분자생물학에는 많은 실험기법과 분야가 있지만 gene cloning이 가장 중요하고 모든 실험의 기본이 됩니다. Gene cloning은 모든 고급 테크닉의 시발점이 되는 실험이기 때문입니다. Gene clonig으로 DNA 를 자르고 붙이고 변형시켜서 실험에 필요한 재조합 DNA(recombinant DNA)를 제조하고 Southern, Northern, cell culture 실험 등에서 사용해야 할 생체 내 유전자를 얻을 수 있을 뿐 아니라 기본적인 효소의 처리와 DNA의 분리 및 조작방법을 배울 수 있습니다.

Gene Cloning 이란 무엇입니까

Clone이란 identical하다는 뜻입니다. 예를 들면

  - Cell clone은 identical한 cell의 집합
  - Bacterial clone은 같은 형질의 세균들 집합
  - Human clone은 복제인간
  - Gene clone은 동일한 유전자의 집합

위의 그림에서와 같이 한 cell에서 배양하여 가득 채운 cell들은 모두 identical하다는 전제하에 실험을 하게 됩니다. 세포배양의 기술에 따라서 오래 배양하면 조금씩 세포의 성질이 변하기도 하지만, clone이라는 개념은 여기에서 출발하였습니다.

Bacteria도 마찬가지입니다. 한 마리의 bacteria를 배양해서 얻은 균 용액은 모두 같은 bacteria의 형질을 가지고 있다고 볼 수 있습니다.

최근에 나오는 복제인간도 이런 개념으로 이해하여 영어로 cloned human이란 용어를 사용하게 된 것 같습니다. 하지만, 위에서 설명한 세포나 bacteria에 비하면 사람은 복제인간을 만들어도 똑같은 형질을 나타낼 지는 의문이기 때문에 조금 다른 개념으로 이해해야 할 것 같습니다. 즉 사람의 경우는 genotype은 같겠지만 phenotype에 대해서는 같아질 지 아직 모릅니다.

이런 개념을 유전자에 응용한 것이 바로 gene clone의 개념입니다. 세포 실험을 하기 위해서는 동일한 세포의 집합이 필요하듯이, 유전자 연구를 하기 위해서는 동일한 유전자를 다량 가지고 있어야 합니다. 이렇게 동일한 유전자의 집합을 만드는 과정이 바로 gene cloning입니다. 위의 그림과 같이 insulin 유전자를 포함한 DNA를 100% 동일한 집합으로 얻어내면 insulin gene을 cloning한 것이 됩니다. 이 유전자로 많은 실험을 할 수 있겠지요.

여기에서 다룰 내용은 아니지만, 한 가지 설명을 더 하도록 하겠습니다.

만약 어떤 단백질의 존재를 알고 있다고 해 봅시다. 우리가 단백질은 알고 있지만 그 단백질을 만드는 유전자를 아직 모른다고 한다면, 이 유전자가 어떤 염기서열로 되어 있는지, 그리고 유전자의 구조가 어떻게 되어있는지 밝혀야 합니다. 이럴 때 단백질을 만드는 유전자를 알아낸다면, 예를 들어 어떤 단백질의 cDNA나 genomic DNA의 염기서열을 알아내었다면, 우리는 그 단백질의 유전자를 cloning했다고 이야기합니다. 이런 때 사용하는 cloning의 개념은 단백질의 유전자를 알아내기 위해서 gene cloning의 방법을 사용하기 때문에 나오는 것입니다. 논문을 볼 때 "Cloning of human XX protein and functional characterization..." 등등의 제목으로 나오는 것들은 이런 개념으로 이해하여야겠습니다.

Gene cloning의 과정

Gene cloning의 개념을 이해하셨겠지만, 때로는 이런 개념보다는 gene cloning의 과정이 다음과 같은 4가지 과정으로 이루어진다는 것을 알면 더욱 쉽게 이해할 수 있습니다. 이러한 과정은 이 노트를 읽어가면서 이해할 수 있게 될 것입니다.

  1. 유전자를 설정하고 그 유전자를 얻어낸다
  2. 얻은 유전자를 vector에 삽입한다
  3. 유전자가 삽입된 vector(recombinant DNA)를 bacteria 세포 내로 주입한다
  4. Bacteria 중에서 올바르게 만들어진 clone을 확인하고 선택한다

이 그림에서는 잘 알려진 p53 유전자를 cervix cancer cell로부터 얻어내는 과정을 나타냈습니다. 얻고자 하는 유전자를 어떤 방법으로든 얻어내고 이 DNA 조각을 vector에 삽입하고 bacteria로 주입합니다. 그런데, 이렇게 삽입하는 과정에서 원하는 bacteria 뿐만 아니라 DNA가 안들어간 것, 잘못된 DNA가 들어간 것 등등 여러 가지 가능성이 생기기 때문에 gene cloning의 마지막 과정은 이 중에서 올바른 clone을 찾아내는 과정이 됩니다.