기술개발 연구진. 왼쪽부터 최홍일, 이용재, 김희식 박사.

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한국생명공학연구원(원장 권석윤)은 김희식 세포공장연구센터 박사팀이 크리스퍼 단백질 핵내 정밀 유도를 통해 광합성 미생물 유전자 교정 빈도를 10배 이상 크게 향상시킬 수 있는 유전자가위 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

미세조류로 알려진 광합성 미생물은 기후 변화 주범인 이산화탄소를 빠르게 흡수하고 다양한 유용 물질을 생산하는 탄소 감축 기술 핵심 플랫폼이자 지속 가능 차세대 생물자원으로 주목받고 있다.

이에 탄소 포집과 기후 완화에 중요한 광합성 미생물(미세조류)을 활용한 기술 개발이 더욱 필요한 상황이다.

광합성 미생물을 탄소감축에 이용하려면 유전자가위로 정밀하게 유전자를 교정, 이산화탄소 흡수 능력을 극대화해야 한다.

하지만 기존 크리스퍼 단백질 유전자가위 기술은 광합성 미생물의 핵 내부로 들어가기 어려워 광합성 미생물의 탄소감축 활용에 큰 장애로 작용했다.

연구팀은 자연모방기술을 활용했다. 자연계에는 일명 '유전자 편집자'라고 불리며, 특정 생물(숙주)에게 자신 유전 정보를 자유롭게 전달할 수 있는 생물들이 있는데, 아그로박테리움이라는 토양 미생물이 대표적이다.

연구팀은 아그로박테리움이 자신의 유전 정보를 핵 내부로 전달하는 과정에서 핵위치 신호(NLS)가 핵심 역할을 하는 사실에 착안해 대표적인 유전자가위인 크리스퍼 Cas9 단백질에 NLS을 이식한 'DN Cas9' 단백질을 개발했다.

이런 'DN Cas9'은 광합성 미생물인 클라미도모나스 레인하티의 유전자 교정 실험에서 기존 유전자가위 정밀하게 핵 내부로 유도돼 단백질이 다량 축적됐으며, 유전자 교정 빈도 수치도 10배 이상 향상시켰다.

연구팀은 다른 광합성 미생물에도 해당 기술로 유전자 교정 빈도를 향상시키는데 성공해 개발한 유전자 가위 단백질이 범용 활용될 수 있음을 확인했다.

김희식 박사는 “세계 최초로 유전자 교정 대상 생물 핵 내부 물질 전달 원리를 활용해 유전자가위 기술을 개발한 것”이라며 “광합성 미생물 기반 탄소저감 기술 실현에 중추 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 이번 연구성과는 '미국국립과학원회보' 3월 3일자 온라인 판에 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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