분자생물학 혁명

분자생물학 혁명의 개요

디자이너 마우스와 복잡한 다성분 DNA 구성체가 보편화된 현재, 생물학자들이 DNA 서열을 조작할 수 없었던 시기가 불과 얼마 전까지 있었다는 것을 상상하기 어렵습니다. 현대 분자생물학 시대의 서막은 '분자생물학 혁명'으로 불리는 일련의 영향력 있는 혁신 기술들에 의해 열렸습니다. 대표적인 기술들을 아래에 소개합니다:

제한 효소

1950년대 초 두 연구 그룹이 박테리아에서 박테리오파지 감염을 억제하는 '제한 인자'를 보고했으나^1,2, 최초의 제한 효소가 Arber와 Linn, 그리고 독립적으로 Smith와 Wilcox에 의해 분리된 것은 15년 후였습니다^3,4. 그 이후 수많은 제한 효소가 분리되었고 상용화되었습니다.

라이게이션

1960년대 초 Jean Weigle, Matthew Meselson, Grete Kellenberger의 연구를 통해 DNA 분자가 라이게이션에 의해 재조립될 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다^5,6. 1967년에는 여러 연구 그룹에서 이러한 라이게이즈 활성을 가진 효소를 분리했습니다^7-11. 이를 통해 처음으로 시험관 내에서 DNA 단편을 특정 배열로 조립할 수 있게 되었습니다.

재조합 DNA와 형질전환

Paul Berg는 대장균, 박테리오파지, 원숭이 바이러스 40(SV40)의 DNA를 사용해 최초의 진정한 재조합 DNA 분자를 조립함으로써 제한 효소와 라이게이즈의 강력한 활용 가능성을 빠르게 증명했습니다¹². 거의 같은 시기에 Cohen 등은 제한 효소 절단, 라이게이션, 형질전환을 이용해 설계된 기능성 DNA 분자를 박테리아 균주에 전달하는 현대 분자생물학의 강력한 가능성을 최초로 완전히 입증했습니다¹³.

올리고뉴클레오티드 합성과 PCR

1980년대 초 분자생물학을 더욱 혁신시킨 두 가지 핵심 발전이 있었습니다. 첫째, Marvin Caruthers가 포스포라미다이트 DNA 합성법을 개발해 자동 올리고뉴클레오티드 합성을 실용화했습니다^14,15. 둘째, Kary Mullis가 중합효소 연쇄반응(PCR)을 발표했습니다¹⁶. 올리고 합성과 PCR을 함께 사용함으로써 연구자들은 사실상 모든 표적 DNA 서열을 선택적으로 증폭하고 클로닝할 수 있게 되었습니다. 상보적 중첩 서열을 가진 여러 올리고뉴클레오티드를 라이게이션 및 PCR과 결합함으로써 완전히 새로운 서열을 가진 큰 DNA 단편을 처음부터 합성하는 것도 가능해졌습니다.

혁명 이후

분자생물학 혁명을 이끈 대부분의 혁신 기술은 이제 생물학자들 사이에서 상식으로 여겨집니다. 맞춤형 DNA 구성체는 다양한 유형의 실험에서 보편적인 도구가 되었으며, 재조합 플라스미드의 조립은 더 이상 중요한 과학적 성과로 취급되지 않습니다. 실제로 많은 연구실에서는 자체적으로 분자 클로닝을 수행하는 대신 코어 시설, 플라스미드 저장소, 상용 클로닝 서비스 등 외부 자원을 활용해 클로닝 요구를 충족하는 경우가 늘고 있습니다.

분자생물학 혁명의 지속과 최신 동향

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참고 문헌

1. Luria, S.E. and Human, M.L. (1952) J. Bacteriol. 64, 557–569
2. Bertani, G. and Weigle, J.J. (1953) J. Bacteriol. 65, 113–121
3. Linn, S. and Arber, W. (1968) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 59, 1300–1306
4. Smith, H.O. and Wilcox, K.W. (1970) J. Mol. Biol. 51, 379–391
5. Kellenberger, G., Zichichi, M.L. and Weigle, J.J. (1961) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 47, 869–878
6. Meselson, M. and Weigle, J.J. (1961) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 47, 857–868
7. Cozzarelli, N.R., Melechen, N.E., Jovin, T.M. and Kornberg, A. (1967) Biochem. Biophys. Res. Commun. 28, 578–586
8. Gefter, M.L., Becker, A. and Hurwitz, J. (1967) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 58, 240–247
9. Gellert, M. (1967) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 57, 148–155
10. Olivera, B.M. and Lehman, I.R. (1967) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 57, 1426–1433
11. Weiss, B. and Richardson, C.C. (1967) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 57, 1021–1028
12. Jackson, D.A., Symons, R.H. and Berg, P. (1972) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1972, 69, 2904–2909
13. Cohen, S.N., Chang, A.C., Boyer, H.W. and Helling, R.B. (1973) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70, 3240–3244
14. Beaucage S.L. and Caruthers M.H. (1981) Tetrahedron Lett. 22, 1859-62
15. Matteucci M.D. and Caruthers M.H. (1981) J. Am. Chem. Soc. 103, 3185-91
16. Mullis K.B. and Faloona F.A. (1987) Meth. Enzymology. 155(F) pp. 335–50