생명연구원, 항생제 없는 세포선별 시스템 개발

기사내용 요약
유전자재조합 플라스미드 선별하는 시스템
바이오제품 생산 시 항생제 사용문제 해결 기대

[대전=뉴시스] 크리스퍼 간섭 기반 다중 플라스미드 선별 효과. 그림 가는 녹색 형광단백질 발현 플라스미드와 적색 형광단백질 발현 플라스미드가 동시에 도입된 세포를 선별하기 위한 유전자 회로 모식도며 아래 그림은 두 종류의 플라스미드가 동시 도입된 세포를 선별한 결과 사진. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국생명공학연구원은 합성생물학연구센터 이대희 박사 연구팀이 항생제 없이 유전자재조합 세포를 고감도로 선별할 수 있는 시스템 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

유전자재조합 기술은 특정 유전자의 배열 순서를 바꾸거나 다른 유전자와의 조합을 통해 만들어진 새로운 유전자를 플라스미드(plasmid)라는 DNA 운반체에 싣고 적절한 숙주 세포에 넣어 유용한 물질을 대량생산하는 기술이다.

유전자재조합 기술을 이용한 바이오제품 대량생산을 위해선 숙주 세포 안에서 안정적으로 살아남을 플라스미드를 선별하는 것이 중요하며 현재 널리 사용되는 것이 항생제 선별법이다.

숙주 세포에 항생제를 처리했을 때 항생제에 저항해 살아남는 세포를 선별하는 방식이지만 이 선별법은 항생제 저항성 돌연변이 발생과 이로 인한 알레르기 반응 유발, 제조단가 상승 등의 문제가 있다.

대안으로 영양요구성 균주를 이용한 방법이 있으나 이 또한 균주제작이 어렵고 선별능력이 떨어지며 선별에 이용할 수 있는 유전자 수가 제한적이란 한계가 있다.

이번에 이 박사 연구팀은 합성생물학을 기반으로 지능형 유전자회로를 만들어 플라스미드가 있는 세포만 선별하는 시스템을 개발했다.

연구팀은 "크리스퍼 간섭 시스템을 이용해 NOT 논리회로를 갖는 유전자 회로를 제작하고 2개의 NOT 논리회로를 연속적으로 구성, 항생제 저항성 유전자와 항생제와의 관계를 모방하는 플라스미드 선별 시스템을 개발했다"고 설명했다

또 개발한 플라스미드 선별 시스템을 통해 플라스미드가 형질 전환된 10% 미만의 대장균 군집을 선택적으로 증식시켜 최종적으로 100% 가까운 군집으로 배양하는 데도 성공했다.

개발된 시스템은 여러 개의 플라스미드를 동시에 선별할 수 있도록 확장이 가능하고 플라스미드 선별 마커로 매우 작은 가이드 RNA를 사용, 플라스미드의 크기를 줄일 수 있어 DNA 백신 개발에 용이하다.

연구팀은 화장품 원료로 주로 사용되는 식물유래 성분인 비사볼올(bisabolol)을 대상으로 한 실험에서 항생제를 이용할 때보다 플라스미드의 선별 효율이 높고 비사볼올 생산량도 증가하는 것을 확인했다.

이를 통해 바이오의약품, 바이오연료 등 바이오 제품 제조공정의 안전성을 높이고 생산단가를 낮추는데 이바지할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

연구책임자인 이대희 박사는 "플라스미드 유지 및 재조합 미생물 선별에 오랫동안 사용된 항생제는 내성 세균과 같은 위험이 함께 있었다"며 "이번 기술은 이런 문제를 합성생물학 기술을 이용해 해결한 것으로 앞으로 무항생제 바이오제조 공정에 적용하면 연관 산업에서 다양하게 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

연구 결과는 지난해 12월 13일 합성생물학 분야의 세계적 저널인 'Nucleic Acids Research(IF 19.160)' 온라인 판에 게재됐다.(논문명:CRISPRi-based programmable logic inverter cascade for antibiotic-free selection and maintenance of multiple plasmids/교신저자:이대희·이승구 박사/제1저자:김성근·김하성 박사 )

공동 연구책임자인 이승구 박사는 "소프트웨어로 전자장치를 구동하는 것처럼 인공 유전자 회로는 세포에 다양한 논리적 기능을 부여할 수 있는 것을 보여준 이번 연구는 합성생물학 기술의 무한한 활용성을 보여주는 좋은 사례"라고 평가했다.

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