동물 세포에 조류 DNA 통째로…150세대 넘게 살아남은 '플래니멀'

도쿄대 연구진, 단세포 조류와 햄스터 세포 융합해 '플래니멀' 세포 세계 최초 제작

도쿄대 등 일본 공동 연구진이 조류의 DNA 전체를 배양 동물 세포에 이식해 안정적으로 유지하는 식물과 동물의 하이브리드 세포 제작에 세계 최초로 성공했다. (AI 생성 이미지)

동물 세포 안에 식물(조류)의 유전체를 통째로 집어넣는 데 세계 최초로 성공했다.

도쿄대 등 일본 공동 연구진이 조류의 DNA 전체를 배양 동물 세포에 이식해 안정적으로 유지하는 데 성공했다. 진화적으로 멀리 떨어진 조류와 동물 두 종의 전체 유전체를 하나의 세포 안에 유지한 식물-동물 하이브리드 세포가 만들어진 것은 이번이 세계 최초다.

이번 융합 실험에서 조류와 햄스터 세포를 합쳐 만든 하이브리드 세포는 조류 DNA 20개 염색체에 걸쳐 1,630만 염기쌍을 보유했으며, 155세대에 걸쳐 DNA가 검출됐다.

연구진은 포유류 세포 안에서 일어나는 수평 유전자 이동을 더 잘 규명하기 위해 조류 DNA를 포함한 포유류 세포, 즉 '플래니멀(planimal)' 세포를 만드는 실험을 설계했다. 플래니멀은 식물(plant)과 동물(animal)을 합친 조어다.

실험에 쓰인 단세포 홍조류 시아니디오스키존 메롤라에(Cyanidioschyzon merolae)는 식물 세포와 달리 세포벽이 없고 유전체 크기도 매우 작다. 동물 세포로는 의약품 생산 등에 널리 쓰이는 중국 햄스터 난소(CHO) 세포를 활용했다.

연구진은 폴리에틸렌 글리콜을 이용한 일반적인 세포 융합 방법으로 조류 DNA를 동물 세포 핵 안으로 집어넣었다. 성공률은 낮았지만, 조류의 DNA 전체가 동물 세포 염색체에 편입된 하이브리드 세포를 만들어냈다.

연구진은 세포 융합 방식과 함께 동물 세포가 조류를 직접 삼키는 방식도 시험했는데, 세포 융합이 훨씬 효율적으로 안정적인 하이브리드 세포를 만들어냈다.

다만 하이브리드 세포는 기능 면에서는 동물 세포에 가깝다. 시아니디오스키존 메롤라에의 DNA는 억제된 상태로 유지됐고, 광합성을 담당하는 엽록체는 융합 과정에서 소실됐다. 현재로서는 배양된 동물 세포 한 종이 조류 핵 유전체 거의 전부를 유지하면서도 대부분의 유전자를 꺼진 상태로 보존할 수 있다는 사실을 보인 단계다.

앞으로 조류 유전체의 어느 부분을 안전하고 안정적으로 활성화할 수 있는지, 세포가 시간이 지나면서 이를 어떻게 유지하거나 억제하는지, 이식된 유전자가 숙주 세포에서 실제로 기능을 수행할 수 있는지를 밝히는 연구가 필요하다.

연구진은 광합성을 통해 동물·식물 유용 단백질을 대량 생산하는 세포가 실현되면 의약품과 배양육 생산에 새로운 방법이 열릴 수 있다고 밝혔다.

연구진은 "궁극적인 목표는 이 생물학적 경로를 활성화해 동물 세포에 식물과 조류만의 고유한 능력을 부여하는 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 Nature Communications에 11월 12일 온라인 게재됐다.