유전 형질의 변환(transformation) 실험 레포트

1. Abstract

DNA를 bacteria 세포 내로 주입하는 과정을 Transformation이라 한다. 형질전환 방법 중 electroporation은 살아있는 세포가 강한 전기장에 놓이게 되면 순간적으로 세포막이 불안정하게 되고 세포막에 pore가 형성되어 세포 내부와 외부의 물질에 대해 투과성을 갖게 되는 현상을 말한다. ‘competent cell’이란 bacteria나 yeast cell을 어떤 처리에 의하여 변화시킨 세포로써, 외부 DNA를 받아들여 자신을 형질 전환시킬 수 있는 ‘능력이 있는 세포’이다. 이번 실험에서는 E. coli의 competent cell에 electroporation을 통해 pKS와 pACYC184 plasmid를 주입하여 형질전환 시키고 그 효율을 알아보았다. 각 plasmid가 저항성을 가지고 있는 항생제를 사용하여 실험을 진행했다. 전기영동 결과 pKS의 transformation 효율은 1.07*10^6, pACYC184의 효율은 1.38*10^5로 나왔다. 외부 오염에 예민하기 때문에 각 조 별로 실험 결과가 차이가 많이 난다는 것을 알 수 있다.

 

 

2. Introduction

1) Vector

벡터(vector)란, 특정 유전자를 다른 생물에게 옮기는 매개체이다. Plasmid, bacteriophage, cosmid, phagemid 등 다양한 종류가 있다. 그 중 plasmid가 가장 널리 사용된다. 대부분의 벡터는 플라스미드 전달 여부를 확인할 수 있는 마커(marker)로서 항생제 저항성 유전자를 포항하고 있는 경우가 많다. 원하는 유전자의 클로닝을 쉽게 하기 위해 다양한 제한효소 서열을 포함하는 다중클로닝 자리(Multiple Cloning Site)가 포함되도록 변형되어 왔다.

 

2) Plasmid

플라스미드(plasmid)는 원핵세포에서 DNA와는 별도로 복제하는 작은 원형 DNA를 말한다. 세균의 생존에 필수적인 유전자는 아니며, 이들의 복제는 유전체의 복제와는 독립적으로 진행된다. 유전체 DNA와 다르게 플라스미드의 복제원점의 종류에 따라 복제 횟수가 달라진다. 이러한 플라스미드는 복제기점을 가지고 있어 재조합 DNA를 만들 때 벡터로 이용될 수 있다. 또한 세균의 항생제에 대한 저항성은 세균이 갖고 있는 플라스미드에 기인된다. 어떤 플라스미드는 염색체 내부에 플라스미드를 삽입시켜 복제될 수 있는데 이를 통합적 플라스미드 또는 episome이라고 한다.

 

3) Competent Cell

DNA transformation는 세포에 외부 DNA를 삽입하여 세포가 원래의 형질 외에 다른 형질을 갖도록 전환시키는 것을 말한다. 이와 같이 외부 유전자를 삽입시키려면 세포가 그것을 받아들일 준비가 되어있어야 한다. ‘competent cell’이란 bacteria나 yeast cell을 어떤 처리에 의하여 변화시킨 세포로써, 외부 DNA를 받아들여 자신을 형질 전환시킬 수 있는 ‘능력이 있는 세포’이다. 화학적인 방법과 물리적인 방법 두 가지로 인공적으로 만들 수 있다.

 

 

3. Discussion

유전자 cloning 실험 중 vector를 만드는 transformation 실험을 진행하였다. 이때 Ap항생제와 Cm 항생제를 사용하였다. Transformation이 일어나지 않은 세포들이 존재할 수 있으므로 항생제가 포함된 배지를 사용한다. 항생제에 저항성을 가지는 유전자가 원래 competent cell에게는 없지만 외부에서 도입한 DNA 플라스미드에게는 있기에, 제대로 transformation이 일어난 세포만 항생제가 포함된 배지에서 살아남을 수 있다.

실험 결과 값은 transformation efficiency 공식을 활용하여 산출하였다. 모든 조들의 결과값을 토대로 pKS의 효율은 3조가 가장 좋았으며, pACYC184는 2조가 가장 좋았다. 같은 조건에서 실험을 했으나 모든 조들의 실험 결과가 매우 다르다는 사실을 알 수 있다. 이는 clean bench에서 실험을 할 때 발생한 오염들이나 용액을 섞을 때 오차가 발생했기 때문으로 유추할 수 있다. 또한 pulse 후 LB medium에 부유할 때 전기 충격으로 인해 세포가 약해져 있는데 시간이 지체되면 실험결과에 영향을 미칠 수 있다.