[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 DNA 조각을 새롭게 조합하는 인공 유전자회로 기술로 갯벌 미생물에서 나일론 원료를 합성하는 새 효소를 발견했다.

한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단(단장 이승구)은 서해안 갯벌 유래 미생물 유전체군에서 ε-카프로락탐(나일론모노머)을 합성하는 새로운 기능의 효소유전자를 발견했다고 22일 밝혔다.

연구결과는 ‘네이처 커뮤니케이션 (Nature Communications)’ 온라인판에 지난해 11월29일 실렸다.

ε-카프로락탐은 나일론 합성섬유를 생산하는 고리구조의 물질로, 석유 기반의 벤젠을 원료로 만들어지지만 바이오 기반 합성기술의 개발 필요성이 제기돼 왔다.

인공 유전자회로기술은 특정 입력(INPUT) 조건에서만 출력(OUTPUT)이 나타나도록 세포 기능을 조절하는 DNA 설계기술이다.

이번 연구는 이런 유전자회로를 바이오센서로 이용한 것이다. 갯벌 환경에서 추출한 유전체군(메타게놈)에서 나일론 원료를 합성하는 새로운 효소활성이 감지되면 정량적인 형광 신호를 내도록 유전자회로를 제작해 미생물 세포에 도입했다.

새로운 촉매반응(효소)을 발견하기 위해 기존에는 세포배양, 효소반응, 물리·화학적 산물분석을 연속 반복하는 방법이 사용돼 왔다.

이번 연구는 유전자회로를 도입한 세포들을 초미세반응기(femto-liter)로 이용해 짧은 시간동안 효소 반응을 진행한 후, 사용된 세포들을 세포자동해석·분리장치(FACS·fluoscence assisted cell sorter)에 1초에 수천 개씩 흘려보내며 높은 형광을 띠는 것을 분리하는 기술이다.

그림1. 인공 유전자회로 CL-GESS의 구성도 및 개발과정 : a)는 본 연구의 표적인 카프로락탐(ε-caprolactam) 생성반응을 나타내고, b)는 이를 감지하는 유전자회로를 도식화한 것이다. 즉, 미량이라도 표적활성이 있는 유전체자원이 발견되면 미생물 내 전사인자(NitR)가 이를 감지해 세포 내 형광으로 표시한다. c)는 이 유전자회로의 부품들을 만드는 과정을 나타낸 것이다. 즉, 1) 카프로락탐에 맞게 전사인자 NitR을 수정하고 2) 표준 프로모터/RBS를 장착하고 3) PnitA프로모터를 가장 단순하게 만들고, 4) 표준 리포터를 적용했다. 이 회로를 장착한 세포에 유전체자원들과 아미노카프론산(6-aminocaproic acid)을 가하면, 세포 내 유전체자원의 특성이 세포별 형광으로 표시된다. 2019.01.22. [자료=한국생명공학연구원]

이 단장은 “최근 유전자회로 기술을 이용해 대량 유전체자원의 기능을 고속 비교분석해 합성생물학에 필요한 유전체 설계 능력을 확보하기 위한 경쟁이 치열하다”며 “이번 유전자회로기술이 새로운 플라스틱 생합성·분해에 필요한 유전자의 발견이나 C1전환효소 개발에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

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