공과대학 오민규-이승우 교수팀, BRIC `한국을 빛내는 사람들` 등재

사진 설명=M13파지 바이러스 돌연변이 관련 논문을 발표해 주목을 받은 고려대 연구팀(이보영 석박통합과정, 이재원 석박통합과정, 안동준 교수, 이승우 교수, 오민규 교수 / 이상 왼쪽부터)

고려대학교 공과대학(학장 김용찬) 화공생명공학과 오민규 교수와 융합에너지공학과(겸 KU-KIST 융합대학원) 이승우 교수가 이끄는 연구팀이 M13파지 바이러스 돌연변이에 관련한 연구 논문을 발표하고, 생물학연구정보센터(BRIC: Biological Research Information Center) ‘한국을 빛내는 사람들’에 등재됐다.

‘Optimizing protein V untranslated region sequence in M13 phage for increased production of single-stranded DNA for origami(이보영 석박통합과정/제1저자, 이재원 석박통합과정/공동 제1저자, 안동준 교수/공동저자, 이승우 교수/교신저자, 오민규 교수/교신저자)’라는 제목으로 발표된 이번 연구 성과는 국제학술지 Nucleic Acids Research(뉴클레익 액시드 리서치, 핵산 연구) 6월 11일자(한국 기준)로 출판됐다.

오민규-이승우 교수팀은 해당 연구에서 DNA 오리가미의 재료인 단일가닥 DNA(게놈)가 M13 바이러스의 돌연변이를 통해 저렴하게 대량생산 할 수 있는 방법을 개발했다.

여기서 ‘DNA 오리가미’는 한 개의 긴 단일 가닥 DNA(scaffold DNA)를 주형으로 수백 개의 짧은 단일 가닥 DNA (staple DNA)들이 상보적 결합하며 자가조립돼 나노미터 단위의 구조체를 형성하는 방법이다. 2차원의 평판구조뿐만 아니라 3차원의 입체구조체로도 제작할 수 있어서 나노로봇이나 약물전달에 사용될 가능성이 있다.

주형으로 쓰이는 긴 단일 가닥 DNA(7000-8000)는 M13파지 바이러스의 게놈이 주로 쓰이고 있고, 짧은 단일 가닥 DNA는 주로 화학적 합성을 통해 생산된다. 긴 단일 가닥 DNA는 화학적 합성이 불가능하기에 M13파지 바이러스를 대량생산해서 게놈을 추출하는 방식으로 만들어진다.

또한, M13파지 바이러스는 단독으로는 복제가 되지 않기 때문에 대장균 숙주가 필요하며, M13에 감염된 대장균은 계속해서 파지를 생산하게 된다. 이를 이용해 파지 바이러스를 대량생산하기 위한 대장균의 고밀도 배양 방법에 관한 연구가 이어지면서 생산 공정의 최적화가 도입됐지만, 대장균 한 마리당 생산할 수 있는 파지 바이러스의 양에 한계가 있어 난관이었다.

이런 상황에서 오민규-이승우 교수팀은 M13파지 바이러스의 대장균 내에서 라이프사이클 단계를 조절하는 돌연변이를 통해 대장균 한 마리당 M13파지 바이러스 생산량을 최대 6배 높이는 획기적인 방법을 제시했다. 더욱이 2단계에서 3단계로의 전환을 결정하는 pV 단백질의 발현을 줄이는 돌연변이가 가장 효과가 좋았으며, 연구팀은 이 돌연변이가 DNA 오리가미를 제작하는 데에는 아무런 영향도 끼치지 않음도 증명했다.

향후 오민규-이승우 교수팀의 해당 기술은 긴 단일 가닥 DNA의 저렴한 생산을 가능하게 함으로써 DNA 오리가미의 생산단가 인하와 다양한 응용 가능성을 높이는 효과가 있을 것으로 주목받고 있다.  / 공과대학신문