단백질의 구성 요소인 펩타이드와 용도 변경된 유전 물질이 함께 작용하여 세포골격을 형성하도록 지시하는 프로그래밍 가능한 펩타이드-DNA 기술로 생성된 합성 세포(밝은 색으로 표시). (제공: UNC-채플힐)

노스캐롤라이나대학교-채플힐 연구진은 새로운 기능성 세포를 만들기 위해 DNA와 단백질을 조작했다. 이러한 성과는 재생 의학, 약물 전달 시스템 및 진단 도구 분야의 노력에 영향을 미친다고 연구원들은 말한다.

합성소재와 생활소재의 격차 해소

천연 단백질을 사용하지 않고 노스캐롤라이나대학교-채플힐(UNC)연구원 로닛 프리먼(Ronit Freeman)과 그녀의 동료들은 프리먼 연구실에서 모양을 바꾸고 주변 환경에 반응할 수 있는 기능성 세포골격을 만드는 세포를 만들었다. 이를 달성하기 위해 그들은 단백질의 구성 요소인 펩타이드와 용도 변경된 유전 물질이 함께 작용하여 세포골격을 형성하도록 지시하는 새로운 프로그래밍 가능한 펩타이드-DNA 기술을 사용했다.

UNC 예술과학대학 응용물리과학부 연구실에 있는 프리먼은 “이번 발견으로 우리는 역동적인 방식으로 행동할 수 있는 공학적 직물이나 조직을 생각할 수 있게 되었다.”고 말했다.

프로그래밍된 생체재료

생성된 세포골격은 세포의 모양과 환경 변화에 반응하여 유연성을 갖게 한다.

“DNA는 일반적으로 세포골격에 나타나지 않는다.”라고 프리먼은 말한다. “우리는 DNA 서열을 재프로그래밍하여 건축 재료로 작용하여 펩타이드를 서로 결합시켰다. 이 프로그래밍 된 재료를 물방울에 넣으면 구조가 형성되었다.”

생물학을 능가함

이러한 방식으로 DNA를 프로그래밍할 수 있다는 것은 과학자들이 이제 특정 기능을 수행하는 세포를 만들고 외부 스트레스 요인에 대한 세포의 반응을 미세 조정할 수 있음을 의미한다. “합성 전지는 화씨 122도에서도 안정적이어서 일반적으로 인간의 생명에 부적합한 환경에서도 뛰어난 성능을 지닌 전지를 제조할 수 있는 가능성을 열어주었다.”라고 프리먼은 말한다.

새로운 물질은 특정 기능을 수행하도록 만들어진 다음 직물이나 조직과 같은 물질의 세포를 프로그래밍하기 위해 다양한 펩타이드 또는 DNA 디자인을 추가하여 맞춤화 되어 새로운 기능을 제공하도록 자체적으로 변형된다. 이러한 신소재는 다른 합성 세포 기술과 통합될 수 있으며, 모두 생명공학 및 의학과 같은 분야에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재적 응용 분야를 갖추고 있다.

“이 연구는 무엇이 생명을 만드는지 이해하는 데 도움이 됩니다.”라고 프리먼은 말한다. “이 합성 세포 기술은 자연이 하는 일을 재현할 수 있을 뿐만 아니라 생물학을 능가하는 물질을 만들 수도 있다.”