최초의 합성생명창조 작업중
지구상 최초의 인간이 만드는 종(種)이 미국 메릴랜드 주의 록빌에 있는 연구실에서 작업 중이며, 캐나다 과학자들도 이 생명체 탄생에 협력하고 있다.
브리티시 콜롬비아 대학의 Genome Science Centre(게놈과학센터) 의장인 Robert Holt 박사가 이 인조생명 형태인 microbe(미생물)생산의 핵심적 역할을 수행하는 캐나다 밴쿠버 실험실을 이끌고 있다.
이 프로젝트는 2,000년 미국 셀레라 제노믹스사에서 인간게놈지도를 완성한 크레이그 벤터(Craig Venter)박사가 선봉에 서있다.
59세의 벤터 박사는 그 후 생명의 화학적 암호를 풀어내는 것에서 생명의 암호를 디자인하고 만들어내는 것으로 초점을 바꿨다: “우리는 게놈코드를 읽는 것에서 쓰는 단계로 나아갈 예정이다.”라고 그가 한 인터뷰에서 말했다.
이 작업은 합성 생물학(synthetic biology)이라고 불리는 새로운 과학 분야의 극단적인 한 예다. 이 분야는 DNA를 구성하는 뉴클레오티드의 화학적 단위의 조립을 용이하게 해주는 컴퓨터기술의 발전에 기인한다.
몇명의 과학자들이 자연계에서 존재하지 않는 유전자들을 만들려 노력하고 있으며, 산업용 화학물질, 클린 에너지, 의약품 같은 유용한임무를 수행할 미생물(microbes)을 만들고 있는 중이다. 벤터 박사와 그의 동료들은 완전한 합성 게놈을 조립하는데 기술의한계까지 몰아붙이고 있다.
“우리는 우리가 확정한 유전자 코드를 갖고 있고 바, 그래서 [이 유전자 코드가 유기체를 만들어내는] 증거의 일부라도 되려면, 염색체를 재생해 내야하고 이것이 같은 결과를 만들어 내는지 보는 것이다.”라고 그가 말했다.
미국의 정부와 과학자 조직체들이 이 새 기술의 산업적 보호 여부를 조사해서, 바이오테러의 무기로서 새로운 병원체를 만들어낼 수있는 가능성을 적시했다. 윤리학자들은 “자연의 본질”을 바꾸고 있는 사람들에 관한 염려를 불러 일으켰다.
그러나 지지자들은 인조 유기체 생산의 잇점이 위험부담을 훨씬 더 상회한다고 본다.
벤터 박사팀은 인간의 생식관(reproductive tract)에서 흔하게 살고 있는 마이코플라즈마 게니탈리움(Mycoplasmagenitalium)으로 알려진 단순한 박테리아 제작부터 시작하고 있다. 그들은 그 유기체의 생명이 살아 숨 쉬도록 하는데필요한 최소한의 유전자수를 알아내려 한다.
M.게니탈리움은 한 개의 염색체와 517개의 유전자만을 가진 단세포 박테리아이다. 그러나 벤터박사 팀은 이 박테리아 유전자의 껍질을벗겨 내고, 그들이 새로 만든 변형이 250개 내지 400개의 유전자만을 가지고 생존할 것이라고 믿는다.
“나는 자동차나 시계, 라디오와 그 같은 것들을 만지며 자라났다.”라고 벤터 박사가 말했다. “그것들을 가져다가 이해하기위해 분해하고 다시 조립을 한다.”
그러나 벤터 박사팀이 이 박테리아의 500,000만개의 DNA 화학물질을 모두(대략 지금까지 35,000개 기록) 조립할 수 있다해도, 아무도 그 유기체가 살아날 수 있는지는 모른다. 단순히 화학물질 배열만으로 생명을 불어넣을 수 있는가?
“이 결정적 난관 때문에 아무도 이전에 그런 것을 시도한 적이 없다.” 라고 벤터 박사가 말했다.
2002년까지 벤터 박사와 미국에서 연구한 밴쿠버 출신의 Holt 박사는 그것을 “닭과 달걀” 문제로 설명했다.
“닭이 생기려면 달걀이 필요하다. 그러나 또 한편 달걀이 생기려면 닭이 필요하다.”라고 Holt 박사가 말했다.
“그러므로 근원적 문제란 이 DNA에 무엇을 행하는가가 될 것인가? 그것을 어떻게 살아있는 진짜 유기체로 바꿔놓는단 말인가? 게놈의 암호가 유기체를 만들도록 해야 하기도 하다.
“그러나 생물학의 기능대로, 유기체가 게놈을 만들도록 해야 하기도 하다.”
Holt 박사와 그의 UBC 그룹은 바로 그 문제에 매달려 있다.
실험실에서 만든 게놈에게 생명을 불어넣는 한 가지 선택사항으로, 그의 설명에 따르면, 합성한 DNA를 현존하는 미생물의 껍데기안에 이식하는 것이다. 그러나 인간의 세포와는 다르게 이 박테리아의 유전물질은 말끔하게 하나의 핵 안에 들어있지 않아 손쉽게핵을 제거하고 교체할 수가 없다.
“그들의 염색체 DNA는 몸체 전체에 떠다니고 있다.”라고 Holt 박사가 말했다.
그래서 밴쿠버 그룹은 고압전기를 가해 숙주 박테리아를 열어젖히고 그 안에 새로 만든 작은 DNA 조각을 주입하는 방법을 연구하고 있다.
큰 DNA 조각들을 집어넣을 방법은 전혀 없다. UBC 실험은 해모필루스(Haemophilus) 박테리아의 DNA를 19개의 별개의 작은 조각들로 쪼개, 대장균(E. coli) 껍데기 안에 집어넣는 것이다.
“이것이 작전인데, 잘될지는 모르겠다.”라고 Holt 박사가 말했다.
“나는 이것이 가장 중요한 문제 중의 하나라고 생각했고 그것이 우리가 여기서 함께 작업해야만 하는 것이다.”
그 문제는 우선 박테리아를 상대로 풀어볼 가치가 있다라고 벤터박사가 말했다.
벤터 박사는 Synthetic Genomcs 란 회사를 시작했고, “세상 전부”에게 특정 임무를 가진 마이크로 유기체를 만들고 재조립할 수 있는 상업적 목적에 대해 열려있음을 자신한다.
그는 주목표가 최초의 합성 생명 형태를 만들고 생명의 본질을 이해하며, 어떻게 발달해나가고, 생존을 유지시키는 본질적 요소들을 이해하는 것임을 강조한다.
“여기서 우리는 24,000개의 일부 색다른 유전자들과 100조개의 세포를 가진 인간의 게놈을 이해하려 노력하고 있다. 그리고우리는 300-400개의 유전자들이 어떻게 함께 작용해서 단순한 살아있는 세포를 낳게 되는지 알지 못한다.”라고 그가 말했다.
“그러므로 만약 우리가 우리 자신의 게놈을 이해하려는 조금의 희망이라고 가지려면, 우리는 우리가 실제 쪼개서, 나누고, 재조립할 수있는 것으로 시작할 필요가 있다. 그래서 우리는 우주왕복선 대신 4기통 엔진을 가지고 시작하고 있는 것이다.
Creating first synthetic life form
Source:
http://www.theglobeandmail.com/servlet/story/RTGAM.20051219.wxlife19/BNStory/spe
cialScienceandHealth/
By CAROLYN ABRAHAM
Monday, December 19, 2005 Posted at 2:49 AM EST
Globe and Mail Update
Work on the world's first human-made species is well under way at a research
complex in Rockville, Md., and scientists in Canada have been quietly
conducting experiments to help bring such a creature to life.
Robert Holt, head of sequencing for the Genome Science Centre at the University
of British Columbia, is leading efforts at his Vancouver lab to play a key role
in the production of the first synthetic life form - a microbe made from
scratch.
The project is being spearheaded by U.S. scientist Craig Venter, who gained
fame in his former job as head of Celera Genomics, which completed a
privately-owned map of the human genome in 2000.
Dr. Venter, 59, has since shifted his focus from determining the chemical
sequences that encode life to trying to design and build it: "We're going from
reading to writing the genetic code," he said in an interview.
The work is an extreme example of a burgeoning new field in science known as
synthetic biology. It relies on advances in computer technology that permit the
easy assembly of the chemical bits, known as nucleotides, that make up DNA.
Several scientific groups are trying to make genes that do not exist in nature,
in hopes of constructing microbes that perform useful tasks, such as producing
industrial chemicals, clean energy or drugs. Dr. Venter and his colleagues are
pushing the technology to its limits by trying to put together an entirely
synthetic genome.
"We have these genetic codes that we have been determining, so part of the
proof [that they encode an organism] is reproducing the chromosome and seeing
if it produces the same result," he said.
Government and scientific bodies in the U.S. have investigated safeguards for
the new technology, given its potential to yield new pathogens as weapons of
bioterror. Ethicists have raised concerns about humans altering the "nature of
nature."
But proponents feel the many benefits of redesigning micro-organisms to do
human bidding far outweigh the risks.
The Venter team is starting small, working to construct a simpler version of
the bacteria known as Mycoplasma genitalium, a common resident of the human
reproductive tract. They hope to determine the minimum number of genes required
to breathe life into an organism.
M. genitalium is a single-cell bacterium with just one chromosome and 517
genes. But the Venter team is paring the recipe down and believes their version
will be able to survive with as few as 250 to 400 genes -- each of which they
are making themselves, one chemical piece at a time.
"I grew up doing that with cars and clocks and radios and things like that,"
Dr. Venter said. "You take them apart to understand them and then you try and
see if you can reassemble them."
But even if the team can assemble all of the bug's 500,000 DNA chemicals
(roughly 35,000 has been the record so far), no one knows if the organism will
be viable. Will simply synthesizing a chemical sequence spark life?
"Nobody has ever done it before so absolutely it is a key hurdle," Dr. Venter
said.
Dr. Holt, a Vancouver native who worked in the United States with Dr. Venter
until 2002, described it as a "chicken and egg" problem.
"You need an egg to make the chicken, but you also need the chicken to make the
egg," Dr. Holt said.
"So the profound problem is what do you do with this DNA once you get it? How
do you turn it into an actual organism? You need the genome to encode and make
the organism.
"But the way biology works, you need the organism to make the genome."
Dr. Holt and his UBC group are tackling that very problem.
One option for sparking life in a lab-made genome, he explained, is to
transplant the synthetic DNA into the shell of an existing microbe. But unlike
a human cell, the genetic material of bacteria is not neatly contained in one
nucleus that can be removed and simply replaced with another.
"Their chromosomal DNA is floating throughout the entire organism," Dr. Holt
said.
So the Vancouver group is researching the use of high-voltage electricity to
essentially zap open a host bacteria and slowly infuse it with small pieces of
new DNA.
No method exists to insert large DNA fragments. The UBC experiment involves
breaking down the DNA of Haemophilus bacteria, a bug common to the upper
respiratory tract, into 19 separate pieces and inserting it into the shell of
an E. coli, commonly found in the human gut.
"That's the strategy, though we don't know if it will work," Dr. Holt said.
"I thought this was one of the most important problems and one that we should
get working on here."
The problem, Dr. Venter said, is worth solving first with bacteria.
Having launched a company called Synthetic Genomics, Dr. Venter believes "the
whole world is open" in terms of the commercial applications of being able to
build or redesign micro-organisms for specific tasks.
He insists the main goal of his project to build the first synthetic life form,
however, is to understand the essence of life, how it evolved and the essential
elements that sustain it.
"Here we are trying to understand the human genome with 24,000 some odd genes
and 100 trillion cells and we don't know how 300 or 400 genes work together to
yield a simple living cell," he said.
"So if we ever have any hope of understanding our own genome, we need to start
with something we can actually tear apart, break down and rebuild. So we're
starting with a four-cylinder engine instead of a space shuttle."
