A. 광합성으로 유도된 생체에너지로 세포 내 골격단백질이 성장한 인공세포 내부 구조 B. 빛에 의해 세포막의 특정 위치가 변형돼 이동성을 갖는 세포의 움직임 C. 인공 미토콘드리아를 인공세포막 내부로 삽입하는 모식도 D. 빛에 의해서 생체에너지를 형성해 인공세포 내의 골격단백질을 합성하는 모식도국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 살아있는 세포와 같은 형태와 기능을 가지면서 빛을 사용해 스스로 에너지를 생산하는 인공세포를 만드는 데 성공했다. 아직 생식기능이나 항상성 등에서 한계가 있지만 현재까지 인공적으로 구현된 세포 중 가장 진화한 형태로, 스스로 외부 환경에 적응하고 성장하는 생명체를 인간이 만들어낼 수 있다는 가능성을 보여줬다는 평가다.
과학기술정보통신부는 신관우 서강대 교수와 케빈 파커 하버드대 교수, 안태규 성균관대 교수, 정광환 서강대 교수가 공동연구를 통해 스스로 광합성을 하는 인공세포를 제작하는 데 성공했다고 28일 밝혔다. 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’에 게재됐으며 네이처의 하이라이트 논문으로도 소개됐다.
연구팀은 시금치에서 광합성 단백질을, 박테리아에서 광전환 단백질을 뽑아낸 후 빛을 사용해 생체에너지(ATP)를 생산할 수 있는 인공 미토콘드리아를 만들었다. 또 인공 미토콘드리아를 인공세포막에 삽입해 골격단백질을 스스로 합성하며 움직이는 인공세포를 만드는 데 성공했다. 골격단백질은 빛을 사용해 스스로 생체에너지를 생산하고 이를 이용해 세포의 움직임과 형태를 구성하는 기능을 한다.
외부에서 빛을 쪼여주면 인공 미토콘드리아는 세포 내 환경에 따라서 스스로 작동하며 지속적으로 생체에너지를 만든다. 이를 통해 형성된 골격단백질이 주변의 세포막을 움직이도록 해 마치 세포가 외부 환경에 따라 스스로 움직임을 보이는 것과 같이 대사활동을 수행한다.
이번에 개발된 인공세포는 외부환경에 따라 최소 한달까지 지속적으로 대사활동을 하며 광합성을 할 수 있다. 이 기술을 활용하면 세포 내에서 벌어지는 다양한 의학적 부작용이나 대사활동의 비정상적 활동의 원인을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다. 또 기능이 저하된 세포를 대체할 수 있는 기능성 세포를 제작하거나, 인공적으로 배양된 장기·조직을 구현하는 데도 활용될 수 있다.
신 교수는 “이 인공세포는 인간이 만든 최초의 살아있는 세포와 가장 근접한 구조체”라며 “인간이 반드시 정복해야 할 인공생명체를 구현하기 위해 연구를 더욱 발전시켜 나가겠다”고 말했다.
