RNA 오리가미: 합성 세포를 만드는 인공 세포골격

비생물 성분으로부터 살아있는 세포를 만드는 장기적 목표를 가지고, 합성 생물학 분야의 과학자들은 RNA 오리가미를 사용합니다. 이 도구는 천연 RNA 생물 분자의 다기능성을 사용하여 새로운 구성 요소를 접어 단백질 합성을 불필요하게 만듭니다. 하이델베르크 대학교 분자 생물학 센터의 Kerstin Göpfrich 교수가 이끄는 연구팀은 인공 세포를 추구하면서 중요한 장애물을 극복했습니다.

그들은 새로운 RNA 오리가미 기술을 사용하여 세포골격과 같은 구조로 접히는 나노튜브를 생산하는 데 성공했습니다. 세포골격은 세포에 안정성, 모양 및 이동성을 제공하는 필수적인 구조적 구성 요소입니다. 이 연구 작업은 보다 복잡한 RNA 기계의 잠재적 기반을 형성합니다.

합성 세포를 구성하는 데 있어 가장 큰 과제 중 하나는 단백질을 제조하는 것입니다. 단백질은 유기체의 거의 모든 생물학적 과정을 담당하고, 따라서 생명을 가능하게 합니다. 자연 세포의 경우, 분자 생물학의 중심 교리는 세포에서 유전 정보의 전사와 번역을 통해 단백질 합성이 어떻게 일어나는지 설명합니다.

이 과정에서 DNA는 RNA로 전사된 다음 기능적 단백질로 번역되어 올바른 구조를 얻기 위해 접힘을 거치는데, 이는 적절한 기능에 중요합니다. 하이델베르크 대학교 분자 생물학 센터(ZMBH)에서 "생명의 생물물리공학" 팀과 함께 연구를 수행하는 Göpfrich 교수는 "이 복잡한 과정에만 150개 이상의 유전자가 관련되어 있습니다."라고 설명합니다.

Göpfrich 교수의 연구는 살아있는 세포에 필수적인 단백질 합성을 우회하는 합성 세포를 어떻게 만들 수 있는가에 대한 질문에서 시작됩니다. 그녀는 유전 정보(예: 세포 구조의 청사진)가 자체 폴딩 RNA만을 사용하여 번역된다는 생각에 기반한 RNA 오리가미 기술을 사용합니다. 먼저, DNA 시퀀스는 컴퓨터 지원 프로세스로 설계됩니다.

이는 RNA가 폴딩 후 가져야 하는 모양을 코드화합니다. 원하는 구조를 근사화하려면 적합한 RNA 모티프를 선택하여 궁극적으로 인공 유전자로 합성되는 유전적 템플릿으로 번역해야 합니다.

포함된 청사진을 구현하려면 RNA 중합효소를 사용합니다. 효소는 템플릿에 저장된 정보를 읽고 해당 RNA 구성 요소를 만듭니다. 이전에 특별히 개발된 알고리즘은 계획된 폴딩이 올바르게 발생하도록 보장합니다.

RNA 오리가미의 도움을 받아 하이델베르크 합성 생물학자와 그녀의 팀은 합성 세포의 필수적인 구조적 구성 요소인 인공 세포골격을 만드는 데 성공했습니다. 길이가 몇 마이크론에 불과한 RNA 마이크로튜브는 자연 세포 구조와 유사한 네트워크를 형성합니다.

Göpfrich 교수에 따르면, 나노튜브는 합성 세포를 만드는 또 다른 단계입니다. 연구자들은 생물학에서 널리 사용되는 간단한 세포 모델 시스템인 지질 소포에서 RNA 오리가미를 테스트했습니다. 소위 RNA 앱타머를 사용하여 인공 세포골격을 세포막에 결합했습니다. 유전적 템플릿인 DNA 서열에 대한 표적 돌연변이를 통해 RNA 골격의 속성에 영향을 미치는 것도 가능했습니다.

"DNA 오리가미와 달리 RNA 오리가미의 장점은 합성 세포가 스스로 구성 요소를 제조할 수 있다는 것입니다."라고 Kerstin Göpfrich는 강조합니다.

그녀는 이것이 그러한 세포의 지시적 진화에 대한 새로운 관점을 열어줄 수 있다고 덧붙입니다. 장기 연구 목표는 RNA 기반 합성 세포를 위한 완전한 분자 기계를 만드는 것입니다.

현재 연구는 유럽 연구 위원회의 Göpfrich 교수를 위한 ERC Starting Grant의 일부였습니다. 또한 Human Frontier Science Program, 연방 교육 연구부, 독일 연방 및 주 정부의 Excellence Strategy 프레임워크 내에서 Baden-Württemberg 과학부, Alfried Krupp Prize에서 자금을 지원했습니다. 연구 결과는 저널 Nature Nanotechnology 에 게재되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250317164042.htm