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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.49 No.6 pp.205-216
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2015.49.6.205

The Current Situation of Somatic Cell Nuclear Transfer and Practical Application

Hwan-Hwoo Sung1, Hyun Kim1, Chang-Yong Choe1, Sung-Woo Kim1, Sang-Ki Baek2, Tae-Suk Kim2,3, Joon-Hee Lee2,3*
1Animal Genetic Resources Research Center, National Institute of Animal Science, RDA, Korea
2Department of Animal Bioscience, College of Agriculture and Life Sciences, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Republic of Korea
3Institute of Agriculture & Life Science, College of Agriculture and Life Sciences, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
Corresponding author: Joon-Hee Lee Tel: +82-55-772-1886 Fax: +82-55-772-1889 sbxjhl@gnu.ac.kr
September 23, 2015 November 5, 2015 November 12, 2015

Abstract

In 1997, Wilmut and colleagues reported the birth of a live lamb from cultured cells which were established from adult tissues and this report paved the way for the subsequent development of offspring using cells derived from differentiated cells. Since then, offspring have been reported in a range of species including cattle, mice, goats, pigs, cats, rabbits, mules, rates and horses and from a variety of different cell types derived from embryos, fetuses, juvenile and adult. Somatic cell nuclear transfer(SCNT) is now a well established but inefficient in a range of mammals. Some of the potential applications are based on using SCNT technology to produce cloned animals, but the major applications are likely to be based on nuclear transfer from genetically modified somatic cells so that the cloned embryos and offsprings carry the desired versions of genes. Apparently, the use of SCNT clones in expanding elite breeding and therapeutic application is perceived to have benefit for livestock industry and patients.


체세포 복제기술 현황과 산업적 활용

성 환후1, 김 현1, 최 창용1, 김 성우1, 백 상기2, 김 태숙2,3, 이 준희2,3*
1농촌진흥청 축산과학원 유전자원시험장
2경상대학교 농업생명과학대학 동물생명과학과
3경상대학교 농업생명과학연구원

초록

체세포 복제기술을 이용한 복제가축 생산 기술은 1997년 전 세계적으로 이슈가 되었던 복제 면양 “Dolly”의 탄생을 계기로 여러 나라에서 소, 돼지, 말, 고양이, 개 등 많은 포유류에서 산자 생산에 성 공하였으며 우리나라의 체세포 복제 기술은 기술 선진국 대열에 들어서고 있다. 그러나 복제기술은 아 직까지 높은 유산율과 폐사율 등 해결해야 할 많은 근본적인 문제점 등이 있어 연구해야 할 분야는 적 지 않다고 하겠다. 체세포 복제 동물 생산기술은 당초에는 능력이 우량가축의 생산과 확대 및 조기증식 을 목적으로 이용되고 왔으나, 체세포 내로 우리가 원하는 유전자를 도입시키거나 없애는 기술 (knock-in과 knock-out)의 발달로 바이오장기 생산용 형질전환 복제 돼지의 생산을 목적으로 널리 이 용되고 있다. 또한, 최근에는 멸종위기에 있는 희소동물 유전자원을 멸실 이전에 동결 보존된 체세포를 이용하여 복원에 활용할 뿐 아니라 마약탐지견 생산 등 특수한 목적으로 활용되는 동물을 생산하는 기 술로서 기여하게 된다면 산업적으로 활용할 수 있는 분야가 더욱 확대될 것으로 기대된다. 따라서 체세 포 복제기술은 식용보다는 오히려 다양한 목적으로 복제동물을 생산하게 되면 산업적으로 활용할 수 있 는 가능성이 높을 것으로 기대되고 있다.


    Rural Development Administrationhttp://dx.doi.org/10.13039/501100003627$$Project No. PJ009418012015

    서론

    체세포 복제기술에 의한 동물생산은 1997년 영국 의 Wilmut 등에 의해 세계 최초로 면양의 유선 상피 세포를 이용한 복제 면양“Dolly”가 생산된 이래 많 은 연구가 진행되어 현재까지 소(Kato et al., 1998), 생쥐(Wakayama et al., 1998), 돼지(Polejaeva et al., 2000), 고양이(Shin et al., 2002), 토끼(Chesne et al., 2002), 말(Galli et al., 2003) 그리고 개 (Lee et al., 2005) 등 다양한 동물에서 복제기술로 산자를 생산하였다. 이러한 체세포 복제 동물 생산 기술은 가축개량을 위하여 능력이 우수한 가축의 체 세포를 이용하여 복제가축을 생산하는 목적으로 이 용되었으나, 최근에는 멸종위기의 희소가축이나 생 식기능을 상실한 희소동물로부터 이미 보관된 체세 포를 이용하여 복원시키는 기술로 활용되고 있으며 체세포 내 유전자를 도입하거나 제거하는 기술의 개 발과 접목하여 형질전환 가축을 생산하는 도구로 여 러 나라에서 다양한 방법으로 활용되고 있다.

    그럼에도 불구하고 체세포복제 가축의 식용가능 여부는 농업분야의 유전자 조작 생물체 문제와 같 이 식용으로서의 안전성, 윤리적 문제로 인해 논란 이 되고 있는 실정이다. 현재 미국 식품의약국 (FDA)과 일본 식품안전위원회에서는 복제가축의 식 용을 허가하고 있고 국내에서도 복제가축 및 복제 가축의 후대에 대한 독성 및 안전성에 대한 연구가 수행되어 일반 한우고기와 비교하여 큰 문제가 없 음을 보고한 바 있으나(Lee et al., 2010; Lee et al., 2013), 복제가축의 식용여부에 대한 논란의 소 지가 있을 뿐만 아니라 과학계에서도 고비용에 낮 은 성공률을 갖고 있는 복제동물의 식용연구에 대 해 부정적인 견해가 많다. 또한 발생학적으로 유전 자의 발현 이상뿐만 아니라 높은 유산율 등 아직까 지 해결하여야 할 문제점을 많이 내포하고 있다. 이러한 문제점들은 분화된 체세포를 이용하여 핵 이식을 함으로서 몇몇 불활성 유전자(inactivated genes)의 재활성(reactivation)이 불완전하기 때문 이라고 사료되나 아직 정확한 기전에 대하여는 알려 져 있지 못한 실정이다.

    따라서 본 연구에서는 체세포 복제 가축 생산 기 술현황을 조사하고 이러한 기술을 바탕으로 생산된 복제가축을 어떻게 산업적으로 활용하는 것이 바람 직한지에 대해 살펴보고자 한다.

    1.체세포 복제 동물의 역사

    체세포를 공여핵(nuclear donor)으로 이용하여 복제 동물을 생산하는 연구는 최초의 복제 면양인 “Dolly”가 생산된 이래 우리나라를 포함한 미국, 일본 등 여러 복제기술 선진국에서 여러 동물의 다 양한 체세포를 이용하여 복제 산자 생산에 성공하였 다(Table 1).

    또한 유전자 도입 또는 제거 체세포를 이용한 형 질전환 복제 가축은 인체 생리활성 물질을 생산하는 형질전환 복제 가축과 장기이식을 위한 형질전환 복 제 돼지를 생산하는 목적으로 많은 연구가 진행되어 사람의 제 9인자(human factor Ⅸ)를 유즙에서 분 비하는 면양(Schnieke et al., 1997), 베타(β)와 카 파(κ) 케이신(casein)을 유즙에 포함한 소(Cibelli et al., 1998; Brophy et al., 2003; Campbell et al., 2005) 및 면역유전자를 제거한 장기이식용 돼지(Lai et al., 2002) 등이 개발되었다.

    2.체세포 복제 가축의 생산

    체세포 복제 기술에 의한 복제가축 생산은 여러 포유동물에서 개체 생산에 성공하였으나 수정란과 복제수정란 이식후 태아의 발달과 출생 과정의 비정 상에 의하여 산자생산 효율은 실험 방법, 이식 수정 란의 선발법 등 여러 조건에 따라 수태율 및 분만율 에 차이가 있어 직접 비교하기는 곤란하지만 복제 수정란의 이식 두수를 기준으로 산자 생산율은 0~5%로서 산업적으로 활용하기에는 아직도 낮은 실 정이다(Chavette-Palmer et al., 2004; Campbell et al., 2005). 일반적인 체세포 복제 가축의 생산 과정은 공여핵으로 이용할 체세포의 준비, 수핵난자 로 이용할 난자의 준비와 수핵난자의 핵 제거(탈핵), 공여핵과 탈핵된 난자 세포질의 융합(핵이식), 핵 이식란의 활성화, 수정란의 배양 및 수정란이식 등 의 과정으로 구분할 수 있다.

    2.1.공여축의 체세포 준비

    체세포 복제의 첫 번째 단계는 체세포 복제에 이 용할 체세포의 준비로 일반적으로 태아 또는 출생 후 개체의 체세포를 이용한다. 가축인 소와 돼지의 경우 태아 체세포는 일반적으로 임신 약 35일령 태 아를 적출하여 머리와 장기를 제외한 조직으로부터 생산된 섬유아세포(fibroblast)를 이용하며 성축의 체세포는 귀 조직으로부터 생산한 섬유아세포가 널 리 이용되고 있으나 유선 상피세포, 난관 상피세포, 난구세포 등도 다양하게 이용되고 있다(Kato et al., 1998; Hill et al., 2000; Chavette-Palmer et al., 2004; Campbell et al., 2005). 이러한 체 세포 복제에 이용되는 체세포 중 어떤 체세포가 가 장 효율적인지에 관한 연구는 여러 연구실에서 많은 연구가 진행되었지만 아직 논란의 여지가 많이 있는 실정이다. 그러나 일반적으로 단순한 체세포 복제 가축을 생산하기 위해서는 귀 섬유아세포를 체세포 내 유전자 도입에 의한 형질전환 복제 가축 생산을 위해서는 태아 섬유아세포를 이용하고 있다.

    또한 핵이식에 이용하는 체세포는 충분히 증식된 체세포를 혈청 첨가가 제한한 배지에서의 배양 (serum-starved)을 통하여 체세포의 세포주기를 G0기에 동조할 경우 G1기보다 체세포 복제 가축의 생산효율이 높다는 보고가 있다(Wells et al., 2003). 그러나 형질전환 체세포를 이용하여 형질전환 복제 가축을 생산할 경우에는 G1기가 G0기보다 더 효율 적이다(Wells et al., 2003). 일반적으로 G0기의 체 세포를 얻는 방법으로는 계대배양 시 체세포가 배양 접시 전체에 꽉 들어찰 때까지 배양한 다음, 혈청 0.1~0.5%만 첨가된 배지를 이용하여 3~7일 배양함 으로서 얻을 수 있다. G1기의 체세포의 경우는 위상 차 현미경 등의 장비를 이용하여 방추사(유사분열 후기; anaphase) 또는 풀어지는 염색질을 확인함으 로서 선별할 수 있다. 일반적으로 수핵난자의 경우, 제1 감수분열 후/말기 또는 제2 감수분열 중기(the second metaphase(MII)) 난자가 체세포 복제의 수 핵난자로 폭넓게 사용되고 있다(Elsheith et al., 1998; Campbell & Alberio, 2003; Lee & Campbell, 2008; Kim et al., 2013) Fig .1

    최근에는 핵이식 복제 수정란의 안정적 생산 공 급 기반을 확립하기 위해 Caffeine을 이용한 난자 세포주기 단백질 Maturation promoting factor (MPF)와 Mitogen-activated protein kinase(MAPK) 활성화 연구가 추진되고 있다(Kim et al., 2013). 또한 체세포 복제수정란 생산효율을 증진하기 위해 핵이식 공여핵에 적합한 유도만능줄기세포(induced Pluripotency Stem cells: iPS) 및 초기화유도 전능 성 줄기세포 생산 기술 개발연구를 활발히 추진되고 있다(Lee & Campbell, 2008).

    2.2.수핵난자의 준비 및 탈핵

    체세포 복제 가축 생산을 위한 수핵난자는 체내 또는 체외 성숙된 난자를 이용할 수 있으나 일반적 으로 체세포 복제를 위해서는 도축장으로부터 채취 한 난소를 이용한 체외성숙 난자가 널리 이용되고 있다. 체세포 핵이식에 이용되는 수핵난자 세포질 (cytoplast recipient)의 발육단계는 미수정 난자, 1 세포기 수정란 및 초기 발육단계의 수정란 등 다양 하게 연구가 되었다(Table 2). 수핵난자 세포질로 이용하는 난자 및 수정란의 발육단계별 복제 성공률 을 살펴보면 1세포기 수정란의 경우 생쥐, 소 그리 고 돼지에서 수정란의 생산에 성공하였으나 재구축 수정란(reconstructed embryo)으로의 발달율은 매 우 낮으며, 2세포기 수정란의 경우는 생쥐에 있어서 만 수정란 발달단계는 아니지만 초기 할구 핵형성 단계(early blastomere nuclei)까지 발육되었으며 유사분열 중기(MⅡ)의 성숙난자의 경우 여러 포유동 물에서 성공하여 현재 체세포 복제를 위한 수핵난자 세포질로 널리 이용되고 있다.

    유사분열 중기(MⅡ) 난자의 DNA는 적도판에 염 색체가 배열된 형태로 응축되어 있으며, 대부분의 포유류에서는 세포질의 지질 때문에 일반 현미경 상에서는 관찰할 수 없다. 따라서 탈핵은 20~25 μm의 직경을 가진 미세유리관을 이용하여 제1극체 와 제1 극체에 인접한 세포질 일부를 흡입하거나 미세 유리침으로 제1극체 주위의 투명대에 구멍을 낸 후 난자를 위에서 눌러 구멍난 투명대를 통하 여 제1극체와 세포질의 일부를 제거하는 방법이 이용되고 있다. 그러나 탈핵의 여부를 확인하기 위 해서는 Hoechst 33342(bisbenzimide)에 의한 염색 과 자외선(ultraviolet; UV) 등 하에서 염색의 여부 를 확인할 수 있으나 세포질에 남아있는 미토콘드리 아 DNA에 손상을 입힐 수도 있다는 보고도 있다 (Nour & Takahashi. 1999; Dominko et al., 2000; Campbell & Alberio, 2003).

    위에서 설명한 난자 내 제1극체와 세포질의 일부 를 제거하는 방법에 의한 탈핵 방법이 널리 이용되 고 있으나 etoposide(Elsheikh et al., 1998), etoposidel과 cycloheximide(Fulka & Moor, 1993) 및 ethanol과 demecolcine(Ibanez et al., 2003) 등 화학적 방법에 의한 탈핵 방법도 연구가 되었으 나 널리 이용되고 있지는 않는다. 또한 최근에 생명 공학 관련 기기의 발달로 POL-scope가 개발되어 소 난자의 경우도 이 기기를 통하여 직접 난자의 핵 을 관찰할 수 있게 됨으로서 정확하게 탈핵을 할 수 있는 장치가 개발되었지만 기기가 고가이고 포유류 의 종에 따라 사용제한이 있는 실정이다.

    2.3.핵이식과 난자 활성화

    앞서 설명한 바와 같이 준비된 체세포는 수핵난자 로부터 탈핵 시 만들어진 투명대 절개 부위를 통하 여 이식되며, 체세포와 탈핵된 수핵난자의 융합은 대부분의 포유동물에서 전기 융합법이 널리 이용되 고 있으나(Campbell et al., 2005) 생쥐에서는 piezo를 이용하는 방법이 더 효과적이라는 보고도 있다(Wakayama et al., 1998).

    포유류의 난자는 성숙이 감수분열 중기(MⅡ) 단 계에서 중지되어 배란되며 수정이 되어야 난자의 감 수분열이 재재된다. 이러한 수정과정의 정자 침입에 의하여 난자의 성숙이 재개되는 과정을 활성화라고 하는데, 활성화 과정에서의 난자의 변화는 세포내 Ca++ 농도의 진동이 개시되며, 감수분열의 재개와 종료, 표층과립의 세포외 방출, 모체 mRNAs의 회 복, 웅성과 자성 전핵의 형성, DNA 합성 등이 개시 된다. 따라서 분화된 체세포를 이용하여 복제 수정 란을 형성하기 위해서는 이러한 난자의 활성화 과정 이 필수적이다(Keon & Kono, 1996; Gasparrini et al., 2003; De Montera et al., 2004).

    최근 연구에서 핵이식 공여핵으로 적합한 초기화 유도(Activation-induced Cytidine Deaminase; AID) 전능성 줄기세포와 유도만능 줄기세포(iPS)로 분화된 체세포를 형질전환 시킨 다음, 그 세포를 이 용하여 체세포 복제수정란을 재구축하여 복제수정란 의 융합율, 분활율 그리고 배반포기까지 체외 발육 율을 조사한 결과, 유도만능 줄기세포로 재구축된 복제수정란의 융합율이나 분할율이 다른 처리구에 비해 유의적으로 증가되는 것이 관찰되었으나, 배반 포까지의 체외발육에는 유의적인 차이를 보이지 않 았다고 보고하였다(Kim et al., 2013).

    2.4.핵이식 수정란의 배양 및 이식

    핵이식 수정란의 배양과 이식 방법은 축종에 따 라 다르다. 돼지의 경우 핵이식 후 24시간 이내의 배양 후 재구축 수정란의 상태가 양호한 수정란을 즉시 이식하지만 소 등 다른 가축의 경우는 배반포 단계까지 체외에서 배양을 한 후 양질의 배반포를 수란축에 이식한다. 수정란을 배양하기 위한 배양 액은 현재까지 가축의 품종에 따라 적합한 배양액 이 많이 개발되었으며, 전통적으로 배양액에 소 태 아혈청을 첨가하여 배양하나 혈청이 필요 없는 소 와 양에서의 합성 난관액(synthetic oviduct fluid) 또는 Charles Ronsenkrans Medium(CR) 배양액, 돼지에서의 North Carolina State University 23(NCSU23) 또는 Porcine Zygote Medium(PZM), 생쥐에서의 Chatot Ziomek Bavister(CZB) 또는 Potassium supplemented Simplex Optimized Medium(KSOM) 등이 개발되어 이용하기도 한다. 또한 재구축 수정란 배양에는 과거에는 난관상피 세 포, 난구세포 등 여러 가지 체세포 단층을 영양층으 로 이용하여 이 영양층 위에서 배양하는 공배양 (co-culture)이 이용되었으나 상기한 무혈청 배지 또는 산소의 압을 낮춘 배양 조건에서 수정란만 단 독 배양하는 배양체계가 재구축 수정란의 경우 일반 적으로 널리 이용되고 있다(Campbell et al., 1996; Polejaeva et al., 2000; Lee & Campbell, 2006).

    3.체세포 복제 가축의 유전능력

    체세포 복제 가축 생산의 주요한 목적은 우량 가 축을 대량 복제하는 것이다. 그러나 복제 가축이 체세포를 공여한 가축을 완전하게 복제하였다고는 할 수 없다. 이러한 다소의 변이가 생기는 원인으 로는 체세포 복제 과정 중 체세포 계대배양 시 나 타날 수 있는 체세포의 돌연변이, 체세포 복제 조 작과정 및 재구축 수정란의 배양 과정 등 여러 단 계가 변이의 원인으로 작용할 수 있다. 그러나 가 장 큰 원인으로 재구축 과정에서 일어나는 DNA 메 틸화(methylation) 이상을 들 수 있다(Rideout et al., 2001). 따라서‘체세포 복제 가축이 과연 일란 성 쌍둥이와 같이 유전적으로 동일한가?’라는 의문 을 가질 수 있다. 이를 구명하기 위해서 De Montera et al.(2004)는 AFLP(amplification fragment length polymorphism)라는 기술을 이용하여 5두의 Holstein 복제소를 사용된 체세포와 유전자형을 비 교 분석한 결과 유전좌위별 피크치의 차이는 나타났 지만 유전적 다형형이 실험 오차 범위 내로 차이를 구명하지는 못하였다(Fig. 2).

    체세포 복제 가축의 생산율은 앞에서 서술한 바 와 같이 0~5% 정도로 매우 낮은 실정이며 이러한 낮은 성공률의 원인으로“복제 증후군(cloning syndrome)”이라고 불리는 일련의 발생과정 이상을 들 수 있는데 이러한 이상 현상으로는 높은 유산율, 임신기간의 지연, 산자의 과대 체중, 분만 초기의 높 은 폐사율 등이 있다. 특히 소와 면양에서는 임신 초기에 나타나는 높은 유산율은 태반의 혈관화 결핍 (placental vascularization deficiencies) (Hill et al., 2000; Kato et al., 2000; De Sousa et al., 2001) 및 태반 내에 주 조직적합성 복합체(MHC; major histocompatibility complex) Class Ⅰ 항원 의 존재(Hill et al., 2002) 등이 원인이라는 보고가 있다.

    체세포 복제 가축의 출생 후 이유까지의 생존율을 소를 중심으로 살펴보면 뉴질랜드의 AgResearch 사 에서 1997년 이후 988두의 수란우에 체세포 복제 수정란을 이식하여 생산된 133두의 송아지의 경우 3 개월령 이유시까지 생존한 송아지는 67%였다는 보 고가 있다(Wells et al., 2004) (Fig. 3). 또한 출생 후 성축까지의 생존율을 조사한 결과 생후 1주일 이 내에 25.4%의 출생 송아지가 폐사되고 1개월령 까 지의 생존율은 67.8%, 15개월령 이상 성축으로 자 라는 비율은 62.1%라고 하였다(Chavatte-Palmer et al., 2004) (Table 3).

    이러한 체세포 복제 송아지의 출생 후 성축이 되기 이전의 폐사 원인으로 근골격계(musculoskeletal system)의 이상이 24%로 가장 많고, 그 다음이 부종 (bloat)으로 12%를 차지했다. 그러나 2세의 체세포 복제소를 이용하여 생리적인 건강상태를 나타내는 혈 청의 생화학적 및 혈액학적 비교 분석을 한 결과, 일 반 소와 큰 차이가 없었다(Wells et al., 2004; Kim et al., 2013). 이러한 복제동물의 낮은 생산효율을 극복하고 체세포 복제과정을 통하여 생산된 복제 동 물이 자연적인 수정과정에 의해 태어난 동물과 같은 성장곡선과 건강상태를 나타낼 것인가에 대해 복제 가축 및 실험동물에 대한 연구결과를 보면, 복제 동 물의 성장 곡선, 건강상태 그리고 복제고기에 대한 독성검사 및 안전성 등에 있어서 일반 동물과 뚜렷한 차이점이 없는 것으로 보고되고 있다(Tamashiro et al., 2000; Tamashiro et al., 2003).

    4.체세포 복제 가축 생산물의 안전성

    체세포 복제 가축은 유전자 변형 생물체(LMO: living modified organism, 또는 GMO: genetic modified organism)는 아니지만 분화된 체세포를 이용하여 수정란을 재구축하는 과정에서 일부의 유 전자가 불완전하게 활성화가 된다. 따라서 Non- Governmental Organization(NGO) 등 여러 시민 단체에서는 과연 체세포 복제 가축의 생산물이 인류 의 식탁에 올라 식용으로 이용될 수 있는가에 많은 관심을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 미국, 일 본, 우리나라 등이 포함된 복제 기술 선진국에서는 체세포 복제 가축, 특히 복제 소의 생산물을 이용하 여 일반 소의 생산물과 성분의 비교 등 많은 연구가 진행되었다. 이들 연구자들에 의하여 수행된 실험 결과 모든 결과에서 복제 소 생산물은 일반 소 생산 물과 그 성분에 있어 차이가 인정되지 않았으나 아 직 전 세계적으로 상업적으로 시판은 되고 있지 않 고 있으나 최근 미국을 중심으로“복제 소 생산물” 이라는 표시를 한 후 시판하려는 움직임이 있다. 국 내에서도 농촌진흥청 국립축산과학원에서 보유중인 복제한우를 대상으로 독성연구가 추진되었다. 복제 한우 생산물에 대한 독성시험을 위해 임신인 토끼에 게 임신 전기간 중에 복제한우고기를 사료내 10%까 지 급여한 결과 임신태반이나 생시체중, 각 장기중 량 및 태아성장 등에 대조구에 비해 이상 현상이 없 는 것으로 나타났으며(Lee et al., 2010), 성숙한 흰쥐에게 26주 동안 최고 10% 복제한우고기를 장기 간 급여한 결과, 혈액성상 등 임상적 특이현상이 전 혀 없음을 보고하였다(Lee et al., 2013) 이와 같이 복제소 생산물은 독성 및 특이현상이 발견되지 않아 안전성에 대한 우려할 만한 연구결과가 발견되지 않 았다.

    5.체세포 복제기술의 산업적 이용

    5.1.멸실위기 백한우 복원

    현재 우리나라에 있는 한우는 일반적인 한우와 칡 소, 흑우, 제주흑우 등 4개 품종이 있는데 국제연합 식량농업기구(FAO)의 멸종위험도 기준에 의하면 한 우를 제외한 3개 품종은 개체수가 매우 적어 멸종 위험에 있는 품종으로 조사됐다. 또한, 백색증 (albino) 희귀 유전자를 가진 백색한우의 경우, 멜라 닌을 생성하는 티로시나제의 mutant로 인해 발생되 는 현상으로 국내에는 극히 희소하여 멸종 위기에 있는 실정이다. 이와 같이 황색 한우만이 아닌 다양 한 재래한우의 유전자원 개체 복원, 증식 및 확보는 한우 유전자원의 다양성 확보 면에서 매우 중요하다 고 할 수 있으며, 이들 개체의 경제적 가치와 유전 적 특성분석을 위해 개체의 복원 및 증식 노력이 긴 요하다. 최근 농촌진흥청 국립축산과학원에서는 폐 사한 백한우 씨수소로부터 체세포 복제기술을 이용 하여 복원하는데 성공하였다(Fig. 4). 이번에 복원 된 백한우는 동결보존된 체세포를 이용하여 복원하 였고, 기존 보유하고 있는 백색한우는 번식기술을 적용하여 증식에 노력하고 있다. 향후 복원된 복제 백한우를 포함하여 백한우 집단은 경제성분석을 통 하여 활용할 예정이며, 특정 질병의 모델로서도 재 조명 될 것으로 기대된다.

    5.2.특수목적견의 복제생산

    앞에서 서술한 바와 같이 체세포 복제기술을 이용 하여 최초의 복제양 돌리가 태어난 이후(Wilmut et al., 1997), 지금까지 소, 돼지, 생쥐, 고양이 등 다 양한 종류의 복제 동물이 생산되었다(Kato et al., 1998; Wakayama et al., 1998; Shin et al., 2002; Wells et al., 2003). 이와 같이 복제동물의 생산기술은 다양한 동물에서 성공적으로 생산되었으 나 복제동물의 생산물은 소비자의 인식차로 인해 식 용으로 접근하기에는 다소 한계가 있는 것으로 예상 된다. 최근에는 반려동물이나 특수목적으로 활용되 고 있는 동물복제가 언론에 종종 보도되고 있다. 최 초의 체세포 복제견인 Afghan Hound종 “스너피” 가 탄생된 이후(Lee et al., 2005)에 Toy Poodle (Jang et al., 2008), Golden Retriever(Kim et al., 2009) 등 다양한 품종에서 복제견이 생산되었 고 최근에는 경찰청 특수목적으로 활용하고 있는 Labrador Retriever를 복제하였으며 유전자분석을 통하여 복제견과 세포공여견이 동일한 혈액형을 확 인하였으며 혈액학적 및 혈청 생화학적 분석결과를 통해 일반견과 유사한 양상을 나타내고 있어 막대한 예산으로 선발·육성되는 마약 탐지견의 유전적 능 력을 받은 복제견의 특수목적 수행이 가능할 것으로 예상되고 있다(Kim et al., 2013). 이와 같이 복제 기술로 생산된 동물은 식용이 아닌 다양한 목적으로 특수한 능력을 가진 개체를 산업적으로 활용할 수 있는 가능성이 높을 것으로 기대되고 있다.

    결론

    체세포 복제기술을 이용한 복제가축 생산 기술은 1997년 전 세계적으로 이슈가 되었던 복제 면양 “Dolly"의 탄생을 계기로 여러 나라에서 소, 돼지, 말, 고양이, 개 등 많은 포유류에서 산자 생산에 성 공하였으며 우리나라의 체세포 복제 기술은 기술 선 진국 대열에 들어서 있다. 그러나 복제기술은 아직 까지 높은 유산율과 폐사율 등 해결해야 할 많은 근 본적인 문제점 발굴 등이 있어 연구해야 할 분야는 적지 않다고 하겠다. 체세포 복제 동물 생산기술은 당초에는 능력이 우량가축의 생산과 확대 및 조기증 식을 목적으로 이용되고 왔으나, 체세포 내로 우리 가 원하는 유전자를 도입시키거나 없애는 기술 (knock-in과 knock-out)의 발달로 바이오장기 생 산용 형질전환 복제 돼지의 생산을 목적으로 널리 이용되고 있다. 또한, 최근에는 멸종위기에 있는 희 소동물 유전자원을 멸실 이전에 동결 보존된 체세포 을 이용하여 복원에 활용할 뿐 아니라 마약탐지견 생산 등 특수한 목적으로 활용되는 동물을 생산하는 기술로서 기여하게 된다면 산업적으로 활용할 수 있 는 분야가 더욱 확대될 것으로 기대된다. 따라서 체 세포 복제기술은 식용보다는 오히려 다양한 목적으 로 복제동물을 생산하게 되면 산업적으로 활용할 수 있는 가능성이 높을 것으로 기대되고 있다.

    Figure

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    Hanwoo cloned animals reconstructed by somatic cell nuclear transfer

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    Comparison of fluorescent emission pattern between clones genetype 1 and the donor cells by using AFLP gel-primer combination

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    Mortality factors in the 17 cloned cattle that have so far died between 3 months and 4 years of age (Wells et al., 2004)

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    Cloned Korean Native White Cattle(Hanwoo) produced by somatic cell nuclear transfer

    Table

    Major milestone of somatic cell nuclear transfer

    Developmental stage of recipient cytoplast for nuclear transfer

    Chemically induced TII

    Survival rates in the 59 bovine somatic cell clones born at INRA since 1998

    aOne animal has not reached 15 months yet; the oldest animal is 4 years of age

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