어질수록 점차 약해지는 분포를 보인다. 따라서 중앙부 대비 \( 90 \% \) 이내의 강도를 나타내는 위치를 조사 면적으로 한정하여 시료를 위치시켜야 한다.</p>