[탐구활동 39] 유전자 재조합 기술을 이용한 인슐린 생산

(자료 해석)

교학

P387

대한

P·

동아A

P399

동아B

P·

지학

P445

학습

P·

한샘

P425



1. 목표

⼑유전자 재조합 기술의 원리를 설명할 수 있다.

⼑유전자 재조합 과정을 이용하여 인슐린 등 필요한 물질을 대량으로 생산할 수 있다는 사실을 안다.

⼑유전자 재조합 기술을 이용하여 새로운 유전 형질을 가진 개체가 만들어지고, 이와 같은 결과가 인류에게 미칠 수 있는 위험에 대하여 설명할 수 있다.

2. 준비물(개인별)

⼘그림 자료 1(사람의 인슐린을 대장균이 생산하게 하는 과정)

3. 지도상의 유의점

가) 사전에 생명 공학에 대하여 조사하도록 한다.

나) 유전자 재조합 과정에서 쓰이는 유전 공학 용어에 대하여 조사하도록 한다.

다) 유전자 재조합 과정에 대하여 조사하도록 한다.

라) 유전자 재조합 기술을 이용한 연구 성과에 대하여 조사하도록 한다.

4. 탐구 활동 과정

어떤 생물의 특정 유전자(DNA)를 뽑아내서 다른 생물의 DNA에 결합시켜 새롭게 조합된 DNA를 갖는 새로운 생물을 만들어내는 기술이 유전자 재조합 기술이다. 다음 그림은 대장균을 이용해서 사람의 인슐린을 대량 생산하는 과정을 나타낸 것이다.







[그림] 대장균이 사람의 인슐린을 생산하게 하는 과정

5. 결과 정리 및 토의

가) 대장균에서 사람의 인슐린이 생산되는 과정에 대하여 토의하여 보자.

① 사람의 DNA에서 인슐린 유전자와 대장균의 플라스미드를 같은 제한 효소를 이용하여 절단한다.

② 플라스미드의 절단 부위에 인슐린 유전자 도막을 DNA 리가아제를 이용하여 상보적으로 결합시킨다. 이러한 과정을 거쳐 생성된 DNA를 재조합 플라스미드 또는 재조합 DNA라고 한다.

③ 재조합 플라스미드를 대장균에 삽입시킨다.

④ 대장균을 번식시키면 분열할 때마다 재조합 플라스미드도 복제되어 대량의 인슐린을 생산하게 된다.

나) 인슐린을 얻는 방법에 있어서 전통적 방법과 유전 공학적 방법의 차이점은 무엇인가?

① 인슐린을 얻는 전통적 방법은 소나 돼지의 이자에서 소량의 인슐린을 얻는 것이지만 유전자 재조합 기술을 이용하면 인슐린을 대량으로 얻을 수 있다.

다) 유전자 재조합 기술과 같은 유전 공학적 방법을 이용할 때 생길 수 있는 문제 점에 대하여 토의하여 보자.

② 생명 공학은 현재 여러 산업 분야에 직접 이용되고 있으며, 생명 공학의 발달은 난치병의 치료, 유전 질환의 치유, 새로운 유용한 물질의 대량 생산, 환경 문제 해결, 대체 에너지의 개발, 다수확 품종의 개발 등 여러 측면에서 인류의 복지 증진에 크게 공헌할 것으로 전망된다. 그러나 유전자를 조작하는 과정에서 위태로운 사태가 초래될 수도 있으므로 유전자 조작에 대한 법규를 준수하여 위험의 가능성을 배제하고 생명의 존엄성에 대해서 항상 경건하게 생각하는 마음을 가지며, 자연 질서를 파괴하지 않는 범위 내에서 연구에 임하는 자세가 필요하다.

※ 생명 공학 이용의 문제점

·새로운 생물의 출현으로 질병을 유발시키거나 생태계를 파괴시킬 수 있다.

·생물의 창조나 복제 또는 대량 생산으로 생명의 존엄성이 경시될 수 있다.

·남녀의 성을 조작하거나 인간의 유전자를 다른 동물에게 삽입시키는 등 사회적, 윤리적 문제가 야기될 수 있다.

[생각해 볼 점]

1) 유전자 재조합 기술을 이용한 연구 성과에 대하여 조사해 보고, 앞으로의 전망에 대하여 토의하여 보자.

ㆍ 유전자 재조합 기술을 이용하여 암을 치료하는 데 효과적인 인터페론과 당뇨병의 치료제인 인슐린 그리고 생장 호르몬 등을 생산하고 있으며, 세포 융합법을 이용하여 지상에는 토마토가 지하에는 감자가 열리는 포마토와 단일 클론항체를 생산하고 있다. 또 핵이식을 통해 복제 생물을 다량으로 생산할 수 있는 길이 열려 있다.

6. 평가 자료

가. 탐구 활동 평가

1) 탐구 활동에 적극적으로 참여하는가?(A, B, C)

2) 사전에 주어진 과제에 대하여 성실히 조사하였는가?(A, B, C)

나. 탐구 보고서 평가

1) 인슐린을 얻는 방법에 있어서 전통적 방법과 유전 공학적 방법의 차이점을 옳게 기술하였는가?(A, B, C)

2) 토의 내용을 토대로 자신의 생각과 다른 사람의 생각을 비교하여 기술하였는가?(A, B, C)

7. 참고 사항

가. 유전자 재조합 기술에 사용되는 용어

1) 플라스미드(plasmid)

① 대장균 같은 원핵 생물은 주 DNA외에 고리형 DNA를 가지고 있는데 이를 플라스미드라 한다.

② 플라스미드는 항생 물질이나 외래 DNA(박테리오파지)에 대한 저항 인자를 가지고 있다.

③ 복제 능력을 가지고 있어 우리가 원하는 DNA 운반체로 이용할 수 있다.

④ 따라서 어떤 항생 물질에 대한 저항 인자를 가진 플라스미드를 가지고, 재조합 DNA를 만들어 대장균을 형질 전환(대장균에 삽입) 시킨 후, 그 항생 물질이 들어 있는 배지에서 배양하면 재조합된 플라스미드를 가진 대장균만을 선별하여 증식시킬 수 있다. 이를 클로닝(clonning)이라 한다.

2) 제한 효소(restriction enzyme)

① DNA 사슬에서 특정 염기 배열이 있는 곳을 선택적으로 가수 분해하는 효소이다.

② 현재 여러 가지 세균에서 발견된 제한 효소는 약 200여 종에 달한다.

⭇ Eco RI: DNA의 염기 배열이-GAATTC-인 곳에서 G와 A사이를 선택적으로 절단하는 제한 효소이다.

③ 우리 몸에는 많은 종류의 제한 효소가 들어 있어서 체내로 침입하는 각종 DNA를 여러 도막으로 자르기 때문에 위험으로부터 우리 몸을 보호하는 역할을 한다.

3) 리가아제(ligase): 2개의 DNA를 연결시키는 DNA 결합 효소이다.

나. 인터페론(interferon): 바이러스의 증식을 억제하는(항바이러스) 단백질로 바이러스에 감염된 동물 세포 내에서 만들어지는 물질이다. 이 물질은 바이러스성 질환에 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 특히 항암 효과가 있어서 암치료제로 많이 이용하고 있다.

탐 구 활 동 보 고 서



제 목

39.유전자재조합기술을이용한인슐린생산

[자료해석]

평 가

일 시

년 월 일 요일 교시

학년 반 번 조

이 름

목 표

⼑유전자 재조합 기술의 원리를 설명할 수 있다.

⼑유전자 재조합 과정을 이용하여 인슐린 등 필요한 물질을 대량으로 생산할 수 있다는 사실을 안다.

⼑유전자 재조합 과정을 이용하여 새로운 유전 형질을 가진 개체가 만들어지고, 이와 같은 결과가 인류에게 미칠 수 있는 위험에 대하여 설명할 수 있다.

준비물

⼘그림 자료 1(사람의 인슐린을 대장균이 생산하게 하는 과정)

[탐구 활동 과정]

다음 그림은 대장균을 이용해서 사람의 인슐린을 대량으로 생산하는 과정을 나타낸 것이다.

[그림] 대장균이 사람의 인슐린을 생산하게 하는 과정

[결과 정리 및 토의]

1) 대장균을 이용하여 사람의 인슐린이 생산되는 과정에 대하여 토의하여 보자.

2) 인슐린을 얻는 방법에 있어서 전통적 방법과 유전 공학적 방법의 차이점은 무엇인가?

3) 유전자 재조합 기술과 같은 유전 공학적 방법을 이용할 때 생길 수 있는 문제점에 대하여 토의하여 보자.


[생각해 볼 점]

1) 유전자 재조합 기술을 이용한 연구 성과에 대하여 조사해 보고, 앞으로의 전망에 대하여 토의하여 보자.