미생물 공장, 대용량 DNA 조립 기술로 '맞춤 생산'

미생물 세포 공장 설계의 핵심인 대용량 DNA 조각 조립 기술의 발전 동향을 체계적으로 정리한 연구 결과가 나왔다.

중국 저장대학교와 BGI 연구소 공동 연구팀은 미생물 세포 공학 분야의 대용량 DNA 조립 기술 발전에 대한 리뷰 논문을 국제 학술지 '퀀티터티브 바이올로지'에 발표했다. 미생물 세포 공장은 의약품, 바이오 연료, 정밀 화학물질 등의 지속가능한 생산을 가능하게 한다.

효율적인 세포 공장을 구축하려면 일반적으로 10킬로베이스(kb)가 넘는 외래 대사 경로를 도입해야 한다. 이를 위해 대용량 DNA 조각 조립 기술이 필수적이다.

연구팀에 따르면 관련 기술은 시험관 내에서 이뤄지는 모듈식 복제에서 최대 900kb까지 조립 가능한 깁슨 조립 방식으로 발전했다. 나아가 대장균이나 효모 등 미생물 내에서 상동 재조합을 이용하는 방식은 더 높은 효율성과 안정성을 제공한다.

유전체 규모 기술로는 유전 정보가 재설계된 대장균이나 합성 효모 유전체 프로젝트(Sc2.0)와 같은 합성 유전체 조립 기술이 있다. 또한 합성 신염색체는 기존 염색체를 방해하지 않으면서 대사 네트워크를 확장할 수 있는 플랫폼을 제공한다.

연구팀은 현재 조립 전략이 주로 모델 생물에 국한되어 있고 종간 DNA 전달 효율이 낮다는 한계를 지적했다.

향후 과제로는 더 넓은 범위의 숙주를 위한 조립 시스템 개발, 새로운 전달 기술 도입, 고속 합성 및 자동화 플랫폼과 인공지능(AI) 기반 설계의 통합 등을 꼽았다. 이를 통해 미생물 세포 공장 개발 비용과 시간을 크게 단축할 수 있을 것으로 기대된다.