신관우 서강대 교수 등 국내외 연구팀, 세계 최초 광합성 인공세포 제작 성공
원시세포 기능과 유사… 연구 성과 네이처지 게재
“살아있는 생명체에 가장 근접한 혁신적 연구”
국내 연구진이 주축이 된 국제 연구팀이 세계 최초로 스스로 광합성을 통해 에너지를 생산해 세포의 골격을 형성하는 인공세포를 만드는 데 성공했다.
28일 과학기술정보통신부에 따르면, 신관우 서강대 화학과 교수는 케빈 파커 미국 하버드대 교수, 안태규 성균관대 교수, 정광환 서강대 교수, 이길용 미 하버드대 박사 등과 공동연구를 통해 ▦살아있는 세포와 동일한 형태와 기능을 가지며 ▦빛을 사용해 스스로 에너지를 생산하는 인공세포를 제작하는 데 성공했다.
연구팀은 2009년부터 연구에 착수, 시금치에서 광합성 단백질, 박테리아에서 광전환 단백질을 각각 추출한 뒤 빛을 사용해 생체에너지(ATP)를 생산할 수 있는 인공 미토콘드리아를 제작했다. 미토콘드리아는 세포의 생체ㆍ대사 활동에 필요한 ATP를 생산하는 기능을 담당하는 세포 내 소기관이다. 연구팀은 이어 인공 미토콘드리아를 인공세포막에 삽입해 골격단백질(ATP로 세포의 움직임과 형태를 구성하는 기능의 조직)을 스스로 합성해 움직이는 인공세포를 만드는 데 성공했다.
외부에서 빛을 쪼여주면 인공 미토콘드리아가 스스로 작동해 지속적으로 생체에너지를 만들고, 이를 통해 형성된 골격단백질이 주변 세포막을 움직여 마치 세포가 외부 환경에 따라 스스로 움직이는 것 같은 대사활동을 수행한다.
연구팀은 “이번에 개발된 인공세포는 외부환경에 따라 최소 한 달까지 지속적으로 대사활동과 광합성을 할 수 있다”며 “이는 진화 초기 단계의 세포와 매우 유사한 형태로 현재까지 인공적으로 구현된 세포 중 가장 진화된 형태와 기능”이라고 설명했다.
신관우 교수는 “세포를 구성하는 핵심 생체물질을 식물, 박테리아, 동물에서 각각 추출해 인공세포 구조체를 제작했다는 점이 가장 큰 성과”라며 “새 인공세포를 통해 기능이 저하된 세포를 대체할 기능성 세포 제작과 인공 배양된 장기ㆍ조직을 구현할 핵심 기술을 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구팀의 이번 성과는 바이오 관련 세계 최고 학술지로 꼽히는 ‘네이처 바이오테크놀로지’에 게재된다.
김용식 기자 jawohl@hankookilbo.com
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