서울대학교 공과대학(학장 차국헌)은 권성훈 전기정보공학부 교수 연구팀이 ‘초병렬적 고순도 핵산(DNA/RNA) 정제기술’을 개발했다고 30일 밝혔다.
RNA 기반의 백신과 신약은 직접 합성할 수 없기 때문에 기존에는 DNA를 합성하고 RNA로 전사하는 과정이 꼭 필요하다.
하지만 오류에 취약한 DNA 합성은 장기간에 걸쳐 대장균을 배양하고, DNA를 추출하는 과정을 거칠 수밖에 없었고 이로 인해 높은 생산비용과 낮은 생산효율이 문제로 나타났다.
권성훈 서울대 전기정보공학부 교수 연구팀이 개발한 고순도 핵산 정제기술이 응용되면 대장균 배양과정 생략을 통해 생산비용 절감과 시간 단축이 가능하며, 궁극적으로 RNA 백신과 치료제의 생산량을 극대화할 수 있다.
DNA와 RNA를 포함하는 개념인 핵산은 유전, 단백질 합성과 같은 생명현상에 관여하며 체내에서 핵심역할을 하는 분자다.
최근에는 화이자(Pfizer), 모더나(Moderna)와 같은 핵산형태의 코로나바이러스(COVID-19) 백신이 상용화돼 각국의 관심을 끈 바 있다.
핵산은 핵산자동합성장치를 통해 화학적으로 합성되는데 A, G, T, C로 이뤄진 염기서열을 입력하면 원하는 서열의 핵산분자가 자동 합성된다.
하지만 합성과정에서 특정 염기가 결실되거나 삽입될 수 있다는 단점이 있었다.
따라서 합성 이후 추가적인 정제과정이 필요했으나, 기존의 정제기술들은 분해능이 낮아 오류가 있는 핵산분자들을 구분하지 못하고 여러 종류의 핵산을 동시에 정제하지 못해 핵산의 잠재력을 제한했다.
이에 권성훈 서울대 전기정보공학부 교수 연구팀은 수백억 종류의 핵산을 높은 분해능(단일 염기 수준)으로 정제할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.
결실 및 삽입되는 현상이 핵산자동합성장치 오류의 주요 원인이란 점을 착안해 합성된 핵산의 길이를 측정하고 의도한 길이의 핵산만 골라내는 방법을 적용했다.
핵산의 길이 측정에는 주요 실험실에 다수 설치된 미국 일루미나사의 염기서열분석장비를 활용했으며, 해당 장비를 통해 정제과정을 자동화했기 때문에 학계와 산업계에 빠르게 적용될 수 있을 것으로 전망된다.
이번 연구를 주도한 권성훈 서울대 전기정보공학부 교수는 “핵산 정제기술의 개발을 통해 핵산을 활용하는 기초연구와 핵산기반 백신과 치료제의 관련 연구를 활성화할 수 있을 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업(리더연구)의 지원으로 진행됐으며, 세계적인 학술지 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)지에 출판됐다.
