합성생물학자 톰 나이트는 "21세기는 생물학 공학의 세기가 될 것"이라고 말했다. 그는 합성생물학의 창시자 중 한 명이자, 합성생물학 분야의 선두 기업인 깅코 바이오웍스의 공동 창립자 5명 중 한 명이다. 이 회사는 9월 18일 뉴욕 증권거래소에 상장되었으며, 기업 가치는 150억 달러에 달했다.
톰 나이트의 연구 관심사는 컴퓨터에서 생물학으로 바뀌었습니다. 그는 고등학교 시절부터 여름 방학을 이용해 MIT에서 컴퓨터와 프로그래밍을 공부했고, 학부와 대학원 과정 또한 MIT에서 보냈습니다.
톰 나이트는 무어의 법칙이 인간이 실리콘 원자를 조작하는 데 한계가 있음을 예측한다는 사실을 깨닫고 생명체에 관심을 돌렸습니다. "원자를 적절한 위치에 배치하는 다른 방법이 필요합니다... 가장 복잡한 화학은 무엇일까요? 바로 생화학입니다. 단백질과 같이 스스로 조립되고 필요한 범위 내에서 결정화될 수 있는 생체 분자를 이용할 수 있을 거라고 생각합니다."
공학적 양적 및 질적 사고를 활용하여 생물학적 원형을 설계하는 것은 새로운 연구 방법으로 자리 잡았습니다. 합성생물학은 인류 지식의 도약과도 같습니다. 공학, 컴퓨터 과학, 생물학 등 여러 학문이 융합된 분야인 합성생물학은 2000년을 시작점으로 삼고 있습니다.
올해 발표된 두 편의 연구에서 생물학자를 위한 회로 설계 아이디어가 유전자 발현 제어를 실현하는 데 성공했습니다.
보스턴 대학교 과학자들이 대장균에 유전자 토글 스위치를 만들었습니다. 이 모델은 단 두 개의 유전자 모듈만 사용합니다. 외부 자극을 조절함으로써 유전자 발현을 켜거나 끌 수 있습니다.
같은 해에 프린스턴 대학교의 과학자들은 세 개의 유전자 모듈을 사용하여 그들 사이의 상호 억제와 억제 해제를 통해 회로 신호에서 "진동" 모드 출력을 구현했습니다.
유전자 토글 스위치 다이어그램
세포 워크숍
회의에서 사람들이 "인공 고기"에 대해 이야기하는 것을 들었습니다.
컴퓨터 컨퍼런스 모델을 따라 자유로운 소통을 위한 "비공식 컨퍼런스"에서 몇몇 사람들은 맥주를 마시며 담소를 나눴다. "합성 생물학" 분야에서 성공적인 제품은 무엇일까? 누군가 임파서블 푸드의 "인공 고기"를 언급했다.
임파서블 푸드는 스스로를 "합성 생물학" 회사라고 부른 적은 없지만, 다른 인공 고기 제품과 차별화되는 핵심 판매 포인트인 채식 고기 특유의 "고기" 냄새를 내는 헤모글로빈은 약 20년 전 이 신흥 분야에서 개발된 기술입니다.
이 기술은 간단한 유전자 편집을 통해 효모가 "헤모글로빈"을 생산하도록 하는 것입니다. 합성 생물학 용어를 빌리자면, 효모는 사람들이 원하는 대로 물질을 생산하는 "세포 공장"이 되는 것입니다.
고기가 왜 그렇게 선명한 붉은색을 띠고 특유의 향이 날까요? 임파서블 푸드에는 고기에 풍부하게 함유된 "헤모글로빈"이 핵심 성분으로 여겨집니다. 헤모글로빈은 다양한 식품에 존재하지만, 특히 동물의 근육에 함량이 높습니다.
따라서 회사 설립자이자 생화학자인 패트릭 O. 브라운은 동물성 고기를 모방하는 "핵심 조미료"로 헤모글로빈을 선택했습니다. 식물에서 이 "조미료"를 추출하기 위해 브라운은 뿌리에 헤모글로빈이 풍부한 콩을 선택했습니다.
기존 생산 방식은 콩 뿌리에서 헤모글로빈을 직접 추출하는 것입니다. 헤모글로빈 1kg을 얻으려면 6에이커(약 2.7헥타르)의 콩밭이 필요합니다. 식물 추출 방식은 비용이 많이 들기 때문에 임파서블 푸드는 새로운 방법을 개발했습니다. 바로 헤모글로빈을 합성할 수 있는 유전자를 효모에 이식하는 것입니다. 효모가 자라고 증식하면서 헤모글로빈도 함께 생성됩니다. 비유하자면, 미생물 규모로 보면 거위가 알을 낳는 것과 같습니다.
식물에서 추출되는 헴은 "인공 고기" 버거에 사용됩니다.
신기술은 생산 효율을 높이는 동시에 재배에 소모되는 천연자원을 줄여줍니다. 주요 생산 재료가 효모, 설탕, 광물이기 때문에 화학 폐기물도 거의 발생하지 않습니다. 생각해 보면, 이는 진정으로 "미래를 더 나은 방향으로 만드는" 기술이라고 할 수 있습니다.
사람들이 이 기술에 대해 이야기할 때, 저는 그저 단순한 기술이라고 생각하는 것 같았습니다. 그들의 눈에는 유전적 수준에서 설계할 수 있는 물질이 너무나 많아 보였습니다. 생분해성 플라스틱, 향신료, 신약과 백신, 특정 질병에 대한 살충제, 심지어 이산화탄소를 이용한 녹말 합성까지… 저는 생명공학이 가져올 가능성에 대해 구체적인 상상을 하기 시작했습니다.
유전자를 읽고, 쓰고, 수정하세요
DNA는 생명의 근원으로부터 모든 생명 정보를 담고 있으며, 수천 가지 생명 형질의 근원이기도 합니다.
오늘날 인간은 DNA 서열을 쉽게 읽고 원하는 대로 DNA 서열을 합성할 수 있습니다. 학회에서 저는 2020년 노벨 화학상을 수상한 CRISPR 기술에 대한 이야기를 여러 번 들었습니다. '유전자 마법 가위'라고도 불리는 이 기술은 DNA의 특정 부위를 정확하게 찾아 잘라내어 유전자 편집을 가능하게 합니다.
이러한 유전자 편집 기술을 기반으로 많은 스타트업 기업들이 등장했습니다. 어떤 기업들은 이 기술을 이용하여 암이나 유전 질환과 같은 난치성 질환의 유전자 치료법을 개발하고, 또 어떤 기업들은 인간 장기 이식을 위한 장기 배양 및 질병 진단에 활용하고 있습니다.
유전자 편집 기술이 매우 빠르게 상업화되면서 사람들은 생명공학의 밝은 미래를 기대하고 있습니다. 생명공학의 발전 논리를 살펴보면, 유전자 서열의 판독, 합성, 편집 기술이 성숙된 후에는 자연스럽게 유전적 수준에서 인간의 필요를 충족하는 물질을 설계하여 생산하는 단계로 나아가게 됩니다. 합성생물학 기술 또한 유전자 기술 발전의 다음 단계로 이해할 수 있습니다.
에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 A. 다우드나 두 과학자는 CRISPR 기술로 2020년 노벨 화학상을 수상했습니다.
"많은 사람들이 합성생물학의 정의에 집착해 왔습니다... 공학과 생물학이 융합되는 현상이 나타났죠. 이로 인해 탄생하는 모든 것을 합성생물학이라고 부르기 시작한 것 같습니다."라고 톰 나이트는 말했다.
시간적 범위를 넓혀보면, 농업 사회가 시작된 이래로 인류는 오랜 교배와 선택을 통해 원하는 동식물 형질을 선별하고 보존해 왔습니다. 합성 생물학은 인간이 원하는 형질을 만들어내기 위해 유전적 수준에서 직접 접근합니다. 현재 과학자들은 CRISPR 기술을 이용하여 실험실에서 벼를 재배하고 있습니다.
이번 컨퍼런스 주최자 중 한 명인 치지(Qiji) 창업자 루치는 개막 영상에서 생명공학이 과거 인터넷 기술처럼 세상에 광범위한 변화를 가져올 수 있다고 말했습니다. 이는 인터넷 기업 CEO들이 사임 당시 생명과학에 관심을 표명했던 것을 뒷받침하는 것으로 보입니다.
인터넷 업계 거물들이 모두 주목하고 있다. 생명과학 분야의 비즈니스 트렌드가 드디어 도래하는 것일까?
톰 나이트(왼쪽 첫 번째)와 깅코 바이오웍스 창립자 4명 | 깅코 바이오웍스
점심 식사 중에 뉴스를 하나 들었습니다. 유니레버가 9월 2일, 2030년까지 청정 제품 원료에서 화석 연료를 단계적으로 퇴출시키기 위해 10억 유로를 투자할 것이라고 발표했다는 내용이었습니다.
향후 10년 안에 프록터앤갬블(P&G)에서 생산하는 세탁세제, 세탁분말, 비누 제품은 식물성 원료 또는 탄소 포집 기술을 점진적으로 도입할 예정이다. 또한, 회사는 탄소 배출량 감축을 위한 생명공학, 이산화탄소 및 기타 기술 연구 자금으로 10억 유로를 추가로 투자할 계획이다.
이 소식을 전해준 사람들은 저처럼 10년도 채 안 되는 시간 안에 기술 연구 개발이 양산으로 완전히 이어질 수 있을까 하는 생각에 다소 놀라워했습니다.
하지만 저는 그것이 이루어지기를 바랍니다.
게시 시간: 2021년 12월 31일