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새로운 유전공학 기술이 생물학적 시스템의 설계 및 연구를 가능하게 함
Nature Communications에 1월 20일자로 발표된 이 기술은 과학자들이 특정 유전자에서 얼마나 많은 단백질이 생성될 수 있는지 정확하게 조절할 수 있게 합니다. 이 방법은 간단하면서도 혁신적이며 현재까지 박테리아에서부터 식물, 인간 세포에 이르기까지 광범위한 분야에서 효과를 보이고 있습니다.
미국 세인트루이스의 워싱턴 대학교 의과 대학 세포 생물학 및 생리학 조교수인 Sergej Djuranovic 박사는 기본적으로 이러한 기술이 유전자의 발현을 수정하기 위한 보편적인 도구라고 말했습니다. 또한 그는 이 방법이 특정한 유기 분자를 생성하기 위해 세포를 유전적으로 조작하거나 유전자의 작용 원리를 연구하는 데 사용할 수 있는 도구라고도 말했습니다.
특정 유전자에서 생성되는 단백질의 양을 조절하는 능력은 생물학적 시스템을 디자인 혹은 재설계하는 생물학자들에게 도움을 줄 것입니다. 예를 들면 세포의 대사활동을 발생시키는 생화학적인 반응과 같은 생물학적 시스템을 설계하여 원하는 제품을 만들어 낼 수 있습니다. 이러한 제품은 vancomycin과 같은 항생제, taxol과 같은 항암제를 비롯한 일부 약물로써 세포에서 신진 대사의 부산물로 생성되는 것입니다. 특정 유전자를 미세하게 조정함으로써 생물학자는 생산하고자 하는 의약품의 성분을 최대한 만들어 낼 수 있습니다.
이러한 기술은 DNA로부터 단백질을 만들어내는 단계인 mRNA의 번역으로 알려진 세포 과정의 특징을 이용합니다. 단백질을 만들어내기 위해서 먼저 유전자가 mRNA라고 알려진 분자에 복사되어 단백질로 번역됩니다.
mRNA는 A, U, G, C의 4가지 종류의 연결 고리를 가진 긴 분자 사슬입니다. 일반적으로 이러한 고리는 글자처럼 서로 섞여 있지만 때로는 많은 A가 연속적으로 나타나기도 합니다. RNA를 단백질로 번역하는 분자적인 도구는 끝까지 도달하기 전에 연속적인 A의 경로에서 멈추거나 미끄러지는 경향이 있어 생산되는 단백질의 양을 줄입니다.
Djuranovic 연구팀은 이러한 기술은 박테리아, 원생동물, 효모, 초식동물, 초파리, 쥐 및 인간 세포에서의 실험 과정을 거쳤습니다. RNA의 번역은 모든 생물체에 걸쳐 동일한 방식으로 발생하는 고대 진화론적인 과정이기 때문에 이러한 모든 생물체에 작용한 것으로 보입니다.
Djuranovic 박사는 이러한 기술의 장점이 매우 단순한 것이라고 말하며, 예전에는 30% 정도의 유전자 발현을 저해한 돌연변이를 얻는데 수년의 시간과 운이 따랐다면, 이제는 단 며칠 만에 얻을 수 있다고 말했습니다.