최근 전 세계적인 환경 문제 및 자원고갈에 대한 우려가 급증하고 있다. 이에 따라 친환경적이고 재생산 가능한 미생물 기반의 생산 시스템, 즉 미생물 세포공장 구축에 관심이 집중되고 있다. 특히 바이오에너지, 의약품 등을 생산할 수 있는 세포공장 개발기술이 전 세계적으로 주목받고 있다.


미생물 세포공장 구축

미생물 세포공장 구축에는 어떤 미생물을 공장으로 사용할 것인가, 어떤 유전자를 조작할 것인지를 선별하는 것이 매우 중요하다. 기존의 유전공학기술은 복잡하고 긴 시간이 필요한 실험과정을 거쳐야 하므로 간단하고 쉽고 빠른 기술개발이 절실히 요구되고 있다. 유전자 조작을 DNA에서 해야 한다는 기술적 어려움과 한계로 인해 생명공학 분야의 발전이 어려움을 겪고 있기 때문.
최근 한국과학기술원(KAIST) 이상엽 교수팀은 이러한 한계를 극복해 관련 학계의 주목을 받고 있다. 기존의 DNA에서 가능했던 유전자 조작을 RNA에서 가능하도록 하는 기술을 개발한 것. 이는 합성 조절 RNA 기술을 활용하여 세포공장을 효율적이고 대규모로 구현하게 하는 새로운 기술이라는 의미를 갖는다.
이를 극복하기 위해 연구진은 조절 RNA를 새롭게 디자인하는 설계원리를 개발하였다. 새롭게 합성된 맞춤형 조절 RNA는 특정 유전자에 영향을 주고 이 유전자가 속해 있는 세포 내 네트워크 흐름을 복잡하게 변화시킴으로써 우리가 원하는 방향으로 세포내 네트워크를 재설계할 수 있다.
이러한 조절 RNA는 유전자 운반체에 삽입된 후 다양한 미생물 균주에 동시에 적용되었고, 그 결과 가장 생산능력이 뛰어난 균주 선별을 용이하게 하였다. 또한, 미생물 내의 대사회로에 존재하는 100여개의 다양한 유전자에 영향을 미치는 조절 RNA 라이브러리를 만들고 이를 미생물에 적용함으로써 가장 높은 생산성 향상에 관여하는 유전자를 선별하였다.


새로운 생물산업 발전 기대



그 결과 연구진은 맞춤형으로 합성된 조절 RNA를 이용하여, 지난 수십 년간 기존의 방식으로 만들어진 어떠한 미생물 공장보다 더 높은 생산성을 갖는 새로운 미생물 세포공장(타이로신 세포공장, 카다베린 세포공장)을 단 1~2주 내에 건설하는 데 성공하였다.
연구진은 “이 기술은 기존 방식과 달리 수개월이 소요되던 실험 과정을 수일로 단축시켜 바이오 에너지, 의약품, 친환경 소재 등을 세포공장에서 더욱 쉽고 빠르게 생산할 수 있을 것”으로 기대하고 있다.