식물체에 외래 유전자를 형질전환하는 연구가 진행 중이며, 식물세포를 이용하면 동물 바이러스 감염 위험이 없고 비용도 저렴하다는 장점이 있다. 본 연구는 유용 단백질을 대량 생산하기 위한 방법을 탐구하였으며, 이를 위해 \(\beta\)-glucuronidase 유전자를 reporter gene으로 사용하여 담배세포에 삽입하였다. 이 형질전환된 담배세포는 bioreactor에서 회분식 및 유가식 배양되었고, 이 과정에서 세포 생장, 당 및 이온의 변화, GUS 활성 등을 측정하였다.
<h1>서론</h1> <p>1970 년대 중반 이후 급속도로 발전된 유전공학의 발달로 생명현상을 지배하는 유전자의 인위적인 조작 및 다른 생물체로의 전환이 가능하게 되면서 생명체를 대상으로 한 새로운 공학분야의 시작이 이루어졌다. 이와 같은 유전공학 기술들은 이미 미생물 수준에 적용되는 단계를 지나 고등생물인 동◦식물에까지 확대되었고, 외래의 유용유전자를 분리하여 사용하고자 하는 특정 식물체에 형질전환시키는 수준에 와 있다.</p> <p>식물세포의 이용은 주로 생리활성물질의 생산에 집중되었지만 Agrobacterium의 Ti-plasmid 내 T-DNA가 식물체의 염색체 내로 삽입되어 발현되어 진다는 것이 밝혀 진 후, 많은 연구와 발전이 있었다.</p> <p>최근에는 DNA 재조합기술이 생물공학에 소개되면서 재조합 단백질의 생산분야가 급격한 발전을 이루게 되었으나 아직까지는 생물공학을 이용해 생산되는 대부분의 의약품의 발현숙주로써 대장균, 효모 등이 보다 더 일반적이다. 그러나 인류가 필요로 하는 대부분의 단백질들은 주로 고등생물에 존재하는 바 이들 단백질의 생산을 위해서는 미생물 외의 고등생물 발현계가 요구된다. Agrobacterium에 의한 식물 세포로의 외래 유전자 도입기술에 의해 식물세포에서의 단백질의 생산은 미생물의 경우에는 post-trans-lational modification이 수행되지 않기 때문에 의약품으로써의 가치가 미생물에 의해 생산될 경우에 비해 그 효능이 더 높을 수 있다. 이러한 문제의 해결책 중 한가지가 동◦식물세포를 이용한 재조합 단백질의 생산이다. 동물세포를 이용하는 것에 비해 식물세포를 이용하는 경우에는 인체에 유해할 수 있는 동물 바이러스의 감염 오염이 없고 배양 비용이 저렴한 장점이 있다.</p> <p>식물세포의 형질전환시 model system으로 가장 널리 사용되는 \(\beta\)-glucuronidase는 척추동물의 장내에 가장 풍부하게 존재하는 Escherichia coli에 의해 생산되어지는 효소로써 분자량이 68000인 subunit로 이루어진 안전한 homotetramer이다. GUS는 고등식물의 경우 endogenous GUS activity가 없기 때문에 reporter gene으로써 매우 유용하며 assay가 매우 용이하고 기질도 매우 다양하다. 무엇보다도 식물체에 무해하다는 것이 식물체 내에서 reporter gene으로 사용하는데 있어서 가장 큰 장점이라 하겠다. 또한 GUS gene fusion system을 사용하여 특정 단백질이 식물체 어느 부위에 많이 축적되는지를 알아내는데 사용되기도 한다.</p> <p>본 연구에서는 의약품과 같은 유용 단백질을 생산하는 벡터를 식물세포 내 삽입하여 형질 전환된 식물세포의 배양을 통해 이러한 물질들을 대량생산하기 위한 기초자료를 얻고자 reporter gene으로 널리 알려진 \(\beta\)-glucuronidase 유전자로 형질 전환된 담배세포를 유도하여 bioreactor 내에서 현탁배양시 회분식배양과 유가식배양을 하여 세포생장 및 당, 이온들의 변화추이, GUS activity 등을 측정하였다.</p>