과학자들은 지구상의 다른 어떤 생명체보다 유전자 코드가 더 간결하고, 더 많이 개입된 박테리아 균주를 만들어냈습니다.

과학자들은 지구상의 다른 어떤 생명체보다 유전자 코드가 더 간결하고, 더 많이 개입된 박테리아 균주를 만들어냈습니다.

합성 대장균인 Syn57은 수십억 년 동안 알려진 모든 유기체에 사용되어 온 64개의 '코돈' 중 단 57개만을 사용하여 신체를 구성하도록 설계되었습니다.

생명의 비결은 64개의 서로 다른 코돈을 사용하는 언어로 쓰여 있으며, 각 코돈은 세 개의 뉴클레오타이드로 구성됩니다. 우리의 DNA와 RNA는 '세 글자' 코돈으로 이루어진 긴 문장으로 구성됩니다.

그들은 우리 세포에 일반 물질을 생명의 구성 요소인 아미노산으로 번역하는 데 필요한 필수 지침을 제공하며, 아미노산은 순서대로 연결되어 단백질을 형성합니다.

뉴클레오타이드를 나타내는 홈이 늘어선 메신저 RNA 줄을 보여주는 다이어그램. 홈은 뉴클레오타이드를 나타내며, 괄호 안에서 3개씩 그룹화되어 있습니다. 이러한 뉴클레오타이드 3중체는 '코돈'이라고 표시됩니다. mRNA와 코돈은 파란색 구체로 표시된 리보솜을 통과하면서 코돈이 안티코돈으로, 그다음 아미노산으로, 마지막으로 단백질로 번역됩니다.

코돈은 세 개의 뉴클레오티드로 구성된 DNA 또는 RNA 서열입니다. (미국 국립 인간 유전체 연구소)

세포가 단백질을 생성할 때, 64개 뉴클레오티드 트리플릿으로 작성된 코돈 서열을 '읽어서' 다음에 어떤 아미노산을 추가해야 할지, 언제 중단해야 할지 파악합니다.

하지만 이 시스템에는 설명할 수 없는 중복이 존재합니다. 모든 자연 생명체는 단 20개의 아미노산만으로 필요한 단백질을 만들 수 있는데, 이는 많은 코돈이 동의어인 중복이라는 것을 의미합니다.

Syn57은 이처럼 중복되는 것처럼 보이는 코돈 중 일부를 제거합니다. 다른 팀들도 이 목표를 위해 노력해 왔지만, 영국 의학연구위원회 분자생물학연구소(MRB)의 한 팀이 최초로 생명체의 코돈 수를 57개까지 줄였습니다. 이는 기존 61개 코돈 게놈 기록을 뛰어넘는 기록입니다.

연구진은 전체 유전체를 처음부터 조작하여 아미노산 세린과 관련된 6개의 코돈 중 4개, 알라닌 코돈 4개 중 2개, 그리고 '종료' 코돈 1개를 제거했습니다. 박테리아 유전체에 이러한 중복 코돈이 나타나면, 연구진은 동일한 지시를 내리는 동의어 코돈으로 대체했습니다.

이를 위해 유전자 코드에 101,000개 이상의 변화가 필요했습니다. 이러한 변화는 먼저 컴퓨터로 100킬로바이트 크기의 조각으로 계획되었고, 그 후 유전자를 조립하는 고된 작업이 이어졌습니다.

연구팀은 미생물에 근본적으로 해로운 변화를 주지 않는지 확인하기 위해 살아있는 박테리아에서 합성 게놈의 작은 조각을 조금씩 테스트한 후, 이를 모두 이어 붙여 완전히 합성된 최종 균주를 만들었습니다.

합성 생물학자이자 이 연구의 주요 저자 중 한 명인 웨슬리 로버트슨은 뉴욕 타임스 기자 칼 지머 에게 "우리는 '이게 막다른 길이 될까, 아니면 계속할 수 있을까?'라고 생각했던 시기를 분명히 겪었습니다."라고 말했습니다.

이는 상당히 압축된 유전자 청사진으로도 생명체가 생존할 수 있음을 보여주는 엄청난 연구입니다. 또한, 남은 코돈들이 다른 역할을 할당받을 수 있는 가능성을 열어줍니다.

연구팀은 보도자료를 통해 "Syn57은 추가적인 비정규 아미노산을 도입할 수 있는 더 큰 공간을 확보하여 유전 코드를 더욱 확장할 수 있는 더 큰 기회를 제공합니다."라고 밝히며, "이를 통해 연구자들은 혁신적인 합성 중합체와 거대고리를 개발할 수 있을 것입니다."라고 덧붙였습니다.

그리고 Syn57의 '비정규적' 유전 코드는 세포 단백질 생산을 장악하는 바이러스와 같은 '자연' 미생물이 읽을 수 없기 때문에, 이 박테리아는 감염에 저항할 수 있을 것입니다. 이는 바이러스 발생이 큰 걸림돌이 되는 박테리아 단백질의 산업적 '농사' 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

이러한 판독하기 어려운 유전체는 유전자 변형 박테리아를 효과적으로 살균할 수도 있으며, 이는 변형된 유전자가 자연 환경으로 유출될 수 있다는 우려를 해소하는 데 매력적인 전망입니다.

로버트슨은 짐머에게 "그러면 우리는 합성 유기체로부터 정보가 유출되는 것을 막을 수 있습니다."라고 말했습니다.

연구팀은 "이 연구는 게놈 합성을 통해 유기체의 게놈 시퀀스가 ​​자연 생명체가 접근하지 못했을 수 있는 새로운 시퀀스 공간 영역으로 어떻게 이동될 수 있는지를 보여주는 좋은 예입니다."라고 결론지었습니다.

이 연구는 Science 에 게재되었습니다.

원문: https://www.sciencealert.com/...B1g