복제양 돌리 - 김혜림

19세기가 저물어가고 발생학자들이 떠오르기 시작한 시기에 과학자들은 배 발생에 관한 구체적이 질문을 던지기 시작 하면서 클로닝 개념으로 이어지게 될 탐구를 시작했다.



<<생식 과정의 이해>>

1) 세포

모든 생물은 바이러스를 제외하고 기본적으로 세포로 이루어져 있다. 세포는 유전물질을 담고 있는 핵과 각종 단백질을 지니고 생명현상을 일으키는 세포질로 구성된다. 생물의 유전물질은 핵 안에 들어있는 디옥시리보핵산(DNA)라고 하는 물질이며 이 핵산은 네 종의 염기(아데닌, 구아닌, 티민, 시토신)로 이루어져 있다. 이 염기의 서열이 유전정보를 구성하며 생명의 근원인 단백질의 합성과 조절을 규정한다. DNA는 핵 속의 염색체(chromosome)속에 들어 있는데 사람을 포함한 동물의 염색체는 두 쌍으로 되어 있다. 하나는 어머니, 다른 하나는 아버지로부터 얻은 것이다. 사람 세포의 염색체는 성세포(정자, 난자)를 제외하고는 23쌍, 모두 46개이다. 이 전체 유전정보를 게놈(genom)이라고 부른다. 성세포가 만들어질 때는 23쌍의 염색체 중 한 짝씩만 들어가(감수분열) 수정을 통해 새로운 배우자를 만나면서 다시 23쌍의 완전한 짝을 갖추게 된다.

2) 세포 주기와 세포분화

정상적인 유핵세포는 성장하고 분열하는 과정을 거치는데 이것을 세포주기(cell cycle)라 한다. 이는 G1-S-G2-M의 네 단계로 구분되는데 G1기에서는 DNA합성에 필요한 준비를 하며 S기에서는 DNA를 합성하고 G2기에서는 세포가 분열할 준비를 하며 M(mitosis)기에 세포가 분열하여 두 개의 딸세포로 갈라진다. M세포와 G1기 사이에는 휴지기(G0)기가 있는데 대부분의 세포는 분열할 필요가 있기 전까지는 이 단계에 머물게 된다.

이렇듯 모든 세포는 수정란으로부터 출발하여 분열하면서 각기 다른 모양과 기능을 가진 세포로 만들어진다. 이를 분화(differentiation)과정이라고 하며 특히 수정란으로부터 개체의 모습을 갖추게 되는 과정을 배발생(embryogenesis)이라고 한다. 이 과정은 특정한 유전자가 발현되고 다른 유전자는 억제되는 방식을 통해 이루어지며 결과적으로 혈액 속의 적혈구와 피부의 상피세포, 뇌의 신경세포처럼 전혀 다른 세포가 된다. 즉 사람을 구성하는 수십 조 개의 세포는 전체 유전정보를 모두 가지고 있지만 각기 역할에 따라 그 일부만 발현시키고 있는 것이다. 따라서 이를 거꾸로 돌리면(역분화) 하나의 세포로부터 전 개체를 다시 만들어낼 수도 있다. 지금까지는 이런 능력을 갖춘 유일한 세포는 수정란으로 생각되었지만 이제 어느 체세포든지 그런 기능을 가질 수 있게끔 조작이 가능해진 것이다. 이것이 바로 체세포 복제의 의미이다.

3) 난자, 정자 및 수정

수정이 되면 정자의 핵과 난자의 핵은 서로 합쳐져서 46개의 염색체를 지닌 융합핵이 된다. 이때부터 수정란은 활발한 분열을 시작하여 마침내 많은 미분화된 세포를 가진 배반포(balstocyte)가 되어 자궁에 착상하게 된다.

4) 배발생

수정 후 수정란은 활발한 분열을 한다. 이를 난할(cleavage)이라고 부르며 그렇게 나뉘어진 세포들을 할구라 한다. 이 할구들이 어떤 원인으로 서로 분리되면 각기 다른 개체로 발생하는데 일란성 다태아(쌍둥이)는 이렇게 태어나는 것이다. 이들도 서로에 대해 일종의 복제품(clone)이라 말할 수 있다. 인공수정한 수정란을 이렇게 물리적으로 분리하여 유전적으로 동일한 동물의 복제품을 얻는 연구는 오래 전에 성공을 거두었으며(배분리 기술) 또한 수정란의 핵을 다른 할구의 핵으로 치환하여 완전한 개체를 발생시킬 수 있게 되었다. 수정란은 이렇게 여러 세포가 덩어리진 상실기(morula)시기를 거쳐 착상할 때쯤이면 세포가 두 층으로 갈라지는 배반포(blastocyte)가 된다. 이때부터 각 세포층은 각기 다른 기관이나 장기로 분화될 준비를 시작하며 수정 후 2주 가량이 지나면 외배엽과 내배엽이 만들어지고 장차 태아의 모든 부분을 만들 원기(embryonic disc)를 형성한다. 이 시기의 세포들은 배아기간세포(embryonic stem cell)이라고 불리는데 장차 각 기관으로 분화해 나가는 기본 세포이기 때문에 각종 질병들의 치료에 있어 유용하게 쓰일 수 있다. 이후 장배기(gastrula)시기를 거친 배아는 각종 기관과 사지가 형성되면서 성체와 비슷한 모양을 갖춘 태아(fetus)가 된다.



<<복제양 돌리의 탄생과정>>

Cloning-1 : 공여핵의 추출과 준비과정

핀도셋 암양의 젖에서 떼어낸 세포들을 빈영양의 배양기에 넣어 세포가 G0시기로 돌아가는 세포의 역분화 유도.(G0기: 세포 분열 즉 유전자 활성을 중지된 시기)

Cloning-2 : 수핵세포질의 준비

스코틀랜드산 검은 얼굴의 암양으로부터 수정되지 않은 난자를 채취, DNA를 포함한 세포핵을 추출해내어, 순수 세포 조직만 남은 빈 난자를 만든다.

Cloning-3 : 핵의 이식

앞의 과정에서 생성된 두개의 세포를 전기 자극법으로 융합시킨다. 그 후 또다른 전기 자극으로 세포 분열이 일어나도록 유도한다.

Cloning-4 : 체외 배양 및 대리모에 수정란 이식

약 6일 후, 세포분열로 생긴 태아를 검은 얼굴 암양의 자궁에 착상시킨다.

Cloning-5 : 돌리탄생

검은 얼굴 암양은 유전학적으로 원 제공자와 같은 핀도셋을 낳았다.





복제 양「돌리」가 태어나기 전까지는 동물의 복제는 생식세포를 통해서만 가능한 것으로 인식되어 왔다. 그러나 Wilmut박사는 일반체세포인 임신후반기 양의 유방세포에서 핵을 분리해내고 이를 혈청농도의 점진적 감소 등 조치로 G0상태에 머물게 해 활성을 중지시켰다. MetraphaseⅡ 단계의 수핵난자에 핵 이식법에 의해 수정란으로 발육시키고 대리모에 임신시켜 「돌리」가 탄생된 것이다. 이 기술의 핵심은 이미 전능 또는 다능의 단계를 지난 체세포를 G0단계에서 분열을 중지시키고 수핵난자의 세포주기에 일치시켜 세포융합 → 체외배양 → 전능성이 확보된 수정란으로의 재생산 등에 있다.



reference: http://leomy.com.ne.kr/

           엠파스 이미지