Synthetic Biology (합성생물학), 생물학의 새로운 도전                                        Grade A

2010년 5월, 생물학 분야의 럭비공(?) 과학자, Craig Venter 박사팀이 인공세포를 제조하는데 성공함으로써 생기론의 오랜 역사-혹은 미련-에 종지부를 찍었다. 이미 존재하던 미생물 Mycoplasma mycoides의 게놈을 인공적으로 합성하여 유사한 미생물 M. capricolum의 몸체에다 이식시킨 합성생명을 제조한 것이다. 이것은 처음으로 인간이 컴퓨터의 정보체계를 활용하여 인공생명을 창조했다는 대단한 역사적 의미를 가진다. 미국 언론에서는 컴퓨터를 엄마로 해서 태어난 최초의 인공생명이라고 떠들어대었다.

인공생명의 제조가 가능하다면 기왕에 존재하지 않던 새로운 생명체의 창조도 가능하게 되지 않을까? 이런 생각을 학문의 영역으로 개척해 나가는 것이 합성생물학(Synthetic Biology)이다. 자연계에 존재하지 않던 생명체를 인위적으로 창조하기 위해서는 무엇이 필요할까? 현재 존재하는 생명체에 대한 깊은 이해. 즉 생명의 근본원리를 이해하는 것이 필수적일 것이다. 현존하는 것에 대한 이해를 기반으로 새로운 것을 창조하는 활동, 이는 이미 물질세계에서는 오래 전부터 해오던 인간의 지적 활동 중 하나이다. 화학 분야에서는 과학과 미신의 중간 영역에 해당하는 연금술의 전통이 20세기 화학의 비약적인 발전으로 이어져 세상에 존재하는 수많은 분자들의 화학결합에 대한 원리를 이해하게 되었고, 이를 바탕으로 세상에 존재하지 않던 새로운 화학물질의 창조가 가능하게 되었다. 수많은 약들이 이렇게 생산되었다. 물리학 분야에서는 뉴턴 역학에서 양자역학으로 이어지면서 물질의 근본원리를 이해하게 되었고 이를 바탕으로 세상에 존재하지 않던 물질의 창조, 예를 들면 반도체의 제조가 가능하게 된 것이다. 이제 그러한 비약이 생물학 영역에서도 가능해진 것이다.

현재 합성생물학의 주요 관심사는 어떻게 현존하는 생물체들이 활용하고 있는 genetic circuit(1)을 간단한 미생물에 적용하여 유익한 결과물을 만들게 할 수 있을까 하는 것이다. 예를 들면 미생물의 대사 네트워크(metabolic network)를 변경시켜 수소에너지를 효율적으로 생산하는 미생물로 전환시키거나, 석유를 생산하는 미생물로 전환시키는 등과 같은 엔지니어링에 관심이 집중되어 있다. 그러나 이런 간단한 합성생물학 기술이 보편화되면 더 나아가서 고등한 동물과 식물을 창조하는 영역으로 발전되지 않을까? 이것이 가능하기 위해서는 생명체에 반복적으로 활용되는 유전자 회로(genetic circuit)와 대사 네트워크(metabolic network), 발달 회로(developmental circuit)에 대한 정확한 이해가 필요하다. 생명체의 복잡한 생명현상에도 반복적으로 활용되는 일종의 도구 모음(tool kits)이 존재하며, 이들 도구 모음을 적절히 빼었다 끼웠다 하는 방식을 통해 생명체의 물질대사를 바꾸는 것이 가능할 뿐만 아니라 생명체의 형태 또한 임의로 엔지니어링하는 것이 가능할 것이다.

합성생물학 영역은 더 발전되면 생명에 대한 이해를 더욱 깊게 해줄 수도 있을 것이다. 이를테면 새로운 생명을 디자인하고, 결과적으로 얻어진 생명체에서 어떤 문제가 나타나는 지를 분석하면 생명에 대한 한 차원 높은 이해를 가능하게 할 것이다. 현존하는 생명체가 오랜 진화과정에서 얻어진 결과물이라면 합성생물학을 통해서는 진화 과정을 시험하고 예측할 수 있게 해줄 것이다. 생물학의 새로운 장이 펼쳐지는 것이다. Nature 지의 관련 기사를 읽어보기 바란다(2).

2011. 1. 3.

1. 유전적 회로라 번역하면 될 것 같다. 이것은 생명체에 존재하는 다양한 signal transduction cascades, genetic regulatory pathways를 포함하는 포괄적 개념이다.
2. Build life to understand it, Nature (2010) Vol. 468; 889-890