100% 인공 생물체에 한걸음…합성 DNA 절반이상인 효모 개발

100% 인공 생물체에 한걸음…합성 DNA 절반이상인 효모 개발

2023년 11월 15일, 미국, 영국, 프랑스, 호주 등 다국적 연구팀이 인공 효모를 개발하는 프로젝트인 Sc2.0에서 인공 DNA를 50% 이상 포함한 인공 효모 세포를 만드는 데 성공했다고 발표했습니다.

Sc2.0 프로젝트는 2007년 시작된 연구로, 효모의 유전체 전체를 인공적으로 합성하는 것을 목표로 합니다. 바이러스나 박테리아의 유전체를 합성한 사례는 이전에도 있었지만, 염색체가 여러 개에 핵을 가진 진핵생물의 유전체를 인공 합성하는 것은 Sc2.0 프로젝트가 처음입니다.

연구팀은 먼저 효모의 염색체 16개 중 6개를 합성했습니다. 이후 염색체 1개만 합성 염색체로 교체한 뒤 그 비율을 점점 늘려가는 방식으로 연구를 진행했습니다.

연구팀은 이렇게 합성한 염색체 15개와 천연 염색체 1개를 가진 합성 효모 유전체 16개를 만들었습니다. 이 중 7.5개의 합성 염색체를 하나의 단일 세포로 옮기기 위해 합성 염색체를 포함한 효모 균주를 만들었습니다.

이때 활용된 효모 균주는 전체 DNA 중 31%가 인공적으로 합성된 염색체로 이뤄져 있었습니다. 기존 효모 균주와 비교할 땐 약간의 결함이 있었지만 수정 가능한 수준이라고 연구팀은 밝혔습니다.

이어 합성 염색체를 포함한 효모 균주와 기존 효모 균주를 교배했습니다. 여러 합성 염색체를 가진 효모를 교배해 얻은 자손을 얻고, 자손 가운데 합성 염색체를 가진 효모를 찾아냈습니다.

이 과정을 반복한 결과 합성 염색체가 유입되는 큰 변화에도 불구하고 7.5개의 합성 염색체를 포함한 효모 세포는 마지막까지 생존했습니다. 이 효모 세포가 포함한 인공 DNA의 비율은 50% 이상이었습니다.

연구팀은 이어 효모의 16개 염색체 모두를 같은 방법으로 합성하고, 이 과정에서 생기는 오류를 수정하는 중이라고 설명했습니다. 이 과정을 성공적으로 마칠 경우 인류 최초로 100% 인공 유전체로만 이뤄진 인공 진핵생물이 탄생할 것이라는 전망입니다.

연구를 이끈 패트릭 카이 영국 맨체스터대 교수는 "합성생물학의 혁명을 일으킬 수 있는 연구 결과"라고 평했습니다.

인공 효모의 개발은 합성생물학의 발전에 중요한 이정표가 될 것으로 기대됩니다. 인공 효모는 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 의약품이나 화학물질을 생산하는 데 사용될 수 있으며, 환경 오염을 줄이는 데에도 활용될 수 있습니다.

또한, 인공 효모는 생명체의 기본 원리를 이해하는 데에도 도움이 될 수 있습니다. 인공 효모를 통해 생명체의 유전체가 어떻게 작동하는지, 그리고 생명체가 어떻게 진화하는지 등을 연구할 수 있습니다.

인공 효모의 개발은 아직 초기 단계이지만, 향후 다양한 분야에서 혁신을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.