[분자생명공학] 복제동물의 제조 (2)

1. 수핵세포질의 준비

성숙한 난자에서 핵을 빼내어 수핵세포질(핵을 이식받는 난자)을 준비한다. 이 탈핵과정은 복제과정 중 가장 먼저 어루어지며, 일반적으로 특정약물(cytoskeletal inhibitor의 일종 : cytochalasin B)로 난자를 처리하여 세포골격에 의한 세포질의 파괴를 억제한 후 미세조작에 의해 이루어진다. 최근에는 탈핵을 간편하게 하고 핵이식의 효울을 증진시키기 위해 난자의 투명대를 절개한 후 곧바로 눌러짜내어(Sqeezing) 극체 및 주변 세포질을 제거하는 방법이 도입되었다.

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2. 공여핵의 추출과 준비

생식세포의 핵을 이용할 때는 S 또는 G2 단계에서 추출하지만 체세포를 공여핵으로 이요할 경우에는 세포를 역분화시켜 G0기로 조절시킨뒤 추출한다.

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3. 핵의 이식 (핵치환, nuclear transfer)

이는 크게 세포융합(cell fusion)과 세포질 내 직접주입법(ICCI, Intractroplasmic cell injection)이 있다. 융합기술로는 핵 이식 후 화학물질에 노출시킨다든지, 비활성화된 센다이 바이러스를 주입하다든가, 전기자극을 가하는 등의 방법이 있으나 최근에는 간편하고 재현성이 우수한 전기자극법이 보편적으로 이용된다. ICCI는 인간의 불임클리닉에서 이용하는 정자직접주입법(ICSI)을 응용한 것으로 미세관을 사용하여 현미경 아래 공여핵을 수핵난자 내에 직접 주입하는 방법이다.

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4. 난자활성화와 리모델링

일반적으로 동물의 체내에서 난자와 정자가 융합되면 수정된 난자는 활성화되면서 분열을 시작하게 된다. 이 과정은 핵을 이식한 난자(핵이식란)를 여러 가지 방법으로 처리하여 이와 흡사한 현상이 보이도록 자극하는 것이다. (난자 활성화 : 전기자극법, Ca-ionophoe(A23187)의 약물과 단백질 합성 억제제의 병행 처리법) 한편, 분열 촉진인자(MPF) 수준이 높은 상황에서 융합된 외래 핵은 일시적으로 핵막이 붕괴하고 염색체가 응축되는데, 이러한 과정을 리모델링이라고 하낟. 리모델링이 유도된 핵이식란은 우수한 발육률을 보인다.

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5. 재프로그래밍(reprogramming)

재프로그래밍이란 핵이식란이 일반적인 수정란처럼 분할 및 발육에 적응하는 과정을 뜻한다. 이 과정을 통해 핵이식란은 정상적은 수정란과 마찬가지로 발달 양상을 보인다. 이 과정의 존재는 다음의 사실을 증명해준다.

1. 핵이식란이 특정단계까지의 발육에 소요되는 기간이 초기에는 일부 지연되는 현상이 나타나기도 하지만 일반적인 체외 수정란의 배양시간과 큰 차이가 없다.
2. 공여핵의 핵막이 전핵에서 처럼 심하게 종대되는 현상(nuclear swelling)을 보인다.
3. 유전자 전사과정(transcription)이 신속하게 억제된다.
4. 수정 시 정자는 프로타민이라는 독특한 핵 단백질을 가지고 난자에 들어오는데 핵 이식 시의 공여핵은 이러한 프로타민을 가지고 있지 않다. 그러나 융합 후 핵이식란에는 이 단백질이 나타난다.

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6. 체외 배양 및 수정란 이식

핵이식란의 배양 및 수정란 이식은 체외수정란의 배양이나 이식과 동일 한 방법이 사용된다. 융합 후 정상적으로 분할 한 핵이식란의 경우 배반포(Bastocyte)로의 발생률은 체외수정란과 큰 차이를 보이지 않는다. 그러나 배반포를 이식한 후의 산자 생산율은 체내 또는 체외수정란의 이식성적에 비해 저조한 편이다.

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>> 생물복제의 응용

1. 장기이식 : 인간이 아닌 다른 동물을 이용하는 방법 (인간 이식용 장기를 생산하는 동물 복제)
2. 불임극복
3. 식량문제해결 : 유용한 생물자원을 효과적으로 복제하여 인간에게 필요한 식량자원 생산
4. 단백질 대량 생산 : 약물학적으로 유용한 단백질 다량 생산

* 동물의 기관이나 세포를 인간에 이식하면 인간의 며녁시스템이 거부반응을 일으킨다. 그러나 면역시스템의 공격을 피하는 특수한 유전인자(이미 개발됨)를 가진 세포를 이용해 복제하면 인간에게 이식할 수 있을 것이다.

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>> 생물복제의 문제점

1. 복제동물들은 정상에 비해 매우 병약하다. 핵치환시 물리, 화학적 충격과 복제대상과 똑같은 유전정보라 환경적응력이 감소한 것으로 본다.
2. 사망률이 정상보다 10배 높다. 세포수명을 조절하는 telomere가 정상보다 짧다.
3. 복제 뒤 성장 시 생길 수 있는 유전자 기형(Bio-hazard) 문제가 있다.
4. 종교, 윤리적 문제가 있다.