“생명 기원 규명 및 암 치료·탄소 포집 활용 기대”
무생물인 화학 성분만을 활용해 자연 세포처럼 스스로 영양을 섭취하고 성장하며 복제까지 할 수 있는 인공 세포가 세계 최초로 개발됐다.
1일(현지시간) 미국 CNN 방송에 따르면 미네소타 대학교의 합성 생물학자인 케이트 아다말라 교수 연구팀은 미국 기반 비영리 오픈소스 연구 기구 '바이오틱'을 통해 인공 세포인 일명 '스퍼드셀(SpudCell)'의 작동 원리를 담은 논문을 공개했다. 해당 논문은 아직 동료평가를 거치지 않았다.
스퍼드셀은 화학 물질과 분자를 조각조각 조합해 만든 인공 세포다. 기존의 바이오 기술이 대장균에 인슐린 유전자를 삽입하는 등 '자연 세포를 변형'하는 방식이었다면, 이번 연구는 완전히 새로운 방식으로 세포를 조립해 '무에서 유'를 창조해냈다는 점에서 차이가 있다.
연구에 참여하지 않은 임페리얼 칼리지 런던의 유발 엘라니 생화학 기술 부교수는 “자연 생물학의 제약과 진화적 한계에서 벗어나 기존 세포가 하지 못하는 일을 하도록 시스템을 설계할 수 있는 가능성을 열었다”고 평가했다.
연구팀에 따르면 스퍼드셀은 약 150~200개의 분자로 구성되어 있으며, 약 5세대에 걸쳐 영양을 섭취하고 복제할 수 있다. 수백만에서 수십억 개의 분자로 이루어진 자연 세포에 비하면 매우 단순한 구조다. 게놈 크기 역시 9만 개의 염기쌍으로, 대장균(460만 개)에 비해 현저히 작다.
아다말라 교수는 스퍼드셀에 대해 “지금으로서는 기본적으로 먹이를 먹고 가끔씩 딸세포를 만드는 것 외에는 아무것도 하지 않는, 믿을 수 없을 정도로 허약한 유기체”라고 묘사했다.
아직 각 세포마다 외부 먹이원이 필요하고, 섭씨 30도에서 복제하는 데 약 12시간이 소요되는 등 아직은 제한적이고 취약한 프로토타입 단계다. 하지만 특정 유전자 변형을 통해 일부 세포가 더 빠르게 성장하고 분열하게 만듦으로써, 합성 세포 생태계 내에서도 일종의 생존 경쟁과 선택의 힘이 작용할 수 있다는 점이 확인됐다.
아다말라 교수는 “이는 시작에 불과하다. 이번 연구는 우리가 앞으로 발전시켜 나갈 기반이 될 뼈대이며, 이는 매우 중요한 의미를 지닌다”며 “이제 우리는 이 기반 위에 어떻게 발전시켜 나갈지 어느 정도 구체적인 계획을 세울 수 있게 됐다”고 의의를 설명했다.
엘라니 부교수 역시 “인공 세포가 자연 세포를 완벽하게 모방하지 않는 것이 반드시 결함으로 작용하지는 않는다”며 “합성 생물학이 항상 모방만을 의미하는 것은 아니며, 때로는 다른 방식으로 접근하고 지름길을 보여준다”고 분석했다.
일각에서 제기되는 바이오 안전성 우려에 대해 스탠퍼드 대학교의 드류 엔디 부교수는 “리보솜을 포함한 모든 영양소를 외부에서 공급해야만 분열할 수 있기 때문에 실험실 외부에서 스스로 증식할 가능성은 전무하며, 생물학 무기로 전용될 위험도 없다”고 선을 그었다. 아다말라 교수 역시 인공 세포의 게놈에 안전 장치를 프로그래밍하는 것이 가능하다고 덧붙였다.
연구팀은 공익 기관 '바이오틱'을 통해 리눅스처럼 스퍼드셀의 핵심 기술을 전 세계 과학자들이 자유롭게 사용할 수 있도록 '오픈소스 운영체제' 형태로 공유할 계획이다. 학술 및 비영리 목적의 연구에는 무료로 제공되며, 상업적 이용에 대해서만 라이선스 비용이 부과될 것이라고 전했다.
아다말라 교수는 “현재 스퍼드셀은 스스로 유용한 물질을 만들어내지 못할 만큼 효율이 낮다”면서도 “국제 사회와 협력해 이 기술이 인류에게 실제로 유용하게 쓰일 수 있도록 개발 속도를 높이겠다”고 밝혔다.
서희원 기자 shw@etnews.com
