라엘의 논평:
유전자 조작 식물의 또 하나의 환상적인 가능성.
펜실베니아 대학의 생화학 및 병리학과 교수 헨리 다니엘 양배추와 담배를 coax하여 그 잎에서 외래 단백질을 생산할 수 있는 유전자의 공학적 처리에서 엄청난 성공을 거두었으며, 백신을 만들 수 있는 폴리오바이러스, 말라리아 의약품들을 합성할 수 있는 약쑥 식물이나 혈우병 치료제를 만들 수 있는 인간응고인자 때문이다.
그러나 수년에 걸쳐 그는 자신의 식물 기반 약물 생산 플랫폼이 박테리아 유전자와 짧은 인간 유전자를 효율적으로 발현할 수 있지만 바이러스 유전자와 긴 인간 유전자를 발현하는 데 문제가 있음을 발견했다. 이에 대한 한 가지 설명은 식물, 동물, 박테리아 및 바이러스가 디엔에이 코드를 사용하여 단백질을 만드는 방식의 차이와 관련이 있을 수 있다고 다니엘과 동료들은 가정했다.
다니엘은 “식물 엽록체는 박테리아와 유사하거나 원핵생물이며 인간은 진핵생물이다”라고 말했다. “그래서 그것이 하나의 도전이다. 우리는 어떻게 엽록체가 인간 유전자를 인식하고 그것을 자신의 유전자처럼 변형시켜 단백질을 만들 수 있는가?”
단백질은 아미노산이라고 불리는 빌딩 블록으로 구성되어 있으며, 코돈이라고 불리는 디엔에이의 세 글자 문자열에 따라 생산된다. 64개의 코돈이 있지만 단지 20개의 아미노산이 있는데, 이는 다수의 코돈이 동일한 아미노산을 인코딩하기 때문이다. 그러나 다른 유기체는 주어진 아미노산을 생산하기 위해 사용하는 코돈에 대해 다른 선호도를 가지고 있음이 밝혀졌다.
다니엘의 연구진이 식물 생리학 저널에 발표된 최근 논문에서 활용하려고 했던 것은 이러한 종별 선호도였다. 연구진은 133종의 식물의 게놈을 분석하여 특정 아미노산을 조합하는 데 가장 자주 사용되는 코돈을 확인했다. 이 분석의 결과를 사용하여, 그들은 주어진 디엔에이 서열을 상추 또는 담배 식물에 적합한 서열로 변환하는 소프트웨어 프로그램을 설계했다. 이 소프트웨어는 이제 다른 연구자가 자유롭게 사용할 수 있다.
다음으로 연구진은 이러한 “코돈 최적화” 과정이 최적화된 유전자(소프트웨어의 결과물)와 혈우병 치료에 사용되는 단백질과 소아마비 백신에 사용되는 두 가지 단백질의 원래 유전자와 일대일로 비교함으로써 단백질 발현 수준이 증가되었는지 여부를 실험했다.
다니엘의 혈우병 연구에 자금을 지원하는 회사인 노보 노르디스크와 협력하여 연구진은 최종 배치의 정확한 양에 도달하기 위해 관심 단백질에 대한 프로브와 관련된 기술을 개발했다.
연구 결과는 코돈 최적화의 상당한 영향을 보여주었다. 이 과정은 혈우병 응고 인자의 발현 수준이 천연 단백질보다 5~6배 더 높고 폴리오바이러스 단백질 수준이 천연 서열보다 약 26배 더 높다.
다니엘은 “단백질 발현 수준을 개선하고 정확한 용량을 정량화하는 이 두 가지 발전은 [미국 식품의약국]이 우리 작업에 대해 가지고 있던 핵심 질문이었다”라고 말한다. “이제 우리는 이러한 문제를 해결했으므로 우리는 이러한 치료법을 클리닉에 가져 오는 데 그 어느 때보 다 가까워졌습니다.”
https://phys.org/news/2016-10-dental-team-tweaks-dna-plant-based.html
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