박테리아의 유전자 코드를 다시 쓰다 ‘유전자 코드 재작성 생명체(GRO·genetically recoded organism

“생명체의 지놈 전체를 바꾸다” “재프로그램된 박테리아, 생명의 새로운 언어를 말하다” “플러그 앤드 플레이 합성 생물학” “유전 코드의 대규모 편집이 가능해지다” “유전코드 재작성 생명체란 무엇인가?”….

지난주 외신은 미국 예일대 생물학과와 하버드대 의대의 공동연구팀이 사이언스지에 발표한 논문을 집중 소개했다. 대장균의 유전자에서 특정 코드를 조작해 자연계에 없던 신종 아미노산을 만들어내고 이것을 단백질에 편입시키는 데 성공했다는 내용이다. 여기에는 ‘유전자 코드 재작성 생명체(GRO·genetically recoded organism)라는 이름을 붙였다. 기존의 ‘유전자 조작 생명체(GMO)’와 다른 점은 기존 코드의 의미 자체를 다른 것으로 바꿔버렸다는 데 있다.

생명체를 구성하는 수천 종의 단백질은 20종의 아미노산이 3차원으로 접혀서 만들어진다. 아미노산은 세포 내의 리보솜이란 공장에서 생산된다. 리보솜은 유전자를 이루는 4개의 코드 중 3개가 이어진 ‘코돈’이라는 단어를 해독해 일을 한다. 코돈은 64종이 있는데 이 중 61종은 아미노산으로, 나머지 3종(UAG, UAA, UGA)은 모두 “아미노산 생산 작업 끝!”으로 해독된다.

연구팀은 대장균 유전자의 UAG 코돈 모두를 UAA로 교체하고 UAG 코돈 자체는 기능할 수 없게 세포를 조작했다. 그 뒤 운반RNA와 관련 효소를 조작해 이 코돈이 자연계에 존재하지 않던 21번째 아미노산을 생산하게 만들었다. 연구팀은 UAG를 유전자 내의 특정 위치에 삽입함으로써 신종 아미노산을 마음대로 단백질에 통합시키는 데 성공했다. 과거에는 합성 리보솜을 세포 내에 삽입해야만 가능했던 일이다. 이렇게 만들어진 대장균은 수많은 바이러스에 저항력을 지니는 것으로 나타났다.

이번 연구는 합성 생물학의 새 지평을 연 것으로 평가된다. 예컨대 신종 아미노산을 추가하면 단백질에 새로운 속성을 부여할 수 있다. 금속에 달라붙는 능력은 새로운 접착제로 이어진다. 혹은 장에서 소화되지 않는 효소, 특정 분자가 존재할 때만 활성화되는 효소를 만들 수도 있다. 이는 새로운 의약품을 의미한다. 유전자의 코돈은 중복이 많으므로 이들의 기능을 재설정하면 빠르고 효과적으로 새 단백질을 만들 수 있다. 생물학적 다양성이 급속도로 커진다는 말이다. 이렇게 조작된 생명체는 실험실에서 탈출해 자연계에서 생존할 가능성이 낮은 것도 주요 장점이다.

중앙일보