| 초록 |
1.분석자 서문 합성생물학이란 유용한 목적을 위해 생물 시스템을 설계하는 것으로, 학제 간 분야이며 4차산업으로 주목받고 있는 분야이다. 생물공학은 종종 개별 유전자 및/또는 전체 생물학적 경로(다중유전자로 구성됨)의 최적화를 요구하는데, 최근 DNA 시퀀싱 및 합성 기술의 발전으로 수천 개의 유전자 변이체와 수십만 개의 유전자 조합을 평가하고 다룰 수 있게 되었다. 그러나 기존 전통적인 분자생물학적인 방법으로 이러한 대규모 최적화 실험을 수행한다는 것은 노동집약적이며 낮은 재현성 등의 많은 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 로봇 기술을 적용하는 것은 노동력을 줄이고 재현성을 향상시킬 수 있지만 비용이 많이 들고 다양한 생명공학 분야의 연구자들이 이용하기 어렵다. 이러한 문제점에 대해 미세유체 시스템 기반 플랫폼은 저비용 고처리 용량과 높은 재현성을 유지하면서 시약 요구량을 줄일 수 있는 장점이 있으므로 새로운 대안으로 주목되고 있다. 액적 기반 미세유체 시스템은 DNA 조립, 변형/형질감염, 배양, 세포 분류, 표현형 분석, 인공세포 및 유전 회로를 포함한 합성생물학 실험에 적합하게 적용할 수 있으므로 현재 많은 연구가 진행 중이며 향후 미래에 합성생물학을 위한 주요한 도구가 될 것으로 예상된다. 이 분석물을 통해 합성생물학을 위한 액적 기반 미세유체 시스템의 현재 연구 동향을 살펴보고 향후 미래를 예상해보고자 한다. 2. 목차 1. 개요 1.1. 액적 기반 미세유체 시스템의 형태 1.2. 계면활성제의 선택 2. 액적 내에서의 DNA 구축 2.1. 신규 및 올리고 조립을 통한 DNA 생성 2.2. 이중나선으로 된 DNA 조립 2.3. 세포의 형질전환/형질감염 3. 액적 기반 스크리닝 3.1. 액적 기반 고용량 콜로니 스크리닝 3.2. 액적 기반 형광 표현형 분석 3.3. 액적 기반 질량분석기 표현형 분석 4. 무세포, 인공세포 시스템 및 합성 유전 회로 5. 미래 전망 합성생물학 분야의 향후 발전을 위해서는 대용량을 처리할 수 있는 새로운 스크리닝 플랫폼이 반드시 필요하다. 특히 대사 경로 최적화를 위해서는 많은 시행착오가 수반되는데 적정(titer), 반응률(rate) 및 수율(yield)을 최대화하기 위해서는 수천 개의 유전자 조합에 대한 빠른 평가가 필요하다. 이를 보다 빠르고 통합된 마이크로유체 시스템을 이용한 수십만 개의 특정 DNA 구조체의 표적화된 제작 및 스크리닝이 가능한 새로운 플랫폼 개발이 필요하다. 향후 이를 통해 새롭게 개발된 미세유체 장치는 향후 세포 상호작용과 세포 기능의 실시간 분석을 제공하여 성장 속도, 영양소 소비, 표적 분자 생산 등의 개별 세포를 정밀하게 제어하므로 모델링이 가능하고 이를 예측하므로 합성생물학의 중요한 도구로 사용될 것이다. References 1. P.C. Gach, K. Iwai, P.W. Kim, N.J. Hillson, Singh AK. Lab Chip., 2017, 17, 3388-3400. 2. A. S. Khalil, J. J. Collins, Nat. Rev. Genet., 2010, 11, 367 ndash;379. 3. S.-Y. Teh, R. Lin, L.-H. Hung, A. P. Lee, Lab Chip, 2008, 8, 198 ndash;220. 4. M. T. Guo, A. Rotem, J. A. Heyman, D. A. Weitz, Lab Chip, 2012, 12, 2146 ndash;2155. 5. H. Y. Huang and D. Densmore, Lab Chip, 2014, 14, 3459 ndash;3474. 6. M. T. Huang, Y. P. Bai, S. L. Sjostrom, B. M. Hallstrom, Z. H. Liu, D. Petranovic, M. Uhlen, H. N. Joensson, H. Andersson-Svahn, J. Nielsen, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2015, 112, E4689 ndash;E4696. 7. P. A. Romero, T. M. Tran, A. R. Abate, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2015, 112, 7159 ndash;7164. 8. F. Lan, B. Demaree, N. Ahmed, A. R. Abate, Nat. Biotechnol., 2017, 35, 640 ndash;646. 9. H. Geng, J. Feng, L. M. Stabryla, S. K. Cho, Lab Chip, 2017, 17, 1060 ndash;1068. 10. J. C. Baret, Lab Chip, 2012, 12, 422 ndash;433. ※ 이 자료의 분석은 ㈜바이오맥스의 권찬호님께서 수고해주셨습니다. |
