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Long-DNA 합성기술: 합성생물학 혁신의 핵심 동력

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 25-57

◆︎ 합성생물학에 대한 트렌드가 빠르게 발전하고 있는 상황에서 향후 DNA 합성기술은 합성생물학 역량에 있어 중요한 요소가 될 것으로 전망

○ 합성생물학은 오염물질 정화를 위한 맞춤형 박테리아 개발부터 맞춤형 유전자 치료제 개발까지 다양한 과제를 해결할 수 있는 잠재력을 보유

- 실험실 수준을 벗어나 상업적 활용을 위해서는 DNA 합성기술의 발전이 필수적

○ 그동안 맞춤형 DNA를 산업적 규모로 생산하는 유일한 방법은 유기화학적 공정인 포스포라미다이트(phosphoramidite) 합성법*을 활용

* 고체상 합성(solid-phase synthesis) 원리를 기반으로 하며, 3'에서 5' 방향으로 뉴클레오타이드를 하나씩 추가하여 DNA를 합성

- 이 방법을 통해 최대 350개 뉴클레오타이드(nucleotide, nt) 길이의 핵산 합성 가능하지만, 더 긴 DNA 조각을 생산하기 위해서는 수천 개의 올리고뉴클레오타이드(올리고)를 병렬로 합성한 후 조립해야 함

- 이 기술은 대량의 DNA를 저렴한 비용으로 생산할 수 있지만, 반복적이거나 복잡한 서열에는 한계

○ 합성생물학에 필요한 맞춤형 DNA는 기존 템플릿이 존재하지 않는 경우가 많아 새로운 합성 방법의 개발이 시급한 상황

- 특히 프로모터와 같은 비코딩 서열은 서열 자체가 기능을 결정하기 때문에 합성하기 어려운 서열이라도 대체가 불가하여 더욱 정교한 합성기술이 요구

※ 반면 단백질을 만드는 서열은 같은 아미노산을 만드는 다른 서열로 대체 가능하기 때문에 합성하기 어려운 서열이 있다면 다른 서열로 변경 가능

◆︎ 최근 Nature에서는 효소 기반 기술과 기존 화학적 방법을 개선한 기술로 더 접근하기 쉬운 DNA 합성 솔루션에 관한 소개

○ 프랑스의 DNA Script사는 Terminal deoxynucleotidyl transferase(TdT) 효소와 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드를 결합하는 방식*을 개발

* 한 번에 하나 이상의 단량체가 연장되는 것을 방지하는 보호 캡을 사용하며, 각 염기가 추가된 후 보호 캡을 제거하고 세척한 뒤 다른 염기를 추가하는 사이클을 반복

- 96개의 올리고를 병렬로 합성할 수 있는 벤치탑 합성기인 SYNTAX 시스템을 개발, 2023년부터 SYNTAX 시스템 판매를 시작 

- 이 장치를 통해 연구자들은 하루에 올리고당 최대 약 120개의 뉴클레오타이드로 96개의 올리고를 병렬로 합성 가능

※ Thomas Ybert 최고과학책임자는 "사무실 프린터만큼 사용하기 쉽다"고 하며, “효소 합성의 중요한 장점은 포스포라미다이트 기반 DNA 합성과 달리 독성 유기 시약과 폐기물에 관한 교육과 인프라가 필요하지 않다는 것이며, 효소 합성기는 기본적인 액체 처리 기술만 필요”하다고 강조