한국화학연구원(원장 이미혜)은 이주영 박사와 오승수·손창윤 포스텍 교수팀이 고부가가치 의약품 소재 생산 및 고집적 저장을 위한 인공 ‘지질방울 소기관’을 개발했다고 16일 밝혔다. 지질방울 소기관은 세포 내 과잉 생산 지방을 축적·저장하는 기관이다.

 

화학연·포스텍 공동 연구팀은 분자 거동을 정밀 예측하는 컴퓨터 시뮬레이션으로 맞춤형 인공세포를 활용한 고부가가치 의약품 소재 생산 가능성을 제시했고 실제 미생물 세포를 인공적으로 디자인하고 재설계했다. 그 결과 인공 미생물 세포가 생산하는 ‘스쿠알렌’ ‘지아잔틴’ 등 바이오 의약품 소재와 헬스케어 소재 고집적 저장에 최적화된 지질방울 소기관을 개발할 수 있었다.

 

지용성 분자는 기름방울에 잘 녹아든다는 인식과 달리 지용성 분자 형태에 따라 지질방울 내부 침투가 어려울 수 있다. 연구진은 이를 세계 최초로 규명했고 새롭게 미생물 세포 내 지질방울 소기관 생성 기작을 리모델링했다. 두 가지 지용성 분자 형태(유연-웜형 및 강성-막대형) 용 소기관을 각각 개발, 맞춤형 인공 미생물 세포를 생산했다.

 

지용성 분자는 정상 세포 내 과잉 축적 시 세포막을 녹이는 독성을 유발하고 세포 생성과 성장을 저해한다. 이번 연구로 세포 독성을 줄이고 생존력을 높일 수 있게 됐다. 인공세포 저장 능력을 30배 이상 향상해 세포가 안전하게 살 수 있는 환경을 제공할 수 있게 했다. 이 기술은 의료용 지용성 분자 생산에 최적화된 차세대 인공 미생물 세포 개발 기술로 활용될 전망이다.

 

이주영 박사는 “바이오 대전환 시대를 맞아 살아있는 세포를 산업적 니즈에 맞게 맞춤형으로 디자인하고 인공적으로 개발할 수 있는 합성생물학 기술 확보를 통해 대한민국이 글로벌 기술패권 시대에 과학기술 주권 국가 역할을 할 수 있기를 희망한다”고 말했다.

 

이번 연구 결과는 세계적 권위 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(IF : 17.694)’ 6월호에 게재됐다. 또 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업 및 과학기술정보통신부 석유 대체 친환경 화학기술개발사업으로 수행했다.