[분자생물학실험] 형질전환(Transformation)이란? / 원리와 방법 : Heat shock, 전기천공법

형질전환(Transformation)은 외부의 유전자를 세포 또는 생물체에 도입하여 원래는 없던 새로운 유전 형질을 갖는 것을 말합니다.

 

박테리아를 이용한 형질 전환은 대장균(이하 E. coli)을 이용하는 것이 가장 일반적입니다. 이는 E. coli가 다루기 용이하고 세대기간(Generation time)이 짧아 배양하기 쉽기 때문입니다.

 

E. coli 의 형질전환(Transformation) 과정은 간단하게 Competent cell에 heat shock 또는 전기천공법(Electroporation)을 이용해 유전자를 도입한 뒤 세포가 회복할 수 있는 과정을 거쳐 배지에 플레이팅 후 원하는 유전자가 도입된 균주를 선별하는 과정으로 나눠볼 수 있습니다.

 

 

 

 

앞서 말했듯 Competent cell에 유전자를 도입하는 방법에는 주로 heat shock법과 전기천공법(Electroporation)이 이용됩니다.

1. Heat shock법

E. coli는 Ca2+ 이온 존재 하에 외래 유전자(플라스미드, phage DNA 등)를 도입할 수 있는 상태가 됩니다. heat shock법은 CaCl2에서 세포를 배양하여 인위적으로 외래 유전자를 도입하기 쉽게 만든 Competent cell에 순간적으로 열을 가해(37~42도) E. coli의 세포 안으로 외래 유전자가 도입될 수 있도록 하는 방법입니다.

 

2. 전기천공법 (Electroporation)
E. coli에 순간적으로 고전압 전기장의 짧은 펄스에 노출시키면 세포막에 일시적인 기공(pore)이 생기게 됩니다. 전기천공법은 이때 발생한 생긴 기공을 통해 외래 유전자를 도입하는 방법입니다. 간편하고 효율이 높지만, 전기천공법을 위한 전용 장비인 Electroporator가 필요합니다.

어떤 형질전환 방법을 선택하는가에 따라 필요한 Competent cell이 달라지기 때문에 두 방법 중 어떤 방법을 사용할지 충분히 고려 한 뒤 실험을 진행할 필요가 있습니다.

 

 

그렇다면 둘 중에 어떤 방법을 선택해야 하는 걸까요? Heat shock법의 경우 특별한 장비가 필요 없기 때문에 일반적인 클로닝 및 서브클로닝에 적합합니다.

반면 전기천공법 (Electroporation)은 Electroporator를 필요로하나 Heat shock법보다 전환 효율이 높으며 Heat shock법에 비해 유전자를 도입할 수 있는 균의 종류(E. coli 외 박테리아, 효모 등)의 범위가 더 넓은 장점이 있습니다. 전기천공법 (Electroporation)의 경우 cDNA, gDNA 라이브러리 구축에서 플라스미드의 양이 적거나, DNA의 크기가 30kb 이상으로 큰 경우에 많이 사용됩니다.

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오늘은 세균의 형질전환(Transformation) 중에서도 E. coli의 형질전환(Transformation)에 관한 내용을 중점적으로 짧은 소개를 해보았습니다. Competent cell은 어떤 목적을 가지고 유전자를 도입하는가에 따라 Competent cell 안에서도 다양한 종류로 나뉘는데 다음번엔 이 부분에 대해 다뤄보도록 하겠습니다.

그리고 이전 heat shock 처리를 위한 Competent cell 제조 프로토콜에 관한 글을 올린 적이 있으니 관심 있으신 분은 아래 링크를 참고해주세요.

 

[분자생물학실험] Competent cell 제조 방법

[분자생물학실험] Competent cell 제조 방법