바이오인

지능형 바이오시스템 설계 및 합성 연구단에서 발간되었습니다.

울산과학기술대학교 이성국 교수

1. 연구배경

오늘날 합성생물학 (Synthetic  biology)은 생물공학 (Biotechnology) 기반의 다양한 바이오화학 산업 분야에 새로운 패러다임을 제시하면서 나날이 비약적으로 변화 발전해가고 있다. 이를 반영하듯 합성생물학은 최근 화학물질, 의약 등 산업적 생산에 있어 핵심적인 기술로의 잠재성을 인정받고 있다. 더욱이 현재 다양한 genomics, tranomics, metabolomics, proteomics 등 오믹스 기반의 분석기술과 유전자 합성기술들의 발전으로 합성생물학의 성장속도는 가속화되어 가고 있는 실정이다. 이로 인해 예전에는 할 수 없었지만 지금은 가능한 ‘evolutionary adaptation’과 ‘reverse engineering’과 같은 기술들이 각광을 받고 있으며 미생물의 원하는 표현형을 설계하는데 있어 중요한 기술로 인식되고 있다. 자연과 유사한 evolution 환경을 인공적으로 재현하여 미생물의 특정 표현형을 획득하기 위한 evolutionary engineering은 생체분자(biomolecule), 대사회로 (metabolic pathway), 나아가 생물특성을 파악하는데 있어 유용하다. 특히 이렇게 얻어진 정보를 이용하여 생물학적 시스템을 수정·보완·재설계하는 'Reverse engineering'기술과 접목되어 최적화된 인공미생물을 제작하는데 필수적인 방법으로 응용되고 있다.

‘Directed (molecular) evolution’ 혹은 'in vitro evolution'은 전형적인 evolutionary engineering 방법으로, random mutagenesis와 in vitro recombination의 반복적인 과정을 통해 분자적 다양성 유도하여 HTS (high-throughput screening or ion)로 특정 표현형이나 향상된 library member 를 동정하는 접근이다. 비교적 짧은 시간 내에 원하는 표현형을 얻을 수 있어 보편적으로 이용되는데 -prone PCR 기반의 mutagenesis, DNA shuffling의 recombination 등이 여기에 해당된다. 하지만, 삭제변이(deleterious mutations)의 축적, 낮은 교차율(crossover rate) 등의 문제로 인해 제한된 개체(population)만이 선별되어 이를 개선하기 위한 다양한 방법들이 시도되고 있다. 또한 이는 플라스미드 상에서 아주 극히 제한적인 유전자만을 변이 시킬 수 있어 대사경로 및 생물학적 시스템 등의 개량이 아닌 일반적으로 효소 개량에 주로 활용되고 있다.  

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