사람이 만든 인공 세포(artificial cells)이 몸 속을 돌아다니면서 특정 위치에 약물을 전달하고, 조직 내 진단을 하거나 세포나 조직을 완전히 바꿀 수 있는 날이 언젠가 올지 모르겠다. 이런 날이 오기 위해서 해야 할 일은, 복합한 우리 몸에서 이용할 수 있는 인공 세포를 만드는 일일 것이다. ACS Central Science에 게제된 이번 연구는 실험실에서 만든 효소를 이용한 세포가 진짜 세포처럼 움직인다는 내용을 담고 있다.

살아 있는 세포는 화학 에너지를 기능으로 정교하게 변환실 수 있는 구획화된 비평형 시스템이다. 항상성을 유지하기 위해서는, 대사 물질의 유량이 조절 가능한 효소 네트워크에 의해 철저하게 조절되어야 한다. 생명체를 닮은 재료를 개발하기 위한 전제 조건은 비평행 기능을 유지할 수 있는 구획화된 반응 네트워크를 가진 종합 체제를 구축하는 것이다.

연구팀은 공급 원료 분자를 기능으로 변형시키기 위해 자율적으로 움직일 수 있는 것을 만들려는 목표를 세웠다고 말한다. 이를 위해 연구진은 인공 세포의 움직임을 유지하기 위해 얼마나 많은 효소와 많은 양의 효소가 필요한지를 컴퓨터 모델링을 이용해 조사했다. 변형이 된 유체는 여러 번의 순환이 이루어지는 합리적으로 디자인된 효소 반응 네트워크에 의해 조절되었다. 그릇 모양의 나노 캡슐안에 네트워크를 구획화 함으로, 네트워트의 결과물이 운동 에너지로 바뀌게 했다. 전체 시스템은 여러 가지의 외부 물질이 변한 것의 결과로 지속가능하고 조절이 가능한 미세 운동으로 나타났다. 연구팀은 비평형 반응 네트워크의 성공적인 구획화가 채택가능하고, 내부적으로 조절이 되는 생명체를 닮은 시스템을 디자인하는데 중요한 첫번째 단계라고 말한다.

연구진은 자신들이 개발한 개념이 생명을 닮은 시스템의 움직임 이상으로 연료에 의존하는 특성을 가진 생명의 특성에도 적용될 수 있을 것이라고 제안했다.

관련 논문은 다음을 참고하기 바란다. http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.6b00254

인공 세포의 움직임에 대한 비디오는 유튜브에서 볼 수 있다. https://youtu.be/ciHiw1F8xu0.