<h2>분자농업의 개발</h2><p>분자농업은 기본적으로 의약용, 산업용 단백질을 만드는 유전자를 식물에 도입하여 발현시키는 식물형질전환이 바탕이 되므로 분자농업의 개발은 식물의 형질전환 기술과 형질전환 식물체의 개발을 바탕으로 하여 이루어져야 한다.</p><p>식물에서 외래 유전자를 발현시키는 방법으로는 안정적 형질전환 (stable transformation)과 일시적 발현 (transient expression) 시스템을 이용하는 방법이 있다. 안정된 형질전환은 도입된 유전자가 식물체에 안정하게 도입되어 유전자를 발현시키는 방법으로 핵 형질전환과 plastid 형질전환이 있다. 핵 형질전환은 Agrobacterium을 이용하는 방법과 직접적으로 물리적 힘을 이용하는 방법이 있다. Agrobacterium을 이용하는 식물 형질전환 방법은 쌍자엽식물을 대상으로 많이 이루어지고 몇 가지의 단자엽 식물에서도 이용되고 있는데 이 방법이 알려진 후부터 식물에서 외래 유전자의 발현이 많이 보고되고 있다. Agrobacterium을 이용하여 형질전환이 어려운 식물체의 경우에는 물리적인 힘을 이용하여 직접적으로 목적유전자를 도입시키는 방법인 유전자총을 이용하는 방법이 많이 사용되고 있다.</p><p>형질전환 식물체를 이용하는 분자농업의 개발에 있어서 가장 문제시 되는 것은 외래 유전자의 발현 수준이 낮은 점이다 (Doran 2006). 이러한 낮은 발현 수준을 극복하기 위하여 많은 노력과 시도가 이루어지고 있는데 도입 하고자 하는 유전자의 codon을 식물에서 많이 이용되고 있는 codon으로의 치환에 의한 유전자의 최적화 (Mason etal. 1998; Kang et al. 2004), 유전자의 안정성에 영향을 미치는 요소 제거 (De Jaeger et al. 2002; Ibrahim et al. 2001; Outchkourov et al. 2003), 강력한 프로모터 및 발현 시스템의 개발 등이 있다. 또한 엽록체 형질전환 (Bock 2001), viral vector 시스템을 이용한 고발현 (Gleba et al. 2007), 저장 액포에 targeting을 통한 고축적 등이 수행되고 있다. 특히, 엽록체 형질전환을 이용한 단백질의 고발현 시스템은 세포에 존재하는 수많은 엽록체 게놈에 도입된 유전자로 인하여 외래단백질의 발현이 전체 수용성 단백질의 \( 20 \sim 50 \% \)로 아주 높은 발현을 보였을 뿐만 아니라 (Daniell 2005) GMO (genetically modified organism) 작물의 문제점 중의 하나인 도입된 유전자가 환경으로 확산되는 것을 방지할 수 있다는 것이다. 즉 엽록체는 모계유전을 하기 때문에 이러한 문제점을 막을 수 있는 장점도 가지고 있지만 반면에 엽록체를 포함하고 있는 조직이 존재하는 식물에만 제한된다는 단점을 가지고 있다.</p><p>식물의 안정적 핵 형질전환에 의한 형질전환 식물체의 개발은 시간과 노동력이 많이 요구되고 또한 외래단백질의 발현이 미비한 수준이므로 최근에는 식물에서 viral vector와 Agrobacterium을 이용한 일시적 발현에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. Agrobacterium을 이용한 agroinfiltration은 목적유전자를 가지고 있는 Agrobacterium을 식물의 잎에 침윤 시킨 후 수 일내에 발현을 확인하는 방법으로 아주 단순한 방법이다 (Vaquero et al. 2002). 바이러스의 강력한 발현시스템과 agroinfiltration을 같이 이용하여 외래단백질을 발현시키는 시스템인 magnifection에 의해서 외래단백질의 고발현 시스템이 보고되었다. 이 magnifection 방법은 virus의 강력한 발현, Agrobacterium을 이용한 transfection efficiency 그리고 식물의 post-transcriptional capabilities의 장점을 접목한 방법으로 시간이 적게 들고 외래단백질의 고발현을 얻을 수 있으므로 최근 식물에서 단클론 항체의 발현에서 많이 이용되고 있다.</p><p>분자농업은 앞에서 언급한 것과 같이 식물의 형질전환을 이용하는 것으로 형질전환 시킬 대상 식물의 개발도 중요하다. 식물의 선택시 고려할 점으로는 형질전환과 재분화의 용이성, 시작품 및 대규모 생산과 유지에 드는 경비, 생산주기의 기간, 바이오매스의 생산성, 가공비용과 식용에 대한 가능성, 저장과 물류에 대한 비용 그리고 오염을 제거하는데 드는 비용 등이다 (Schillberg et al. 2005). 담배 식물체에서 외래유전자의 발현 연구가 많이 이루어졌는데 담배는 식물형질전환의 모델식물로 외래 단백질의 발현 시스템이 잘 알려졌다. 그러나 담배는 높은 니코틴 함량과 다양한 알칼로이드에 의한 독성으로 식용으로 부적합하다. 최근에는 이를 극복하기 위하여 낮은 함량의 니코틴을 가진 담배를 이용한 외래단백질 발현들이 보고되고 있다 (Kang et al. 2005). 담배 외에도 감자 (Haq et al. 1995; Yu and Langridge 2001), 바나나 (Kumar et al. 2005), 토마토 (Zhou et al. 2008), 벼 (Shin et al. 2002), 상추 (Kim et al. 2009)등 여러 식물들이 형질전환에 이용되고 있다. 감자는 형질전환이 쉽고 영양증식이 가능하고 세계적으로 재배가 많이 되고 특히, 식물 경구백신 유전자의 발현이 많이 보고되어 있는데 식용 가능하나 조리시 가열에 의한 항원단백질의 변형과 면역성의 감소를 유발할 수 있는 단점을 가지고 있다. 바나나는 식물경구백신 개발 초기에 어린이가 선호하고 조리가 필요 없어 식물경구백신의 좋은 대상이었지만 식물형질전환이 어렵고 시간이 많이 소요되는 단점을 가지고 있다. 토마토와 상추는 조리 없이 생식이 가능하여 경구백신으로 선호되고 있지만 수확 후 빠른 시간 내에 소비해야하므로 저장과 수송에 문제점이 있다. 쌀은 동남아 지역에서 많이 재배되어 주식으로 이용되고 있고, 외래단백질의 고발현 시스템이 개발되어 있으며 저장과 수송이 용이한 장점이 있으나 생장이 느리다는 단점을 가지고 있다.</p>
유전자가 도입된 안정된 형질전환이 유전자를 발현시키는 방법에는 무엇이 있는가?
핵 형질전환과 plastid 형질전환