고등식물에 존재하는 plastid는 120-160kb 크기를 가진 원형, double-stranded 염색체로 이루어진 다수의 cellular organelles이다. 각 plastid는 대략적으로 120 유전자를 포함하고 있으며, 각 세포 당 10,000 복사본의 유전자를 가지고 있다. 따라서 plastid 형질전환을 성공시켜 균일한 발현을 원한다면 세포 내에 존재하는 모든 plastid를 transform 시켜야 한다.
Plastid transformation 기본적인 방법은 아래와 같다. 첫째, 유용유전자를 선발표지인자(예: antibiotic resistance gene)와 함께 biolistic과정이나 polyethylene glycol 처리방식을 이용하여 transform한다. 둘째, 삽입할 유전자를 two homologous recombination events를 통하여 통합한다. 셋째, 선발 배지에서 세포분열 동안에 wildtype genome copies들을 점차적으로 제거해 나간다.
Plastid를 이용하여 형질전환체를 만드는데는 몇 가지 장점이 있다. (1) 꽃가루와 관계없는 형질유전, (2) operon에서 다중 유전자의 발현, (3) 높은 발현정도, (4) 조작하지 않은 박테리아 유전자나 인간 cDNA의 발현가능성, (5) gene silencing과 position effect의 부작용이 작다는 이유 등이다.
단점이자 현재까지 기술적으로 어려운 점으로는 단백질이 배출되지 않는다는 점과 기술의 저변화와 일반화가 되어있지 않다는 점이다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 본 논문의 Maliga박사는 담배를 모델식물로 삼아 chloroplast를 이용한 recombinant protein을 다량 생산하도록 하였다. 여기에는 성공적인 형질전환을 위한 vectors, expression cassettes, 선발표지인자를 제거하기 위한 site-specific recombinases등이 소개되고 있다. 아울러 이와 같은 기술의 개발은 앞으로 의약부분에서는 대사작용을 조절하는 부분이나 식물에서는 광합성 조작과 농업에서 유용한 형질의 조작 등에 쓰일 것으로 논하고 있다.
By Pal Maliga
Current Opinion in Plant Biology 2002 5:164-172 April USA
출처: Current Opinion in Plant Biology 2002 5:164-172
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