지놈 디자인 기반의 합성효모 개발 연구동향

                                 중앙대학교 생명과학과 유수진, 강현아

1. 개요
생물학은 현재 생물 종들의 유전체로부터 DNA 염기서열의 정보를 해독하는 시대에서 합성 유전체의 시대로 급격한 변화를 겪고 있다. 이러한 변화는 현재 우리에게는 없는, 새로운 수준의 생물학적 지식을 필요로 한다. 그러한 지식은 염기서열이 이미 알려진 세균과 진핵생물의 유전체를 재설계하고 개량하는 합성 유전체학과 유전체 공학을 통해 얻을 수 있다(Annaluru et al., 2015). 합성 유전체학은 1970년 효모의 인공 알라닌 tRNA를 암호화하는 최초의 유전자를 데옥시리보뉴클레오티드로부터 합성한 연구로부터 시작되었다(Agarwal et al., 1970). 그 이후, 특히 지난 10년 간, 다양한 지놈 규모의 조작 기법 등 DNA 합성 기술의 급속한 발전은 대사 경로의 재설계 및 바이러스, 박테리오파아지, 세균의 유전체 조립을 넘어 인공 합성 생물체의 제작까지 가능하게 해왔다(그림 1). 2002년 7.5 kb의 single-stranded RNA로 구성된 poliovirus 유전체의 화학적 합성(Cello et al., 2002), 2005년 유전적 조작이 쉽도록 재설계한 부분적 합성 유전체를 갖는 박테리오파아지 T7의 제작(Chan et al.,  2005), 2008년 J Craig Venter 연구소의 약 10년에 걸친 세균 Mycoplasma genitalium 전체 유전체(582 kb) 합성(Gibson et al., 2008), 2010년 같은 팀에 의한  1.08 Mb의 합성 유전체를 갖는 세균 Mycoplasma mycoides 세포 제작(Gibson et al., 2010)에 이어서 2016년 세포 생존에 필수적인 최소의 유전자 세트만을 갖는, 즉 최소 유전체 세균 JCVI-syn3.0 제작(Hutchison et al., 2016)을 위한 노력들이 계속되고 있다. 한편으로 2013년에 MAGE(multiplex automated genome engineering)와 CAGE(conjugative assembly genome engineering) 기술을 이용하여 확장된 유전 암호를 갖는 재암호화된 대장균 유전체가 제작되어 보고된바 있다(Lajoie et al., 2013).

 이러한 합성 유전체학의 발전은 원핵미생물인 세균의 영역을 지나 이제 진핵생물에게도 적용되기 시작하였다. 2007년 Johns Hopkins 대학과 New York 대학의 주도로 단세포 진핵미생물인 효모를 대상으로 전체 합성 유전체를 갖는 최초의 진핵생물 제작 연구가 착수되었다. 본고에서는 전통효모 Saccharomyces cerevisiae를 대상으로 진행되고 있는 지놈 디자인 기반의 합성효모 개발 연구에 대한 배경과 최신동향, 앞으로의 전망에 대해 살펴보았다.

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