1. 형질전환 미생물 선별에서 항생제 내성 유전자의 역할
형질전환 미생물 선별에는 주로 항생제 내성 유전자가 마커로 사용된다. 외래 유전자가 삽입된 플라스미드에 항생제 내성 유전자를 함께 도입한 뒤, 항생제가 포함된 배지에서 배양하면 형질전환에 성공한 세포만 생존한다. 이러한 방식은 실험 과정이 단순하고 비용 대비 효율이 높아 미생물 유전공학의 표준적인 선별 방법으로 자리 잡았다. 특히 E. coli를 비롯한 모델 생물에서는 높은 재현성과 안정성을 보여 왔다.
2. 위양성 및 선별 정확도의 한계
그러나 항생제 내성 기반 선별은 절대적으로 정확하지 않다. 플라스미드 일부만 도입되거나, 외래 유전자가 결실된 상태에서도 항생제 내성 유전자만 발현되는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우 항생제 배지에서 생존은 가능하지만, 실제 목적 유전자는 발현되지 않는 위양성 클론이 선별된다. 또한 플라스미드 복제수 증가에 따른 내성 유전자 과발현은 생존 편향을 유도하여, 진정한 발현 효율 평가를 왜곡할 가능성이 있다.
3. 숙주 세포 생리와 대사 부담 문제
항생제 내성 유전자의 지속적 발현은 숙주 미생물에 대사적 부담을 준다. 항생제 분해 효소나 배출 펌프 단백질의 합성은 에너지와 자원을 소모하며, 이는 세포 성장률 저하나 목적 단백질 발현 감소로 이어질 수 있다. 특히 산업적 규모의 배양 환경에서는 이러한 부담이 누적되어 전체 생산성을 저하시킬 위험이 있다.
4. 항생제 확산 및 생물안전성 문제
항생제 내성 유전자의 사용은 생물안전성 측면에서도 중요한 한계를 가진다. 실험실 외부로 형질전환 미생물이 유출되거나, 플라스미드가 다른 미생물로 수평적 유전자 전달을 일으킬 경우 항생제 내성 확산의 원인이 될 수 있다. 이는 공중보건 측면에서 심각한 문제로 인식되고 있으며, 일부 국가에서는 산업용 미생물에 항생제 마커 사용을 제한하고 있다.
5. 대체 선별 시스템의 필요성
이러한 한계를 극복하기 위해 항생제 비의존적 선별 시스템이 제안되고 있다. 대사 보완형 마커, 형광 단백질 기반 선별, 독소–항독소 시스템 등은 항생제 사용을 최소화하면서도 선별 정확도를 향상시킬 수 있는 대안으로 주목받는다. 향후 형질전환 미생물 기술은 단순한 선별 효율을 넘어, 안전성과 지속 가능성을 함께 고려한 방향으로 발전해야 할 것이다.