고려대, M13 바이러스 돌연변이 통해 게놈 생산량 증가시킨다

▲ (왼쪽부터) 이보영 석박통합과정(공동 제1저자), 이재원 석박통합과정(공동 제1저자), 안동준 교수(공동저자), 이승우 교수(교신저자), 오민규 교수(교신저자) (사진=고려대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 고려대학교(총장 정진택) 오민규 교수팀(공과대학 화공생명공학과)과 이승우 교수팀(KU-KIST융합대학원/공과대학 융합에너지공학과)은 DNA 오리가미의 재료인 단일가닥 DNA(게놈)를 M13 바이러스의 돌연변이를 통해 저렴하게 대량생산 할 수 있는 방법을 개발했다.

이번 연구 결과는 한국시간 6월 11일 세계적 학술지 Nucleic Acids Research(Impact Factor : 11.501)에 출판됐고, 생물학연구정보센터(BRIC) ‘한국을 빛내는 사람들’에 등재됐다.

DNA 오리가미는 한 개의 긴 단일가닥 DNA(scaffold DNA)를 주형으로 수백 개의 짧은 단일 가닥 DNA (staple DNA)들이 상보적 결합을 형성하며 자가조립되어 나노미터 단위의 구조체를 형성하는 방법이다. 2차원의 평판구조 뿐만 아니라 3차원의 입체구조체로 제작이 가능하며 이를 나노로봇이나 약물전달에 사용할 수 있는 가능성을 지녔다.

주형으로 쓰이는 긴 단일가닥DNA(7000-8000)는 M13파지 바이러스의 게놈이 주로 쓰이고 있으며 짧은 단일가닥 DNA 는 주로 화학적 합성을 통해 생산된다. 긴 단일가닥 DNA 는 화학적 합성이 불가능하기 때문에 M13파지 바이러스를 대량생산하여 게놈을 추출하는 방식으로 생산된다. M13파지 바이러스는 단독으로는 복제가 불가능하기 때문에 대장균 숙주가 필요하며, M13에 감염된 대장균은 계속해서 파지를 생산하게 된다. 이를 이용해 파지바이러스를 대량생산하기 위해 대장균의 고밀도 배양방법이 연구되어 왔으며 생산 공정의 최적화가 도입되었지만 대장균 한 마리 당 생산할 수 있는 파지 바이러스의 양은 한계가 있다.

오민규, 이승우 교수팀은 M13파지 바이러스의 대장균내에서 라이프사이클 단계를 조절하는 돌연변이를 통해 대장균 한 마리 당 M13파지 바이러스 생산량을 최대 6배 높이는 방법을 제시했다. 특히 2단계에서 3단계로의 전환을 결정하는 pV 단백질의 발현을 줄이는 돌연변이가 가장 효과가 좋았으며, 이러한 돌연변이가 DNA 오리가미를 제작하는 데에는 아무런 영향을 미치지 않음을 증명했다. 이 기술은 긴 단일가닥 DNA의 저렴한 생산을 가능하게 하여 DNA 오리가미의 생산단가 인하와 다양한 응용가능성을 높이는 효과가 있을 것으로 기대된다.

※ 논문정보
- 저자 : 이보영 석박통합과정 (제1저자, 고려대), 이재원 석박통합과정 (공동 제1저자, 고려대), 안동준 교수 (공동저자, 고려대), 이승우 (교신저자, 고려대), 오민규 (교신저자, 고려대) (총 5명)
- 논문명 : Optimizing protein V untranslated region sequence in M13 phage for increased production of single-stranded DNA for origami
- 논문게재지 : Nucleic Acids Research (2021년 06월 10일 online published)

▲ [[그림 1] M13파지 바이러스의 돌연변이들(18K-5, 7, 10, 62)과 야생형 파지(18K-0) 생산량 비교(A)와 생산된 단일가닥 DNA를 이용한 DNA 오리가미 이미지 (B, C, D)

▲ [그림 2] M13파지 바이러스의 대장균에서의 라이프사이클과 단일가닥 DNA 생산원리 (이미지=고려대)