세균 내에 플라스미드를 사용 삽입

단백질은 생체 내의 모든 부분에서 사용되는 생물의 기본 구성 물질 중 하나로, 다양한 화학 반응을 촉매한다. 지금까지 인공적으로 만들어진 단백질이 생체 내에서 기능을 가진 것은 아니었다. 인위적으로 만든 자연계에 존재하지 않는 단백질을 세균 내에서 작동시키는 데 성공했다. 이 연구는 Public Library of Science의 PLoS ONE에 발표되었다. 인공적으로 만든 유전자에서 단백질을 발현하고 그것이 세균 내에서 역할을 할 수 있었다. 이것은 생물을 위해 사용되는 물질은 아무것도 자연 유래의 물질에 한정될 필요는 없다는 것을 보여주고있다. 

이 연구 결과는 최종 목표 중 하나가 생물의 게놈을 인공으로 만든다는 합성 생물학에 상당한 발전을 이루고 그것이 닿는 위치에 있다는 것을 나타내고있다. 또한 지금까지 많은 합성 생물학은 자연 유래의 것을 사용하고 그것을 재구성하고 생체 내에서 기능을 갖게하는 연구를 하여 왔지만,이 연구에서는 자기 유래 단백질을 사용하지 않는 때문에 그러한 의미에서도 이 연구 결과는 큰 의미를 갖는다. 또한 지금까지도 인위적으로 촉매 기능을 가진 단백질 디자인 되어 있었지만, 그것이 실제로 나타난 것은 이번이 처음이었다.

Hecht 박사의 연구팀은 분자 수준의 생물학적 작용과 더 큰 규모로 작용의 관련성등을 연구하고 있다. 예를 들어, 제대로 폴 디링되지 않은 단백질이 알츠하이머 병에 미치는 영향과 왜 그런 일이 일어날 것인가 하는 것이 그들의 연구 주제 중 하나다. 단백질은 20종류의 아미노산으로 이루어져 있고 그 배열 (sequence)는 DNA에 의해 기록되어있다. 영어 단어처럼 각각 특유의 철자를 가지고 특유의 역할을 가지고있다. 만약 100개의 아미노산을 가지는 단백질을 무작위로 만들게되면 20 100 승이라는 천문학적인 숫자의 단백질이 만들어지게 된다. 

그러나 실제로는 인간의 신체에서 10만 단백질 밖에 존재하지 않았다. 그들은 너무 많은 단백질이 있다면, 자연계에 존재하지 않는 아미노산 서열을 가진 단백질로 생체 내에서 기능을 유지하는 것도 있을지도 모른다고 생각했다. 그래서 그들은 총 100만에 달하는 아미노산을 사용하여 안정적인 3차원 구조를 갖도록 단백질 무리를 디자인했다. 그 인공 단백질을 특정 환경에서 증식하지 않도록 변형시킨 세균 내에 플라스미드를 사용 삽입하고 박테리아 인공 단백질을 사용 그러한 환경에서 증식할 수 있는지 여부를 관찰했다. 

그러자 일부 인공 단백질을 삽입된 세균은 그 환경에서 증식할 수 있었다. 이 결과는 인공 단백질이 생체 내에서 실제로 작동했다는 점에서 놀라운 일이다. 또한 기능 한 인공 단백질의 숫자도 안정적인 구조만을 생각하고 디자인된 해는 많았다. 게놈이라는 것은 생물의 염색체에 포함된 모든 유전 정보의 것. 지금까지 실제의 게놈을 인공적으로 합성하고 그것이 작동했다는 연구는 있었다. 단백질이라고하는 것은 올바른 아미노산이 붙여 경우에 작동하는 것이 아니라, 거기에서 더 정확한 3 차원 구조를 가지지 않으면 작동하지 않습니다. 

기본으로 원자간의 전기적인 상호 작용 등으로 가장 안정된 형태를 가지는 것이지만 간혹 잘못된 형태로 안정되어 버릴 수도있다. 이 같은 단백질이 생체 내에 쌓이게되면 질병의 원인이되기도 한다. 이 3차원 구조를 가지는 현상을 폴딩한다. 플라스미드는 것은 환형의 DNA에서 세균이 세포 내에있는 것. 쉽게 유전자를 교체 할 수 그 유전자를 세균이 발현해 주므로 생합성 따위의 연구에 많이 사용되고있다. 이 실험에서는 인공 단백질을 발현하는 유전자를 플라스미드에 통합하여 그것을 세포에 보내고 발현시키고 있었다. 이 연구는 굉장한 것이지만, 이것이라고하는 기능을 노리고 단백질을 디자인 한 것은 아니지만 같아서, 인공 생명 이니 그런 수준에 도달하려면 아직 긴 것 같아요