⁠⁠⁠⁠⁠⁠⁠

국내 연구진이 광합성 미생물의 유전자를 교정하는 유전자가위 기술을 개발했다. 게티이미지뱅크

국내 연구진이 광합성 미생물의 유전자를 교정하는 유전자가위 기술을 개발했다. 이산화탄소 흡수 능력을 극대화한 광합성 미생물을 개발해 탄소저감 기술 실현을 앞당길 것으로 기대된다. 

한국생명공학연구원(생명연)은 김희식 세포공장연구센터장 연구팀이 크리스퍼 단백질의 핵내 정밀 유도를 통해 광합성 미생물의 유전자 교정 빈도를 10배 이상 크게 향상시킬 수 있는 유전자가위 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 

흔히 미세조류로 알려져 있는 광합성 미생물은 기후 변화의 주범인 이산화탄소를 빠르게 흡수하는 동시에 다양한 유용 물질을 생산할 수 있어 탄소 감축 기술의 핵심 플랫폼이자 지속 가능한 차세대 생물자원으로서 주목받는다. 특히 생태계에서 탄소 포집과 기후 완화에 중요한 역할을 하고 있는 광합성 미생물을 활용하는 기술 개발에 대한 관심이 높다. 

광합성 미생물을 탄소감축에 효과적으로 이용하려면 유전자가위라 불리는 크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas9)를 활용해 정밀하게 유전자를 교정하여 이산화탄소 흡수 능력을 극대화시켜야 한다. 하지만 기존의 유전자 가위 기술은 광합성 미생물의 핵 내부로 들어가기 어려워 유전자 교정기술에 있어 유전자가위의 활용도가 극히 낮아 광합성 미생물의 탄소감축 활용에 큰 걸림돌로 작용했다. 

연구팀은 낮은 유전자가위 전달 효율을 해결하기 위해 자연모방기술을 활용하는 방법을 고안했다. 특정 생물에게 자신의 유전 정보를 자유롭게 전달할 수 있는 토양 미생물 '아그로박테리움'을 활용했다. 

연구팀은 아그로박테리움이 자신의 유전 정보를 핵 내부로 전달하는 과정에서 핵위치 신호(NLS)가 핵심적인 역할을 한다는 사실에 착안했다. 크리스퍼 유전자가위로 사용되는 '크리스퍼 Cas9 단백질'에 NLS을 이식한 ‘DN Cas9’ 단백질을 개발했다. 

연구팀은 DN Cas9를 사용해 광합성 미생물인 클라미도모나스 레인하티의 유전자 교정 실험에서 기존 유전자가위보다 정밀하게 핵 내부에 단백질을 다량으로 축적할 수 있게 했다. 유전자 교정 빈도 수치가 기존에 비해 10배 이상 향상됐다. 

연구팀은 다른 광합성 미생물에도 해당 기술로 유전자 교정 빈도를 향상시키는 데 성공해 DN Cas9이 범용적으로 활용될 수 있다는 점도 확인했다. 

김 센터장은 “연구는 전 세계 최초로 유전자 교정 대상 생물의 핵 내부 물질 전달 원리를 활용하여 유전자가위 기술을 개발한 것"이라며 "광합성 미생물의 낮은 유전자 교정 효율이라는 큰 장애물을 넘는 데 필요한 핵심 기술로 광합성 미생물 기반 탄소저감 기술의 실현을 앞당기는데 중추적인 역할을 할 것으로 기대된다”라고 밝혔다.

연구성과는 미국국립과학원회보(PNAS) 3일자 온라인 판에 게재됐다. 

<참고자료>
-https://doi.org/10.1073/pnas.2415072122
 

[이채린 기자 rini113@donga.com]

Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.