# 재조합 단백질 생산을 위해 인간 유전자를 대장균 발현 벡터에 클로닝하려 한다. 인간 게놈 DNA 대신 반드시 cDNA를 사용해야 하는 주된 이유와, cDNA 합성에 사용되는 효소의 조합으로 옳은 것은?

> source: MyMerci (mymerci.kr)  
> url: https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445368  
> language: ko  
> subject: 핵산 연구 기법

## 문제

재조합 단백질 생산을 위해 인간 유전자를 대장균 발현 벡터에 클로닝하려 한다. 인간 게놈 DNA 대신 반드시 cDNA를 사용해야 하는 주된 이유와, cDNA 합성에 사용되는 효소의 조합으로 옳은 것은?

## 보기

1. 대장균은 폴리-A 꼬리를 번역할 수 없으므로 cDNA를 사용하며, 역전사효소와 RNase H를 이용하여 mRNA로부터 이중 가닥 cDNA를 합성한다.
2. 대장균은 5' 캐핑을 수행할 수 없으므로 cDNA를 사용하며, RNA 중합효소와 DNA 라이게이스를 이용하여 mRNA로부터 cDNA를 합성한다.
3. 대장균은 인트론을 스플라이싱할 수 없으므로 cDNA를 사용하며, RNA 중합효소와 헬리카제를 이용하여 mRNA로부터 이중 가닥 cDNA를 합성한다.
4. 대장균은 인트론을 스플라이싱할 수 없으므로 cDNA를 사용하며, 역전사효소와 DNA 중합효소 I을 이용하여 mRNA로부터 이중 가닥 cDNA를 합성한다. **✔ 정답**
5. 대장균은 코돈 사용 빈도가 달라 번역이 불가능하므로 cDNA를 사용하며, 역전사효소와 터미널 트랜스퍼라아제를 이용하여 mRNA로부터 이중 가닥 cDNA를 합성한다.

**정답: 4**

## 해설

진핵세포 유전자는 인트론을 포함하지만 대장균은 스플라이소좀이 없어 인트론을 제거할 수 없다. 따라서 성숙한 mRNA로부터 역전사한 cDNA를 사용해야 인트론 없이 연속적인 단백질 코딩 서열을 얻을 수 있다. cDNA 합성은 먼저 역전사효소(reverse transcriptase)가 mRNA를 주형으로 단일 가닥 cDNA를 합성하고, 이후 RNase H 또는 알칼리 분해로 RNA를 제거한 뒤 DNA 중합효소 I이 두 번째 가닥을 합성하여 이중 가닥 cDNA를 완성한다. 2번의 RNA 중합효소와 DNA 라이게이스는 cDNA 합성 효소가 아니다. 3번에서 RNase H는 RNA/DNA 혼성체의 RNA 가닥을 분해하는 데 관여하지만 두 번째 가닥 합성에는 DNA 중합효소가 필요하므로 효소 조합이 불완전하다. 4번의 RNA 중합효소와 헬리카제는 cDNA 합성과 무관하다. 5번에서 코돈 사용 빈도 차이는 발현 효율 문제이지 cDNA 사용의 주된 이유가 아니며, 터미널 트랜스퍼라아제는 cDNA 말단에 호모폴리머 꼬리를 추가하는 데 사용되지 이중 가닥 합성 효소가 아니다.

## 심화 해설

핵심 해설
이 문제는 재조합 단백질(Recombinant protein) 생산을 위한 유전자 클로닝(Cloning) 전략과 관련된 분자생물학적 핵심 개념을 묻고 있어요. 진핵생물(Eukaryote)인 인간의 유전자를 원핵생물(Prokaryote)인 대장균(E. coli)에서 발현시키기 위해 게놈 DNA(gDNA, genomic DNA) 대신 상보적 DNA인 cDNA(complementary DNA)를 사용하는 주된 이유는, 대장균에는 진핵생물의 인트론(Intron)을 제거하는 스플라이싱(Splicing) 기구가 없기 때문이에요.

**핵심 개념 분석 (Key Concept)**: 인간 게놈 DNA에는 단백질을 암호화하는 엑손(Exon) 사이에 비암호화 서열인 인트론이 존재해요. 인간 세포는 전사(Transcription) 후 스플라이소좀(Spliceosome)을 통해 인트론을 잘라내고 엑손만을 연결하여 성숙한 mRNA를 만들어요. 그러나 대장균은 이러한 스플라이싱 능력이 없기 때문에, 인트론이 포함된 인간 게놈 DNA를 그대로 넣어주면 대장균은 인트론까지 하나의 연속된 서열로 인식하여 엉뚱한 아미노산 서열을 만들거나 발현에 실패하게 돼요. 따라서 인트론이 이미 제거된 성숙한 mRNA로부터 핵심! 역전사효소(Reverse transcriptase)를 사용해 합성한 cDNA를 사용해야만 대장균에서도 정확한 인간 단백질을 생산할 수 있어요.

**정답 근거 (Answer Rationale)**: ④번이 정답이에요. cDNA 합성 과정을 정확히 이해해야 해요.
1.  첫 번째 가닥 합성: 역전사효소(Reverse transcriptase)가 mRNA를 주형으로 삼아 단일 가닥 cDNA를 합성해요. 이때 RNA-DNA 혼성체(Hybrid)가 만들어져요.
2.  RNA 주형 제거: RNase H 또는 알칼리(Alkali) 처리를 통해 RNA-DNA 혼성체에서 RNA 가닥만 분해해요.
3.  두 번째 가닥 합성: 남은 단일 가닥 cDNA의 3' 말단에 헤어핀 구조(Hairpin loop)가 형성되면, 이를 프라이머(Primer)로 삼아 DNA 중합효소 I(DNA Polymerase I)이 상보적인 두 번째 DNA 가닥을 합성하여 최종적으로 핵심! 이중 가닥 cDNA를 완성해요.

**오답 분석 (Distractor Analysis)**:
혼동 주의! ①번: cDNA를 사용하는 이유는 대장균의 인트론 스플라이싱 불가능 때문이지, 폴리-A 꼬리(Poly-A tail) 번역 불가가 주된 이유가 아니에요. 효소 조합에서 RNase H는 사용되지만, 이후 DNA 중합효소에 대한 언급 없이 "RNase H를 이용하여 이중 가닥 cDNA를 합성한다"는 설명은 불완전해요. RNase H는 RNA를 제거할 뿐 DNA를 합성하지는 못해요.
혼동 주의! ②번: 5' 캡(Cap) 구조는 번역 효율에 영향을 주지만, cDNA를 사용하는 근본적인 이유는 인트론이에요. RNA 중합효소(RNA polymerase)는 DNA를 주형으로 RNA를 합성하는 효소이고, DNA 라이게이스(DNA ligase)는 DNA 조각을 연결하는 효소로, cDNA 합성의 핵심 효소 조합이 아니에요.
혼동 주의! ③번: cDNA를 사용하는 이유는 정확하지만, 효소 조합이 틀렸어요. RNA 중합효소와 헬리카제(Helicase)는 cDNA 합성 과정에 관여하지 않아요. 헬리카제는 DNA 복제 시 이중 나선을 푸는 효소예요.
⑤번: 코돈 사용 빈도(Codon usage bias) 차이는 발현 효율(Expression efficiency)에는 영향을 주지만, 게놈 DNA 대신 cDNA를 사용하는 '주된 이유'는 인트론의 존재예요. 터미널 트랜스퍼라아제(Terminal transferase)는 주형 없이 DNA 말단에 뉴클레오타이드를 추가하는 효소로, cDNA 클로닝 시 말단에 인공적인 제한효소 자리를 만들 때 사용될 수는 있지만 이중 가닥 cDNA를 합성하는 핵심 효소는 아니에요.

**연관 개념 정리 (Related Concepts)**: cDNA 라이브러리(Library)와 게놈 DNA 라이브러리의 차이, 발현 벡터(Expression vector)의 필수 구성 요소(프로모터, 리보솜 결합 부위 등), 대장균에서 발현된 진핵생물 단백질의 번역 후 변형(Post-translational modification, 예: 글리코실화(Glycosylation))의 부재 문제도 함께 알아두세요. 인슐린(Insulin)이 대표적인 cDNA 유래 재조합 단백질 의약품이에요.

개념 정리

| 구분 | 게놈 DNA (gDNA) | 상보적 DNA (cDNA) |
| --- | --- | --- |
| 기원 | 염색체 DNA | 성숙한 mRNA의 역전사 산물 |
| 인트론 | 존재함 | 존재하지 않음 (스플라이싱 완료) |
| 프로모터 | 포함 가능 | 일반적으로 불포함 (발현 벡터에 의존) |
| 원핵생물 발현 | 불가능 (인트론 처리 불가) | 가능 (연속적 코딩 서열) |

한눈에 비교!
혼동 주의! cDNA 합성 vs PCR(Polymerase Chain Reaction)
cDNA 합성은 mRNA를 주형으로 역전사효소를 사용하고, PCR은 DNA를 주형으로 DNA 중합효소(Taq polymerase 등)를 사용해요. RT-PCR(Reverse Transcription PCR)은 이 두 과정을 결합하여 mRNA 발현량을 정량 분석하는 기술이에요.

약리기전 포인트
역전사효소(Reverse transcriptase)는 레트로바이러스(Retrovirus)에서 유래했으며, RNA-의존성 DNA 중합효소(RNA-dependent DNA polymerase) 활성과 RNase H 활성을 모두 가지고 있어 cDNA 합성에 핵심적인 역할을 해요.

암기 팁
"**인**간 유전자 발현엔 **인**트론이 문제! **cDNA**는 **C**lean(깔끔한) **DNA**"라고 연상해 보세요.

국시 빈출 포인트
재조합 단백질 생산 과정에서 cDNA를 사용하는 이유와 cDNA 합성에 관여하는 효소(역전사효소, DNA 중합효소)는 약학대학 생화학 및 분자생물학 시험에 단골로 출제되는 개념이에요.

기출 변형 주의!
단순히 'cDNA를 사용하는 이유'만 묻는 것이 아니라, '게놈 라이브러리에서 특정 유전자를 찾기 위해 사용하는 탐침(Probe)의 종류'나 'cDNA 말단에 링커(Linker)를 붙이는 효소'를 묻는 문제로 변형될 수 있어요.

## 임상 시나리오

약국/임상 실무 가이드
**임상 시나리오 (Clinical Scenario)**: 약국에서 흔히 접하는 재조합 인간 인슐린(Recombinant human insulin)을 예로 들어볼게요. 과거에는 돼지나 소의 췌장에서 추출한 인슐린을 사용했지만, 면역 반응이나 수급 문제로 인해 현재는 거의 대부분 유전자 재조합 기술로 생산된 휴먼 인슐린(Human insulin) 또는 인슐린 아날로그(Insulin analogue)가 사용돼요. 이 인슐린을 생산하기 위해, 인슐린을 암호화하는 인간의 cDNA를 대장균이나 효모(Saccharomyces cerevisiae) 같은 숙주 세포에 넣어 대량 생산하는 거예요. 만약 인트론이 포함된 게놈 DNA를 사용했다면, 대장균은 엉뚱한 단백질을 만들거나 전혀 활성이 없는 인슐린을 생산했을 거예요. 핵심! 여러분이 환자에게 '이 인슐린은 유전자 재조합 기술로 만들어져 부작용이 적고 효과가 일정하다'고 설명할 때, 그 근간에는 바로 이 cDNA 기술과 효소들의 정교한 작용이 숨어 있어요.

복약지도 프로토콜
환자에게 유전자 재조합 의약품과 생물학적 제제(Biologics)의 차이, 보관 방법(냉장 보관, 냉동 금지), 유효기간 등을 안내할 때, 그 기원이 되는 생명공학 기술에 대한 기본적인 이해가 전문가로서의 신뢰를 높여줘요.

선배 약사의 한마디
"약사는 단순히 약을 전달하는 사람이 아니라, 약이 어떻게 만들어지고 체내에서 어떤 작용을 하는지 분자 수준에서 이해하는 과학자예요. 오늘 공부한 cDNA 합성의 원리는 미래의 바이오의약품 개발과 환자 상담의 든든한 기초가 될 거예요. 단순 암기보다 흐름을 이해하는 게 중요해요!"

## 핵심 개념

- **cDNA (상보적 DNA, Complementary DNA)** — 성숙한 mRNA를 주형으로 역전사효소에 의해 합성된 DNA. 인트론이 제거된 상태로, 원핵생물에서 진핵생물 유전자 발현에 필수적입니다.
- **역전사효소 (Reverse transcriptase)** — RNA를 주형으로 하여 상보적인 DNA를 합성하는 효소. 레트로바이러스에서 유래했으며, 분자생물학 실험에서 cDNA 합성에 핵심적으로 사용됩니다.
- **인트론** — 진핵생물 유전자의 단백질 비암호화 부위. 전사 후 스플라이싱 과정을 통해 제거되며, 원핵생물은 이를 처리하는 기구가 없습니다.
- **DNA 중합효소 I (DNA Polymerase I)** — 대장균의 DNA 복제 및 수복에 관여하는 효소. cDNA 합성 시 첫 번째 가닥 cDNA를 주형으로 두 번째 가닥을 합성하는 데 사용됩니다.
- **재조합 단백질 (Recombinant protein)** — 유전자 재조합 기술을 이용하여 숙주 세포(대장균, 효모, CHO 세포 등)에서 대량 생산한 단백질. 인슐린, 성장호르몬, 항체 의약품 등이 대표적입니다.

## 같은 주제 문제

- [제한효소를 이용하여 외래 유전자를 벡터에 삽입할 때, 외래 DNA와 벡터 모두를 동일한 제한효소로 절단하면 점착성 말단이 형성된다. 그런데 실험자가 외래 DNA와…](https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445344)
- [다음은 플라스미드 벡터 pUC19를 이용한 블루-화이트 선별 실험 결과이다. 실험 결과를 해석한 것으로 옳은 것은?](https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445345)
- [CRISPR-Cas9 시스템을 이용하여 세포 내 특정 유전자를 편집할 때, 표적 DNA에 이중가닥 절단이 일어난 후 수선 경로에 따라 결과가 달라진다. 상동재조합…](https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445346)
- [재조합 단백질을 대장균에서 대량 발현시키기 위해 진핵세포 유래 유전자를 발현 벡터에 클로닝하려 한다. 그런데 게놈 DNA를 직접 클로닝하면 대장균에서 단백질이 제…](https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445347)
- [형질전환 식물체를 만들기 위해 아그로박테리움 투메파시엔스를 이용하는 방법에서, 외래 유전자가 식물 게놈에 삽입되는 핵심 기전으로 옳은 것은?](https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445348)
- [연구자가 특정 단백질의 기능 도메인을 분석하기 위해 효모 이중혼성 시스템을 사용하였다. 미끼 단백질과 먹이 단백질이 상호작용할 때만 리포터 유전자가 발현되는 원리…](https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445349)
- [다음 조건의 실험 결과를 해석한 것으로 옳은 것은?](https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445350)
- [게놈 라이브러리와 cDNA 라이브러리를 비교할 때, 두 라이브러리의 특성 차이를 이용한 실험 설계로 옳은 것은?](https://mymerci.kr/pages/nclex_q.php?qn_id=445351)

---

More free questions: [기출문제](https://mymerci.kr/)

_학습 참고용입니다. 실제 임상은 최신 지침과 소속 기관 프로토콜을 따르세요._