박테리아 형질전환

지난 20세기 초, 영국의 세균학자 프레더릭 그리피스(Frederick Griffith)는 폐렴을 유발하는 박테리아인 폐렴구균(Streptococcus pneumoniae)을 연구하고 있었습니다. 그는 두 가지 다른 균주를 사용하여 간단한 실험을 수행했습니다. 한 가지 균주는 S 균주로 알려져 있는데, 그 이유는 보호 캡슐이 형성하는 군체나 덩어리를 매끄럽게 보이게 하고 독성이 있거나 해롭기 때문입니다. 두 번째는 R 균주로, 보호 캡슐이 없는 박테리아의 한 버전으로, 군체가 거칠게 보이고 독성이 없게 되었습니다.

먼저 Griffith는 S 균주 박테리아 중 일부를 취하여 가열하여 S 균주의 열 사멸 버전을 생성했습니다. 그런 다음 그는 쥐 몇 마리를 모아 네 그룹으로 나누었습니다. 그는 첫 번째 그룹에는 악성 S 균주를, 두 번째 그룹에는 비독성 R 균주를 주사했습니다. 그는 세 번째 그룹에 열에 의해 사멸된 S 균주를 투여하고, 마지막으로 열에 의해 사멸된 S 균주와 R 균주를 함께 결합하고, 이 혼합물을 네 번째 그룹에 주입했습니다. 예상대로 첫 번째 그룹의 쥐는 죽었고 두 번째와 세 번째 그룹의 쥐는 살았습니다. 그러나 그리피스는 놀랍게도 마지막 그룹의 쥐들도 죽었다.

1928년 그의 연구를 발표했을 때, 그는 이전에 독성이 없었던 균주가 치명적으로 변할 수 있도록 하는 근본적인 변형 원리의 존재를 추측하면서 이 신비한 과정 변형이라고 불렀습니다. 그 후 1943년에 Avert, MacLeod 및 McCarty는 이 변형 원리가 현재 우리가 유전 물질로 알고 있는 데옥시리보 핵산(DNA)일 가능성이 있다고 보고했습니다. 그리피스의 실험에서 근본적으로 일어난 일은 박테리아가 결합되었을 때, 일부 DNA가 열에 의해 죽은 S 균주에서 R 균주 세포로 누출되어 이 비독성 박테리아를 변형시키고 보호 캡슐을 만들기 위한 정보를 전달하여 R 균주를 악성 캡슐로 바꾸어 이제 네 번째 그룹의 동물을 죽일 수 있다는 것입니다.

오늘날로 빠르게 나아가 과학자들은 박테리아 E. coli와 플라스미드라고 하는 DNA의 작은 원형 고리를 사용하여 박테리아 변형을 연구하는 훨씬 더 간단한 방법을 개발했습니다. 일반적으로 형질전환 실험에 사용되는 플라스미드에는 항생제 내성과 같은 특수 기능을 위한 유전자가 포함되어 있습니다. 대장균은 환경으로부터 DNA를 흡수하는 능력인 능력(competence)이라는 특성을 나타낼 수 있기 때문에 변형을 위한 훌륭한 주제입니다. 근본적으로, 이것은 화학 물질이나 전기 또는 열 충격과 같은 특정 환경 조건 하에서 대장균의 세포벽이 일시적으로 투과될 수 있고 환경에서 DNA를 흡수할 수 있음을 의미합니다. 플라스미드가 대장균 내부에 들어가면 새로운 숙주 세포의 세포질에 머물며 게놈과 함께 여러 세대에 걸쳐 복제 및 발현되거나 숙주의 게놈에 완전히 통합될 수 있습니다. 박테리아가 어느 시점에서든 플라스미드를 잃게 되면 세포도 항생제 내성을 잃게 되므로 과학자들은 관심 플라스미드를 함유한 박테리아만 살아남을 수 있도록 항생제가 포함된 배지에서 박테리아를 성장시킵니다.

이 실험실에서는 항생제 내성 유전자가 포함된 플라스미드로 대장균 세포를 형질전환시키는 방법을 배우면서 멸균 미생물 기술을 실습합니다.