“여러 유전자를 한 번에 조립”…고속·대량실험 구현

생명연, 새로운 유전자 조립 플랫폼 ‘에피모듈러’ 개발 최대 8개 유전자를 동시 조립..수개월 걸리던 설계를 3일 만에 유전자를 하나씩 조립하던 기존 방식에서 벗어나 최대 8개 유전자를 한 번에 조립할 수 있는 새로운 플랫폼이 개발됐다. 이 플랫폼을 활용하면 신약후보 물질 개발, 친환경 에너지 생산 등 바이오 산업 전반에 걸쳐 미생물 설계에 소요되는 시간을 획기적으로 단축해 줄 것으로 기대된다. 한국생명공학연구원은 이대희 박사 연구팀이 여러 유전자를 빠르고 정밀하게 한 번에 조립할 수 있는 유전자 조립 플랫폼 ‘에피모듈러’를 개발했다고 21일 밝혔다. 미생물을 이용해 의약품이나 친환경 소재를 만들려면 여러 개의 유전자가 서로 균형을 이루며 작동하도록 설계하는 과정이 필수적이다. 기존 유전자 조립 방식은 유전자를 하나씩 순차적으로 이어 붙이고 단계마다 결과를 확인해야 해 여러 유전자를 동시에 조립하기 어렵고, 많은 시간과 인력이 소요됐다. 연구팀이 개발한 에피모듈러는 커넥터 구조를 도입해 여러 유전자를 마치 레고 블록처럼 한 번에 연결할 수 있도록 설계됐다. 이 플랫폼을 활용하면 한 번의 실험으로 최대 8개의 유전자를 동시 조립하면서도 80% 이상의 높은 성공률을 확보할 수 있다. 기존 대비 유전자 조립 효율을 크게 높일 수 있는 것이다. 여구팀은 에피모듈러를 바이오파운드리 자동화 시스템에 적용해 항산화물질이자 기능성 식품 원료로 널리 알려진 베타카로틴의 유전자들의 조합을 다양하게 바꿔가며 실험을 진행했다. 그 결과, 120종의 베타카로틴 생산 균주 라이브러리를 단 3일 만에 구축했다. 이는 수 개월이 걸리던 기존 미생물 설계 방식과 비교해 연구 속도를 획기적으로 단축시킨 결과라는 게 연구팀의 설명이다. 아울러, 120종의 균주에서 베타카로틴 생산량을 비교·분석한 결과 특정 유전자의 작동 정도가 전체 생산량을 크게 좌우한다는 사실도 확인했다. 특히 반복 실험과 검증에 소요되던 시간을 단축해 연구·개발 속도를 끌어올릴 수 있다는 평가다. 이대희 생명연 박사는 “에피모듈러는 자동화 기반 연구 인프라와의 잘 맞도록 설계돼 바이오파운드리 환경에서 고속·대량 실험에 적합하다”며 “앞으로 인공지능(AI) 기반 설계 기술과 결합하면 차세대 바이오 연구의 핵심 플랫폼으로 확장할 수 있다”고 말했다. 연구 결과는 합성생물학·바이오공학 분야 국제 학술지 ‘트렌드 인 바이오테크놀로지’ 지난 14일 온라인에 실렸다.