조지 처치(George Chuch)의 하버드 연구실 연구원들은 바이러스에 완전히 면역이 되도록 박테리아인 대장균(E. coli)을 유전자 조작했다.

팀이 지금까지 도전한 모든 바이러스를 차단하는 것 외에도 그들의 대장균은 변형된 유전자가 야생으로 빠져나갈 수 없도록 설계되었다. 이는 실제로 잃어버린 마이클 크라이튼 소설의 줄거리처럼 들린다. (사실, 쥬라기공원과 유사하지만 우리는 그것에 도달할 것이다.)

유전학 연구원이자 연구 저자인 아코스 니에르게스(Akos Nyerges)는 "우리는 알려진 어떤 바이러스에도 감염될 수 없는 유기체를 설계하는 최초의 기술을 개발했다고 믿는다."라고 말했다.

“바이러스에 완전히 내성이 있다고 말할 수는 없지만 지금까지 광범위한 실험실 실험과 전산 분석을 바탕으로 이를 깨뜨릴 수 있는 바이러스를 발견하지 못했다”고 말했다.

생산 및 보호: 네이쳐에 발표된 연구의 주요 결과는 예를 들어 박테리아를 사용하여 의약품을 만드는 것과 같이 박테리아 기반 생산의 미래에 큰 영향을 미칠 수 있다.

세포와 박테리아는 작은 실험실이나 공장으로 사용될 수 있으며 작은 분자와 생물학적 화합물을 만들어낼 수 있다. 게놈이 잘 알려져 있고 일꾼으로 명성이 높은 대장균은 인슐린을 포함하여 약 20여 종의 바이오의약품 생산에 사용되며 바이오연료 제조에도 사용되고 있다.

그러나 대장균과 같은 박테리아를 이용하면 복잡한 화학을 유기체에게 아웃소싱할 수 있지만, 제2의 천성인 동시에 이러한 과정을 바이러스에 취약하게 만든다.

"세포 배양의 바이러스 오염은 심각한 결과를 초래하는 실제 위험으로 남아 있다. 지난 40년 동안 업계에서 수십 건의 바이러스 오염 사례가 기록되었다."라고 저자는 연구에서 썼다.

절단 코드: 2022년 케임브리지 대학 팀은 바이러스 저항성 대장균을 만들었다고 생각했다. 그러나 Nyerges, 연구원 Siân Owen 및 대학원생 Eleanor Rand가 하버드 의과대학 주변에서 발견된 임의의 바이러스(쥐 둥지와 인근 진흙 강에서 일부 포함)로 그들에게 도전했을 때 박테리아는 천하무적과는 거리가 멀다는 것이 입증되었다.

케임브리지의 시도는 64개가 아닌 코돈이라고 하는 61개의 유전적 빌딩 블록 세트를 사용하여 필요한 모든 것을 만들도록 박테리아를 설계하는 데 달려 있었다. 누락된 코돈이 없으면 바이러스가 세포를 하이재킹할 수 없을 것이라고 생각했다.

이것은 사실이 아닌 것으로 판명되었다.

바이러스는 방해받지 않고 단순히 자신의 유전 조각을 가져와 방화벽 주변을 끝내고 가장 잘하는 것으로 돌아간다. 감염, 복제, 반복.

코돈을 제거하는 대신 하버드 팀은 대신 코돈이 만드는 것을 변경하기로 결정했다.

RNA 도입: 새로운 작업은 전달 RNA(tRNA)라고 하는 특정 유형의 RNA를 중심으로 한다.

tRNA의 역할은 DNA의 각 코돈을 인식한 다음 생성되는 단백질에 올바른 아미노산을 추가하는 것이다. 마치 공장 라인의 자동차에 핵심 부품을 넣는 것과 같다. 케임브리지 팀은 TCG와 TCA라는 코돈과 이들을 인식하는 tRNA를 박테리아에서 삭제했다. 이 두 코돈은 모두 tRNA가 아미노산인 세린을 결합하는 단백질에 설치하도록 지시한다.

하버드 팀은 "사기꾼" tRNA를 추가하여 한 단계 더 나아갔다. TCG나 TCA를 보면 세린 대신에 류신이라는 다른 아미노산을 설치한다.

"류신은 물리적으로나 화학적으로 얻을 수 있는 만큼 세린과 다르다."라고 Nyerges는 말했다.

바이러스가 TCG와 TCA를 운반하는 문을 뚫고 들어오면 사기꾼 tRNA가 세린 대신 류신을 미끄러뜨려 기능하지 않는 바이러스 단백질을 생성하고 복제를 차단한다. (바이러스는 자신의 tRNA를 파티에 가져오지만 하버드 팀은 세포의 tRNA가 이를 능가한다고 믿고 있는다.)

Nyerges는 "유기체의 유전자 코드를 교환하는 것이 가능하고 이런 식으로 해야 작동한다는 것을 입증하는 것은 매우 도전적이고 큰 성과였다."라고 말했다.

팀은 특정 장소에서 동시에 수십 개의 돌연변이를 일으키는 바이러스가 대장균을 납치해야 한다고 생각한다.

유전적 방화벽: 마이클 크라이튼에 대해 말하자면, 저자 책의 특징은 과학이 유대를 풀고 대혼란을 일으키는 것이다. 쥬라기공원을 생각해보자. 연구원들은 이 문제를 진지하게 받아들였다. 모든 자연 바이러스 적에 저항할 수 있는 박테리아는 야생에서 실제 문제가 될 수 있다.

유전자 조작된 대장균의 코드가 유출되는 것을 방지하기 위해 연구원들은 두 가지 다른 안전 메커니즘을 사용했다.

첫 번째는 박테리아가 서로 유전자를 직접 교환할 수 있도록 하는 자연적인 과정인 수평적 유전자 전달을 방지하는 것이었다. 조작된 코드가 야생 박테리아에 의해 선택되는 것을 피하기 위해 팀은 대장균의 모든 류신 코돈을 TCG 또는 TCA로 만들었다.

어쨌든 류신을 만들기 위해 TCG와 TCA를 사용하는 조작된 세포의 사기꾼 tRNA에게는 이것이 문제가 되지 않는다. 그러나 조작되지 않은 유기체에서 TCG와 TCA는 류신이 아닌 세린을 위한 것이다. 류신 대신 세린을 사용하면 Nyerges가 말했듯이 유전자 코드가 "횡설수설"인 정크 단백질로 이어질 것이다. 그리고 사기꾼 tRNA 자체가 정상 세포에 들어가면 아미노산 교환이 새 세포를 죽이고 누출을 막을 것이다.

팀의 다른 안전 장치를 위해 쥬라기공원으로 돌아간다. 책과 영화에서 동물들은 공원에서 주는 라이신이라는 아미노산에 의존하도록 만들어진다. 라이신이 없으면 죽는다. 이론적으로 이것은 탈출한 모든 공룡이 빌린 시간에 있었을 것임을 의미한다.

팀의 대장균은 또한 실험실 외부에 존재하지 않는 아미노산에 의존하도록 만들어졌다. 아미노산 없음, 박테리아 없음.

다음 단계: 팀은 코돈 공학을 사용하여 단일 바이러스에 의한 지속적인 오염 위험 없이 복잡한 화학이 필요한 중요한 물질을 만들 수 있는 감염 저항성 박테리아를 만들고자 한다.

이 작업은 앞으로 유전 공학의 기초가 될 수도 있다.

"우리의 결과는 모든 유기체가 모든 자연 바이러스에 안전하게 저항하도록 만들고 유전자 변형 유기체 안팎으로 유전 정보가 유입되는 것을 방지하기 위한 일반적인 전략의 기초를 제공할 수 있다."고 저자는 썼다.