바이오인

인공세포 연구의 최신 동향

◈ 목차

⑴ 서론
⑵ 본론
⑶ 결론
⑷ 참고문헌
 

◈본문

■ 서론
세포는 생명의 기본 구성단위로 묘사되곤 한다. 살아있다고 간주되는 최소한의 독립체 역시 세포이며, 모든 생명체는 단세포 혹은 다세포 개체다. 오랜 세월의 진화를 거치면서 세포는 복잡한 구조적 위계와 대사 네트워크를 획득했다. 생명과학이 오늘까지 풀어낸, 그리고 앞으로 풀려고 하는 수많은 생명 현상 관련 문제들도 대부분 세포의 복잡성을 대상으로 한다. 이런 의미에서 세포는 고 도로 진보한 미세 반응로라고 할 수 있다. 이 복잡성은 생명이란 것의 기본적인 원리와 기전을 밝히 는 것을 어렵게 했고, 여전히 생명 과학이 풀고자 하는 수많은 질문을 던지고 있다. 다른 측면에서 보자면, 황홀할 정도의 세포의 복잡성은 수많은 과학자들이 유사한 것을 만들어내길 원하게 만들었다.

최종적인 목표는 사람이 만들어낸 구성물을 가지고 자연에서 발견되는 것만큼의 기능성과 적응 성을 가지는 세포를 만들어내는 것이다. 다양한 분야의 기술의 발전과 축적된 지식에 힘입어 살아있는 세포의 특성의 일부나마 인공적으로 재현하려는 연구는 오랫동안 이어져 왔고, 생명의 기원을 탐 구하거나 약물 전달, 유전자 치료, 바이오-센싱, 진단 등의 분야에 부분적으로나마 활용되어 왔다. 이 처럼 인공의 세포를 만드는 것은 자연의 세포에 대한 근원적인 이해를 도울 뿐만 아니라 다양한 분 야에서 실용적으로 적용 가능한 무언가를 탄생시키는 일이 될 것이다 [1, 2]

인공 세포를 만들기 위한 전략을 탑-다운과 바텀-업으로 구분한다면, 탑-다운 전략은 살아있는 세포 로부터 출발하는 것이라 할 수 있다. 살아있는 세포의 유전체의 일부는 제거하거나 치환해 가면서 생존을 위해 필요한 최소한의 유전 정보를 찾아나가는 것을 예시로 생각해볼 수 있다. 반대로 바텀업 전략은 살아있지 않은 재료로부터 출발해서 세포를 흉내 낼 수 있는 구조를 생산하는 과정이다. 바텀-업 전략이야말로 고유한 특징을 가진 인공 세포를 만들고, 단순히 살아있는 세포를 재구성하는 것을 뛰어넘어 자연 상에는 존재하지 않는 시스템을 개발함으로써 새로운 형태의 생명에 대한 가능 성을 발견할 수 있다 [3]. 

이를 위해 우선적으로 살아있는 시스템의 기본적인 특징을 정리해야 하고 그것이 어떻게 인 공 세포에서 흉내 내어질 수 있는 가를 논의해야 한다. 핵심적인 부분은 유전자 복제, 전사, 번역, 대 사, 신호전달 등에 해당하는 생화학적인 네트워크들을 작은 공간 내에 잘 정리되고 효율적인 형태 로 재현하는 것이다. 따라서 외부의 환경으로부터 내부의 화학적 공간을 분리하는 구획화 (compartmentalization)가 굉장히 중요한데, 인공 세포는 주변 환경과 물리적으로 잘 구분되어야 하 는 동시에 외부와 긴밀히 소통할 수 있어야 하기 때문이다. 현재의 인공 세포들도 내부를 작은 구획 으로 나누어 진핵 세포와 조직의위계적 구조를 흉내 내고 있다. 이러한 특성을 갖도록 세포의 경계 를 구성할 수 있는 대표적인 물질은 현재까지도 지질이며, 여러 가지 폴리머나 하이드로젤, 코아세 르베이트 등도 점차 사용되고 있다 [4, 5].

‘살아있음’에 대한 정의는 매우 어려운 것이고, 인공 세포가 살아있는 세포의 모든 조건을 다 만족할 수는 없기 때문에 기본적으로 중요한 한 가지 이상의 기능을 가지도록 설계되고, 따라서 인 공 세포끼리도상당히 다른 양상을 가진다. 그럼에도 궁극적인 목표는 세포의 기능을 최대한 완전한 형태로 재현하고 원하는 목적에 맞도록 조작할 수 있는 단계일 것이다. 현재까지 구현된 기능의 일 부는 단백질 합성, 광합성, 막 합성과 분열, 신호 전달 등을 포함한다. 실제로 자연 상에 존재하는 세 포의 기능도 너무나 다양하기 때문에, 인공 세포를 제작하려는 노력도 이를 고려하여 필요한 기능을 조합해 나가는 것에서 시작해야 한다 [6, 7] 

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