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광합성하고 대사 활동하는 인공 세포 만들어냈다

2018년 05월 29일 00:00

한미 공동 연구진이 식물처럼 스스로 빛을 이용해 에너지를 내고 대사 활동을 하는 인공세포를 만들었다. 복잡한 세포의 작동을 가장 가깝게 모사해낸 것으로 세포 연구의 새로운 장이 열릴 전망이다.
 

신관우 서강대 교수팀은 케빈 파커 미국 하버드대 교수, 안태규 성균관대 교수, 정광환 서강대 교수와 공동으로 광합성으로 생체에너지(ATP)를 생산하고 대사 활동을 하는 인공세포를 만드는 데 성공했다고 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 28일자에 발표했다.
 

이미지 확대하기광합성에 의해 생산된 생체에너지(ATP)로 세포 내 골격근 단백질(액틴)이 성장한 인공세포의 내부 구조(A). 빨간색이 인공세포막, 초록색이 액틴을 가리킨다. 빛에 의해 세포막의 특정 위치가 변형돼 세포가 이동성을 갖게 된 모습(B). (C)(D)는 인공세포의 모식도. - 자료: 네이처 바이오테크놀로지
광합성에 의해 생산된 생체에너지(ATP)로 세포 내 골격근 단백질(액틴)이 성장한 인공세포의 내부 구조(A). 빨간색이 인공세포막, 초록색이 액틴을 가리킨다. 빛에 의해 세포막의 특정 위치가 변형돼 세포가 이동성을 갖게 된 모습(B). (C)(D)는 인공세포의 모식도. - 자료: 네이처 바이오테크놀로지

이 인공세포는 외부에서 빛을 쪼여 주면 지속적으로 ATP를 만들고 대사 활동을 하며 움직인다. 특히 세포 내외부 환경에 따라 ATP 합성을 스스로 중단하는 등 실제 세포처럼 항상성을 유지하기 때문에 빛을 이용해 제어가 가능하다.
 

신 교수는 “환경에 따라 차이는 있지만 최소 한 달 이상은 광합성을 비롯한 대사 활동을 지속하며 성장할 수 있는 것으로 나타났다”며 “이는 진화 초기의 원시 단계 세포와 매우 유사한 형태다. 현재까지 인공적으로 구현된 세포 중 가장 생명체와 가깝다고 할 수 있다”고 설명했다.
   

연구진은 시금치에서 광합성을 하는 단백질과 박테리아에서 광전환 기능을 가진 단백질을 추출해 세포 내 대사작용을 담당하는 소기관인 인공 미토콘드리아를 만들었다. 이 인공 미토콘드리아를 인공 세포막 내부에 삽입해 골격근을 이루는 단백질인 ‘액틴’을 스스로 합성하고 움직일 수 있는 인공세포를 만들어냈다. 액틴은 ATP를 세포의 움직임과 형태 구성에 쓰도록 해 주는 단백질이다.
 

이미지 확대하기인공 미토콘드리아를 인공 세포막 내부에 삽입해 ‘액틴’을 스스로 합성하고 움직일 수 있는 인공세포를 만들어냈다. - 자료: 네이처 바이오테크놀로지
인공 미토콘드리아를 인공 세포막 내부에 삽입해 ‘액틴’을 스스로 합성하고 움직일 수 있는 인공세포를 만들어냈다. - 자료: 네이처 바이오테크놀로지

 

인공세포는 우선 생명과학 및 의학 분야 연구에 필요한 세포 모사체로 활용할 수 있다. 신 교수는 “기능이 저하된 세포를 대체하거나 나아가 인공 장기나 인공 조직을 구현하는 데 활용할 수 있을 것”이라고 기대했다.

 

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