합성 생물학, 어떤 기술 사용되나 ②

[글로벌에듀 차진희기자] 합성 생물학은 생명과학에 공학적 개념을 적용했다고 보면 이해가 수월하다. 생명체를 이루는 생물학적 부품(Part), 장치(Device), 시스템(System)을 새롭게 설계하고 실험을 거듭해 결과물을 만들어가는 것이다.

한국과학기술기획평가원은 생물학적 시스템·인공 생명체의 기능적 기본 단위인 프로모터, 유전자, 터미네이터 등 DNA 조각을 '생체 부품'이라고 정의한다. 이 부품들을 조합해 특정한 기능을 수행하도록 제작된 유전자 회로나 인공생합성 경로는 '생체 장치'라 부른다. 생체 장치는 조합·도입의 과정을 거쳐 예측 가능한 바이오 시스템 또는 생명체로 거듭난다.

원하는 생체 부품, 장치, 시스템을 설계·제작하기 위해서는 가지고 있는 재료에 대한 이해가 필요하다. 재료들을 어떻게 엮어낼 것인지, 어느 부분을 제거하고 새롭게 추가할지도 생각해야 한다. 이때 사용되는 것이 유전체 분석, 시스템 생물학, 유전체 합성, 유전체 편집 기술 등 합성 생물학의 기반이 되는 핵심 기술이다.

◇ 유전자 분석 기술
DNA 염기서열 분석법인 차세대 시퀀싱 기술(Next Generation Sequencing)이 개발되면서 대용량 DNA 서열 정보의 병렬적 분석이 가능해졌다. 이로 인해 유전체, 전사체 등 다양한 계층의 데이터 세트가 생산되고 축적되고 있다.


유전체란 한 개체가 가진 총 염기서열로 생물의 유전정보 총합을 의미한다. 이 유전정보는 우리가 잘 알고 있는 DNA 속에 담겨 있다. DNA 속 유전정보가 단백질로 발현되는 과정을 돕는 분자가 RNA다. 세포나 조직에서 특정 순간 발현하고 있는 RNA의 총합을 전사체라고 한다.

이러한 생물학적 데이터가 NCBI, UCSC 등 다양한 데이터베이스에 축적되고 있어 앞으로의 활용이 기대된다.

◇ 시스템 생물학

시스템 생물학은 유전체, 전사체, 단백질체 등 다양한 생물학적 데이터 세트를 기반으로 생명 현상을 통합적으로 이해하려는 학문이다. 시스템 생물학이 밝혀낸 생명체의 구성 원리와 유전자 조절 네트워크는 합성 생물학에서 인공 생물체 합성에 필요한 생체 부품, 유전자 회로 구성에 적용된다.

◇ 유전자 합성 기술
유전자 합성 기술은 유전자 수준을 넘어서 모든 유전 정보를 담은 유전체 수준으로 DNA를 인공 합성하는 기술을 말한다.

유전자 합성 기술은 1990년부터 2003년까지 국제적인 프로젝트로 진행됐던 '인간 게놈 프로젝트' 종료와 함께 활발히 연구되기 시작했다. 인간 게놈 프로젝트는 인간의 DNA 속 4개의 염기가 배열된 순서를 밝혀내 인간 유전자를 해석하는 것을 목표로 진행된 연구 과제다.

프로젝트 종료 후, 과학자들은 DNA를 해독한 순서대로 실험실에서 DNA를 합성하면 사람의 DNA 전체를 구현할 수 있을 것이라고 생각했다. 이는 곧 인간 부모 없이 실험실에서 생명체를 창조할 수 있다는 논의와 맞물려 윤리적 논란이 이어지고 있다.

◇ 유전자 편집 기술


유전자 편집 기술은 설계와 제작이 용이하고 모든 생물 시스템에 적용 가능해 합성 생물학 도구로 주목 받고 있다.

대표적인 유전자 가위로는 '크리스퍼(CRISPR/Cas9)'가 있다. 크리스퍼는 가이드 단백질(RNA)과 효소를 이용해 기존의 DNA를 잘라내고 새 DNA를 끼워 넣는 방식으로 작동한다.

2018년에는 중국 과학자 '허젠쿠이'가 크리스퍼 기술을 사용해 유전자 편집 아기를 탄생시켰다고 밝혀 화제가 되기도 했다

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차진희 기자 epic@globalepic.co.kr