광고
광고
광고
광고
광고
광고
로고

[합성생물학]과학자들은 CRISPR을 사용하여 모든 바이러스에 무적의 새로운 '수퍼 버그'를 설계했다. 캠브리지 대학의 한 팀이 최근 CRISPR을 사용하여 18,000개가 넘는 코돈을 자연계 어디에도 존재하지 않는 합성 아미노산으로 대체했다. 그 결과 바이러스가 세포를 감염시키는 데 필요한 정상적인 단백질 문 손잡이가 없기 때문에 사실상 모든 바이러스 감염에 저항하는 박테리아가 생긴다.

https://singularityhub.com/2021/06/08/scientists-used-crispr-to-engineer-a-new-superbug-thats-invincible-to-all-viruses/

JM Kim | 기사입력 2021/06/09 [00:00]

[합성생물학]과학자들은 CRISPR을 사용하여 모든 바이러스에 무적의 새로운 '수퍼 버그'를 설계했다. 캠브리지 대학의 한 팀이 최근 CRISPR을 사용하여 18,000개가 넘는 코돈을 자연계 어디에도 존재하지 않는 합성 아미노산으로 대체했다. 그 결과 바이러스가 세포를 감염시키는 데 필요한 정상적인 단백질 문 손잡이가 없기 때문에 사실상 모든 바이러스 감염에 저항하는 박테리아가 생긴다.

https://singularityhub.com/2021/06/08/scientists-used-crispr-to-engineer-a-new-superbug-thats-invincible-to-all-viruses/

JM Kim | 입력 : 2021/06/09 [00:00]

 

기존의 삶을 마음대로 다시 프로그래밍 할 수 있을까?

 

합성생물학자들에게 대답은 ''이다. 생물학의 핵심 코드는 간단하다. 3개의 그룹으로 이루어진 DNA 문자는 단백질을 만드는 레고 블록인 아미노산으로 번역된다. 단백질은 우리 몸을 만들고 신진 대사를 조절하며 우리가 살아있는 존재로 기능하도록 한다. 맞춤형 단백질을 설계한다는 것은 종종 삶의 작은 측면을 재 설계할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 인슐린과 같은 생명을 구하는 약물을 펌핑하는 박테리아를 확보하는 것이다.

 

지구상의 모든 생명체는 이 규칙을 따른다. 64개의 DNA 삼중 항 코드 또는 "코돈"의 조합은 20개의 아미노산으로 번역된다. 하지만 기다려라. 수학은 합산되지 않는다. 64개의 전용 코돈이 64개의 아미노산을 만들지 않는 이유는 무엇일까? 그 이유는 중복이다. 여러 개의 코돈이 종종 동일한 아미노산을 만들도록 생명이 진화했다.

 

그렇다면 모든 생명체의 중복된 "추가"코돈을 활용하고 대신 자체 코드를 삽입하면 어떨까?

 

캠브리지 대학의 한 팀이 최근에 그렇게 했다. 기술 투어에서 그들은 CRISPR을 사용하여 18,000개가 넘는 코돈을 자연계 어디에도 존재하지 않는 합성 아미노산으로 대체했다. 그 결과 바이러스가 세포를 감염시키는 데 필요한 정상적인 단백질 "문 손잡이"가 없기 때문에 사실상 모든 바이러스 감염에 저항하는 박테리아가 생긴다.

 

하지만 이것은 엔지니어링 생활의 초강대국의 시작에 불과하다. 지금까지 과학자들은 하나의 디자이너 아미노산만을 살아있는 유기체에 넣을 수 있었다. 이 새로운 작업은 기존의 여러 코돈을 한 번에 해킹하여 적어도 3개의 합성 아미노산을 동시에 복사할 수 있는 기회를 제공한다. 20점 중 3점이면 지구상에 존재하는 생명체를 근본적으로 재 작성하기에 충분하다.

 

우리는 오랫동안 "재 할당을 위한 코돈의 하위 집합을 해방하면 유전자 코드 확장 기술의 견고성과 다양성을 향상시킬 수 있다"고 오랫동안 생각했다. 연구에 참여하지 않은 Boston College Delilah Jewel Abhishek Chatterjee이 작품은 그 꿈을 우아하게 현실로 바꿔준다.”고 말했다.

 

DNA 코드 해킹

 

우리의 유전 암호는 생명, 유전 및 진화의 기초가 된다. 그러나 그것은 단백질의 도움으로 만 작동한다.

 

DNA의 네 글자로 쓰여진 유전자를 실제 생명의 구성 요소로 변환하는 프로그램은 완전한 세포 암호 해독 공장에 의존한다.

 

DNA의 문자 (A, T, C, G)를 스풀에 감싼 주름진 긴 종이에 쓰여진 비밀 코드로 생각하라. 세 개의 "문자"또는 코돈 그룹이 핵심이다. 이들은 세포가 만드는 아미노산을 암호화한다. 일종의 스파이인 메신저 분자 (mRNA) DNA 메시지를 은밀하게 복사하고 세포 세계로 몰래 들어가서 메시지를 일종의 중앙 정보 조직인 세포의 단백질 공장으로 전송한다.

 

그곳에서 공장은 유전자 코드를 적절한 이름의 tRNA로 해독하기 위해 여러 "번역자"를 모집한다. 문자는 3개로 그룹화되고 각 번역기 tRNA는 관련 아미노산을 하나씩 물리적으로 단백질 공장으로 끌어서 공장에서 결국 3D단백질로 감싸는 사슬을 만든다.

 

그러나 다른 강력한 코드와 마찬가지로 자연은 DNA-단백질 번역 프로세스에 중복성을 프로그래밍했다. 예를 들어, DNA 코드 TCG, TCA, AGC AGT는 모두 단일 아미노산인 세린을 인코딩한다. 그것이 생물학에서 작동하는 동안 저자들은 궁금해했다. 우리가 그 코드를 이용하여 그것을 납치하고 합성 아미노산을 사용하여 삶의 방향을 바꾸면 어떨까?

 

자연 코드 탈취

 

새로운 연구에서는 자연의 중복성을 세포에 새로운 기능을 도입하는 방법으로 보고 있다.

 

우리에게 주 저자인 Dr. Jason Chin에게 물었던 한 가지 질문은 "특정 아미노산을 암호화하는 데 사용되는 코돈의 수를 줄여서 다른 단량체 [아미노산]를 자유롭게 생성할 수 있는 코돈을 만들 수 있을까?"였다.

 

예를 들어, TCG가 세린을 위한 것이라면, 다른 것 (TCA, AGC, AGT)을 다른 것을 위해 확보하는 것은 어떨까?

 

이론적으로는 훌륭한 아이디어이지만 실제로는 정말 어려운 작업이다. 이는 팀이 세포에 들어가 재 프로그래밍하려는 모든 코돈을 교체해야 함을 의미한다. 몇 년 전, 같은 그룹은 실험실이자 제약 회사가 가장 좋아하는 벌레인 E. Coli에서 가능하다는 것을 보여주었다. 당시 팀은 전체 대장균 게놈을 처음부터 합성함으로써 합성생물학에서 천문학적 도약을 이루었다. 이 과정에서 그들은 또한 자연 게놈을 가지고 놀았는데, 일부 아미노산 코돈을 동의어로 대체하여 단순화했다. , TCG를 제거하고 AGC로 대체했다. 변형을 하더라도 박테리아는 쉽게 번성하고 번식할 수 있었다.

 

마치 아주 긴 책을 가져다가 문장의 의미를 바꾸지 않고 동의어로 대체할 단어를 찾아내는 것과 같다. 수정이 박테리아의 생존을 물리적으로 해치지 않도록 하는 것과 같다. 예를 들어, 한 가지 트릭은방출 인자 1”이라는 이름의 단백질을 삭제하는 것이었다. 이렇게 하면 새로운 아미노산으로 UAG 코돈을 쉽게 재 프로그래밍 할 수 있다. 이전 연구에서는 이것이 진정으로 "비어 있는"자연 코돈에 새로운 빌딩 블록을 할당할 수 있음을 보여주었다. , 어쨌든 자연스럽게 어떤 것도 인코딩하지 않는다.

 

합성 생물

 

Chin의 팀은 이보다 훨씬 더 나아갔다. REXER (프로그래밍 된 재조합을 통한 향상된 게놈 공학을 위한 레플리콘 절제)이라는 방법 사용그렇다, 과학자들은 모두 약어에 관한 것이다. 팀은 CRISPR을 사용하여 테스트 튜브 내부에서 처음부터 완전히 만든 E. Coli 박테리아 게놈의 큰 부분을 정확하게 뽑아 냈다.

 

그런 다음 그들은 wunderkind 유전자 편집 도구인 CRISPR-Cas9를 사용하여 세린을 동의어 코돈으로 인코딩하는 18,000개 이상의 추가 코돈을 잘라 내고 대체했다. 이 트릭은 중복된 단백질 코드만을 표적으로 삼았기 때문에 세포는 세린을 만드는 것을 포함하여 정상적인 업무를 수행할 수 있었지만 이제는 여러 천연 코돈을 사용하지 않았다. "hi" "oy"로 바꾸어 이제 "hi"에 완전히 다른 의미를 할당하는 것과 같다.

 

팀은 다음으로 집 청소를 했다. 그들은 일반적으로 세포에 해를 끼치 지 않고 현재 없어진 코돈을 읽는 세포의 자연 번역기인 tRNA를 제거했다. 그들은 새로운 코돈을 읽기 위해 새로운 합성 버전의 tRNA를 도입했다. 그런 다음 조작된 박테리아는 시험관 내부에서 자연적으로 진화하여 더 빠르게 성장했다.

 

결과는 훌륭했다. 초강력 균주인 Syn61.Δ3 (ev5)는 기본적으로 빠르게 성장하고 일반적으로 박테리아를 감염시키는 다양한 바이러스의 칵테일에 저항하는 박테리아 X-Men이다.

 

"모든 생물학이 동일한 유전 코드, 동일한 64개의 코돈 및 동일한 20 개의 아미노산을 사용하기 때문에 바이러스도 동일한 코드를 사용한다. 바이러스를 재생산하기 위해 바이러스 단백질을 만들기 위해 세포의 기계를 사용한다." Chin은 설명했다. 이제 박테리아 세포는 더 이상 자연의 표준 유전자 코드를 읽을 수 없으므로 바이러스는 더 이상 박테리아 기계에 접근하여 번식할 수 없다. , 조작된 세포는 이제 거의 모든 바이러스 침입자에 의해 납치되지 않는다.

 

Chin이 박테리아는 새로운 특성을 가진 광범위한 새로운 분자를 생산하는 재생 가능하고 프로그래밍 가능한 공장으로 전환될 수 있으며, 새로운 항생제와 같은 신약을 만드는 것을 포함하여 생명 공학과 의학에 이점을 가질 수 있다.”고 말한다.

 

바이러스 감염은 제쳐 두고 이 연구는 합성생물학에 가능한 것을 재 작성한다.

 

"이것은 수많은 응용 프로그램을 가능하게 할 것이다."라고 Jewel Chatterjee는 말했다. 완전히 인공적인 생체 고분자, 즉 의학이나 뇌-기계 인터페이스와 같은 전체 분야를 바꿀 수 있는 생물학과 호환되는 물질과 같은 것이다. 여기에서 팀은 인공 아미노산 구성 요소의 사슬을 묶어 암이나 항생제와 같은 일부 약물의 기초를 형성하는 분자 유형을 만들 수 있었다.

 

그러나 아마도 가장 흥미로운 전망은 기존의 삶을 극적으로 재 작성할 수 있는 능력일 것이다. 박테리아와 마찬가지로 우리와 생물권의 모든 생명체는 동일한 생물학적 암호로 작동한다. 이 연구는 이제 우리의 자연적인 생물학적 과정을 활용하여 생명의 빌딩 블록을 구성하는 20개의 아미노산이라는 장애물을 극복할 수 있음을 보여준다.

 

다음으로, 팀은 더 많은 합성 단백질 빌딩 블록을 박테리아 세포로 인코딩하기 위해 우리의 자연적인 생물학적 코드를 잠재적으로 더 재 프로그래밍하려고 한다. 그들은 또한 다른 세포로 이동할 것이다. 예를 들어, 우리의 유전 암호를 압축할 수 있는지 확인하기 위해 포유류 같은 세포로 이동할 것이다.

 

 
광고
광고
광고
광고
광고
많이 본 기사
신기술/산업·미래교육 미래예측 많이 본 기사