광합성 인공세포 개발 쾌거... 7월 과학기술인상 서강대 신관우 교수 선정

스스로 에너지 대사활동 하는 인공세포 구현, 전 세계적으로 높게 평가받아

이달의 과학기술인상 7월 수상자로 서강대 화학과 신관우 교수가 선정됐다.
 

서강대 화학과 신관우 교수.[사진=과학기술정보통신부 제공]

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과학기술정보통신부(과기정통부) 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 시상식이다.

과기정통부와 한국연구재단은 살아있는 세포와 형태 및 기능이 동일할 뿐만 아니라 광합성 작용을 통하여 스스로 에너지 대사활동을 하는 인공세포를 세계 최초로 개발한 신관우 교수의 공로를 높이 평가해 7월 과학기술인상을 수여한다고 밝혔다.

2000년대 이후 인공적인 요소를 살아있는 세포에 삽입‧결합하여 인공세포를 개발하는 연구가 다양하게 진행되었다. 하지만 기존 연구에서는 스스로 대사 활동하는 에너지 전환 체계를 갖추지 못했다. 세포가 에너지를 흡수하고 물질을 전환하는 과정이 매우 복잡해, 이를 인공적으로 구현하는 데 많은 어려움이 있었다.

신관우 교수는 실제 세포에서 추출한 단백질을 인공 세포막에 삽입해도 그 기능이 유지된다는 사실에 착안해 기존 세포에서 막단백질을 추출하고 인공세포막에 삽입시키면 순차적으로 생체 단백질 중합반응을 진행할 수 있다는 가설을 세웠다. 이어 식물의 광합성 단백질과 박테리아의 광전환 단백질을 추출하여 스스로 에너지 대사를 할 수 있는 인공 미토콘드리아를 제작했다. 인공 미토콘드리아를 인공세포막에 삽입하여 골격단백질을 스스로 합성하며 움직이는 인공세포를 완성했다.

개발된 인공세포는 빛을 사용하여 스스로 생체에너지(ATP)를 생산하며, 세포의 움직임과 형태를 구성하는 세포골격을 합성했다. 또한 원시적 형태의 세포와 유사하게 빛에 반응하여 스스로 움직임을 보이는 현상이 관찰됐다.
 

물에서 광합성 단백질과 박테리아에서 광전환 단백질을 추출한 후 세포와 유사한 형태로 재조합하여 인공세포를 제작했다. 개발된 세포는 빛을 사용하여 스스로 생체에너지(ATP)를 생산하며, 세포의 움직임과 형태를 구성하는 세포골격을 합성하고, 또한 빛에 반응하여 스스로 움직임을 보였다. 이는 마치 원시적 형태의 살아있는 세포와 기능과 형태적으로 매우 유사하다. 살아있는 세포와 기능적으로 가장 유사한 구조를 인공적으로 제작한 것이다.[사진=과학기술정보통신부 제공]

신관우 교수는 실험을 통해 인공세포가 최대 30일간 스스로 에너지를 만들고 기능을 유지함을 증명했다. 이러한 일련의 연구 성과는 생명과학 분야의 세계 최고 권위 학술지 `네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'의 표지논문으로 2018년 5월 28일 게재됐다.

신관우 교수는 “식물과 박테리아에서 주요 단백질들을 추출하여 인공적으로 만든 세포막에서 서로 신호를 주고 받으며 자연에서와 같은 에너지를 스스로 만들어내는 최초의 인공세포를 만들었다”며, “자연의 모든 생명체가 일상적으로 구현하는 생화학적 원리와 현상을 세포와 유사한 공간에서 실험으로 구현한 새로운 연구성과”라고 수상 소감을 밝혔다.