의학 분야는 수년에 걸쳐 기하급수적으로 발전했습니다. 새로운 의약품 개발의 발전에서 건강 모니터링 장치의 나노기술 구현에 이르기까지 우리는 종으로서 먼 길을 왔습니다.
이러한 발전 중 하나는 게놈을 변경하여 인간의 신체적, 생리학적 특징을 이해하고 변경할 수 있는 능력입니다!
이 기사는 독자들에게 유전학 분야에 대한 소개를 제공하고 인간 게놈과 유전자 편집 및 CRISPR 기술의 응용에 대해 설명합니다.
인간 게놈
생물학적으로 말해서 인간은 여러 가지 특성을 지닌 복잡한 구조입니다. 키, 머리 색깔, 눈 색깔, 얼굴 특징 등과 같은 이러한 특성은 DNA를 사용하여 결정할 수 있습니다.
DNA
디옥시리보핵산(DNA)은 생물이 어떻게 보이고 기능할지에 대한 모든 정보를 전달하는 기본 화학 원소(당, 인산염 및 염기)로 구성된 물질입니다.
생물학자와 의료 전문가는 DNA 패턴을 연구하여 모든 사람에게 고유한 정보를 해독할 수 있습니다.
유전자
유전자는 하나의 단백질을 암호화하는 DNA의 특정 부분입니다. DNA의 기능을 수행하는 작업을 수행하는 것은 유전자에 의해 생성되는 단백질입니다.
유전자는 유전 단위로 작용하며 부모로부터 자손에게 특정 특성을 물려주는 역할을 합니다.
유기체의 유전자와 유전 물질의 총합을 게놈이라고 합니다. 인간 게놈을 이해함으로써 과학자들은 인류를 괴롭히는 수천 가지 질병을 치료, 치료 또는 예방할 수 있는 새로운 방법을 개발할 수 있었습니다.
여기서 유전자 편집이 시작됩니다.
유전자 편집
게놈 또는 유전자 편집은 과학자들이 유기체의 DNA를 변경할 수 있도록 하는 기술 그룹입니다. 이러한 기술을 통해 게놈의 특정 위치에서 유전 물질을 추가, 제거 또는 변경할 수 있습니다.
유전 물질을 숙주 게놈에 무작위로 삽입하는 다른 유전 공학 기술과 달리 이러한 기술은 매우 특정한 위치에 삽입하는 것을 목표로 합니다.
어떻게 진행합니까?
유전자 편집에는 효소가 포함됩니다. 효소는 화학적 과정을 활성화하거나 가속화하는 단백질입니다. 유전자 편집에 사용되는 조작된 효소는 뉴클레아제라고 불리며 DNA를 절단할 수 있습니다.
뉴클레아제는 절단해야 하는 DNA 가닥으로 안내하는 다른 화학 물질로 조작됩니다. 이 절단된 DNA 가닥은 재생될 수 있지만 이번에는 원하는 DNA 가닥으로 돌연변이하기 위해 원하는 정보를 공급받습니다.
새로운 가닥은 새로운 유전자를 의미하고 새로운 유전자는 새로운 특성을 의미합니다.
과학자들은 인간에게 영향을 미치는 다양한 질병을 조사하기 위해 유전자 편집을 사용합니다.
그들은 생쥐와 물고기 같은 동물의 게놈을 편집하고 이러한 변화가 그들의 건강에 어떤 영향을 미치는지 관찰합니다. 그런 다음 연구 결과를 사용하여 인간 게놈의 유사한 변화가 인간의 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 예측했습니다.
또한 과학자들은 유전자 치료법을 개발하고 있습니다. 이러한 치료법에는 유전자 편집을 사용하여 인간의 질병을 예방하고 치료하는 것이 포함됩니다.
CRISPR 기술
유전자 편집 기술의 획기적인 발전은 CRISPR(Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats)의 도입입니다.
CRISPR은 일부 박테리아에서 자연적으로 발생하는 방어 시스템을 기반으로 합니다. 그러한 박테리아의 DNA는 많은 짧은 회문 서열(RAAR과 같이 앞뒤로 동일한 단어)을 포함합니다.
박테리아는 이 팰린드롬 시퀀스 안에 그들이 싸워서 물리친 바이러스의 일부를 저장할 것입니다.
어떻게 진행합니까?
CRISPR에 사용되는 효소는 Cas9이라고 합니다. 이 효소는 감염된 회문 서열에 달라붙어 DNA를 조각으로 자르고 바이러스에 대한 정보를 유지합니다.
무장한 Cas 단백질은 박테리아가 동일한 바이러스에 다시 감염될 경우 바이러스 DNA를 인식하고 즉시 파괴합니다.
CRISPR의 응용
CRISPR은 연구, 의료, 애완 동물 사육, 식품 생산, 친환경 연료 등을 포함한 다양한 방식으로 사용되었습니다.
1. 연구
CRISPR 시스템은 동물의 유전적 장애 완화와 관련된 연구에서 구현되고 있으며 인간의 눈과 혈액 질병을 치료하기 위해 임상에서 곧 사용될 가능성이 높습니다.
중국과 미국은 표적 암 치료를 위해 CRISPR-Cas9를 사용하는 두 가지 임상 시험을 승인했습니다.
생물 의학 응용 분야를 넘어 이러한 도구는 현재 작물 및 가축 사육 속도를 높이고, 새로운 항균제를 설계하고, 유전자 드라이브로 질병을 옮기는 곤충을 제어하기 위한 연구에 사용되고 있습니다.
2. 건강
과학자들은 CRISPR-Cas9 기술로 박테리아를 죽이는 바이러스(박테리오파지)의 게놈을 수정하여 항생제 내성 박테리아를 파괴하는 방법을 개발할 수 있었습니다.
이러한 시스템은 또한 인간 질병에 대한 동물 모델을 생성하고 감염된 세포에서 HIV를 제거할 수 있게 합니다.
인간 질병의 마우스 모델에서 CRISPR은 유전적 오류를 수정하여 질병에 걸린 마우스의 임상 구조를 가져왔습니다.
3. 애완동물 사육
CRISPR은 유전적으로 변형된 유기체를 생성하기 위해 초기 배아에 적용되었으며, 조직에서 상당한 유전자 편집을 달성하기 위해 실험실 동물에 주입되었습니다.
CRISPR에 기반한 접근법은 생쥐, 쥐 및 기타 인간이 아닌 영장류를 포함한 동물의 게놈을 수정하는 데 사용되었습니다. 이러한 접근 방식은 생산성, 질병 저항성을 향상하고 애완 동물에서 원하는 특성/특징을 활성화하는 데 사용할 수 있습니다.
CRISPR을 사용하면 한 세대의 새로운 동물 모델을 도입할 수도 있습니다.
4. 식량 생산
CRISPR 유전자 편집 기술은 작물 수확량과 품질을 향상시킬 수 있습니다. 식물 가뭄 저항성, 제초제 및 살충제 저항성, 식품 안전 및 보안 향상.
또한 항생제 내성을 제거하고 제품 유통기한을 개선하며 식물 재배 과정을 가속화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
더 나은 품질의 식물은 동물을 위한 더 나은 품질의 사료를 의미하므로 동물의 건강을 향상시킵니다. 식물과 동물이 먹이 사슬의 기초를 형성하기 때문에 우리는 더 나은 식품 품질과 제품을 가질 수 있습니다.
5. 친환경 연료
그린 연료는 유기 자원에서 생산되고 환경 친화적인 연료입니다.
CRISPR은 굴광성 조류에서 바이오디젤(녹색 연료의 한 형태)을 두 배로 생산하는 것을 가능하게 했습니다.
이 연료는 CRISPR을 사용하여 유전자를 조정하여 조류에서 지질 생산을 두 배로 늘림으로써 얻습니다. 지질은 가연성이며 기본적으로 바이오디젤을 구성합니다.
그러나 유전자 편집은 윤리적인가?
자연스러운 행동 과정을 변경하면 윤리적 문제가 발생합니다. CRISPR과 같은 유전자 편집 기술을 사용하여 인간 유전학을 변경하는 것은 명확한 지원을 찾지 못했습니다. 난자와 정자 세포의 유전자에서 일어난 변화가 미래 세대에 전달될 수 있기 때문입니다.
이 기술이 정상적인 인간의 특성(예: 지능 또는 키)을 향상시키는 데 사용되어야 하는지에 대한 큰 논쟁이 있습니다.
또한 이 기술을 사용하는 동안 오프 타겟 효과(잘못된 위치에서 편집) 및 모자이크 현상(일부 셀은 편집을 수행하지만 다른 셀은 수행하지 않는 경우)이 발생할 가능성이 항상 있기 때문에 안전 문제가 발생합니다.
윤리와 안전에 대한 우려에 따라 생식 세포의 게놈 편집은 현재 많은 국가에서 불법입니다.
결론
인간 게놈을 이해함으로써 우리는 나노 규모의 의료 기술에 혁명을 일으킬 수 있었습니다.
유전자 편집 및 CRISPR 기술은 질병을 근절하고 인간의 불완전성을 교정하는 측면에서 획기적인 응용 프로그램을 제공했습니다.
과학자들은 이러한 기술이 완벽한 특성을 지닌 질병 없는 호모 사피엔스 세대를 만드는 열쇠라고 예측합니다.
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