안녕하세요 ~!!! 케미러브입니다 :) 잘 지내셨나요 ??

오랜만에 포스팅하네요 ㅎㅎ

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한국화학연구원의 또 다른 연구 성과를 소개하고자 합니다.

시작해보겠습니다 ~!

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생명 시스템을 재설계하여 새롭게 제작하는 합성생물학 기술이 전 세계적으로 바이오 기술패권의 핵심 게임체인저로 자리매김하고 있는 가운데, 국내 연구진분들이 살아있는 미생물 세포로 고부가가치 의약품 소재의 고효율 생산에서부터 소재 맞춤형 저장까지 올인원(all-in-one) 공정이 가능한 ‘비스포크(BESPOKE) 인공세포 소기관’을 새롭게 개발하였습니다.

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자세히 말씀드리자면, 한국화학연구원(이미혜 원장님) 이주영 박사님, 포스텍 오승수·손창윤

교수님 공동 연구팀은 최근 발표된 연구에서 바이오 전 분야에 활용할 수 있는 고부가가치 의약품 소재 생산 및 고집적 저장을 위한 인공 ‘지질방울 소기관(lipid droplet organelle)’*을 성공적으로 개발하였습니다.

* 지질방울 소기관: 세포 안에서 과잉 생산되는 지방의 축적·저장 기관

 

본 성과는 데이터 과학과 컴퓨터 모델링을 접목한 합성생물학의 대표적 성공 사례로, 살아있는 미생물 세포의 디자인과 재설계를 통해 의약품, 헬스케어 소재 등 바이오·의약 분야에 널리 활용될 것으로 기대된다고 합니다.

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기존 바이오 분야 연구의 취약점인 생명현상의 복잡성과 다양성에 의한 불확실성(비예측성), 기술개발 소요 기간, 그에 따른 막대한 비용 등의 문제를 극복하기 위해 ‘예측가능한 고성능 세포 시스템’을 디자인하고 제작할 수 있는 합성생물학 기술 개발이 필요하였는데요 , 이에 따라, 화학연-포스텍 공동 연구팀분들은 분자 거동을 정밀 예측하는 컴퓨터 시뮬레이션 과정을 통해 아래 사진과 같은 맞춤형 인공 세포를 활용한 고부가 가치 의약품 소재 생산의 가능성을 제시하였고 , 실제 미생물 세포를 인공적으로 디자인하고 재설계하였습니다. 정말 대단하신 것 같아요 :)

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그 결과 인공 미생물 세포가 생산하는 ‘스쿠알렌’, ‘지아잔틴’ 등

바이오 의약품 소재 및 헬스케어 소재의 고집적 저장에 최적화된 ‘지질방울 소기관’을 성공적으로 개발하였습니다 !!

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본 연구에 의하면 지방 및 지질 등의 지용성 분자는 구조적 특성에 따라 크게 두 가지 형태*로 분류됩니다. 연구팀은 이러한 지용성 분자와 세포 내 지질방울 소기관과의 물리화학적 상호작용과 세포 내 움직임을 컴퓨터 기반 분자 시뮬레이션으로 계산하고 그 구조적 특성에 따르는 독특한 저장 메커니즘을 위 그림처럼 새롭게 밝혔습니다.

* 유연-웜형(flexible-worm) 및 강성-막대형(rigid-rod)

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구체적으로, 지용성 분자는 기름 방울 속에 잘 녹아들어간다는 일반적 인식과는 달리, 소수성* 결합을 통해 ‘지질방울 소기관’ 표면과 1차적으로 상호작용하더라도, 지용성 분자의 형태적 다변성에 따라 지질방울 내부로 침투 여부가 결정될 수 있음을 세계 최초로 규명하였습니다.

* 소수성(hydrophobic) : 기름과의 친화력이 높은 성질

 

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지용성 분자의 구조적 저장 메커니즘을 적극적으로 활용하고자, 미생물 세포 내 지질방울 소기관 생성 기작을 인공적으로 리모델링

하였습니다. ▲유연-웜형 분자용 소기관 내부 크기를 극대화하고, ▲강성-막대형 분자용 소기관 표면적을 극대화한 소기관을 각각 개발하여 맞춤형 인공 미생물 세포를 생산하였습니다.

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이 지용성 분자는 정상 세포 내에 과잉 축적되면 세포막을 녹이는 독성을 유발하여 세포 생성과 성장을 저해하는데요 , 따라서 지용성 분자를 지질 방울 안에 저장시키면 세포 독성을 줄여 세포의 생존력을 높일 수 있게 되는 것입니다.

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이러한 맞춤형 저장이 가능한 ‘지질방울 소기관’ 기술로 인공세포 저장 능력을 30배 이상 향상시켜, 세포가 안전하게 살 수 있는 환경을 제공할 수 있다고 합니다. 또한 이 기술을 통해 의료용 지용성 분자 생산에 최적화된 차세대 인공 미생물 세포 개발 기술로 활용이 가능할 것으로 전망합니다. 분자 모델링 기반 합성생물학 기술을 통해 30배 향상된 인공세포 저장 능력의 명품 세포 소기관을 구현한 것은 너무 신기한 일인 것 같습니다 !!

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추가적인 해당 연구 결과의 문답 내용은 아래 카드뉴스로 제작하였으니 참고 바랍니다 ~!!

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한국화학연구원 이주영 박사님은 “바이오 대전환 시대를 맞아 살아있는 세포를 산업적 니즈에 맞게 맞춤형으로 디자인하고 인공적으로 개발할 수 있는 합성생물학 기술 확보를 통해 대한민국이 글로벌 기술패권시대에 과학기술 주권 국가 역할을 할 수 있기를 희망한다.”라고 말씀하셨습니다. 정말 대단하십니다 !

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이번 연구결과는 세계적 권위 학술지인

‘Nature communications (IF : 17.694)’ 6월호 논문으로 게재되었다고 합니다.

자랑스러운 일인데요 ~!!

- 논문명(영) : Chain flexibility of medicinal lipids determines their selective

partitioning into lipid droplets

- 논문명(국) : 의료용 지용성 분자의 형태(구조)적 다변성에 따라 지질방울

소기관 내부로 침투와 거동이 결정된다.

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앞으로의 무궁한 발전을 저 또한 응원하겠습니다 !!!

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이번 포스팅 내용은 한국화학연구원 홈페이지 보도자료 연구결과 내용을 바탕으로 제작하였습니다.

참고 바랍니다 ^^!!

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https://www.krict.re.kr/bbs/BBSMSTR_000000000687/view.do

https://www.krict.re.kr/thumbnail//viewer/1660809182915/index.html

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이상으로 포스팅을 마치겠습니다!!

다음에는 더 좋은 글로 찾아뵙겠습니다 !

감사합니다 ~~!!