1. 숙주–벡터 상호작용의 개념적 배경
형질전환 미생물 시스템에서 숙주(host)와 벡터(vector)의 상호작용은 외래 유전자의 안정적 유지와 발현을 결정짓는 핵심 요소이다. 벡터는 단순한 유전자 운반체가 아니라, 숙주의 전사·번역 기작과 직접적으로 결합하여 기능한다. 따라서 동일한 벡터라도 숙주 종이나 균주에 따라 발현 효율과 안정성이 크게 달라질 수 있다.
2. 플라스미드 복제와 숙주 인자의 분자적 연계
플라스미드의 복제는 숙주 세포의 DNA 복제 기작에 의존한다. 복제 개시 단백질, DNA 중합효소, 헬리케이스 등의 숙주 인자는 플라스미드 복제 원점과 상호작용하며 복제수 조절에 관여한다. 이 과정에서 숙주 특이적 인자 차이는 플라스미드 복제 불안정이나 과도한 복제수 증가를 초래할 수 있으며, 이는 세포 성장 저해와 유전자 발현 노이즈 증가로 이어진다.
3. 전사·번역 단계에서의 상호작용
외래 유전자의 전사는 숙주 RNA 중합효소와 전사 인자에 의해 조절된다. 프로모터 서열이 숙주 인식 서열과 얼마나 잘 부합하는지에 따라 전사 개시 효율이 결정된다. 번역 단계에서는 리보솜 결합 서열과 코돈 사용 빈도가 중요한 변수로 작용하며, 숙주의 코돈 선호도와 불일치할 경우 번역 지연이나 단백질 접힘 오류가 발생할 수 있다.
4. 대사 부담과 세포 스트레스 반응
벡터 유지와 외래 유전자 발현은 숙주 세포에 대사적 부담을 준다. 에너지와 전구체가 목적 단백질 합성에 과도하게 소모되면, 숙주는 스트레스 반응을 유도하거나 성장 속도를 낮추게 된다. 이 과정에서 스트레스 관련 전사 인자가 활성화되며, 이는 의도하지 않은 유전자 발현 변화와 플라스미드 손실 가능성을 증가시킨다.
5. 숙주–벡터 최적화를 위한 설계 전략
효율적인 형질전환 미생물 설계를 위해서는 숙주–벡터 상호작용을 정밀하게 고려해야 한다. 숙주 특이적 프로모터 사용, 코돈 최적화, 복제수 조절 벡터 선택은 발현 안정성을 높이는 핵심 전략이다. 또한 염색체 통합 방식은 플라스미드 기반 시스템의 불안정성을 보완할 수 있는 대안으로 주목받고 있다.