국내 연구진이 살아있는 미생물 세포로 고부가가치 의약품 소재 고효율 생산부터 맞춤형 저장까지 '올인원' 공정이 가능한 '비스포크(BESPOKE) 인공세포 소기관'을 새롭게 개발했다. 데이터 과학과 컴퓨터 모델링을 접목한 합성생물학 대표 성공 사례로 바이오·의약 분야에 널리 활용될 것으로 기대된다.
한국화학연구원(원장 이미혜)은 이주영 박사와 오승수·손창윤 포스텍 교수팀이 고부가가치 의약품 소재 생산 및 고집적 저장을 위한 인공 '지질방울 소기관'을 개발했다고 16일 밝혔다. 지질방울 소기관은 세포 내 과잉 생산 지방을 축적·저장하는 기관이다.
화학연·포스텍 공동 연구팀은 분자 거동을 정밀 예측하는 컴퓨터 시뮬레이션으로 맞춤형 인공세포를 활용한 고부가가치 의약품 소재 생산 가능성을 제시했고 실제 미생물 세포를 인공적으로 디자인하고 재설계했다. 그 결과 인공 미생물 세포가 생산하는 '스쿠알렌' '지아잔틴' 등 바이오 의약품 소재와 헬스케어 소재 고집적 저장에 최적화된 지질방울 소기관을 개발할 수 있었다.
지용성 분자는 기름방울에 잘 녹아든다는 인식과 달리 지용성 분자 형태에 따라 지질방울 내부 침투가 어려울 수 있다. 연구진은 이를 세계 최초로 규명했고 새롭게 미생물 세포 내 지질방울 소기관 생성 기작을 리모델링했다. 두 가지 지용성 분자 형태(유연-웜형 및 강성-막대형) 용 소기관을 각각 개발, 맞춤형 인공 미생물 세포를 생산했다.
지용성 분자는 정상 세포 내 과잉 축적 시 세포막을 녹이는 독성을 유발하고 세포 생성과 성장을 저해한다. 이번 연구로 세포 독성을 줄이고 생존력을 높일 수 있게 됐다. 인공세포 저장 능력을 30배 이상 향상해 세포가 안전하게 살 수 있는 환경을 제공할 수 있게 했다. 이 기술은 의료용 지용성 분자 생산에 최적화된 차세대 인공 미생물 세포 개발 기술로 활용될 전망이다.
이주영 박사는 “바이오 대전환 시대를 맞아 살아있는 세포를 산업적 니즈에 맞게 맞춤형으로 디자인하고 인공적으로 개발할 수 있는 합성생물학 기술 확보를 통해 대한민국이 글로벌 기술패권 시대에 과학기술 주권 국가 역할을 할 수 있기를 희망한다”고 말했다.
이번 연구 결과는 세계적 권위 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(IF : 17.694)' 6월호에 게재됐다. 또 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업 및 과학기술정보통신부 석유 대체 친환경 화학기술개발사업으로 수행했다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
