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Jan 28, 2024

Nature Communications 13권, 기사 번호: 6530(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

상향식 합성생물학은 생명체와 유사한 최소한의 시스템을 구축함으로써 생명체를 이해하는 새로운 수단을 제공합니다. 이 원리는 전염병 연구에도 적용될 수 있습니다. 여기에서는 바이러스 복제 주기의 상향식 조립에 대한 접근 방식과 윤리적 고려 사항을 요약합니다.

상향식 합성 생물학은 살아있는 세포의 구조와 기능을 재현하는 인공 시스템 구축을 위한 새로운 길을 열었습니다. 세포 분열1, 세포 운동성2, 세포 의사소통3 및 형태 형성4의 물리적 원리와 같은 생명의 기초가 되는 메커니즘에 대한 새로운 기본 지식은 체외 재구성 접근법을 적용하여 달성되었습니다. 현재의 맥락에서 우리는 상향식 합성 생물학을 체외에서 세포 현상을 상향식으로 재구성하여 최소한의 생명체와 유사한 물질을 구성하려고 노력하는 분야로 정의합니다5. 이를 위해 생물학적, 인공적 빌딩 블록을 적용하여 생명에 내재된 기능을 특징으로 하는 분자 구조를 만듭니다. 역사적으로, 그리고 자연 과학의 출현에 힘입어 이 분야는 자연 세포의 구조적 특성(예: 신진 대사6, 분열1, 진화7, 정보 처리8, 구획화9)을 요약하는 합성 세포의 구성에 중점을 두었습니다. 본질적으로 상향식 합성 생물학은 디자인-구축-이해 방식으로 생명체를 연구함으로써 관찰-설명-이해 개념을 따르는 기존 생물학 연구의 알고리즘을 재정의합니다. 이러한 구축을 통한 학습 전략은 세포 현상의 분자적 복잡성을 줄여 생명의 가장 기본적인 과정을 단계적으로 해체함으로써 강화됩니다. 이러한 연구 라인을 따라 인공 세포를 조작하기 위한 몇 가지 새로운 도구가 개발되었습니다. 예를 들어 합성 세포 비계 역할을 하는 지질 소포를 만들고 조작하는 미세 유체 기술과 환경과 정보를 교환하는 합성 세포를 만드는 고급 유전 공학 전략8,10 . 이와 관련하여, 세포 현상의 시험관 내 재구성을 위한 계속 증가하는 분자 도구 상자는 해당 분야의 발전을 크게 가속화하여 진정으로 살아있는 합성 시스템을 만드는 궁극적인 목표를 달성할 수 있게 되었습니다.

세포 생명체의 기본 원리를 밝히기 위한 연구 노력 외에도 여러 연구에서 환원주의적 설계-구축-이해 접근법이 어떻게 생물의학 연구 목표에 적용될 수 있는지에 대한 초기 시연을 제공했습니다. 최근 몇 년간 최소 생물학적 시스템을 기반으로 한 연구를 통해 치료 목적으로 설계된 합성 세포가 등장했습니다. 여기에는 생체 내 증가된 포도당 농도에 노출 시 인슐린 생산 및 방출을 제어할 수 있는 합성 세포와 종양 내에서 치료 단백질을 자율적으로 생성하는 합성 세포가 포함됩니다. 이러한 발전은 생물 의학 응용 분야에서 상향식 합성 생물학의 잠재력을 보여주고 완전히 새로운 치료제에 힘을 실어줄 수 있는 연구에 정보를 제공합니다. 또한 이는 인공 생물학적 시스템이 질병 상태의 기본 분자 메커니즘을 해독하기 위해 어떻게 적용될 수 있는지 보여줍니다. 중요한 것은 이러한 엔지니어링 전략이 합성 생물학의 기본 원칙인 모듈성에 기반을 두고 있다는 것입니다. 상향식 합성 생물학 연구자들은 거의 플러그 앤 플레이 방식으로 결합할 수 있는 개별 세포 모듈(예: 구획18, 세포골격19 또는 상분리 세포기관20)을 설계합니다. 이를 통해 생물학적 문제를 해결 가능한 하위 집합으로 분해하는 동시에 개별 분자 메커니즘을 순차적으로 분해할 수 있습니다. 따라서 상향식 전략을 기반으로 한 연구는 순차적이고 모듈화된 방식으로 발생하는 질병 과정의 분자 메커니즘을 분리하는 데 특히 강력합니다. 바이러스 감염 주기의 재구성은 상향식 합성 생물학 원리에 의한 체계적인 해부의 대표적인 예입니다.