실험모델로서의 세포(대장균, 효모)

 

현존하는 모든 세포가 하나의 공통조상으로부터 진화하였다는 사실은 세포생물학 및 분자생물학이 실험과학으로 존립하는데 중요한 의미를 부여합니다. 즉, 진화 기간 동안 세포의 기본 원리가 보존되어왔기 때문에 어떤 세포에서 얻어진 실험 결과는 다른 세포에도 적용이 가능하기 때문입니다. 반면에 현존하는 세포들은 무척 다양하므로 어떤 실험은 다른 세포보다 특정 세포에서 쉽게 행해질 수 있습니다. 여러 다른 종류의 세포와 생물체가 세포분자생물학 연구에 실험 모델로 사용되고 있다.

 

 

 

대장균(E.coli)

 

원핵세포(세균)은 비교적 단순하므로 생화학, 분자생물학 연구에 이상적인 모델로 사용되어 왔습니다. 세균 중에 가장 많이 연구된 종은 대장균으로 DNA 복제, 유전암호, 유전자 발현, 단백질 합성과 같은 분자 유전학 연구가 모두 이 평범한 대장균을 이용한 연구 결과입니다.

대장균은 상대적으로 특히 단순하고 실험실에서 배양이 용이하므로 분자 생물학 연구에 매우 유용하다. 대장균의 유전체는 460만 염기쌍의 크기로 약 4,300개의 유전자를 가지고 있습니다. 인간의 유전체는 대장균보다 1,000배가량 더 크고 2만-2만 5천 개의 유전자를 가지고 있습니다. 대장균 유전체는 크기가 작으므로 유전 분석이 비교적 용이한 이점을 가지고 있습니다. 대장균은 아미노산, 비타민, 포도당 및 무기염류가 함유된 영양 배지에서 가장 빨리 증식할 수 있습니다. 그러나 대장균은 또한 무기염류, 질소워, 탄소 및 에너지원만 있어도 자랄 수 있습니다. 이러한 최소 배지에서는 대장균은 자신의 증식에 필요한 아미노산, 뉴클레오티드, 다른 유기화합물 등을 합성해야 하므로 훨씬 천천히 자랍니다. 이렇게 최소 배지에서 대장균이 생합성할 수 있는 능력을 이용하여 생합성 과정이 규명될 수 있었습니다. 대장균의 빠른 성장 속도, 단순한 영양 요구 조건은 분자생물학, 생화학 연구에 크게 기여하였습니다.

 

 

 

 효모(Yeasts)

 

비록 대장균이 세포의 특성을 연구하는 데 중요한 모델로 사용되어왔지만 대장균은 원핵세포이므로 진핵생물에 특이적인 세포 구 조, 기능을 연구하는 데 사용될 수 없습니다. 가장 단순한 진핵생물인 효모는 대장균과 유사한 실험상의 이점들을 가지고 있어서 진핵 세포생물학 연구에 중요한 모델로 사용되어 오고 있습니다.

가장 널리 연구에 사용되고 있는 효모인 Saccharomyces cerevisiae는 1,200만 bp 유전체, 약 6,000개의 유전자를 가지고 있습니다. 비록 효모가 대장균보다 3배 많은 유전체를 가지고 있지만 이는 인간과 같이 더 복잡한 진핵생물 유전체보다는 훨씬 작으므로 연구가 용이한 편입니다. 효모 세포는 단순하더라도 진핵세포의 특징을 모두 가지고 있습니다. 효모 세포는 핵막으로 둘러싸인 핵과 16개의 염색체, 세포 골격, 세포 소기관을 가지고 있습니다.

효모는 실험실에서 쉽게 배양항 수 있으며, 대장균에서 가능했던 많은 분자유전학적 연구를 할 수 있습니다. 비록 효모는 대장균만큼 빠른 속도로 분열하진 않지만 약 2시간마다 분열하고 하나의 세포로부터 콜로니를 형성할 수 있습니다. 결론적으로 효모는 세균에 적용할 수 있었던 여러 유전적 조작에 사용될 수 있습니다. 이러한 특징은 효모를 분자생물학 연구에서 가장 연구하기 용이한 진핵세포로 만들었습니다. 효모 연구에 의해 밝혀진 세포의 구조와 기능이 다른 모든 진핵세포에 적용된다는 사실은 생물과 분자생물학의 통일성을 잘 나타내 줍니다. 

 

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