Researchers try to cut the genetic code from 20 to 19 amino acids

개요

연구팀은 AI 도구를 활용하여 리보솜의 일부를 수정함으로써, 생명체의 핵심인 유전 부호에서 필수 아미노산 중 하나인 이소류신(isoleucine)을 제거하는 데 성공했습니다.

주요 내용

• 이소류신 제거 시도의 배경: 현재 20가지 아미노산을 사용하는 유전 부호는 모든 생명체의 마지막 공동 조상 시기로 거슬러 올라가는 것으로 추정되며, 초기 생명체는 더 적은 수의 아미노산을 사용했을 것이라는 가설을 검증하기 위해 연구가 진행되었습니다.
• AI 기반 단백질 재설계: AI 도구가 발전함에 따라, 단백질을 재설계하여 이소류신과 같이 유사한 구조를 가진 아미노산을 대체하거나 제거하는 것이 가능해졌습니다.
• 이소류신 대체 실험: E. coli 게놈 분석 결과, 이소류신이 다른 아미노산으로 가장 빈번하게 치환되는 것으로 나타나 실험 대상으로 선정되었습니다. 36개의 필수 유전자에서 이소류신을 발린(valine)으로 대체한 결과, 일부 유전자는 생존했으나 세포 성장이 느려지는 현상이 관찰되었습니다.
• 리보솜의 이소류신 프리(free)화 시도: 리보솜은 유전자를 단백질로 번역하는 핵심 기관으로, 이곳에서 이소류신을 제거하는 것은 단백질 간 상호작용을 포함한 엄격한 테스트가 됩니다. AI 단백질 설계 소프트웨어를 사용하여 리보솜 단백질의 이소류신을 제거하는 시도를 반복했습니다.
• rplW 유전자의 중요성: 리보솜 소단위체의 21개 단백질 중 20개를 이소류신 없이 성공적으로 재설계했지만, rplW 유전자의 이소류신 제거는 세포 사멸을 유발했습니다. 최종적으로 16가지 조합을 테스트한 결과, 하나의 조합이 이소류신 없이 기능하는 리보솜을 완성했으며, 해당 균주는 원래 균주의 약 60% 속도로 성장했습니다.
• AI 도구의 역할과 한계: AlphaFold 2와 같은 AI 도구가 단백질 구조 분석 및 설계에 결정적인 역할을 했으며, 생물학적 직관과는 다른 대담한 제안을 내놓기도 했습니다. 하지만 AI 모델의 의사 결정 과정을 이해하는 데는 한계가 있으며, 현재는 작동 가능한 결과를 얻는 데 중점을 두고 있습니다.

시사점

이 연구는 AI 기술을 활용하여 생명의 근간을 이루는 유전 부호와 단백질 구조에 대한 근본적인 질문에 답할 수 있는 새로운 가능성을 제시하며, 기초 과학 연구의 패러다임을 바꿀 잠재력을 보여줍니다.