유전자 안 건드리고 시험관서 새 단백질 합성

하버드대 연구진이 유전자 재편집 없이 시험관에서 최대 34개 아미노산으로 새 단백질을 합성하는 도구를 개발했다.

26일(현지시간) 국제학술지 네이처에 발표된 연구에 따르면 하버드 의대와 하버드대 비스 연구소의 조지 처치 교수 연구팀은 '에이전텍스(AGENTEX)'라는 도구를 통해 이 같은 성과를 냈다.

이 도구는 자연계의 20개 아미노산 대신 최대 34개 아미노산으로 단백질을 설계할 수 있게 한다. 단백질 합성에 필요한 두 종류의 구성 요소인 운반 RNA(tRNA)와 리보솜을 맞춤 제작하고, 이를 실제 세포가 아닌 세포 구성 성분만 담긴 표준 실험 용액에 넣어 새 단백질을 만들어낸다.

기존 방식은 생물체의 DNA를 재프로그래밍해야 했기에 어렵고 시간이 오래 걸렸으며 결과도 미약했다. 처치 교수 연구팀은 2013년 대장균에서 코돈 하나를 확보하는 데 9년이 걸렸고, 두 번째 코돈을 확보하는 데는 10년이 더 필요했다.

에이전텍스는 34개 코돈을 맞춤 설정할 수 있게 해 단백질 설계의 폭을 크게 넓혔다. 논문 수석저자인 처치 교수는 "아미노산 하나를 추가하는 데 10년씩 걸렸는데, 이번에는 34개를 한꺼번에 열 수 있게 됐다"고 말했다.

연구 과정에서 연구진은 tRNA에 관한 오랜 통념을 뒤집는 발견도 했다. 모든 tRNA는 꼬리 끝에 CCA라는 유전자 서열을 가지며, 다른 서열이 오면 결함으로 간주된다는 것이 기존 학설이었다.

그러나 연구진은 일부 비표준 서열 tRNA도 효소로부터 아미노산을 받을 수 있다는 사실을 확인했다. 에이전텍스의 일부로 제작한 '티스캔(tSCAN)' 도구는 CGA 등 가장 잘 작동하는 비표준 서열을 찾아냈다.

논문 제1저자인 펠릭스 래드퍼드 연구원은 "CCA 말단은 사람들이 생각했던 것보다 훨씬 유연하다"고 설명했다.

이 발견은 비표준 tRNA가 자연 리보솜에 들어가지 못한다는 점에서 중요하다. 연구진은 특정 대체 서열을 가진 tRNA와만 작동하는 리보솜을 설계해, 원하는 아미노산을 운반하도록 할 수 있다.

에이전텍스는 이 모든 과정을 처음부터 끝까지 수행하는 작업 흐름을 제공한다. 연구팀이 무료로 공개한 소프트웨어는 오펜트론스가 판매하는 오픈소스 로봇에서 구동할 수 있다.

연구진은 향후 인공지능(AI)을 에이전텍스에 통합해 단백질 설계를 더욱 최적화할 계획이다.

이번 성과는 질병 치료를 위한 신약 개발에 활용될 가능성이 있다. 티스캔은 당뇨병과 청력 손실 등을 유발하는 tRNA 돌연변이를 연구하는 새로운 방법도 제시한다고 저자들은 밝혔다.

래드퍼드 연구원은 "분자 수준에서 생명을 이해하고 그 지식을 활용해 에이전텍스 같은 기술을 개발하는 것은 세상에 긍정적 영향을 줄 수 있다"고 말했다.