‘유전자 가위’로 불리는 유전자 편집 기술을 활용해 이산화탄소를 효율적으로 흡수하는 미생물을 만들어낼 수 있는 기술이 국내에서 개발됐다. 유전자 가위 기반의 미생물을 통해 탄소중립과 유용한 물질 생산에 기여할 것으로 기대된다.
한국생명공학연구원은 김희식 세포공장연구센터 박사 연구팀이 크리스퍼 단백질의 핵내 정밀 유도를 통해 광합성 미생물의 유전자 교정 빈도를 10배 이상 향상시킬 수 있는 유전자 가위 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구성과는 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 이달 3일 게재됐다.
유전자 가위는 2020년 관련 연구자들이 노벨 생리의학상을 받은 후 여러 연구 분야에서 활용되고 있는 바이오 신기술이다. 미세조류로 알려진 광합성 미생물을 유전자 가위로 교정한다면 이산화탄소 흡수 능력을 극대화해 탄소중립에 기여하는 동시에 탄소를 재료로 한 다양한 산업원료로 생산하는 일이 가능해진다. 하지만 유전자 가위 역할을 하는 크리스퍼 단백질이 광합성 미생물의 유전자를 품은 핵 안으로 들어가기 어려워 활용도가 낮다는 한계가 있다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 숙주에게 자신의 유전 정보를 자유롭게 심는 미생물인 ‘아그로박테리움’을 모방한 기술을 개발했다. 아그로박테리움이 가진 ‘핵위치 신호(NLS)’ 단백질을 기존 크리스퍼 단백질에 이식한 ‘DN 카스9’ 단백질을 개발하고 이를 광합성 미생물인 ‘클라미도모나스 레인하티’의 유전자 편집에 사용했다. 그 결과 유전자 가위가 미생물의 핵에 기존보다 잘 침투해 유전자 교정 빈도가 10배 이상 향상됐다.
연구팀은 다른 광합성 미생물에도 이 기술을 적용해 새로운 유전자 가위가 범용적으로 활용될 수 있음을 확인했다고 전했다. 김 박사는 “전 세계 최초로 유전자 교정 대상 생물의 핵 내부 물질 전달 원리를 활용해 유전자 가위 기술을 개발한 것”이라며 “광합성 미생물의 낮은 유전자 교정 효율이라는 큰 장애물을 넘는 데 필요한 핵심 기술로 광합성 미생물 기반 탄소저감 기술의 실현을 앞당기는 데 중추적인 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.
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