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[IT뉴스]“세포를 컴퓨터처럼”…포스텍, 리보솜 스위치로 '살아있는 스마트 유전자 회로' 개발

온카뱅크관리자

2026-06-10 08:27:29

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 세포 안에서 단백질을 만드는 '공장' 역할을 하던 리보솜이 이번엔 유전자를 켜고 끄는 '스위치' 역할까지 겸하게 됐다. 포스텍(POSTECH) 연구팀이 세포 내부에서 여러 신호를 동시에 읽고 스스로 판단해 반응을 만들어내는 'RNA 기반 스마트 유전자 회로' 플랫폼을 새롭게 개발했다. 단순히 유전자를 조작하는 기존 수준을 넘어, 세포 자체가 일종의 '살아있는 컴퓨터'처럼 작동하는 시대에 한 걸음 더 다가선 것이다.
 김종민 포스텍 생명과학과 교수, 강한솔 박사, 통합과정 고현섭·김채리 씨 연구팀이 개발한 이 기술의 이름은 'RATEX' 플랫폼이다. 이번 연구 결과는 화학 분야 최고 권위의 국제 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)' 최신호에 게재됐다. 
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 <img alt="(왼쪽부터) 김종민 포스텍 교수, 강한솔 박사, 통합과정 고현섭·김채리 씨" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/etimesi/20260610082537315aiit.png" data-org-width="700" dmcf-mid="BWRMlRRfDK" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/etimesi/20260610082537315aiit.png" width="658">
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 (왼쪽부터) 김종민 포스텍 교수, 강한솔 박사, 통합과정 고현섭·김채리 씨
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 세포가 유전자를 활용하는 방식은 크게 두 단계로 나뉜다. DNA에 담긴 정보를 RNA로 옮기는 '전사(transcription)' 단계, 그리고 그 RNA를 읽어 단백질을 만드는 '번역(translation)' 단계다.
 기존의 RNA 기반 유전자 회로 기술은 신호 감지와 처리가 주로 '번역' 단계에만 머물러 있었다. 문제는 세포가 처리해야 할 신호가 한두 가지가 아니라는 점이다. 마치 여러 신호등이 동시에 깜빡이는 복잡한 교차로처럼, 세포도 수많은 분자 신호를 한꺼번에 통합해 판단해야 한다. 하지만 기존 기술로는 이 복잡한 계산을 감당하기 어려웠다.
 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 단백질 생산 공장인 '리보솜(ribosome)'에 주목했다. 본래 리보솜은 RNA 코드를 읽으며 묵묵히 단백질을 찍어내는 역할만 맡고 있었다. 하지만 연구팀은 특정 조건이 충족될 때 리보솜이 유전자 위 특정 지점에서 잠시 멈추도록 설계했다. 이 '멈춤' 자체가 신호가 되어 다음 유전자 발현 여부를 결정하게 만든 것이다. 리보솜이 단순한 생산 기계에서 핵심 '스위치'로 직급이 바뀐 셈이다. 
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 <img alt="RATEX 플랫픔의 신호 처리 능력 및 이를 기반으로 설계된 유전자 회로를 활용한 세포 프로그래밍 모식도" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/etimesi/20260610082538593uche.png" data-org-width="700" dmcf-mid="beIOqIIkmb" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/etimesi/20260610082538593uche.png" width="658">
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 RATEX 플랫픔의 신호 처리 능력 및 이를 기반으로 설계된 유전자 회로를 활용한 세포 프로그래밍 모식도
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 번역 단계에서 얻은 계산 결과가 전사 단계의 작동 여부로 즉시 이어지는 이 구조가 바로 RATEX 플랫폼의 핵심이다. 연구팀은 이를 '번역-전사 전환 기술(TTC)'이라고 명명했다. 기존 유전자 회로에서 검증된 번역 단계의 논리 스위치들을 레고 블록처럼 조합해, 전사 과정을 직접 제어할 수 있게 한 구조다.
 이러한 새로운 접근법을 통해 연구팀은 기존 합성생물학 유전자 회로의 설계 한계를 극복하고 확장성을 획기적으로 높이는 데 성공했다. 실험 결과 최대 1,492배에 달하는 높은 유전자 조절 능력을 확인했으며, 최대 6개의 RNA 신호를 동시에 처리하는 복잡한 논리 연산 회로도 구현해 냈다.
 여기에 RNA 신호뿐만 아니라 아미노산이나 비타민 같은 대사물질까지 함께 인식하는 '하이브리드(hybrid) 논리 게이트'도 구축했다. 세포가 단순히 자극에 반응하는 수준을 넘어, 여러 종류의 정보를 동시에 '연산'하는 단계로 진화한 것이다.
 더 나아가 연구팀은 이 기술을 크리스퍼(CRISPR) 유전자 제어 시스템과 결합해, 특정 조건이 모두 충족될 때만 세포의 형태를 바꾸거나 세포 내부 구조를 새롭게 재배치하는 데도 성공했다. 세포를 원하는 대로 정밀하게 '프로그래밍'할 수 있음을 실제 입증한 성과다. 
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 '앙게반테 케미' 표지 이미지
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 이 기술은 향후 다양한 바이오·의학 분야로 확장될 가능성이 크다. 예를 들어 암세포에서만 나타나는 특이 신호들을 종합적으로 감지해 그 자리에서만 치료 물질을 생산하는 '스마트 세포 치료제'나, 특정 오염물질이 기준치 이상 전전될 때만 정밀하게 반응하는 '환경 바이오센서' 개발 등에 활용될 수 있다.
 김종민 교수는 “번역 단계에서 일어나는 정교한 판단 과정을 전사 제어로 연결한 것이 이번 연구의 핵심”이라며, “RNA와 대사물질처럼 서로 다른 성격의 신호를 하나의 RNA 설계 안에서 통합 처리할 수 있다는 점에서 합성생물학의 새로운 설계 패러다임을 제시했다”고 연구 의의를 강조했다.
 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기본연구사업, POSTECH 기초과학연구원 지원사업, 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비센터, 경북테크노파크 푸드테크 연구개발거점센터 사업, 농림축산식품부 고부가가치식품기술개발사업, 보건복지부 보건산업진흥원 보건의료기술연구개발사업, 교육부 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
 포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
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