바이오 역합성이라 불리는 인공 유기 물질을 만들어내는 새로운 기술은 반더빌트대학 화학과의 Brian Bachmann 교수가 4년 전에 처음 제안한 것이다. 이번에 Bachmann 교수의 연구팀은 바이오 역합성을 이용하여 HIV 약물인 디다노신(didanosine)을 저렴하고 환경 친화적으로 생산하는데 성공했다고 ‘Nature Chemical Biology’ 최신호에 발표했다. 교수는 “현재 합성 화학자들은 대학교의 실험실 조건에서도 상상할 수 있는 거의 대부분의 물질을 만들어내고 있다. 그러나 이들 과학자들은 보다 저렴하고 대량으로 생산해야 한다는 문제점에 늘 직면하게 된다. 바이오 역합성을 이용하면 이론적으로 이들 유기분자들을 모두 생산할 수 있다”고 설명했다

이 새로운 방식에 자연 선택을 도입한 것이 큰 역할을 하게 되었다고 한다. Bachmann 교수는 “우리는 화학물질을 만드는 기존 방식을 대체할 환경 친화적인 방법이 절실하게 필요했다. 이러한 점에서 바이오 역합성은 효소에 의존하기 때문에 환경 친화적인 제조 공정을 제공하게 된다. 화학 합성에서는 고온, 고압, 독성 금속, 강한 산과 염기가 요구되는 것과 달리 바이오 역합성의 효소는 생물학적 촉매 역할을 담당한다”고 설명했다. 일반적으로 진화나 합성 화학은 간단한 것에서 복잡한 것으로 진행된다. 작은 분자들이 결합하고 변형되면서 보다 거대하고 복잡한 특별한 기능을 수행하는 분자가 생성되는 것이다. 그러나 바이오 역합성은 반대 방향으로 진행된다고 한다. 여기에서는 최종의 원하는 물질로부터 시작하여 이 최종 물질을 기존에 확보 가능한 성분으로부터 쉽게 생산하는 일련의 특별한 효소들 확보하기 위하여 자연선택을 이용하게 된다고 한다.

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이번 기술의 큰 어려움 중 하나는 진화 경로 동안에 생성되는 효소의 3차원 구조를 신속하게 결정하는 것이다. 동대학 약학과의 Tina Iverson 교수가 이러한 점에서 자신의 역량을 제공하였다. 그녀의 연구팀은 매번 돌연변이를 생성하고 여기서 진화된 효소를 선별했을 때에 돌연변이가 유발시킨 구조적 변화가 원하는 변환 능력을 유발시키는지를 분석하였다고 한다. 이 정보는 연구팀이 왜 특정 돌연변이 유전자는 다른 유전자들 보다 원하는 물질을 생산하는데 더 뛰어난 역할을 하는지를 설명해주고 있으며 표적으로 삼는 전구 단백질을 선택하는 방법을 가리키고 있다. 이번 원리 증명 실험을 쉽게 유지하기 위하여 시험관 대신에 살아있는 세포에서 수행되었다고 한다. 그러나 연구팀의 최종적인 목표는 발효를 통하여 인공 물질을 생산하는 것이라고 한다.

출처 :  KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』