바이오인

 유전체의 절반 이상이 합성 DNA인 효모 균주

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-78

■ 완전한 합성유전체를 가진 균주 제작을 목표로 하는 Sc2.0 컨소시엄은 유전체의 50% 이상이 합성 DNA인 효모(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 만들었다고 발표

○ 해당 컨소시엄은 2011년 효모 염색체 1개를, 2017년에는 6개를 합성한 바 있으며, 올해로 16개의 염색체가 모두 합성되었으나 문제는 이 염색체를 하나의 균주로 통합하는 것

○ 연구진은 합성염색체 7.5개를 효모에 도입하여 50% 이상의 인공 DNA를 포함한 균주를 제작

○ 단순한 유전체 구조를 갖는 박테리아나 바이러스 유전체가 합성된 적은 있으나, 진핵생물의 유전체를 합성하여 조작된 유전체가 실제 세포에서 정상적으로 작동하는 것을 입증한 것은 최초

■ 합성유전체를 도입한 효모는 교배와 선별을 통해 효모의 자연염색체를 하나씩 합성염색체로 대체하고 이후 나타나는 결함을 해결하는 방식으로 만들어짐

○ 염색체 안정성을 높이기 위해 인트론 등 반복적인 요소를 제거하고, 합성 DNA를 구별할 수 잇도록 새로운 DNA 조각을 추가했으며, 불안정성을 높이는 tRNA 유전자를 합성염색체로 재배치. 또한 다양한 표현형을 생성하고 생물학적 문제를 해결하기 위해 ‘SCRaMbLE’ 도입

* SCRaMbLE : Cre/LoxP를 활용하여 염색체의 결실, 복제, 반전, 전위 등 재배열 및 변형을 유도하는 시스템으로, 염색체 구조에서 확률적 다양성을 생성

○ 이렇게 향상된 내재복제 교차(Advanced endoreduplication intercross) 기술을 이용하여, 여러 합성 염색체를 포함하면서도 생장 및 분열이 가능한 균주를 제작

○ 여러 개의 합성염색체를 하나의 효모에 도입했을 때 유전자 불균형으로 인해 나타나는 결함은 CRISPR/Cas9을 활용한 기술 ‘CRISPR D-BUGS’을 통해 디버깅을 거치며 수정

< 여러 개의 합성 염색체를 가지는 효모 제작 과정 >

출처: Cell, Debugging and consolidating multiple synthetic chromosomes reveals combinatorial genetic interactions, 2023.11.8

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