서울대 권성훈 교수 공동연구팀,

DNA 레이저 프린터 개발

- 인공생명체 합성 위한 꿈의 기술 실현

▲ 왼쪽부터 서울대학교 전기정보공학부 권성훈 교수, 이호원 박사,

㈜셀레믹스 김효기 박사, 연세대학교 화학과 방두희 교수

생명체의 염기서열을 인공적으로 합성하는 DNA 레이저 프린터 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 서울대 공대는 전기정보공학부 권성훈 교수 공동 연구팀이 차세대 염기서열 분석 기판으로부터 오류 없는 DNA를 초고속 광학 추출하는 방법을 밝혀냈다고 24일 전했다.

DNA 염기서열은 모든 생명체의 구성과 기능에 대한 정보를 담고 있다. 최근 각광받고 있는 합성생물학은 이러한 DNA 서열을 인공적으로 조작해 기존 생명체를 모방하거나 새로운 인공생명체를 제작 및 합성하는 것을 목적으로 하는 학문이다. 

그러나 기존 연구방법은 까다로운 실험과정과 막대한 비용이 들어가는 어려움이 있었다. DNA 염기서열은 단 하나의 서열에서 오류가 있거나 다른 염기서열이 붙어 있을 경우 완전히 다른 기능으로 작용하거나 기능하지 못하기 때문이다.

서울대 권 교수는 “가장 효과적인 기능을 하는 인공 생명체를 찾아내려면 다수의 시행착오를 거치므로 빠르고 저렴한 DNA 염기서열 합성 방법이 시급했다”며, “이번에 연구한 방법은 연구자들이 필요한 기능의 DNA 서열을 DNA 레이저 프린터로 만들어낼 수 있는 꿈의 기술”이라고 설명했다.

연구팀은 기본 단위를 하나씩 합성하는 방법 대신에 DNA 마이크로어레이 합성 기술을 이용해 만들어낸 수십만 종의 염기서열 ‘단어 사전’을 기반으로 택했다. 여기에서 정확한 DNA 단어만을 레이저 추출 기법으로 뽑아내 조립하는 기술을 착안했다. 마치 컴퓨터에 문장을 입력해 프린터로 출력하듯, 필요한 기능의 DNA 염기서열을 DNA 레이저 프린터로 구성할 수 있다.

그 결과 비용과 시간도 대폭 단축시켰다. 수년간 수억 원에서 수십억 원 이상이 소요되던 실험을 단 며칠 안에 몇 백만 원 수준에서 수행할 수 있게 됐다. 본 연구 내용은 세계적인 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 2월 2일자에 게재돼 혁신적인 연구로 주목 받고 있다. 

이번 연구가 성공적으로 이뤄진 배경에는 생명공학, 광학 및 전자공학 등 다학제간 융합이 있었다. 서울대 전기정보공학부 권성훈 교수와 연세대 화학과 방두희 교수의 주도 아래 공동 제1저자인 이호원 박사(서울대 전기정보공학부), 김효기 박사(주식회사 셀레믹스)가 공동 연구팀에 참여했다.

권 교수는 “본 기술의 국내 개발로 미국과 같은 선진국과의 격차를 줄일 수 있게 됐다”며, “합성생물학을 기반으로 하는 화이트, 레드, 그린 바이오 시장에 대한 원천기술 확보로 이어질 것”이라고 말했다.