자손 낳는 인공생명체 세계 첫 탄생

 

 

미국 크레이그 벤터 연구소가 생명을 유지하면서 동시에 세포 분열을 통해 자손 번식까지 할 수 있는 진정한 의미의 인공생명체 ‘JCVI-syn3A’를 합성하는 데 성공했다. 사진은 전자현미경으로 관찰한 JCVI-syn3A의 세포 분열 과정. NIST/MIT 제공

스스로 생명을 유지할 뿐 아니라 자손 번식까지 가능한 진정한 의미의 인공생명체가 세계 최초로 탄생했다. 미국 크레이그 벤터 연구소는 국립표준기술연구소(NIST), 매사추세츠공대(MIT) 비트및원자센터와 공동으로 스스로 성장한 뒤 균일하게 분열하는 인공생명체 ‘JCVI-syn3A’를 합성하는 데 성공했다고 국제학술지 ‘셀’ 29일자에 발표했다. 

크레이그 벤터 연구소 연구진은 2016년 생명체가 살아가는 데 필요한 최소한의 유전자 473개로 구성된 단세포 인공생명체 ‘JCVI-syn3.0’를 합성했다. JCVI-syn3.0은 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C) 등 4종류의 염기를 인공적으로 조합한 염기쌍 53만1000개로 이뤄졌다. 

JCVI-syn3.0은 생명체가 살아가는 데 필수적인 최소한의 유전자만 갖추고 생존할 수 있음을 보여 생명체의 기본 조건을 갖춘 것으로 평가 받았지만, 자손 번식에서는 크기와 형태가 고르지 못하게 분열하는 등 한계를 드러냈다.  

연구진은 5년간 세포 분열에 관여하는 유전자 7개를 포함해 총 19개의 유전자를 찾아내 JCVI-syn3.0에 추가했다. 그 결과 세포 분열을 일으켜 세대 증식이 가능한 인공생명체 JCVI-syn3A를 만드는 데 성공했다. JCVI-syn3A의 모세포에서 증식한 딸세포는 크기와 형태, 유전자 구성에서 완전히 일치했다.

연구진은 NIST의 특수 전자현미경을 이용해 살아있는 이를 확인했다. MIT 연구진은 전자현미경 관찰이 진행되는 중에도 JCVI-syn3A에 영양분을 공급해 세포 분열이 계속 일어나도록 돕는 일종의 ‘미니 아쿠아리움’을 설계했다.    

이대희 한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단 책임연구원은 “살아있는 생명체는 세포 분열을 통해 모세포와 동일한 딸세포로 증식할 수 있어야 한다”며 “생명 유지뿐 아니라 증식도 가능해졌다는 점에서 JCVI-syn3A는 진정한 의미의 인공생명체에 더 가까워졌다”고 말했다. 

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JCVI-syn3A는 JCVI-syn3.0에 유전자 19개가 추가돼 유전자가 총 492개이지만, 4000여 개를 보유한 대장균이나 3만 개 수준인 인간 세포와 비교하면 훨씬 ‘슬림’하다. 인공생명체 중에서는 여전히 최소한의 유전자를 보유 있다. 

인공생명체 ‘JCVI-syn3A’의 개념도. 2016년 만든 인공생명체 JCVI-syn3.0에 세포 분열에 관여하는 유전자 7개 등 유전자 총 19개를 추가해 만들었다. NIST/Emily Pelletier 제공

JCVI-syn3A처럼 게놈을 직접 디자인해 인공생명체를 만드는 합성생물학 연구는 최근 세계적으로 주목받고 있다. 인공생명체 기술을 이용해 식품, 약물, 연료 등 유용한 물질을 경제적으로 생산할 수 있기 때문이다. 안전성도 담보된다. 이 책임연구원은 “기존 미생물을 이용해 의약품을 제작하는 경우 인체에 유해한 유전자가 들어있을 수 있어 사용 승인을 얻기가 까다롭다”며 “인공생명체를 이용할 경우 이런 점에서 훨씬 자유롭다”고 말했다. 

국내에서도 합성생물학 연구가 진행 중이다. 이 책임연구원은 지난해부터 박테리오 파지의 게놈을 인공적으로 합성하고 있다. 올해는 KAIST와 공동으로 인공생명체 제작 플랫폼을 구축하는 ‘K-바이오파운드리(Biofoundry)’도 본격적으로 시작한다.  

이 책임연구원은 “무수한 염기 조합을 자동으로 생성하는 바이오파운드리 로봇을 도입해 인공생명체 설계와 제작을 자동화할 계획”이라며 “DNA 합성 비용이 계속 저렴해지고 있는 만큼 머지 않아 바이오파운드리를 이용해 원하는 미생물을 만들고 이를 이용해 약물을 개발하는 시대가 올 것”이라고 전망했다.