2. 제한효소츄

네 여러분의 라이츄입니다. 

원래 이게 주말 연재인데 ㅋㅋㅋㅋ 지금 헤드쿼터 출장가서 놀고 앉아있고... 

드롭박스 그림들 보면서 업무 관련된 거 죄다 정리하고 있습니다... (주륵) 

오늘의 토픽은 바로 제한효소입니다. 

제한효소? 그게 뭐지? 뭔가 제한하는 효소인가? 효소는 또 뭐지? 

자 자 일단 진정하시고... 먼저 효소에 대해 잠깐 알아보고 갑시다. 

왜 우리가 반응을 좀 더 빨리 일어나게 하기 위해 촉매를 넣는 경우가 있습니다. 백금이라던지 팔라듐이라던지... 흔히 Catalyst라고 하죠? 

효소도 그런 종류입니다. 하지만 팔라듐과 백금 따위와 달리 크기가 좀 되는 단백질인 게 함정이죠. (물론 사람 입장에서는 그것도 작은 게 함정) 

왜 소설같은 데 보면 나노머신이 인체에 들어가서 기능하고 그런 게 있잖아요? 그걸 우리는 이미 가지고 있는데, 그게 바로 효소이기 떄문이죠. 

이런 겁니다. (ATP 합성효소) 

TV에서 나오는 매실 효소 이런 건 사실 '청'이 맞고요, 효소는 단백질이라서 뭘 처묵하거나 번식하거나 하지는 않습니다. 

효소의 양을 늘리려면 그 효소를 코딩하는 유전자의 양을 늘려야 하죠. 

그럼 제한효소란 무엇인지에 대해 자세히 알아봅시다. 

일단 이 제한 효소는 우리 몸에 없습니다. 우리 뱃속이나 화장실이나 에브리웨얼 거주중이신 세균의 몸 속에 있죠. 

우리도 바이러스의 침공을 받듯이, 세균을 대상으로 하는 바이러스가 있는데 그게 바로 '박테리오파지'랍니다. 

이름을 풀어보자면 간단합니다. 박테리아 이터(포식자)죠. 

바이러스가 숙주 안에 들어가면 자기 유전자를 끼워 넣고 복제를 하죠? 박테리오파지도 마찬가지입니다. 

그런데 이 외부 DNA가 들어왔을 때 제한 효소가 이를 인식해서 자르면 박테리오파지 DNA는 들어가도 제 기능을 못 합니다. 

물론 이 효소는 특정 서열을 인식하고 자르지 이게 내껀지 남의껀지는 모릅니다. 

어, 그럼 세균의 DNA는 어쩌죠? 보통 이러한 제한 효소들은 DNA 염기(보통 구아닌이나 시토신같은 거에 붙임)에 메틸기가 붙어 있으면 인식을 몬합니다. 

그래서 세균의 DNA에는 메틸기가 붙어있죠. 

이 제한 효소들은 크게 세 가지 클래스가 있습니다. 

클래스 I은 특정 시퀀스를 인식하지만 자르는 데는 인식하는 자리에서 떨어져 있고, 복불복(...)입니다. 즉 랜덤이죠. 

클래스 II가 가장 많이 쓰는 건데 이건 또 소분류가 여러개입니다. 인식하는 시퀀스도 특이적이고, 보통은 인식한 시퀀스를 자르는데 어떻게 자르느냐에 따라 스티키냐 블런트냐로 나뉩니다. 디엔에이가 이중나선인데 이걸 비대칭으로 자르면 스티키, 깔끔하게 딱 자르면 블런트죠. 소분류는 orthdox II, II S, IIT, II E, II F, II G, II M, II B로 나뉘어 있습니다. 

클래스 III은 특정 시퀀스의 반대편에 또 다른 인식 서열이 있어야만 자르며, ATP가 있어야 작동하는 효소입니다. 그리고 꼭 DNA를 자르다 말아요. 

요즘은 효소가 잘 나오는지 메틸기 붙은 놈도 자르데요. 

제한 효소 제한 효소 하지만 사실 이 녀석들도 이름이 있습니다. 

균이 세상 여러가지인데 그거 다 뭉뚱그려서 그렇게 부르면 안돼죠 ㅋㅋ 

보통 이름은 세균의 속+종+균주명+발견된 순서에 따라 붙습니다. 

여기서 우리의 실험실 호갱 1호 EcoRI을 불러봅시다. 

바로 이놈이 실험실 호갱 1호입니다. (2호는 HindIII) 

이 녀석의 이름이 이렇게 된 이유는 간단합니다. Escherichia coli(속, 종)+RY13(strain)+1빠로 발견돼서 I. 

마찬가지로 Agrobacterium tumefaciens라는 박테리아의 GV3101에서 첫 번째로 제한 효소가 발견된다면 AtuGI이 되는거죠. 

그리고 HaeIII 의문의 1패 이름 지어줬더니 강제 식재료행 

XbaI 의문의 1패 이름 지어줬더니 욕이 되어버렸...... 

그럼 이 제한 효소를 어디다 써먹느냐? 간단합니다. 

우리가 시퀀스를 알고 있는 DNA를 던져주면 이녀석이 특정 시퀀스를 인식해서 자릅니다. 그걸 이용해서 이미 클로닝 된 벡터가 있을 경우 거기서 유전자를 자를 수 있습니다. 이 때 효소를 하나만 쓰면 single digestion, 두 개 쓰면 double digestion이라고 합니다. 

물론 이 때도 효소 선택을 잘 해야 하는게 거의 몇시간씩 떄려박아야 하는데 활성 온도가 다르면 망합니다... 

보통 37도가 활성 온도지만 가끔 25도나 65도인 애들이 좀 있어요. (특히 TaqI) 그 외에는 뭐... point mutation으로 인해 염기가 달라지면 DNA가 잘리는 사이즈가 달라진다던가 할 수 있겠죠. 

그리고 한가지 용도가 더 있습니다.

벡터라고 해서 동그랗게 생긴 게 있습니다.

(이게 벡터입니다) 

벡터는 둥글게 생겼지만 DNA는 5'(인산기 있는 방향)에서 3'(OH기 방향)으로 복제가 되는데다가 플라스미드도 그렇지만 복제 시작점? 그런 게 존재합니다. 그런데 DNA가 꺼꾸로 박혀불면 제 기능을 몬하죠. 

제한효소를 이용해 이 DNA가 까꾸로 들어갔는지, 제대로 들어갔는지를 알 수 있습니다. 아주 간단해요. (그림이 없었다) 

저 위의 벡터 그림을 보면 뭔가 많은데 저게 다 제한 효소들입니다. 그러니까 저 부분을 자르는거죠. 요즘은 시퀀스만 입력하면 어떤 효소가 어디를 자르는지도 찾아줍니다. (이건 실화임) 그리고 DNA가 들어가는 곳은 저기 저, CaMV 35S promoter 오른쪽입니다. 저 프로모터가 유전자를 과발현시켜주죠. 

그러면 이 효소를 어떻게 정하느냐. 

보통 벡터에 DNA를 붙이려면 사전에 gDNA를 바탕으로 PCR을 진행합니다. 그러기 위해 들어가는 한 쌍의 프라이머에는 특정 제한 효소가 인식하는 부위가 있죠. (앞에 하나 뒤에 하나) 그 두 개 중 하나를 먼저 고릅니다. 그리고 그 다음으로 하나는 벡터의 중간을 자르면서 DNA는 자르지 않는 효소를 골라주면 됩니다. 

자, 그럼 예를 들어보겠습니다. 앞의 프라이머는 HaeIII해삼, 뒤의 프라이머는 XbaI, 그리고 벡터 중간을 XhoI이 자릅니다. 그리고 DNA가 제대로 박혔을 때 나와야 하는 사이즈가 HaeIII-XbaI이 1.5kb(염기 단위입니다), XbaI-XhoI이 1kb예요. 그러면 여기서 XbaI이랑 XhoI으로 잘랐을 때 이게 해삼-DNA-XbaI로 똑디 들어갔으면 1kb 하나짜리 밴드가 나옵니다. (전기영동 하면 됩니다) 그럼 까꾸로 들어갔다면? DNA가 까꾸로 들어가면 순서가 XbaI-DNA-해삼-벡터(XhoI)이 되므로 플러스 알파인 밴드가 나오는거죠. 해삼이라뇨 반대로 해삼-XhoI로 잘랐다면 제대로 들어갔을 때 보다 까꾸로 들어갔을 때 double digestion 한 DNA 사이즈가 더 작겠죠? 

생각보다 이해가 안 되는 부분이 많으실 것 같아서 다음 강의는 피쌸로 준비를 했습니다. (전기영동에 대해서도 같이 설명합니다)