미국-"박테리아 공장" 화학물질을 대량 생산

화학물질을 대량으로 생산하는 "박테리아 공장"

   하버드대 비스연구소(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)와 하버드 의대 유전학자인 George Church가 이끄는 연구팀이 화학 공장들을 유전자변형 박테리아를 이용한 공장으로 대체 가능하게 하는 기념비적인 한 걸음을 내디뎠다.

   비스연구소 연구원들은 이 새로운 연구에서 박테리아의 대사과정을 이용해 박테리아의 유전자들이 군체로 하여금 연구자들이 원하는 특정 화학물질을 원하는 양만큼 생산하도록 유전자를 변형시켰다. 연구결과는 PNAS에 게재되었다.

   대사공학 또는 박테리아가 유용한 화학물질들을 합성하도록 조작하는 개념은 합성생물학에서는 새로운 개념이 아니다. 그러나 이번 연구결과로 최고 30배에 달하는 생산성 향상을 기대할 수 있게 되었다. 연구결과는 과학자들이 이번 연구에서 사용된 일반 대장균을 포함, 다양한 세균들을 활용해 수많은 화학물질의 생산을 시도할 수 있는 기술을 선보였다.

   가장 기대되는 결과는 생산기간이 현재 대사공학에서 활용되는 방법과 비교해 거의 1,000배나 빠르다는 점이다. 비스연구소의 설립자인 Donald Ingber는 “이 결과는 의약, 바이오연료, 재생가능 화학물질 생산 등 여러 분야에 활용할 수 있습니다,”라고 말했다. “생산성을 상상할 수 없을 만큼 향상시킴으로써 우리는 기존의 화학물질 생산 공정을 개선할 수 있을 뿐 아니라 새롭게 생산이 가능해진 화학물질들을 경제적으로 생산할 수 있을 것입니다.”

   연구팀은 박테리아 스스로 생산성이 낮은 군체를 제거하도록 유도하기 위해 혁신적인 메커니즘을 도입했다. 새로운 방식은 사람이나 기기가 박테리아가 화학물질을 생산하는 과정이 효율적인가를 모니터링할 필요가 없게 만들었으며 결과적으로 화학물질 생산에 필요한 시간을 획기적으로 감소시켰다.

   비스연구소 대학원생이며 연구논문의 공동저자인 Jameson Rogers는 “우리는 생산하기 원하는 화학물질에 박테리아가 중독되도록 만들었습니다,”라고 말했다. “그 후 우리는 박테리아를 항생제로 처리해 가장 생산적인 군체들만이 살아남아 다음 단계에 참여할 수 있도록 만들었습니다.”

   이 기술은 박테리아의 DNA를 변형시켜, 군체가 생산해 주기를 원하는 화학물질이 존재하는 조건에서 박테리아의 항생제내성 유전자를 활성화 되도록 조작해, 원하는 화합물질의 존재가 군체의 생존에 필수적이 되도록 만드는 것이다. 결국 동시에 원하는 화학물질을 높은 농도나 효율적으로 생산하지 못하는 군체는 항생제내성 유전자의 활성화가 부족해 항생제에 의해 죽게 된다. 결과적으로 가장 많은 양의 화학물질을 생산하는 군체가 가장 강한 항생제내성을 나타내 생존하게 된다.

   진화과정이 반복됨에 따라 “적자생존”의 원칙에 따라 원하는 화학물질을 효율적으로 생산하지 못하는 군체는 도태되고 화학물질을 효율적으로 생산하는 군체들만이 살아남게 된다.

   비스연구소의 핵심연구원으로 HMS의 유전학 교수 그리고 하버드와 MIT의 보건과학기술 교수이며 이번 연구의 주저자인 Church는 “화학 공장에서 인간의 역할을 줄이고 그 대신 화학물질 생산능력을 자체 모니터링 하는 세균에 의존합니다,”라고 말했다. “이번 연구결과는 지금까지 대부분 단발성 실험에 그쳤던 합성생물학에 중요한 방향성을 제시하고 있습니다.”

관련 URL

http://phys.org/news/2014-12-bacteria-factories-churn-valuable-chemicals.html

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150105, 한국바이오안정성정보세터에서 퍼온 내용

* 요약 : 바이오안전성정보센터(www.biosafety.or.kr)