'유전공학'은 넓은 의미와 좁은 의미로 나눌 수 있습니다. 넓은 의미의 "유전 공학"에는 세포 수준의 유전 조작(세포 공학)과 분자 수준의 유전 조작(유전 공학)이 포함됩니다. 좁은 의미의 "유전 공학"은 유전 공학입니다. 재조합 DNA 기술(재조합 DNA 참조) 기술).

생화학적 수단을 이용해 한 유기체의 세포에서 유전물질을 제거하고, 이를 절단하여 체외에서 재결합한 후 다른 유기체의 살아있는 세포에 도입하여 유전적 변화를 일으키는 유전 기술입니다. 다른 유기체의 특성을 바꾸거나 새로운 유기체 종을 만드는 것을 유전공학이라고도 합니다.

'작물은 전적으로 비료에 달려있다'는 말이 있듯이 비료 중에서는 질소비료가 가장 중요합니다.

모든 종류의 작물은 성장하는 동안 많은 양의 질소비료가 필요합니다. 그러나 대두나 땅콩과 같은 콩과 작물은 질소 비료를 적게 사용하거나 전혀 사용하지 않아도 잘 자랄 수 있습니다. 왜 이런가요? 각각의 콩과작물에는 그 자체로 많은 "작은 비료 식물"이 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이 "작은 비료 식물"은 뿌리에서 자라는 수많은 rhizobia 박테리아입니다. Rhizobium 박테리아는 질소 고정이라는 특별한 능력을 가지고 있습니다. 그들은 공기 중의 질소를 모아 암모니아를 생산할 수 있는데, 이는 콩과 작물에 지속적으로 공급됩니다.

콩과 작물을 제외하고 밀, 벼, 옥수수, 수수 등 다른 작물에는 이런 '소형 비료 식물'이 없다. 높은 수확량을 얻으려면 다량의 질소 비료를 시비해야 한다. .

이런 풀작물들이 스스로 질소비료를 생산해 자급자족할 수 있는 방법은 없을까? 이러한 환상은 "유전공학"이라는 새로운 과학이 출현한 후에야 가능해졌습니다.

유전공학이란 무엇입니까

"유전"은 생물학적 문제를 의미하고 "공학"은 건축적 문제를 의미합니다.

'유전학'과 '공학'은 어떻게 연결되어 있나요? 사람들이 새 건물을 디자인하는 것처럼 새로운 생명체도 디자인할 수 있나요?

네, 바로 그거예요. 이것이 바로 유전공학이라는 새로운 과학에 관한 것입니다.

모든 유기체는 기본적으로 이전 세대와 동일하며, 기본적으로 동일한 다음 세대를 낳을 수도 있다는 사실은 누구나 알고 있습니다. 이러한 현상을 유전이라고 합니다. 그러나 다음 세대는 이전 세대와 완전히 동일할 수는 없습니다. 항상 미묘한 차이가 있을 것입니다. 이러한 현상을 돌연변이라고 합니다. 그렇다면 유전과 변이는 무엇이 결정하는가? 과학적 분석 결과, 이제 이 물질은 핵산이라는 결론이 내려졌습니다. 핵산은 주로 각 세포의 핵에 집중되어 있습니다. 다음 세대의 유기체는 이전 세대의 핵산을 받아 성장과 발달에 결정적인 역할을 합니다. 그러므로 핵산의 화학 구조를 깊이 연구하면 유전과 돌연변이의 신비를 밝힐 수 있습니다.

핵산에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 일반적으로 DNA로 표시되는 디옥시리보핵산이고, 다른 하나는 일반적으로 RNA로 표시되는 리보핵산입니다.

디옥시리보핵산을 예로 들어보겠습니다. 긴 사슬의 고분자이고, 분자는 수십억에서 수십억 개의 뉴클레오티드로 구성되어 있습니다. 뉴클레오타이드는 네 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 이 네 가지 유형의 뉴클레오티드의 서로 다른 배열은 다양한 유기체의 유전성을 결정합니다. 뉴클레오타이드는 전신 문자와 같습니다. 비록 전신 문자가 많지는 않지만 배열 순서는 끊임없이 바뀔 수 있습니다. 서로 다른 문자 배열은 중국어 의미를 나타냅니다. 마찬가지로 뉴클레오티드의 종류는 4가지뿐이지만 수천 개의 뉴클레오티드가 서로 다른 서열로 배열되어 서로 다른 유전유전자가 된다. 뉴클레오티드의 서열이 전신 코드와 유사하기 때문에 이를 "유전자 코드"라고 합니다. 유기체는 유전적 특성이 세대에서 세대로 전달되도록 하기 위해 DNA 분자의 긴 사슬에 있는 다양한 "유전 코드"에 의존합니다. "유전자 코드"에 오류나 누락이 있으면 필연적으로 다음 세대의 성장과 발달에 영향을 미치고 돌연변이가 발생합니다.

유전 유전자는 DNA 분자의 긴 사슬에 있기 때문에 사람들이 이러한 코드를 식별하면 일부 유전자를 추가하거나 제거하여 의도적으로 유기체를 변형할 수 있습니까?

유전공학은 이런 생각을 바탕으로 탄생했다. 이는 공학 설계와 유사한 방법을 사용합니다. 먼저 유기체를 설계하고, 한 유기체의 DNA 분자를 분리하고, 인위적으로 "절단"한 다음, 이를 다른 유기체의 세포에 배치하여 이러한 분자를 새로운 구조와 유기체로 만듭니다. 기능.

박테리아에 대한 조작

이 아이디어를 현실로 바꾸는 것은 확실히 쉬운 일이 아닙니다. 현재 많은 국가의 과학자들이 이 기술을 연구하고 있으며 이미 몇 가지 방법을 알아냈습니다.

예를 들어 특정 유형의 박테리아가 누에와 같은 실크 단백질을 합성하여 실크를 생산하도록 하려면 실크 단백질을 만드는 '유전자'의 DNA 분자를 분리하고 '절단'할 수 있습니다. 그런 다음 "플라스미드"라고 불리는 DNA 분자가 박테리아 세포에서 추출되어 "절단된" 유전자에 연결된 다음 박테리아 세포로 되돌아갑니다.

이 방법은 말은 간단하지만 이를 이루기 위해서는 최소한 두 가지 이상의 효소가 필요하다. DNA의 분자는 너무 작아서 전자 현미경으로만 볼 수 있기 때문에 사슬에서 실크 단백질을 만드는 "유전자"를 "절단"하려면 물론 일반 가위를 사용할 수 없지만 "제한"을 사용합니다. 엔도뉴클레아제". 이것은 DNA 분자의 특정 부위를 인식하고 이를 다양한 길이의 조각으로 나누는 특별한 능력을 가진 단백질입니다. 때로는 딱 맞아서 유전자 전체가 잘려나가기도 하고, 때로는 유전자가 잘려나가기도 합니다. 그것은 중요하지 않습니다. 지금까지 수백 개의 제한 엔도뉴클레아제가 발견되었기 때문에 수백 가지의 다양한 가위가 있으며 언제든지 "가위"를 자르지 않는 적절한 가위를 선택할 수 있습니다. 박테리아 세포에서 "플라스미드"라고 불리는 DNA 분자도 동일한 "가위"로 절단되어 두 "절단"이 서로 정확히 일치하도록 해야 합니다. 이들을 더욱 단단하게 연결하기 위해 리가제(ligase)라는 또 다른 효소를 사용하여 이음새를 지웁니다.

이러한 일련의 작업을 거쳐 박테리아는 누에처럼 실크 단백질을 합성하고 실크를 생산하는 능력을 갖게 됩니다.

현재까지 이 방법은 실험단계로 실제 적용 사례는 없다. 그러나 우리는 이 길을 계속 따라가면 언젠가는 동물과 식물의 유전 유전자를 박테리아에 이식할 수 있고, 박테리아의 유전 유전자를 동물과 식물 세포로 옮길 수 있을 것이라고 믿습니다. 이러한 방식으로 사람들은 많은 새로운 종의 유기체를 만드는 것이 가능합니다. 그때쯤이면 유전공학이라는 신기술이 농업, 공업, 의학, 국방 등 전 분야에 널리 활용되어 이 분야에 놀라운 변화를 가져올 것입니다.

신품종의 인공적 창조

우수한 품종을 육성하는 것이 곡물의 수확량과 품질을 향상시키는 중요한 방법이라는 것은 누구나 알고 있습니다. 현재 가장 효과적인 번식방법은 유성교배이다. 그러나 이 방법은 같은 종의 유기체나 밀접하게 관련된 유기체 사이에서만 수행될 수 있으며, 풀 작물, 밀, 콩과 작물, 대두와 같은 먼 친척의 유기체는 그들의 생식 세포가 결합될 수 없기 때문에 교배가 불가능합니다.

'유전공학'에는 이러한 제한이 적용되지 않습니다. 현재 과학자들은 콩과 작물의 뿌리 줄기에서 질소 고정 유전자를 추출하여 밀, 쌀, 옥수수와 같은 작물의 뿌리 옆에 사는 박테리아에 이식하여 이 박테리아도 질소 고정 능력을 갖도록 하려고 합니다. 질소. 이 능력은 대대로 이어져 식물에 지속적으로 질소 비료를 공급할 수 있습니다.

과학자들은 또한 박테리아의 도움 없이 뿌리줄기균의 질소 고정 유전자를 밀, 쌀, 옥수수 등 작물의 세포에 직접 이식하여 질소를 고정할 수 있는 또 다른 접근 방식도 취할 계획이다. 스스로. 이 방법이 성공하면 작물별로 '소규모 비료 공장'을 세우는 것과 마찬가지다. 이제 우리나라 농촌의 모든 생산팀은 매년 화학비료를 구입해야 하며, 앞으로 이 엄청난 비용을 절약할 수 있습니다.

박테리아가 우리에게 약을 제공하게 해주세요

유전공학은 산업 생산에도 큰 영향을 미칠 것입니다.

예를 들어보자:

당뇨병 치료를 위한 특정 약물인 인슐린은 현재 돼지, 소 및 기타 가축의 췌장에서 추출됩니다. 췌장 1톤은 인슐린의 절반 정도만 생산할 수 있는데, 이는 당뇨병 환자가 필요로 하는 양보다 훨씬 적습니다. 췌장세포의 인슐린 생산 유전자를 대장균에 이식하면 대장균이 인슐린을 생산하게 할 수 있다. E. coli는 고등 유기체보다 훨씬 빠르게 번식합니다. 적절한 조건에서 한 세대 동안 번식하는 데는 25분밖에 걸리지 않으며 최대 2시간도 채 걸리지 않습니다. 이 실험이 성공하면 인슐린 생산량이 크게 증가하고 비용이 크게 절감될 수 있습니다.

유전 질환 치료

유전 공학은 유전 질환 치료에도 도움이 될 수 있습니다.

어떤 사람들은 몸의 세포에 '갈락타아제'가 부족해서 타고난 바보가 됩니다. 이 질병을 치료하기 위해 의사는 갈락타제를 생성하는 박테리아의 "유전자"를 추출하여 환자의 신체 세포에 이식함으로써 환자가 스스로 갈락타제를 생성할 수 있도록 하여 바보를 치료할 수 있습니다. 유전공학을 이용한 이러한 치료법을 유전자 치료라고 합니다.

통계에 따르면 인간에게는 1000~2000가지에 달하는 유전병이 있으며, 이들 중 대부분은 현재 치료가 불가능한 질병이다. 유전공학의 발달로 앞으로는 치료가 가능한 질병이 될 수도 있다. 이 얼마나 기쁜 일입니까!

유전공학은 최근 몇 년간 급속도로 발전한 신흥과학으로 많은 나라에서 연구되고 있다. 그러나 해외에서는 유전공학에 반대하는 사람들도 있다. 그들은 쉽게 암을 유발할 수 있는 바이러스나 박테리아의 출현을 두려워하여 암이 널리 퍼질 것을 두려워하고, 항생제에 내성을 갖는 새로운 종류의 박테리아가 출현하여 질병을 치료하기 어렵게 만드는 것을 두려워합니다. 그리고 정상세포의 기능을 파괴해 이상한 질병을 일으키는… 미국에서는 이 문제가 뜨거운 과학적 논쟁을 불러일으키며 여러 가지 안전조치가 의무화됐다.

유전공학에 대한 다양한 우려는 모두 기존 지식을 바탕으로 추론되는 것이기 때문에 실제로 그렇게 위험한 것인지는 실험을 통해 판단해야 한다. 물론 우리는 이 연구 작업을 수행할 때 이를 진지하게 받아들이고 필요한 안전 조치를 취해야 하지만 두려워할 필요는 없습니다.

새로운 과학이 인류에게 재앙을 가져올지, 축복을 가져올지는 사실 과학 자체에 달려 있지 않습니다. 원자력처럼 인류를 이롭게 하는 데 사용될 수도 있고, 사람을 죽이는 데 사용될 수도 있습니다. 우리는 유전공학을 연구할 때 국민에게 유익한 면을 개발하고, 국민에게 해로운 면을 제한하고 제거하도록 노력해야 하며, 유전공학을 생물학전으로 활용하는 것을 경계하고 반대해야 합니다. 우리는 유전공학이 인간이 자연을 변화시키고 정복하는 강력한 도구가 될 것이라고 믿습니다.