녹색 철 나노입자를 이용한 오크라 변형을 위한 자기주입 접근법

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16568(2022) 이 기사 인용

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기후 변화, 살충제 저항성, 새로운 식물 품종 개발의 필요성으로 인해 생명공학자들은 형질전환 식물을 생산하기 위한 새로운 솔루션을 찾게 되었습니다. 지난 10년 동안 과학자들은 식물을 위한 DNA 전달 시스템을 개발하기 위해 녹색 금속 나노입자를 연구해 왔습니다. 본 연구에서는 녹차(Camellia sinensis) 잎 추출물과 염화철(FeCl3)을 이용하여 녹색 철 나노입자를 합성하였고, UV-VIS 분광학, FTIR, SEM, TEM을 이용하여 특성화 및 확인을 수행하였다. 이러한 나노입자를 사용하여 오크라 식물에서 다양한 자기감염 인자를 조합한 새로운 유전자 변형 방법이 개발되었습니다. 최대 유전자 형질전환 효율은 DNA 대 철-나노입자 비율이 1:20일 때 혼합물(플라스미드 DNA, 철-나노입자 및 종자 배아)을 800rpm에서 5시간 동안 회전시킴으로써 관찰되었습니다. 이 접근법을 사용하여 Abelmoschus esculentus(오크라 식물)에서 GFP(녹색 형광 단백질) 유전자의 형질전환이 성공적으로 수행되었습니다. 레이저 스캐닝 공초점 현미경(LSCM) 및 PCR을 통해 도입유전자 GFP의 발현을 관찰함으로써 DNA 형질전환을 확인하였다. 이 방법은 경제성이 뛰어나고 적응성이 뛰어나며 유전자형에 독립적이고 환경친화적이며 시간도 절약됩니다. 우리는 이 접근 방식이 병원균에 대한 식물의 수확량 및 면역 문제를 해결하기 위한 잠재적인 해결책이 될 수 있다고 추론합니다.

의학의 발전과 약물의 광범위한 사용으로 인해 인간과 식물 병원체에 대한 저항성이 발전했습니다. 따라서 변화하는 기후에서 생존할 수 있고 병원체 공격에 저항할 수 있는 새로운 형질전환 작물 품종을 개발할 필요가 있습니다. 그러나 외부 DNA를 식물에 성공적으로 전달할 수 있는 정확한 방법이 필요합니다. 이와 관련하여 19세기에 걸쳐 생물학적 방법(유전자총)1, 전기천공법2, 초음파천공법3, 형질감염4, 자기감염5, 원형질체 융합6, 미세주입7, 진공침투8, 아그로박테리움 매개 형질전환9 등 다양한 유전적 형질전환 방법이 개발되었습니다. 화학적, 물리적, 생물학적 방법을 막론하고 모든 유전자 변형 방법에는 특정한 한계가 있습니다10. 예를 들어, 전기천공법은 DNA를 손상시키거나 DNA의 무결성을 잃을 수 있습니다11. 마찬가지로, Agrobacterium 매개 형질전환은 표적 특이적인 방법이 아닙니다. 이러한 모든 한계로 인해 생물학자들은 DNA 전달을 위한 새로운 솔루션을 모색해야 했습니다.

전 세계적으로 다양한 유전자 변형 식물의 환경 위험 평가에 대한 우려가 높습니다13. 따라서 위험을 최소화하는 기술로 전환하는 것이 중요합니다. 지난 10년부터 Green Iron-nanoparticles(GINP)가 합성되어 의학, 항균 활성, 오염 제어, 아조염료 분해 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.14,15,16,17. 친환경 합성은 경제적, 환경적 이점을 제공하므로 화학적, 물리적 방법을 대체하는 방법입니다18. 그러나 인간 질병을 치료하기 위한 유전자 변형에 이를 사용하는 것은 매우 새로운 일입니다19. GINP는 DNA 전달 시스템을 개발하는 데 사용할 수 있는 DNA 결합 능력을 가지고 있습니다. 실제로 이 시스템은 식물과 종양 세포에서 유전자 변형을 위해 Magnetofection 기술을 사용합니다.

최근 식물 추출물은 금속 나노입자에 더 많은 안정성을 제공하는 GINP 합성에 광범위하게 사용됩니다. Valentine V. et al. 산화철 나노입자의 생합성 연구에서 유기산(예: 구연산 또는 옥살산)의 존재는 주로 철 나노입자의 안정화에 도움이 되며 이러한 유기산을 갖는 식물은 매우 안정적인 철 나노입자를 생산할 수 있다고 제안했습니다. GINP에 더 많은 용해도와 호환성을 제공하는 많은 유기 화합물(예: 플라보노이드, 알칼로이드 및 사포닌 등)이 식물 추출물에 존재합니다. 이 외에도 GINP는 환경 독성의 위험을 줄입니다. 다른 비생분해성 폴리머로 금속 입자를 코팅하는 것은 해로울 수 있기 때문입니다26. 따라서, 식물 추출물을 이용하여 제조하여 식물의 DNA 전달 시스템으로 사용되는 금속 나노입자는 합성 고분자로 제조된 자성 나노입자(MNP)에 비해 훨씬 더 효율적이다.