'담배 표준유전체' 구축...식물 백신 연구 활성화되나

한국생명공학연구원

담배류 식물의 표준유전체를 구축한 한국생명공학연구원 연구진. 왼쪽부터 교신저자 권석윤 부원장, 연구책임자 신아영 선임연구원, 제1저자 이상희 UST-KRIBB 스쿨 박사과정생, 제1저자 고서린 UST-KRIBB 스쿨 박사과정생. 한국생명공학연구원 제공

국내 연구진이 고부가 소재 생산에 많이 활용되고 있는 담배류 식물의 표준유전체를 구축했다. 담배를 활용한 식물 백신, 기능성 물질과 같은 고부가 소재 연구 활성화에 기여할 것으로 기대된다.

한국생명공학연구원(KRIBB)은 신아영 식물시스템공학연구센터 선임연구원과 권석윤 부원장 연구팀이 차세대 염기서열 분석법(NGS)을 이용해 담배류 식물인 ‘니코티아나 벤타미아나(이하 벤타미아나)’의 고품질 표준유전체를 제작했다고 22일 밝혔다.

최근 유전자 재조합 기술이 발달하면서 식물과 식물 유전자를 활용해 새로운 물질이나 기능을 생산하는 플랫폼 연구가 활발히 진행되고 있다. 벤타미아나는 이런 연구에서 널리 이용되는 식물 중 하나다. 키우기 쉽고 성장이 빠르며 병원성 박테리아에 대한 반응성이 높아 진단용 시약이나 백신 등을 만드는 데 사용된다.

식물 연구개발에서 유전체 정보를 활용하기 위해선 해당 생물 종(種)을 대표하는 품종의 유전자 정보인 표준유전체가 필요하다. 표준유전체는 개체 간 차이를 비교할 때 기준이 되는 만큼 정보의 완성도와 정확도가 중요하다.

연구팀은 3세대 염기서열 분석법 중 하나인 나노포어 서열분석법을 활용해 고품질의 벤타미아나 표준유전체를 완성했다.

그동안 유럽과 호주를 중심으로 벤타미아나 표준유전체 구축이 추진됐지만 벤타미아나의 복잡한 유전체 구조로 인해 이를 식물 합성생물학 연구에서 활용하기에는 정확성이 낮았다.

연구팀은 유전체 2.76GB(기가바이트)를 해독하고 총 4만6215개의 유전자를 발굴했다. 표준유전체의 품질 척도인 ‘QV 수치’에서 49를 달성해 기존 표준유전체의 오류를 크게 개선했다.

나노포어 서열분석법은 식물 핵 DNA를 손상 없이 긴 상태로 추출해야 고품질의 유전체 정보를 생산할 수 있다. 연구팀은 고순도 고분자량의 식물 핵 DNA 추출 방법을 고안해 유전체 해독 정확도를 높였다.

연구책임자인 신아영 연구원은 이번 연구 결과에 대해 “향후 담배 식물의 개량을 통한 식물 합성생물학 기반 유용 단백질 및 물질 생산 증대 연구는 물론, 산업화에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 데이터’에 지난달 16일 게재됐다.

니코티니아 벤타미아나 유전체 모식도. 한국생명공학연구원 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]