Plasmids 101 : What is a plasmid?

Addgene의 "Plasmids 101" 시리즈는 모든 수준의 과학자들과 플라스미드를 사랑하는 사람들을 위한 교육을 목적으로 제작된 콘텐츠로, 플라스미드에 대한 입문서 역할을 합니다.

가장 기본적인 수준에서 플라스미드는 숙주의 염색체 DNA와는 독립적으로 복제되는 작고 원형의 DNA 조각입니다. 주로 박테리아에서 발견되지만, 고세균(Archaea)이나 효모, 식물과 같은 진핵생물에서도 자연적으로 존재합니다. 자연 상태에서 플라스미드는 항생제 내성, 분해 기능, 병원성(독성) 등 숙주에게 하나 이상의 기능적 이점을 제공합니다. 모든 자연 플라스미드는 복제 시작점(origin of replication)을 포함하고 있으며, 이는 플라스미드의 숙주 범위(host range)와 복제 수(copy number)를 조절합니다.

또한 일반적으로 생존에 유리한 유전자(예: 항생제 내성 유전자)를 포함하고 있습니다.

반면, 실험실에서 사용하는 플라스미드는 대개 인공적으로 만들어진 것으로, 외부 DNA를 다른 세포에 도입하기 위해 설계됩니다. 최소한 실험실 플라스미드는 복제 시작점, 선택 마커(selection marker), 클로닝 부위(cloning site)를 포함하고 있습니다. 플라스미드는 수정이 용이하고 세포 내에서 자가 복제가 가능하기 때문에, 생명과학자나 생명공학자들에게 매우 유용한 도구로 활용됩니다.

실험실에서는 플라스미드를 어떻게 제작할까요?

플라스미드는 인공적으로 만들어지기 때문에 실험실에서는 흔히 vector 또는 construct라고 불립니다. 관심 있는 유전자를 vector에 삽입하기 위해, 과학자들은 다양한 클로닝 방법(제한효소 클로닝, 리가제 비의존적 클로닝, Gateway, Gibson 클로닝 등) 중 하나를 사용할 수 있습니다. 어떤 클로닝 방법을 사용할지는 삽입하고자 하는 플라스미드의 특성에 따라 결정됩니다. 어떤 방법을 선택하든, 클로닝 단계가 완료되면 삽입된 유전자를 포함한 벡터는 박테리아 세포에 형질전환(transform) 되고, 항생제 배지에서 선택적으로 배양됩니다. 중요한 점은, 플라스미드를 얻기 위해 사용하는 박테리아는 빠르게 증식하면서 플라스미드도 함께 대량으로 복제하기 때문에, 과학자들은 원하는 플라스미드를 손쉽게 대량 생산하여 이후 실험에 활용할 수 있다는 것입니다.

과학자들은 플라스미드를 어떻게 사용할까요?

일반적으로 과학자들은 타겟 세포에서 유전자 발현을 조절하기 위해 플라스미드를 사용합니다. 플라스미드는 유연성, 다양성, 안전성, 비용 효율성 등의 특성 덕분에 분자생물학자들이 다양한 연구 분야에서 폭넓게 활용할 수 있습니다.

대표적인 플라스미드 유형으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

플라스미드는 아래와 같은 다양한 목적에 사용됩니다.

Addgene은 실험실에서 플라스미드를 더 쉽게 사용할 수 있도록 다양한 교육 자료를 제공하고 있습니다. Addgene의 분자생물학 참고서(Molecular Biology Reference)에는 분자 클로닝, 플라스미드 벡터 선택 방법, 분자생물학 도구 및 참고자료, 플라스미드 보관법 등이 포함되어 있습니다. 또한 다양한 실험 프로토콜과 문제 해결 팁도 제공하여, 플라스미드를 보다 간단하고 명확하게 사용할 수 있도록 돕고 있습니다.

[동영상 보기 ▶]​