바이오인

전사조절인자를 활용한 바이오센서 개발 동향

한국생명공학연구원 권오석

1. 서론
합성생물학은 대사공학, 단백질공학, 전산생물학, 유전체 엔지니어링 등 여러 분야에 막대한 영향을 미치며 지난 십 수년간 크게 발전하였다. 특히 최근 DNA 서열분석과 합성 비용이 큰 폭으로 감소함에 따라 연구자들은 다양한 합성생물학적 디자인들을 저렴한 비용으로 제작할 수 있게 되었고 그 만큼 새로운 합성생물학적 설계의 성능을 신속하고 정확하게 평가하기 위한 수단의 수요도 증가하고 있다. 타겟 리간드의 존재를 검출할 수 있고 그에 따른 신호를 유발할 수 있는 생물학적 요소들로 구성된 바이오센서는 생물학적 부품 특유의 다양성, 특이성, 그리고 민감성 때문에 기존의 분석수단을 대체할 초고속 스크리닝 도구로써 또 발전하는 합성생물학 기술의 직접적인 결과물로서 주목 받고 있다 [1,2]. 나아가 센서를 이용한 진단에 생물학적 요소를 도입하면서 주로 물리적 혹은 화학적인 수단에 의존하던 기존 분석 체계가 급격하게 변화하고 있다. 바이오센서는 특히 환경, 농업, 산업 등 대규모 집단이나 광범위한 지역의 시료를 측정하거나 의료나 안전 관련 현장에서 많은 수의 개별 시료를 신속하게 정확하게 진단하는데 혹은 대사공학 혹은 합성생물학적 개발 측면에서 단일세포 수준의 특정 대사물질 검출 등에 활용되고 있다.

바이오센서 중에 가장 많이 연구된 것은 세포의 전사 및 번역 기구를 이용하여 타겟 리간드 검출에 대한 반응으로 신호를 유발하는 단백질 기반의 센서인 전사조절인자 기반의 바이오센서이다 (그림 1). 전사조절인자는 세포 내부 혹은 외부 환경변화에 따른 유전자 발현조절기구로 지난 수십 년 간 거의 모든 생물 종에서 연구되어 왔다. 전사조절인자 기반 바이오센서는 리간드 결합에 의해 활성이 조절되는 전사조절단백질, 전사조절단백질이 부착하는 타겟 오퍼레이터 서열, 감지된 신호를 발현하는 리포터 등 각 구성 요소가 갖는 모듈성과 또한 비교적 설계 및 제작이 용이하다는 이유 등으로 인해 가장 활발하게 연구되고 있는 바이오센서이다 [3]. 본 보고서에서는 야생형 전사조절인자, 이종 전사조절인자, 모듈성 합성 전사조절인자 등을 활용한 바이오센서 개발의 최근 동향을 살펴보고자 한다.

그림 1. 전사인자 기반 바이오센서 제작 원리

a. 전사조절인자 기반 바이오센서는 타겟 리간드 결합에 의해 전사조절 기능이 조절되는 전사조절단백질과 전사조절단백질이 부착하는 오퍼레이터 서열, 신호감지용  리포터  유전자로  구성된다. b. 리포터로는  형광단백질,  생합성경로, 항생제 내성과 같은 선별인자들이 사용된다 [3].

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