생명공학
생명공학은 인간을 위한 제품을 개발하기 위해 세포나 유기체를 사용하는 것이다.넓은 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 기술 중 하나는 실험실에서 두 개 이상의 소스로부터 조립된 DNA 분자인 재조합 DNA의 생성이다. 중합효소 연쇄반응이 일어나기 전에, 생물학자들은 DNA를 제한효소를 사용하여 더 작은 조각으로 잘라내서 DNA를 조작했다. 그런 다음 젤 전기영동을 사용하여 조각들을 정제하고 분석한 다음, DNA 연결효소를 사용하여 조각들을 새로운 DNA 서열로 재조합했다.그리고 나서 재조합 DNA는 숙주 세포에 삽입함으로써 복제되는데, 숙주 세포가 대장균과 같은 박테리아라면 변형으로 알려진 과정이고 숙주 세포가 효모, 식물, 동물 세포와 같은 진핵 세포라면 전이라고 알려진 과정이다. 일단 숙주 세포나 유기체가 재조합 DNA를 받고 통합하면, 그것은 형질전환으로 묘사된다.재조합 DNA는 두 가지 방법 중 하나로 삽입될 수 있다. 일반적인 방법은 단순히 DNA를 숙주 염색체에 삽입하는 것이며, 삽입 부위는 무작위이다.또 다른 접근법은 재조합 DNA를 벡터라고 불리는 다른 DNA 서열의 일부로 삽입하는 것인데, 이는 숙주 염색체에 통합되거나 자신의 DNA 복제 기원을 가지고 있으므로 숙주 염색체와 독립적으로 복제할 수 있다.대장균과 같은 세균 세포에서 나온 플라스미드는 상대적으로 작은 크기(예: 대장균에서 2000-6000 염기쌍), 제한 효소의 존재, 항생제에 내성을 갖는 유전자, 복제 기원의 존재로 인해 일반적으로 벡터로 사용된다.항생제 내성과 같은 선택 가능한 마커를 코딩하는 유전자도 벡터에 통합된다.이 시장을 포함하면 재조합 DNA가 포함된 숙주 세포만 선택할 수 있고 그렇지 않은 세포는 폐기할 수 있다.게다가, 마커는 또한 한번 발현되면 쉽게 검출되고 측정될 수 있는 리포터 유전자 역할을 한다.일단 재조합 DNA가 개별 박테리아 세포 안에 들어가면, 그 세포들은 도금되어 동일한 재조합 DNA를 운반하는 수백만 개의 형질전환 세포를 포함하는 군체로 자랄 수 있다.그리고 이 형질전환 세포들은 인간 인슐린과 같은 많은 양의 형질전환 제품을 생산하는데, 이것은 만들어진 최초의 약이었다.분자 복제의 목표 중 하나는 특정 DNA 서열의 기능과 그것이 암호화하는 단백질을 식별하는 것이다.특정 DNA 염기서열이 연구되고 조작되기 위해서는 그 DNA 염기서열을 포함하는 수백만 개의 DNA 조각이 만들어져야 한다.이것은 숙주 세포에 도입하기에는 너무 큰 온전한 게놈을 더 작은 DNA 조각으로 분해하는 것을 포함한다. 비록 더 이상 온전하지는 않지만, 이러한 DNA 조각들의 집합은 여전히 유기체의 게놈을 구성하고 있으며, 추가적인 연구를 위해 특정 DNA 조각들을 검색하고 검색하는 능력 때문에 게놈 라이브러리라고 불린다.DNA 조각은 제한 효소 및 기계적 전단(mechanical shearing)과 같은 다른 과정을 사용하여 얻을 수 있다. 얻은 각 조각은 박테리아 숙주 세포에 의해 흡수되는 벡터에 삽입된다. 숙주 세포는 선택적 매개체(예: 항생제 내성)에서 증식할 수 있으며, 이는 각각 동일한 DNA 조각의 많은 복사본을 포함하는 이러한 재조합 세포의 군집을 생성한다.이 군락들은 적절한 온도에서 배양된 페트리 접시의 고체 배지에 퍼짐으로써 자랄 수 있다. 하나의 접시에 수천 개의 박테리아 군락을 담을 수 있으며, 특정 DNA 서열을 쉽게 선별할 수 있다.이 서열은 먼저 페트리 접시를 박테리아 군락과 복제한 후 잡종을 위해 복제된 군락의 DNA를 노출함으로써 확인할 수 있으며, 이는 상보적인 방사성 또는 형광 뉴클레오티드로 라벨을 붙이는 것을 포함한다.특정 조직의 유전자를 포함하는 더 작은 DNA 라이브러리는 상보적 DNA(cDNA)를 사용하여 만들어질 수 있다.특정 시간에 특정 조직에서 이러한 cDNA를 수집하는 것을 cDNA 라이브러리라고 하며, 특정 위치와 시간에 세포의 전사 패턴의 "스냅샷"을 제공한다.다른 생명공학 도구로는 DNA 마이크로어레이, 발현 벡터, 합성 유전체학, CRISPR 유전자 편집 등이 있다.제약과 같은 다른 접근법은 유전자 변형 유기체의 사용을 통해 의학적으로 유용한 많은 양의 제품을 생산할 수 있다.이러한 다른 도구들 중 다수는 의학적으로 유용한 단백질을 만들거나 식물 재배와 동물 사육을 개선하는 것과 같은 광범위한 응용을 가지고 있다.
발생
발생은 다세포 유기체(식물 또는 동물)가 하나의 세포에서 시작하여 그 생명 주기의 특징인 다양한 형태를 띠는 일련의 변화를 겪는 과정이다.개발의 기초가 되는 4가지 핵심 프로세스가 있습니다. 결정, 분화, 형태 형성 및 성장. 결정은 발달하는 동안 더 제한적으로 되는 세포의 발달 운명을 설정한다. 분화는 줄기세포와 같이 덜 특수화된 세포로부터 특수화된 세포가 만들어지는 과정이다.줄기세포는 분화되지 않았거나 부분적으로 분화된 세포로서, 다양한 형태의 세포로 분화되어 무한히 증식하여 동일한 줄기세포를 더 많이 생산할 수 있다.세포 분화는 세포의 크기, 모양, 막 전위, 대사 활성 및 신호에 대한 반응성을 극적으로 변화시키는데, 이는 주로 유전자 발현과 후성유전학의 고도로 통제된 변형에 기인한다. 몇몇 예외를 제외하고, 세포 분화는 DNA 서열 자체의 변화를 거의 수반하지 않는다.그러므로, 다른 세포들은 동일한 게놈을 가지고 있음에도 불구하고 매우 다른 신체적 특징을 가질 수 있다. 형태 형성, 즉 체형의 발달은 유전자 발현에 있어서 공간적 차이의 결과이다.특히, 패턴 형성으로 알려진 팔이나 날개와 같은 특정 구조로 분화된 조직의 조직은 형태소(morphogen)에 의해 지배되며, 이는 한 그룹의 세포에서 주변 세포로 이동하는 분자를 신호화하여 프랑스 국기 모델에서 설명된 형태소(morphogen) 기울기를 생성한다. 세포사멸(apopotosis) 또는 프로그램된 세포사멸(programmed cell death)은 인간 배아 발달에서 손가락 사이의 세포가 죽는 것과 같은 형태 형성 과정에서 발생하며, 이는 개별 손가락과 발가락을 자유롭게 한다. 전사 인자 유전자의 발현은 식물의 장기 배치를 결정할 수 있고 전사 인자 자체의 계단식 배열은 초파리에서 신체 분열을 확립할 수 있다.
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