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 Bioin스페셜 WebZine 2010년 16호 [합성생물학]

합성생물학에서의 미생물 유전자회로 및 대사회로개발

윤성호 한국생명공학연구원 선임연구원

1. 서론
 
합성생물학(synthetic biology)은 자연계에 존재하는 생명 구성 요소와 분자조절 기구들을 다양한 방식으로 조합하여 인간 목적에 맞게 효율적인 시스템으로 변형시키거나, 새로운 생물학적 부품, 디바이스 또는 시스템을 디자인하고 창출하는 연구분야이다 [1]. 합성생물학은 모델링, 시뮬레이션, 구조화(modularization), 규격화(standardization) 등의 보편적인 공학적(engineering) 기법을 생명체를 재설계(re-engineered)하는데 적용함으로써, 유용화학물질, 연료, 의약품, 진단키트 등을 보다 효율적으로 개발 및 생산할 수 있도록 한다.

마치 컴퓨터를 조립하듯이 생명체를 재설계할 수 있다는 말이 공상과학소설처럼 들릴 수 있겠지만, 생체 내 정보 전달 및 물질의 합성과정을 개개의 생체구성물질들이 모인 모듈로 볼 수 있고(modularity), 그 모듈들이 모여 더 큰 기능을 수행하는 계층구조(hierarchy)로 표현할 수 있다고 생각하면, 실현 가능해 보일지도 모르겠다 [2] (그림 1). 즉, 트랜지스터, 저항기와 같은 전자부품에 해당하는 DNA, RNA, 단백질, 대사물질 등의 생체부품(biological part)들이 모여, AND, OR, NOR 등의 논리게이트(logic gate) 기능을 수행하는 유전자 회로가 된다. 이러한 유전자회로들은 CPU나 머더보드와 같은 보다 복잡한 기능을 수행하는 모듈들을 만들고, 이 모듈들을 특정 방식(protocol)으로 연결하면 우리가 원하는 기능을 수행하는 생명체를 탄생시킬 수 있다.

합성생물학의 핵심은 필요한 생체부품을 어떻게 제작, 연결, 제어하느냐에 있다. 지난 10여 년간 합성생물학 연구는 대부분 대장균이나 효모와 같이 유전자 조작이 상대적으로 쉽고, 분자생물학적 지식이 가장 많이 축적된 미생물에서 이루어져 왔다. 본 기고에서는 합성생물학에서 어떠한 방식으로 유전자 및 대사회로를 재설계하고 있으며 그 실용적인 가치는 어디에 있는 지 논하고자 한다.

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