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유전공학의 역사 개론
게놈 편집 역사를 이해하는 것은 현장의 현재 상태를 이해하는데 매우 중요합니다. 일부 중요한 사건에는 이중 나선의 발견, 재조합 DNA(rDNA), 인간 암 치료법, CRISPR의 발명 등이 있습니다. 이 가이드에서 우리는 현재 상태에 대한 유전자 변형의 역사에서 가장 많은 발견과 사건을 포함하여 수십 년으로 세분화된 상세한 타임라인을 만들었습니다.
1960년대 이전 : 유전자 편집 역사의 선구자
재조합 DNA(rDNA)가 생성되기 전에 두 가지 주요 사건이 일어났고, 1960년대에는 게놈 공학이 생물학에 혁명을 일으키기 위한 다른 중요한 발견이 있었습니다. 1950년대 유전학 분야의 발견은 유전학, 생명공학 및 DNA와 관련된 모든 것에 대한 미래 연구의 길을 열었습니다.
오늘날 "이중 나선"으로 우리에게 친숙한 데옥시리보핵산(DNA)의 꼬인 사다리 구조는 1953년 James Watson과 Francis Crick에 의해 개척되어 생물학 및 유전학에 대한 현대적인 연구를 일으켰습니다. 이것은 오늘날 우리가 알고 있는 유전학을 정의한 가장 중요한 초기 이정표 중 하나였으며 생물학 세계에서 나오는 많은 미래 발견의 중추였습니다. 이 발견은 유전학 분야에서 가장 중요한 초기 사건 중 하나로 널리 간주되지만 중요한 인물은 종종 이야기에서 누락됩니다.
Watson Crick은 1950년대 초반에 DNA 단백질의 X선 회절 이미지가 없었다면 이중 나선에 대한 아이디어를 생각할 생각조차 하지 못했을 동료 Rosalind Franklin의 연구 덕분에 이러한 발견을 할 수 있었습니다.
Arthur Kornberg는 1950년대 초반부터 DNA 합성 프로젝트에 착수했습니다. 1953년에 실험실에서 5개의 뉴클레오티드를 모두 합성할 수 있게 되자 그는 DNA 합성에 필요한 나머지 요소인 뉴클레오티드를 DNA 또는 RNA로 조립하는 효소에 초점을 맞추기로 결정했습니다. 그는 박테리아 추출물에서 DNA 중합효소를 분리했고 1년 만에 처음으로 시험관 내에서 성공적으로 DNA를 합성했습니다. Kornberg는 이 뛰어난 업적으로 노벨상을 수상 했습니다. 흥미롭게도 DNA 합성 데이터를 발표한 그의 초기 논문은 Journal of Biological Chemistry에서 거부되었습니다. 일부 리뷰어들은 "DNA"라는 용어를 거부하고 "폴리데옥시리보뉴클레오타이드"라는 용어를 제안했습니다. Kornberg는 1958년 새 편집자가 JBC에 합류할 때까지 논문을 철회했습니다.
1960년대 : DNA 발견 및 연결
유전자 편집의 역사에서 중요한 것은 우리를 1960년대 초 실리콘 밸리로 데려온 유전 공학의 기원입니다. 60년대에는 원핵 및 바이러스 유전 물질의 구조와 기능에 대한 연구가 폭발적으로 증가했습니다.
녹색 형광 단백질(GFP)은 Aquorea Victoria 해파리에 자연적으로 존재하며 청색 파장에 노출되면 녹색 빛으로 형광을 발합니다. 1962년 Osamu Shimomura는 이 단백질을 분리했고 연구원 Martin Chalfie와 Roger Tsien은 이를 필수 생물학적 도구로 추가 개발했습니다. 이 성취는 유전학 분야에서 매우 중요했는데, 그 이유는 과학자들이 플라스미드에서 관심 단백질을 생성하는 다른 유전자와 GFP 유전자를 융합함으로써 어떤 세포가 표적 유전자를 발현하는지 결정할 수 있기 때문입니다. 2008년에 세 연구원은 녹색 형광 단백질의 발견과 개발로 함께 노벨 화학상을 수상했습니다. DNA 리가아제의 발견은 모든 유기체에서 DNA의 복구 및 복제에 필수적이기 때문에 분자 생물학에서 중추적인 지점으로 간주됩니다. 본질적으로, 포스포디에스테르 결합 형성을 촉매하면 DNA 가닥이 함께 결합할 수 있습니다. 이것은 1960년대와 1970년대 초에 Gellert, Lehman, Richardson 및 Hurwitz 연구소가 공동으로 노력하여 재조합 DNA를 생성한 다른 "접합" 실험을 위한 길을 닦는 데 도움이 되었습니다.
제한 효소에 대한 이 아이디어는 특정 박테리아 균주가 DNA를 잘라서 박테리오파지 감염과 싸운다는 것을 알아차린 Werner Arber의 가설로 시작되었습니다. 이 분자 가위가 박테리아의 DNA를 자르지 않는 이유는 무엇입니까? Arber는 박테리아 세포가 두 가지 유형의 효소를 생성한다고 가정했습니다. 하나는 외래 DNA를 식별하고 절단할 수 있는 "제한" 효소라고 하는 것이고, 다른 하나는 숙주 DNA를 인식하고 절단으로부터 보호하는 "변형" 효소입니다. 이 가설은 대장균에서 두 가지 효소를 분리한 실험에서 입증되었습니다. 변형 효소인 methylase는 박테리아의 DNA를 보호하는 반면, 제한 효소는 파지(메틸화되지 않은) DNA를 잘라냅니다.
1970년대 : 유전공학의 예기치 않은 도약
1972년까지 연구자들은 SV40 분자를 플라스미드 DNA로 복제하는 최초의 키메라 재조합 DNA를 만들었습니다. 유전자 편집 역사의 이 시점에서, 이 10년은 미래의 모든 과학자들을 위해 유전학을 조각한 근본적인 업적을 보여줍니다.
존스 홉킨스 의과대학 분자생물학자인 해밀턴 스미스는 1970년대에 박테리아 헤모필루스 인플루엔자 Rd에 대해 연구하고 있었습니다. 1972년 그는 이 박테리아로부터 Hind II라고 불리는 첫 번째 부위 특이적 Type II 제한 효소를 성공적으로 정제했습니다. 그와 그의 팀은 또한 Hind II가 부위 특이적 절단에 대해 인식 한 6개의 염기쌍 파지 DNA 서열을 확인했습니다. 제한 효소가 DNA를 "절단"하는 방법과 숙주 DNA가 스스로를 보호하는 방법에 대한 이러한 이해는 개발 중인 현대 유전 공학 치료법과 CRISPR의 기초입니다.
Paul Berg는 "cut-and-splice" 방법으로 알려지게 된 하나 이상의 종에서 재조합 DNA를 만드는 데 성공한 최초의 과학자가 되었습니다. 그는 "끈적끈적한 끝"을 만드는 두 개의 바이러스에서 DNA를 잘라냈습니다. 그런 다음 DNA를 배양하면 끝이 저절로 어닐링 되고 DNA 리가아제를 추가하면 DNA가 봉인됩니다. 이것은 두 개의 DNA 분자가 공유적으로 결합될 수 있다는 이론의 타당성을 입증했습니다. 이 성과는 유전공학 분야에서 가장 근본적인 단계로 여겨져 재조합 DNA를 만드는 가장 큰 디딤돌이었다. Paul Berg는 "특히 재조합 DNA와 관련된 핵산의 생화학에 대한 기초 연구"로 1980년(Walter Gilbert 및 Frederick Sanger와 공동으로) 노벨 화학상을 수상했습니다.