http://v.media.daum.net/v/20170404080017755
(서울=뉴스1) 박영숙 세계미래보고서 2055 저자 = 인공생명체 즉 복합 생명체의 완전합성 2년내에 가능해진다.
신만이 생명체를 창조할 수 있다고 배워왔다. 그러나 이제 인간도 생명체를 만들 수 있게 된다. 크레이그 벤터가 게놈지도 DNA염기서열분석 등으로 미세조류를 이용하여 최초로 인간이 석유박테리아를 만들었다. 이 박테리아는 석유를 만들수 있었다.
이처럼 인간은 오랫동안 신을 닮고 싶어했다. 그래서 생명체를 만드는데 노력을 기울였다. 산짐승을 가축화하기고 하고, 선택적 번식, DNA유전자 편집가위 기술에 이르기까지 필요에 따라 동물과 식물의 유전체 구성을 바꾸려고 노력해왔다.
이제 인간은 복잡한 유기체의 유전자를 처음부터 완전히 구축하는 연구로 복합생명체의 완전 합성이 가능하게 되었다.
뉴욕대학교 랭곤메디컬 센터의 유전학자인 제프 뵈케박사가 주도하는 ‘효모 합성유전체 프로젝트(Sc2.0, Synthetic Yeast Genome Project)’는 빵 효모로 알려진 단일세포 효모를 만들기 위한 5개의 합성 염색체를 구축하는데 성공했다.
Sc2.0은 유전체 전체를 인공적으로 합성한 인공효모 개발 프로젝트다. 효모의 게놈정보를 해독하고, 이를 토대로 A(아데닌), G(구아닌), T(타민), C(시토신) 등 4종류의 염기를 합성해 만든 DNA들을 붙여 합성염색체를 만든다. 그리고 이를 실제 효모의 염색체와 바꿔 넣어주면 최종적인 인공생명체가 탄생한다.
연구소는 2014년에 최초의 합성효모 염색체를 합성했고 추가적으로 2, 5, 6, 10, 12번의 5개 염색체를 합성하여 효모 게놈의 1/3을 인공으로 제작했다. 이 팀은 올해 안에 모든 염색체를 합성할 계획이다.
최초의 인공생명체는 이미 2010년에 개발되었다. 미국의 크레이그벤터연구소(JCVI)는 가장 작은 생명체라고 알려진 ‘마이코플라스마(Mycoplasma)’를 인공적으로 합성한 박테리아 ‘JCVI-syn1.0’을 개발했다. 또 JCVI-syn3.0은 473개의 유전자, 53만1000개의 염기쌍으로 구성되어 있다. JCVI-syn1.0은 세포핵이 없는 원핵생물이며 염색체 1개만 갖춘 아주 간단한 구조이지만 Sc2.0의 인공효모는 사람처럼 세포핵을 가진 진핵생물로 더 복잡한 유기체이다.
실험실에서 이루어진 실험을 통해 효모는 다양한 화학 물질을 생산하기 위해 조정될 수 있는데, 미생물 연료전지에서 전기도 생성 가능하였다. 합성유전자가 가능하면 시스템과 소프트웨어를 이용해 살아있는 세포의 염색체를 재프로그램하여 유전공학의 본질을 바꿀 수 있다.
이 획기적인 성과는 3월 9일 ‘사이언스’ 특별판에 7편의 논문을 통해 발표되었다. 이 연구에는 전 세계의 200명이 넘는 연구진이 참여했고 존스홉킨스 의과대학의 생체공학과 교수인 조엘 베이더가 연구를 주도했다.
이 기술은 앞으로 염색체를 보다 쉽게 주문제작할 수 있다. 게놈 전체에 배치된 약 5000개의 DNA 태그는 단백질이 무작위로 생물체의 유전자 코드를 변형시키는 돌연변이로 표적화될 수 있다. 에든버러대학교 연구소에서 17번째 염색체를 구축한 패트릭 카이는 인간이 수백만 년에 걸친 진화과정을 단축 가능하며, 인간의 목표는 특정 효모를 만드는 것이 아니라 다양한 효모 종류를 만드는 것이라고 말했다.
이번 연구 국제협력의 핵심은 바이오스튜디오(BioStudio)라고 불리는 소프트웨어를 제작하였고, 여러 사용자들이 동시에 게놈을 편집하고 변경 사항을 수락하거나 거부할 수 있었다. 가장 중요한 것은 신 생명체에 문제가 발생했을 때 이전의 디자인으로 ‘롤백’할 수 있었다.
이러한 과정은 살아있는 효모에 게놈이 순차적으로 도입되면 변형된 균주를 천연 효모와 비교하여 살펴볼 수 있다. 합성 효모에 문제가 생긴다면, 연구자는 어느 섹션이 잘못되었는지를 파악하여 다시 돌아가 잘못된 코드를 "디버깅"할 수 있다.
Sc2.0 프로젝트에서는 게놈 전체를 새롭게 설계해도, 설계 이전과 동등한 기능을 갖는 생명체를 개발하려고 한다. 연구진이 합성한 효모 염색체는 자연 효모의 게놈 구성과 완전히 동일하진 않지만 두 효모는 같은 기능을 한다. 학술지 ‘네이처’는 이를 ‘진화의 비밀을 풀어줄 열쇠’라고 표현했다. 인공효모와 자연효모의 게놈 구성 차이가 곧 효모가 현재와 같은 상태로 진화하게 한 핵심역할을 한 존재라는 것이다.
하지만 게놈 합성방법은 간단하지도 비용이 저렴하지도 않다. 하버드 대학교의 유전학자인 조지 처치(George Church)는 네이처와의 인터뷰를 통해 이 같은 방식이 DNA의 짧은 부분을 추가하거나 제거하여 유전자 편집을 할 수 있는 유전공학 도구인 유전자편집가위 즉 크리스퍼를 대체할 가능성은 없다고 말했다. 연구진은 2년 이내에 완전한 인공생명체를 만들 수 있을 것으로 기대하고 있다.
2brich@
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