미생물을 활용해 의약품이나 친환경 소재를 생산하기 위해서는 여러 유전자가 균형 있게 작동하도록 설계하는 과정이 필수적이다. 그러나 기존에는 유전자를 하나씩 조립하고 단계별로 시험해야 했기 때문에 시간과 인력이 많이 소요되는 한계가 있었다.

한국생명공학연구원(원장 권석윤, 이하 생명연) 합성생물학연구센터 이대희 박사 연구팀은 여러 유전자를 한 번에 빠르고 정확하게 조립할 수 있는 새로운 유전자 조립 플랫폼 ‘EffiModular’를 개발했다고 21일 밝혔다.

EffiModular는 커넥터를 활용해 여러 유전자를 레고 블록처럼 동시에 연결할 수 있도록 설계된 기술이다. 이를 통해 단 한 번의 실험으로 최대 8개의 유전자를 동시에 조립할 수 있으며, 성공률도 80% 이상을 기록해 기존 대비 유전자 조립 효율을 크게 높였다.

연구팀은 바이오파운드리 자동화 시스템에 EffiModular를 적용해 실제 활용 가능성을 검증했다. 베타카로틴(β-carotene) 생산 경로를 모델로 실험한 결과, 단 3일 만에 생산 방식이 서로 다른 효모 균주 120종을 제작하는 데 성공했다. 이는 수개월이 소요되던 기존 미생물 설계 방식과 비교해 연구 속도를 획기적으로 단축한 성과다.

또한 120종 균주의 생산량을 분석한 결과, 카로티노이드 생합성 과정에서 핵심 역할을 하는 crtI 유전자의 발현 수준이 전체 베타카로틴 생산량을 크게 좌우한다는 사실을 확인했다. 이는 대규모 실험 데이터를 통해 특정 유전자의 중요성을 정량적으로 입증한 사례다.

연구책임자인 이대희 박사는 “EffiModular는 자동화 연구 인프라에 최적화된 기술로, 바이오파운드리 환경에서 고속·대량 실험을 가능하게 한다”며 “향후 인공지능 기반 설계 기술과 결합될 경우 차세대 바이오 연구의 핵심 플랫폼으로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 합성생물학 분야 국제학술지 Trends in Biotechnology(IF 14.9, JCR 상위 1.4%)에 1월 14일 온라인 게재됐으며, 과학기술정보통신부 바이오·의료기술개발사업과 생명연 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.