■ 정상세포처럼 생장분열하는 인공 단세포 생물 합성

■ 정상세포처럼 생장분열하는 인공 단세포 생물 합성

 

● 제멋대로 분열 인공 세포에 유전자 7개 추가해 생물 합성 유도

 

인공 단세포 생물이 정상 세포처럼 생장하고 분열하는 단계로까지 발전했다. 인공 단세포 생물은 약 5년 전 437개 유전자로 만들어졌지만, 생장·분열 과정에서 크기와 모양이 일정하지 않고 제멋대로여서 이를 극복하는 연구가 진행돼 왔다. 미국 상무부 산하 국립표준기술연구소(NIST)와 과학 전문 매체 등에 따르면 인공 단세포 생물을 연구해온 J. 크레이그 벤처 연구소(JCVI)와 NIST, 매사추세츠공대(MIT) 비트·아톰센터의 공동 연구진은 정상 세포처럼 생장·분열하는 인공 단세포 생물 합성 결과를 과학 저널 '셀'(Cell)을 통해 발표했다.

 

인공 단세포 생물 연구는 1990년대에 시작됐지만, 실질적 진전은 2003년 박테리아에 영향을 주는 작은 바이러스를 합성하면서 이뤄졌다. 이를 토대로 J. 크레이그 벤처 연구소(JCVI)가 2010년 인공 게놈으로 만든 박테리아 세포인 'JCVI-syn1.0'을 세상에 내놓았다. 미코플라스마 박테리아가 원래 갖고 있던 유전자를 모두 제거하고 대신 컴퓨터로 설계하고 실험실에서 합성한 인공 게놈을 집어넣어 최초의 인공 단세포 생물을 만들어냈다. 이후 JCVI 연구팀은 유전자를 최소화한 'JCVI-syn3.0'를 만들었지만, 세포 생장·분열이 일정치 않아 유전자를 일일이 추가했다가 삭제하는 과정을 거쳐 정상적으로 생장. 분열하는 단세포 생물 'JCVI-syn3A'을 만들어냈다.

 

연구팀은 JCVI-syn3.0에 정상적인 세포 분열에 필요한 7개 유전자를 비롯해 모두 19개 유전자를 추가해 JCVI-syn3A를 합성했다. 총 유전자가 500개가 안 돼 대장균(E. coli) 약 4천 개, 인간 세포 약 3만 개와 비교할 때 극도로 단순화한 세포라고 할 수 있다. 연구팀은 세포를 배양하면서 광학 현미경으로 관찰할 수 있는 '미세 유체 연속 배양 장치'(microfluidic chemostat)를 고안해 각 유전자가 세포의 생장과 분열에 미치는 영향을 관찰했다. JCVI-syn3.0 세포는 생장. 분열 과정에서 모양과 크기가 제각각이고 일부는 섬모를 갖고 일부는 완전히 분리되지 않은 채 구슬처럼 연결되기도 했지만, JCVI-syn3A 세포는 균일한 형태와 크기로 분열하는 모습을 보였다. 연구팀은 정상적인 세포 분열과 관련된 유전자 7개를 밝혀낸 것은 유용한 인공 세포를 만들어내는데 중요한 과정이라고 지적했다. 이런 인공 세포는 약이나 식량, 연료 등을 생산하는 작은 공장과 같은 역할을 할 수 있는 것으로 기대되고 있다.

 

연구팀은 모든 유전자의 역할을 파악해 세포 작동에 관한 완벽한 모델을 개발하는 것을 목표를 두고 있지만, 아직은 갈 길이 먼 것으로 지적되고 있다. 이번 연구에서 정상적인 세포 분열을 위해 추가된 유전자 7개 중 ftsZ와 sepF 등 두 개만 역할이 확인되고 나머지 5개는 아직 어떤 기능을 하는지 파악하지 못한 상태다. 논문 공동 저자로 NIST 세포 공학 그룹 책임자인 엘리자베스 스트리찰스키 박사는 "생명체를 만드는 기본 법칙을 이해할 수 있기를 바라고 있다"면서 "JCVI-syn3A가 이런 법칙의 발견과 이해를 도울 수 있다면 성공 가도를 달리게 될 것"이라고 했다.