"레고처럼 조립·연결" 생명연, 고효율 다중 유전자 조립 플랫폼 개발

여러 유전자를 한 번에 신속·정확하게 조립할 수 있는 새로운 유전자 조립 플랫폼이 개발됐다.

한국생명공학연구원은 합성생물학연구센터 이대희 박사 연구팀이 기존 유전자 조립에 불필요한 과정을 줄여 마치 레고 블록처럼 한 번에 유전자를 조립할 수 있는 플랫폼 'EffiModular'를 개발했다고 21일 밝혔다.

이대희 박사 연구팀. 한국생명공학연구원 제공

미생물을 이용해 의약품, 친환경 소재를 만들기 위해선 여러 개의 유전자가 서로 균형을 이뤄 작동할 수 있게 설계하는 과정이 필수다. 하지만 기존에는 유전자를 하나씩 순차적으로 이어 붙인 후 단계마다 결과를 확인해야 하는 탓에 여러 유전자를 동시에 조립하기 어렵고 성공률도 기대치에 미치지 못했다.

이와 달리 연구팀이 개발한 플랫폼 기술은 커넥터를 활용해 여러 유전자를 레고 블록처럼 한 번에 연결할 수 있게 설계된 것이 특징이다.

이를 이용하면 단 1회의 실험으로 최대 8개의 유전자를 동시에 조립할 수 있고 80% 이상의 높은 성공률을 확보, 기존 유전자 조립 방식보다 효율성이 높다는 게 연구팀의 설명이다.

연구팀은 바이오 파운드리 자동화 시스템에 해당 기술을 적용해 EffiModular의 실제 활용 가능성을 검증하는 과정도 거쳤다. 대표적인 항산화 물질이자 기능성 식품 원료로 널리 알려진 베타카로틴(β-carotene) 생산 과정을 모델로 유전자 조합을 다양하게 바꿔가는 방식이다.

실험에서 연구팀은 3일 만에 베타카로틴을 만드는 방식이 서로 다른 효모 균주의 120가지 버전을 만드는 데 성공했다. 이는 수개월이 소요되던 기존 미생물 설계방식과 비교할 때 연구 기간을 획기적으로 단축한 성과다.

실험을 통해 만든 120종의 균주에서 베타카로틴 생산량을 비교 분석하는 과정에서는 특정 유전자(crtI, 베타카로틴을 포함한 카로티노이드 생합성 과정에서 중간물질을 다음 단계로 전환하는 데 필요한 효소를 만드는 역할)의 작동 정도가 전체 생산량을 크게 좌우한다는 사실도 확인했다.

다른 유전자가 충분히 활성화돼 있어도 특정 유전자(crtI)의 발현이 약할 경우 전체 생산량이 크게 제한된다는 사실을 대규모 실험 데이터로 명확하게 입증한 것이다. 이는 소수의 실험 결과에 의존하던 기존 방식에서 벗어나 대규모 데이터를 바탕으로 미생물 설계를 체계적으로 개선할 수 있음을 보여준 성과로 평가받는다.

이 박사는 "EffiModular는 자동화 연구 인프라에 적합하도록 설계된 기술로 바이오파운드리 환경에서의 고속·대량 실험을 가능케 한다"며 "향후 이 기술이 인공지능(AI) 기반 설계 기술과 결합할 경우 차세대 바이오 연구의 핵심 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구 결과(논문)는 최근 합성생물학 및 바이오공학 분야 국제학술지 'Trends in Biotechnology' 온라인판에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr
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