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[IT뉴스]자라고 복제하고 분열하는 인공세포, 실험실에서 탄생

온카뱅크관리자

2026-07-02 16:17:33

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 미국 미네소타대 연구진 '바이오아카이브'에 연구성과 공개 
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 영양분을 받아 성장하고 유전체를 복제하는 인공세포가 개발됐다. 여러 세대를 걸쳐 스스로 안정적으로 증식하거나 진화하지는 않지만 합성세포 연구에 중요한 발판을 마련했다는 평가다. 연구와 무관한 이미지. ChatGPT 생성 이미지
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 유전자 36개를 주입한 지방 막으로 둘러싸인 물방울이 영양분을 받아 성장하고 자신의 유전체를 복제한 뒤 둘로 나뉘었다. 이렇게 만들어진 인공세포의 이름은 ‘스퍼드셀(SpudCell)’이다. 실제 살아있는 세포는 아니지만 생명체의 핵심 기능인 성장, 유전체 복제, 분열을 하나의 인공 시스템 안에서 구현했다는 점에서 합성세포 연구의 중요한 진전으로 평가된다.
 국제학술지 '사이언스'와 미국 '뉴욕타임스' 등 주요외신들의 1일(현지시간) 보도에 따르면 케이트 아다말라 미국 미네소타대 합성생물학 교수팀이 스스로 성장·복제하는 인공세포 스퍼드셀을 개발하고 연구결과를 1일 논문 사전공개 사이트 '바이오아카이브(bioRxiv)' 에 공개했다. 아직 동료들의 검증을 받은 연구논문은 아니다. 
 스퍼드셀은 지방산 막으로 둘러싸인 작은 물방울 안에 생체분자와 짧은 DNA 조각을 넣어 만든 인공 세포 유사체다. 유전체는 36개 유전자로 구성되며 일반적인 세균의 약 50분의 1배 크기다. 연구팀은 이 작은 유전체에 스퍼드셀이 영양분을 받아들이고 유전체를 복제하며 분열하도록 돕는 기능을 설계해 넣었다.
 합성세포 연구자들은 오랫동안 생명체의 기본 세포 기능을 실험실에서 재현하고자 시도했다. 단백질을 만들거나 영양분을 받아들이는 등 개별 기능을 구현한 사례는 있었지만 여러 기능을 동시에 작동시키지는 못했다. 각 기능이 잘 작동하는 조건이 서로 다르기 때문이다.
 합성세포를 만드는 접근은 크게 두 갈래로 나뉜다. 기존 살아있는 세포에서 불필요한 유전자를 덜어내 최소세포를 만들거나 무생물 분자들을 조립해 세포 기능을 구현하는 방식이다.
 스퍼드셀은 후자에 속하지만 완전히 새로운 화학물질이 아닌 기존 생명체에서 쓰이는 분자들을 조립했다. 연구팀은 디옥시리보핵산(DNA)·지방산 막·단백질·리보솜처럼 실제 생명체가 사용하는 분자를 활용해 인공 세포 유사체를 만들었다. 스퍼드셀의 크기는 약 0.05mm로 고운 모래알보다 약 4배 작다.
 스퍼드셀 표면에는 특정 분자 표지를 만들도록 유전자를 설계했다. 표지는 작은 지방막 주머니인 ‘먹이 소포’가 스퍼드셀 표면에 달라붙도록 유도한다. 먹이 소포 안에는 스퍼드셀이 성장하고 유전체를 복제하는 데 필요한 효소와 분자들이 들어 있다. 스퍼드셀이 소포와 융합하면 내부 물질을 받아들여 크기가 커지고 유전체 복제도 일어난다.
 분열 기능도 인공적으로 설계됐다. 연구팀은 스퍼드셀 표면에 ‘FLAG’라는 표지를 만들도록 하고 이 표지에 '스트렙타비딘'이라는 큰 분자를 결합시켰다. 스트렙타비딘이 충분히 첨가되면 표면 분자들 사이에 밀어내는 힘이 생기면서 물방울이 둘로 갈라지는 방식이다.
 현재 스퍼드셀은 살아있는 세포와 거리가 멀다. 우선 분열 효율이 굉장히 낮다. 여러 차례 분열하려면 연구팀이 미세한 구멍이 있는 막에 스퍼드셀을 통과시키는 방식으로 기계적으로 나눠야 한다. 복제된 유전체는 분열 과정에서 양쪽으로 균등하게 나뉘지 않는다. 5번의 분열 주기 뒤 전체 유전체를 모두 가진 스퍼드셀은 30%에 그쳤다.
 세포 내부에서 단백질을 만드는 핵심 장치인 리보솜도 시간이 지나면 분해되지만 스퍼드셀은 새 리보솜을 스스로 만들거나 오래된 리보솜을 제거하는 능력이 없다. 연구자들이 스스로 분열을 이어가고 자연 선택을 통해 진화하는 실제 생명체와는 다르다고 선을 긋는 이유다.
 아다말라 교수는 스퍼드셀이 비효율적이라는 것을 인정하면서도 구성 요소가 명확하다는 점을 장점으로 꼽았다. 기존 살아있는 세포를 개조하는 방식은 내부 작동 원리를 완전히 알기 어렵지만 스퍼드셀은 어떤 부품이 어떻게 들어갔는지 알 수 있어 단계적으로 개선할 수 있다는 설명이다.
 연구팀은 스퍼드셀의 발전 가능성도 확인했다고 주장했다. 일부 스퍼드셀에 먹이 소포와 결합하는 표지를 더 많이 만들도록 유전자를 바꿔 돌연변이 스퍼드셀을 만들었다. 그 결과 돌연변이 스퍼드셀들은 더 많은 영양분을 받아들이고 더 빠르게 성장했다.
 5번의 성장·분열 주기 뒤 약 60%의 유전체가 해당 돌연변이를 가진 것으로 나타났다. 다만 돌연변이는 연구팀이 직접 넣은 것이고 분열도 기계적으로 유도됐기 때문에 자연적인 다윈식 진화로 보기는 어렵다는 설명이다.
 전문가들은 이번 성과를 합성세포 연구의 중요한 이정표로 평가하면서도 과장 해석을 경계했다. 로재나 지아 미국 미주리대 교수는 사이언스에 “놀라운 과학적 성취”라고 평가했다. 반면 세라핀 베그너 독일 뮌스터대 연구원은 "완전한 합성세포를 만드는 데 가까워졌다는 의미는 아니라고 본다”고 지적했다.
 아다말라 교수팀의 연구는 공개 방식에서도 논란을 낳았다. 연구팀은 190쪽 분량의 원고를 바이오아카이브에 올리기 전에 언론에 먼저 배포했다. 일부 연구자들은 동료 연구자들이 원고를 검토하기 전에 언론 공개가 먼저 이뤄진 점을 비판했다.
 아다말라 교수는 원고가 실제 생물학이 아니라는 이유로 국제학술지 ‘셀’에서 거절된 뒤 조만간 다른 학술지에 제출할 계획이라고 밝혔다.
 아다말라 교수는 뉴욕타임스와의 인터뷰에서 “생명은 살아있다, 살아있지 않다로 명확히 나뉘는 개념이 아니다”라며 스퍼드셀을 완전한 생명체로 부르기에는 조심스럽다고 설명했다. 스퍼드셀은 영양분을 받아 성장하고 유전체를 복제하며 분열하는 등 세포의 핵심 기능 일부를 구현했지만 여러 세대에 걸쳐 스스로 안정적으로 증식하거나 자연 선택을 통해 진화하는 수준에는 이르지 못했다.
 합성세포 연구는 생명이 무엇인지 이해하려는 기초과학적 질문과 연결된다. 동시에 자연 세포로 만들기 어려운 단백질이나 새로운 의약품을 생산하고 장기적으로는 대기 중 이산화탄소를 제거하는 인공 생명 시스템 개발로 이어질 가능성도 거론된다.
 현재 스퍼드셀은 특수한 실험실 조건에서만 몇 세대 작동하는 수준으로 스스로 살아 움직이는 세포라기보다 세포의 일부 기능을 구현한 인공 구조체에 가깝다. 그럼에도 연구자들은 생명의 기본 기능을 하나씩 조립해 가는 과정에서 중요한 발판이 마련된 것으로 평가하고 있다.
 &lt;참고 자료&gt; biotic.org/research/spudcell/
 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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