합성생물학 기술동향

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발행사
하연
ISBN
979-11-85497-18-1 93570
Page/Size
282 / 280*210
발행일
2019년 05월 15일
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본서는 4차 산업혁명 시대 바이오경제의 핵심 프레임 합성생물학 기술동향을 종합분석하였다.

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제1장 합성생물학(Synthetic Biology)과 유전공학

 

  1. 합성생물학(Synthetic Biology) 등장 배경 및 개요

    1-1. 합성생물학(Synthetic Biology) 기술 개요

      1-1-1. 합성생물학(Synthetic Biology) 등장 배경

      1-1-2. 합성생물학(Synthetic Biology) 개요

    1-2. 합성생물학(Synthetic Biology)의 발전 배경

      1-2-1. 합성생물학(Synthetic Biology) 역사

        (1) 합성생물학의 시작

        (2) 합성생물학의 역사

      1-2-2. 합성생물학(Synthetic Biology)의 발전

      1-2-3. 합성생물학(Synthetic Biology)의 장단점

          가. 장점

          나. 단점

    1-3. 합성생물학(Synthetic Biology) 과정

      1-3-1. 합성생물학(Synthetic Biology)과 DNA

        (1) DNA 구조

        (2) DNA와 합성생물학

      1-3-2. 합성생물학(Synthetic Biology)과 유전자 배열

        (1) 유전자 배열

          가. 유전자 개념

          나. 유전자 기능

        (2) 유전암호와 단백질 합성

          가. 유전암호(Genetic code)

          나. 단백질 합성

            나-1. 전사(transscrption)

            나-2. 번역(Translation)

        (3) DNA, RNA 단백질의 기능

          가. DNA(deoxyribonucleic acid) 단백질

          나. RNA(RiboNucleic Acid) 단백질

            나-1. RNA 간섭(RNA interference, RNAi)

            나-2. 작은 간섭 RNA(small interfering RNA, siRNA)

            나-3. 마이크로RNA(microRNA, miRNA)

            나-4. RNA 간섭과 질병 치료

        (4) 합성유전자 배열

 

  2. 유전공학(genetic engineering)과 생물학

    2-1. 유전공학(genetic engineering)

      2-1-1. 유전공학(genetic engineering)의 개요

        (1) 유전공학(genetic engineering)의 개요

        (2) 유전공학(genetic engineering)과 유전체 공학(genomic engineering)의 차이

      2-1-2. 유전자가위, 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9)

        (1) 유전자가위 개요

          가. 유전자가위 개념

          나. DNA 절단 및 복구 과정

            나-1. DNA 절단(Excision)

            나-2. DNA 복구(DNA repair) 과정

          다. 유전자 편집(Gene Editing) 기술

        (2) 제3세대 유전자가위 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9)

    2-2. 시스템 생물학(systems biology)

      2-2-1. 유전체(genome)

      2-2-2. 전사체(transcriptome)

      2-2-3. 단백질체(proteome)

      2-2-4. 대사체(metabolome)

 

  3. 합성생물학 기술 개요

    3-1. 유전자 합성

      3-1-1. 유전자 합성 개요

      3-1-2. 유전자 합성 기술

    3-2. 게놈 엔지니어링(genome engineering)

      3-2-1. 합성생물학과 게놈 해독

        (1) 바이오 융합

        (2) 게놈분석(Genome sqence)

          가. 게놈분석(Genome) 개요

          나. 게놈 분석 기술 동향

            나-1. 개인 유전 정보 분석

            나-2. 유전체 기능 분석(functional genomics)

    3-3. DNA 클로닝(cloning)

    3-4. 차세대 시퀀싱(Next Generation Sequencing, NGS)

      3-4-1. 차세대 염기서열 분석(Next Generation Sequencing, NGS)

      3-4-2. 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술의 종류

    3-5. 부위 특이적 돌연변이(Site-Directed Mutagenesis, SDM)

 

 

제2장 합성생물학 기술동향

 

  1. 합성생물학 활용 기술

    1-1. 합성생물학의 분야별 기술동향

      1-1-1. 의료 용도

          가. 전염병

          나. 게놈백신(Genomic vaccines)

          다. 종양 제거

          라. 바이오센서

      1-1-2. 바이오연료, 재생에너지

      1-1-3. 바이오소재, 그린 화학제품

          가. 바이오 플라스틱(bioplastic)

          나. 유전자 조작 거미실크

          다. 바이오 화장품

1-1-4. 농업

    1-2. 합성생물학과 바이오안보

      1-2-1. 바이오안보의 개요

      1-2-2. 바이오 안전 및 안보의 중요성

          가. 생명윤리(bioethics) 논란나. 생물안전성(biosafety) 논란

          다. 생물안보(biosecurity) 논란

            다-1. 감염병(Infectious Diseases)

            다-2. 바이오테러(Bioterror)

            다-3. 생물학무기(Biological Weapons)

 

  ​2. 국내외 산업동향 및 시장 전망

    2-1. 국내외 산업동향

    2-2. 시장 전망

 

그림목차

[그림 1] 합성생물학(Synthetic Biology)의 응용 분야

[그림 2] 합성생물학(Synthetic Biology)의 개념과 프로세스

[그림 3] 합성생물학 프로세스

[그림 4] 유전자 합성, 조립을 이용한 미생물 개발

[그림 5] 크레이그 벤터 연구진의 인공 DNA 미생물

[그림 6] 미 UC샌디에이고 연구진의 플라스틱 소재 인공세포

[그림 7] DNA 합성과 조립의 대략적인 과정

[그림 8] 원핵생물과 진핵생물

[그림 9] 인공 DNA로 박테리아 제작하는 원리

[그림 10] 인공생명체 만드는 과정

[그림 11] 새로운 인공생명체(artificial life) 탄생[그림 12] JCVI-syn3.0 합성 과정 모식도

[그림 13] DNA 3차원 구조

[그림 14] DNA 염기서열

[그림 15] 뉴클레오티드(nucleotide) 구조

[그림 16] DNA 복제과정

[그림 17] 유전학의 기본

[그림 18] 유전암호(Genetic code) 읽기

[그림 19] 코돈(codon)-안티코돈(anticodon)의 상호 작용

[그림 20] DNA와 RNA의 차이점

[그림 21] 단백질 합성 과정

[그림 22] 전사(transscrption)

[그림 23] tRNA 구조

[그림 24] 번역(Translation)

[그림 25] DNA와 RNA 기본 구조

[그림 26] DNA 매카니즘

[그림 27] DNA 나노 구조체 제조 과정 모식도

[그림 28] 세포내 히스톤의 구조와 기능

[그림 29] RNA(RiboNucleic Acid)

[그림 30] RNA 간섭(RNA interference) 메커니즘

[그림 31] RNA 간섭 경로

[그림 32] siRNA 메커니즘

[그림 33] RNAi 경로

[그림 34] miRNA 생합성 및 관련 유전자 침묵 메커니즘

[그림 35] 마이크로RNA 생합성 과정

[그림 36] mRNA의 번역 억제 또는 활성화에 영향을 미치는 miRNA의 기능

[그림 37] 중추 신경계 질환 RNAi 메커니즘

[그림 38] 합성세포를 생산하는 프로세스

[그림 39] 합성유전자 메커니즘

[그림 40] 인슐린 생산을 위해 사용된 유전공학(genetic engineering)

[그림 41] CRISPR-Cas9 시스템을 사용한 염기 편집

[그림 42] 차세대 시퀀싱을 활용한 유전체 정보 분석 프로세스

[그림 43] DNA를 추출하는 기술

[그림 44] 제한 효소(restriction enzyme)

[그림 45] 유전자가위 작동 원리

[그림 46] 제한 효소(restriction enzyme)에 의한 DNA 절단

[그림 47] DNA 손상 복구(damage repair)

[그림 48] DNA 손상 및 복구 메커니즘

[그림 49] DNA 손상을 복구하기 위한 DNA 손상 반응

[그림 50] DNA복구의 두 방식과 유전자가위의 작동

[그림 51] 절단 회복 메커니즘

[그림 52] 유전자 교정치료 방법(In vivo·Ex vivo형)

[그림 53] 크리스퍼와 유전자 편집의 역사

[그림 54] 크리스퍼(CRISPR) 작동

[그림 55] 네불라 지노믹스(Nebula Genomics)의 블록체인(Blockchain) 기술 기반 유전체 분석 기술

[그림 56] 만성질환 연관 유전변이 발굴 및 기능 검증

[그림 57] 일반적은 RNA-seq 방법

[그림 58] 메타 유전체학

[그림 59] DNA 마이크로어레이(microarray) 과정

[그림 60] 프로테오믹스(proteomics)

[그림 61] 메타프로테오믹스(metaproteomics) 개요

[그림 62] Metaproteomics workflow

[그림 63] 메타볼로미스는(Metabolomics) 개요

[그림 64] Metabolomics workflow 

[그림 65] 인공유전자 합성 응용

[그림 66] 지노(XENO) 및 합성생물학(Synthetic Biology)

[그림 67] 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 합성

[그림 68] DNA 해독 기술

[그림 69] 생명공학 기술

[그림 70] 복제 및 시퀀스 적용 범위

[그림 71] 게놈 분석

[그림 72] 개인 유전 정보 분석

[그림 73] 만성질환 연관 유전변이 발굴 및 기능 검증

[그림 74] 클로닝(Cloning) 실험의 기본적인 흐름

[그림 75] 유전자 복제

[그림 76] 기존 방식 대 차세대 염기서열 분석(NGS) 방식의 비교 [그림 77] 차세대 DNA 시퀀싱

​[그림 78] NGS분석 진행과정

[그림 79] 표적 염기서열 분석(targeted NGS)의 과정과 필요 시간

[그림 80] Inverse PCR을 이용한 부위 특이적 돌연변이(Site-Directed Mutagenesis)

[그림 81] 합성생물학 시스템

[그림 82] 아르테미시닌 기반 병용 요법(artemisinin-based combination therapies)

[그림 83] 역 병균학의 개요

[그림 84] 암세포의 신진대사 모식도

[그림 85] 바이오 연료(biofuel) 개발 과정

[그림 86] 세포공장 기반의 바이오화학 산업

[그림 87] 인간과 생태계를 위협하는 플라스틱 순환 과정

[그림 88] 미생물을 이용한 생분해성 플라스틱

[그림 89] bioprinting 작동 방식

[그림 90] 상피세포성장인자(epidermal growth factor)

[그림 91] 합성생물학과 농업

[그림 92] 바이오안보의 범위

[그림 93] 생명윤리(bioethics) 시스템

[그림 94] 바이오 안전성 및 생물 보안성 위험 평가

[그림 95] 생물학무기(Biological Weapons)

[그림 96] 글로벌 합성생물학 시장 현황과 전망

 

표목차

[표 1] 합성생물학의 패러다임 변화

[표 2] 유전자 연구 역사

[표 3] 합성생물학의 발전 배경

[표 4] 인류가 당면한 난제

[표 5] 합성생물학의 긍·부정적 영향 및 비전

[표 6] DNA 역사와 구조

[표 7] 유전공학의 역사와 유전자 변형 방법의 예

[표 8] 유전자가위 세대별 특성 비교

[표 9] 크리스퍼(CRISPR)의 역사 및 크리스퍼 유전자가위 작동 원리

[표 10] 크리스퍼 Cpf1 유전자가위 vs. 크리스퍼 Cas9 유전자가위 비교

[표 11] 대사체학 연구 응용 분야

[표 12] NGS 플랫폼

[표 13] 합성생물학의 적용 분야

[표 14] 합성생물학 활용범위 및 적용 분야 

[표 15] 응용산업별 합성생물학 시장 현황 및 전망(단위: 십억달러)

[표 16] 기존 백신과 DNA 백신의 비교

[표 17] 바이오 플라스틱 종류 및 생산과정

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