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2012년 7월 22일 일요일

최초로 컴퓨터 모델링된 세포



 스탠포드 대학의 과학자들은 세포 전체를 시뮬레이션 할 수 있는 컴퓨터 모델 세포를 만드는 데 성공했다고 지난주 Cell 지에 보고했습니다. 이 컴퓨터 모델은 작은 세포의 유전자형 (Genotype) 을 바탕으로 표현형 (Phenotype) 을 예측하는 것으로 1900 개의 실험 데이터를 바탕으로 세포가 유전자형에 따라 어떻게 작동할 것인지를 예측할 수 있습니다. 연구진들은 900 개나 되는 과학 논문에서 나온 데이터를 바탕으로 이 작업을 수행했다고 합니다. 


 이들이 컴퓨터 모델링을 한 생명체는  Mycoplasma genitalium 라는 아주 작은 기생 박테리아로 주로 영장류의 호흡기 및 생식기 점막세포에 기생하는 세포입니다. 마이코플라즈마 (Mycoplasma) 는 세포벽이 없는 아주 작은 박테라아로 세포와 바이러스의 중간 단계에 있다고 여겨지기도 합니다. 


 그 중에서도 M. genitalium  는 극도로 적은 수의 게놈을 지니고 있어 실험의 좋은 대상이 되고 있습니다. 이 마이코플라즈마는 521 개의 유전자와 (482 개의 단백질을 인코딩) 582970 개에 불과한 염기쌍을 가지고 있는 극도로 단순한 생명체로 2002 년에 Nanoarchaeum equitans 가 발견되기 전까지 가장 짧은 DNA 를 가진 박테리아였습니다. 


 연구진은 지금까지의 연구를 바탕으로 28 개의 모듈로 박테리아가 생존에 필요한 프로세스를 구분한 후 다시 각 모듈이 서로 협력해서 박테리아가 대사활동을 하고 증식을 하는 과정을 컴퓨터 모델로 구현하게 만들었습니다. 유전자의 수가 매우 적기 때문에 과학자들은 어떤 유전자가 M. genitalium  에서 어떤 기능을 하는 지 정확히 알고 있습니다. 이를 통해서 컴퓨터 상에서 DNA 에 인코딩된 유전자를 변경해  M. genitalium 가 어떻게 변하게 될지 직접 유전자를 변형하지 않고도 컴퓨터 상에서 예측이 가능해 집니다. (오해하지 말점은 절대 자기 증식하는 박테리아를 컴퓨터안에 만든게 아니라는 점. 그냥 시뮬레이션 모델입니다)  


 현재는 이렇게 간단한 세포를 대상으로 컴퓨터 모델링에 성공했지만 점차 더 복잡한 생물체에 적용이 가능해질 것으로 기대됩니다. 이를 통해서 생물학자들은 세균에 더 쉽게 대응할 수 있는 항생제를 개발하는데 도움을 줄 수도 있고 기타 기초 생물학적 연구 및 유용한 유전 공학적 연구에도 도움이 될 수 있습니다. 


 더 나아가 미래에는 일종의 Bio  - CAD (computer aided design) 이 가능할지 모른다고 연구팀은 생각하고 있습니다. 이 부분은 제 생각이지만 어쩌면 인간에게 유용한 일을 하는 박테리아를 컴퓨터로 디자인 하는 날이 진짜 올지도 모르겠네요. 






Journal Reference:

Jonathan R. Karr, Jayodita C. Sanghvi, Derek N. Macklin, Miriam V. Gutschow, Jared M. Jacobs, Benjamin Bolival, Nacyra Assad-Garcia, John I. Glass, Markus W. Covert. A Whole-Cell Computational Model Predicts Phenotype from GenotypeCell, 2012; 150 (2): 389 DOI:10.1016/j.cell.2012.05.044

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