DNA, RNA, 단백질은 센트럴 도그마의 3요소이자, 서열에 따라 구조와 기능이 무궁무진하게 달라질 수 있는 소위 ‘프로그래머블’ 생물분자입니다. 합성생물학의 기반은 이들의 서열을 바꾸거나 심지어는 새로이 생성하여 원하는 기능의 분자와 시스템을 설계하는 데에 있습니다.
특히 세포 안에서 RNA와 단백질은 실질적인 분자 수준의 “일”을 수행하는 데 반해, DNA는 유전물질이라는 특성상 여러 제약이 따르기 때문에 그동안 설계 공간과 활용도에 한계가 있었습니다.
박테리아의 독특한 역전사 시스템인 레트론(Retron)은, 프로그래머블 비유전성 소형 DNA 조각을 살아있는 세포 내에서 발현시킬 수 있는 유용한 플랫폼으로, 유전물질의 제약에서 벗어나 더 다양한 DNA의 활용을 가능케 합니다.
본 연구에서는 레트론을 이용해 대장균 세포 내에서 특정 단백질과 서열 특이적으로 상호작용할 수 있는 여러 비유전성 DNA 조각들을 개발하였습니다. 이를 전사인자를 낚는 분자 미끼로 활용해 유전자 발현을 제어하거나, 복잡한 합성 피드백 회로를 구현하였습니다. 나아가 유도성 전사조절 시스템을 유도성 번역 후 단백질 위치 및 기능 제어 시스템으로 전환하여, 자원이 부족한 환경에서도 즉각적인 신호 노출을 반영구적으로 감지하는 레코딩 시스템을 구현하였습니다.
마지막으로, 이 시스템과 레트론을 비롯한 비유전성 DNA 합성생물학의 향후 전망에 대해 소개하며 발표를 마무리하겠습니다.