처음부터 조립한 합성 세포가 처음으로 성장·분열함

 (quantamagazine.org)
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  • 생명 기원을 실험실에서 재현하려는 합성생물학 연구가 성장·DNA 복제·분열을 한 시스템에 묶는 단계까지 도달함
  • 이번 세포는 살아 있는 세포로 보기는 어렵고, 리보솜과 영양분을 외부에서 공급받아야 하며 방어·폐기물 처리 체계도 부족함
  • Kate Adamala 연구팀은 DNA 복제 시스템, 단백질 생산 효소 묶음, 공급용 리포솜, 분열 유도 막 단백질을 결합해 spudcell을 만들었고 연구는 아직 동료심사 전임
  • 유전자를 인위적으로 바꾼 세포는 더 크게 자라거나 더 많은 딸세포를 만들 수 있었지만, 무작위 돌연변이 기반 자연선택은 아직 구현되지 않음
  • 연구팀은 데이터와 방법을 공개하고 비영리 단체 Biotic을 통해 도구를 배포하려 하며, 장기적으로 신소재·의약품·생명 기원 연구에 활용될 수 있음

비생물 재료에서 나온 세포 주기

  • 생물학자들은 비생물 구성요소를 하나씩 세포 같은 막 안에 넣어, 분자 주머니가 생명과 비슷한 행동을 보이는지 확인함
  • 실험실에서 만든 합성 세포는 기본 세포 주기의 핵심 단계를 함께 수행함
    • 성장
    • DNA 복제
    • 분열
  • Jack Szostak은 생물학적 구성요소로 인공 세포를 조립하려는 시도 중 이만큼 진전된 사례를 알지 못한다고 평가함
  • 다만 이 세포는 어떤 정의로도 살아 있는 세포는 아님
    • 지속적인 먹이 공급이 필요함
    • 단백질 생산 장치인 리보솜을 외부에서 받아야 함
    • 방어 체계와 좋은 폐기물 제거 시스템이 없음
  • Sijbren Otto는 죽은 구성요소로 살아 있는 것을 만드는 목표에 크게 가까워졌지만, 아직 완전히 도달한 것은 아니라고 봄

spudcell 설계와 조립 방식

  • Kate Adamala가 이끄는 University of Minnesota 연구팀은 새 연구에서 모든 분자 부품을 실험실에서 만든 시스템으로 합성 세포를 구성함
  • 연구는 아직 동료심사 전임
  • Adamala는 2016년 연구실을 시작할 때, 자체 유전체를 사용해 완전한 세포 분열 주기를 거치는 합성 세포를 구상함
  • 설계 기준은 알려진 모든 세포가 공유하는 기본 기능이었음
    • 성장함
    • DNA를 복제함
    • 분열함
    • 진화함
    • DNA를 RNA로 전사하고 단백질을 만들어 세포 작동에 필요한 일을 수행함
    • 지질막 안에 필요한 재료를 모아 둠
  • 연구팀은 합성 세포에 유전체를 만들고, 그 기능을 수행할 재료를 함께 공급해야 했음

DNA 복제와 공급 리포솜

  • 세포 몸체 역할은 단순한 지질막으로 둘러싸인 빈 주머니인 리포솜이 맡음
  • 연구팀은 먼저 DNA를 복제하고 딸세포로 전달하는 가장 기본적인 시스템을 구축함
    • Hannes Mutschler와 Christophe Danelon이 개척한 DNA 복제 시스템을 채택함
    • DNA를 읽고 단백질을 만들 수 있게 하는 상용 36개 효소 묶음과 함께 작동하도록 조정함
  • 유전자 교체와 분자 농도 조정을 반복해 정보 전달 시스템과 단백질 생산 시스템이 함께 돌아가도록 최적화함
  • 합성 유전체는 매우 작아, 음식과 에너지를 처리하는 대사 유전자나 세포가 필요로 하는 여러 복잡한 분자를 거의 담지 않음
  • 부족한 재료는 별도의 공급 리포솜에 넣음
    • 당
    • 지질
    • 효소
    • tRNA
    • 리보솜
  • 공급 리포솜이 합성 세포와 만나면 막이 융합해 내부 물질을 방출하도록, 연구팀은 세포막 단백질을 변형해 지질 거품을 끌어당기게 만듦
  • 여러 조정 뒤 세포는 성장하고 DNA를 복제하기 시작함

세포골격 대신 택한 분열 우회로

  • 이전 연구들은 합성 세포를 먹이고 성장시키며 DNA를 복제하는 방법을 일부 구현했지만, 세포 분열은 더 어려운 문제로 남아 있었음
  • 일반적인 세포는 구조적 지지를 제공하는 단백질 섬유 네트워크인 세포골격을 재조직해 DNA를 반으로 나누고 세포를 쪼갬
  • Adamala는 세포골격을 쓰지 않고 다른 접근을 택함
    • Reinhard Lipowsky의 논문에서 막에 단백질 태그를 붙여 다른 단백질을 모으고, 막을 물리적으로 구부려 세포 분열을 유도하는 메커니즘을 참고함
    • 세포막 단백질을 조정해 프로토셀에서 시험함
    • 여러 번의 시도 끝에 분열이 작동함
  • Job Boekhoven은 이 연구가 해당 분열 메커니즘을 잘 보여준 큰 성과라고 봄
  • John Glass는 DNA 복제, 공급 리포솜, 분열 유도 단백질을 결합하고 함께 작동하도록 최적화한 일이 합성 세포 분야와 생물학 전반의 분기점이 될 수 있다고 평가함
  • Michael Lynch는 이를 합성생물학의 tour de force라고 보면서도, 세포가 아직 자립적이지 않기 때문에 과장해서는 안 된다고 경고함

spudcell의 선택 실험과 남은 진화 과제

  • 연구팀 내부에서는 이 합성 세포를 처음에 Adamala cells라고 불렀지만, Adamala가 다른 이름을 원해 농담처럼 감자를 제안했고 학생들이 spudcells라고 부르기 시작함
  • 각 세포는 매우 작고, 유전체도 박테리아 유전체보다 훨씬 작음
  • 현미경으로 보면 특별한 형태가 아니라 단순한 덩어리처럼 보임
  • 연구팀은 세포가 성장하고 분열한 뒤, 진화에 더 가까운 단계로 갈 수 있는지 확인하기 위해 합성 세포의 DNA를 조작함
    • 일부 세포가 더 크게 자라거나 더 빨리 분열하도록 유전적 변이를 만듦
    • 더 크게 자란 세포는 더 많은 딸세포를 만들었고 집단 안에서 늘어나기 시작함
    • 해당 특성이 집단 내에서 선택되는 첫 단계가 나타남
  • 하지만 이는 자연선택의 명확한 구현은 아님
    • 유전적 변이가 무작위 DNA 돌연변이가 아니라 연구팀의 인위적 조작으로 생김
    • DNA 가닥을 만드는 효소가 너무 정확해 의미 있는 돌연변이를 충분히 만들지 않음
    • 연구팀은 유전체 무결성과 세포 기능을 잃지 않을 정도로만 오류가 있는 효소를 찾아야 함
  • Boekhoven은 명확한 진화 과정의 입증이 아직 빠져 있으며, 이것이 다음 큰 단계가 될 것이라고 봄
  • 다른 유형의 합성 세포에서는 적응 진화가 보였지만, 그 세포들은 처음부터 만든 것이 아니라 최소 유전자만 남긴 박테리아였음

살아 있는 세포와의 거리

  • 합성 세포는 많은 원재료를 외부에서 공급받아야 한다는 한계를 가짐
  • Szostak은 세포가 자연 세포처럼 자체 리보솜을 만들 수 없다는 점이 성장과 지속적 번식 가능성을 제한한다고 봄
  • 자체 리보솜, 단백질, RNA를 만들 수 있다면 기존 박테리아 같은 생물 세포에 훨씬 가까워짐
  • Adamala는 복제 시스템을 개선하려면 세포골격을 추가하는 방법도 찾아야 한다고 봄
    • 현재 세포는 분열을 돕는 분자를 끌어모으는 데 많은 에너지와 시간을 낭비함
  • 현대의 살아 있는 세포와 비교하면 이번 합성 세포는 매우 원시적임
    • Adamala는 현대 세포를 Boeing 787 Dreamliner에 비유함
    • 이번 세포는 100피트 날아가는 Wright flyer에 비유됨

Biotic 공개와 장기 활용

  • Adamala와 합성생물학자들은 새 결과와 함께 비영리 단체 Biotic 설립을 발표함
  • Biotic은 합성생물학 도구를 전 세계 연구자에게 제공하는 데 쓰일 예정임
  • 연구팀은 다른 합성생물학자들이 세포를 만들고 개선할 수 있도록 데이터와 방법을 공개함
  • 장기적으로 이 작업은 수십 년 뒤 다음과 같은 응용에 쓰일 수 있음
    • 화석연료 없이 플라스틱 만들기
    • 비료 만들기
    • 약물 만들기
  • spudcell은 지구 생명이 시작될 때 사용했을 훨씬 단순한 분자와는 다르지만, 비생물 재료에서 합성 세포 시스템을 만든 일은 생명의 기원과 생명 유지 조건을 실험실에서 탐구하는 데 한 걸음 더 가까워지게 함

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • Science News 쪽이 동료 연구자들의 추가 인용을 담아 더 균형 잡힌 시각을 보여줌
    일부는 Adamala가 연구에 관심을 끌려 한 방식에도 불만을 보였다고 함. 그녀는 한 심사자가 SpudCells는 진짜 생물학이 아니라고 해서 Cell에서 거절당했다고 말했고, 동료들이 읽고 평가할 수 있는 bioRxiv에 올리기도 전에 190쪽짜리 원고를 엠바고 조건으로 기자들에게 보냈음. 곧 새 저널에 제출할 예정이라고 함. Heidelberg University의 합성생물학자 Kerstin Göpfrich는 “꽤 이례적인 방식”이라고 말함
    https://www.science.org/content/article/lab-created-spudcell...

    • NY Times 기사도 꽤 좋았고, 삽화가 잘 들어가 있었음
      https://www.nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudc...
    • “꽤 이례적인 방식”이라는 표현은 좋게 말한 편이고, 간단히 말하면 완전한 과잉반응에 가까움
    • Cell 심사자가 합성생물학은 생물학이 아니라고 했다는 게 황당함
    • 학계에서는 자기 분야의 심사자 지형을 대체로 알게 됨. 동료가 흥미로운 결과를 담은 논문을 냈는데 극도로 부정적인 심사자 1~2명에게 강하게 거절당하는 일을 본 적이 있을 수 있음
      출판은 지연되고 다음 심사까지 6개월을 더 기다려야 하는 사이, 다른 연구실의 어떤 “동료”가 거의 같은 실험에 조금 더 나은 결과를 내서 사전공개 서버에 올리고 곧바로 최상위 학술지에 싣는 일이 벌어짐. 그쪽은 이제 최신 성과가 되고, 원래 연구자는 원본 연구를 재현한 사람처럼 보이게 됨. 요약하면 정치가 모든 것을 망가뜨림
    • 통상적인 절차 자체가 완전히 망가진 시스템임

  • 이 분야가 한동안 막혀 있던 지점이 바로 여기였음. Adamala 이전 연구자들은 합성 세포에 영양을 공급하고 성장시키는 방법, DNA를 복제하는 방법은 찾아냈지만 세포 분열은 다른 문제였음
    일반 세포는 구조적 지지를 제공하는 단백질 섬유망인 세포골격을 재구성해 DNA를 반으로 나누고 갈라짐. 합성생물학자들은 자기 세포가 이 복잡한 과정을 거치게 만드는 방법을 찾지 못했음. 그래서 Adamala는 세포골격을 버리기로 했고, 문헌을 뒤지던 중 Reinhard Lipowsky가 세포막에 단백질 표지를 붙여 다른 단백질을 끌어모아 막을 물리적으로 휘게 하고 세포를 나누게 한 메커니즘을 발견함. Adamala는 이 접근을 따라 원시세포의 세포막 단백질을 조정했고, 여러 번 시도한 끝에 성공함. 이게 새로운 부분임

    • 연구 자체를 비판하려는 건 아니고, 매우 멋지고 중요한 첫걸음이지만 아직 분열 문제를 완전히 해결한 건 아님. 그게 꽤 중요함

  • 비전문가라 양해 바람. 아미노산과 단백질을 어디서 얻었는지가 궁금함. 세포가 기능하려면 그것들이 동일한 손성이어야 한다고 알고 있었고, 인공적으로 “처음부터 만든” 아미노산은 각 손성이 50:50이라고 이해했음
    NYTimes의 단순화된 설명에서는 유전자를 “바이러스와 흔한 미생물 Escherichia coli에서 빌렸다”고 했음. “처음부터”라는 목표에 얼마나 가까이 갔는지 궁금함. 아니면 실제로는 여러 조각을 조립한 것에 더 가까운 건지 알고 싶음

  • 과학자들이나 가까운 누군가가 위키를 만든 것처럼 보임: https://en.wikipedia.org/wiki/SpudCell
    연구자들이 이렇게 직접 홍보하는 건 본 적이 없는 것 같음. 흥미로운 접근인데, 앞으로 표준이 될지 궁금함

  • 이 연구를 진행한 조직은 여기임: https://biotic.org/
    Biotic은 화학적·기능적으로 정의된 합성 세포를 개발하는 공익 비영리 연구기관이라고 함. 생명공학의 기초적 진전을 책임 있게 가능하게 하고 관리하는 것이 사명이며, 세계 최고 수준의 생명공학이 의미 있는 시점에 모든 사람과 지구에 이익이 되도록 하는 것이 목표라고 소개함. 이 특정 연구는 University of Minnesota에서 수행된 것으로 보임

    • 이들이 하는 일은 전부 이중용도라서, 이익이 있다고 느껴지지 않음

  • Adamala가 “생물학은 또 무엇을 할 수 있을까?”라고 했는데, 글쎄, 어쩌면 모든 생명을 빠르게 파괴할 수 있는 합성 생명체를 만들 수도 있지 않나 싶음

  • 실제 원고가 궁금하면 여기 있음: https://www.biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript...

  • 몇 년 전 오른손잡이 단백질 실험을 중단시킨 Kate Adamala 박사가 이 연구를 이끌었다는 점이 흥미로움. 그때 그렇게 가까이 갔던 걸 생각하면 이번에 성공한 것도 놀랍지 않음

    • 왼손잡이 생명체 건은 Adamala의 판단을 의심하게 만드는 유일한 부분임. 왼손잡이 생명체가 성공적으로 경쟁할 그럴듯한 메커니즘은 전혀 없음
      잘 모를 수 있는데, 면역계는 왼손잡이 병원체를 감지할 것이고 아마 더 공격적으로 반응할 수도 있음. 감염에 맞서는 신체의 두 메커니즘인 발열과 오존분해는 뚜렷하게 비손성적임. 오히려 산업용으로는 거울 생명체를 더 빨리 추진해야 한다고 볼 수 있음. 생물학적 통제가 더 쉽고, 먹을 게 없으니 실험실 탈출 가능성도 훨씬 낮아짐
    • 그때는 오른손잡이 생명체를 만드는 일이 수십 년은 걸릴 것처럼 들렸음. 그런데 이번 연구를 보면 이런 종류의 합성 세포도 오른손잡이로 마찬가지로 만들 수 있는 것 아닌가 싶음

  • 2226년의 뉴스 기사를 우연히 보게 됐다고 상상해 봄. Google, OpenAI, Anthropic 중 누가 인공지능 경쟁에서 이겼는지 보려고 읽기 시작함
    그런데 알게 되는 건 Biotic임. 이제 태양계와 그 주변에서 가장 강력한 정치체가 됐고, 2084년에 Alphabet, OpenAI, Anthropic을 하루 만에 사들였음. 인간은 더 이상 선호되지 않고, 종의 유물적 생존을 보장하는 최적 최소치로 번식이 제한됨. 생산 활동에는 Biotic이 생체기계를 선호함. 교통량이 정점일 때 드론이 자손을 낳는 모습을 상상해 보면 됨. 에너지는 더 들지만 공장도 노동자도 필요 없음. 그대로 두면 기계는 예전처럼 폐기물로 썩는 대신 통제 불가능하게 증식할 것임

    • 2226년의 또 다른 기사를 우연히 봄. 그 기사에는 인간 이해를 넘어선 나노기술의 회색 점액 종말로 지구가 소비되어, 표면의 어떤 구멍도 rogue unit 저장소의 영향을 받지 않는 곳이 없고, 그 모든 단위가 끊임없는 개발과 전투의 군비경쟁을 벌인다고 나와 있음
      일부는 집단을 이루어 불가해한 집단지성이 조종하는 거대한 이동식 구조물을 건설함. 기사는 이 사건이 실제로 약 35억 년 전에 일어났다고 적고, 현재의 집단지성에게 구독을 권함
    • 흥미로운 사고실험이지만, 다른 기계를 만들고 수리하는 자동화 기계만으로 충분하지 않을 이유는 잘 모르겠음. 극한으로 가면 그런 기계는 자기 자신을 수리하거나 오래 작동하는 다른 기계를 수리할 수 있을 것임. 결국 마모와 효율 저하의 문제로 귀결될 듯함
    • 많이 읽은 편은 아니라서 이런 주제를 처음 접한 픽션은 Mars Express였음. 강력 추천함. 18개월 전에 봤을 때는 공상과학처럼 보이는 이런 분야에서 실제 개발이 진행 중이라는 걸 몰랐음
    • 인간도 자가 번식할 수 있는 힘이 있음. 이 시점에서 인류 전체를 없앨 수 있는 건 조작된 질병 정도밖에 없다고 봄. 그것도 우리가 유전공학으로 모든 문제를 고치는 방법을 알아내기 전에 곧 일어나야 할 것임
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