A Virus-Resistant Organism -- and What It Could Mean for the Future | Jason W. Chin | TED

번역: Hyeryung Kim 검토: DK Kim

So we built a virus-resistant organism.

우리는 바이러스에 내성이 있는 생명체를 개발했습니다.

Why?

그 이유는

It's not about disease, or not directly.

질병을 직접 치료하려는 것이 아니라

It's about building the clean factories of the future.

미래의 친환경 공장을 만들려는 것입니다.

Let me explain by taking a big step back.

아주 기본적인 것에서부터 설명을 시작하겠습니다.

All life runs on DNA.

모든 생명체는 DNA로 움직입니다.

DNA codes for proteins, and proteins run life.

DNA는 단백질을 만들고 단백질은 생명을 움직입니다.

DNA is composed of four bases:

DNA는 네 가지 염기로 이루어집니다.

A, T, G and C.

A, T, G 그리고 C입니다.

And triplets of these bases, known as codons,

이 중 염기 세 개로 이루어진 ‘코돈’이라는 것이

encode each of the amino acid building blocks in proteins.

단백질을 구성하는 아미노산 구성 단위를 표시합니다.

The genetic code is a rulebook

유전 암호는 규정집으로서

that defines which codon encodes which amino acid.

어떤 코돈이 어떤 아미노산을 만드는지 알려줍니다.

So, for example,

예를 들어 볼까요?

the triplet codon TCG encodes the amino acid serine.

TCG라는 코돈은 아미노산 세린을 만듭니다.

And the order of triplet codons in DNA

그리고 코돈이 DNA에 배열된 순서는

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

아미노산 구성 단위가 단백질에 배열되는 순서를 규정합니다.

There are 64 triplet codons in DNA

DNA에 있는 코돈은 예순네 가지인데

and just 20 common amino acids.

아미노산은 스무 가지밖에 없습니다.

And this means that most amino acids

이는 아미노산 대부분이

are encoded by more than one triplet codon.

한 가지 이상 코돈에서 만들어진다는 뜻이죠.

So, for example, the amino acid serine

예를 들어 세린이라는 아미노산은

is encoded by six different triplet codons.

서로 다른 코돈 여섯 가지에서 만들어집니다.

And triplet codons that encode the same amino acid

이렇게 같은 아미노산을 만드는 코돈들을

are defined as synonymous codons.

‘동의 코돈’이라고 합니다.

The DNA code used for life is near universal.

생물이 이용하는 DNA 암호는 거의 보편적입니다.

All forms of life and viruses use essentially the same genetic code.

그래서 모든 생물이나 바이러스가

다 같은 유전 암호를 이용할 수밖에 없죠.

And that's a trait that we can exploit.

우리는 바로 이 점에 착안하여

Here's what we did.

연구를 했습니다.

We asked whether life needs multiple synonymous codons

생명체가 아미노산 하나를 만들 떼

동의 코돈 여러 가지가 있어야 하는지 알아봤습니다.

to encode a single amino acid.

For example, does life need six different codons,

예를 들어 동의 코돈 여섯 가지가 다 있어야

which all code for the amino acid serine?

세린 아미노산을 만들 수 있는지 알아보는 겁니다.

We took the four-million-character DNA of E. coli, its genome,

이를 위해 대장균의 유전체에서 DNA 코드 사백만 자를 추출해서

and completely rewrote the code of this microbe

아주 특별한 방법으로 이 미생물의 코드를 다시 썼습니다.

in a very specific way

by replacing targeted codons in its genome

유전체 안의 표적 코돈을

with synonymous codons that encode the same amino acid.

같은 아미노산을 만드는 다른 동의 코돈으로 바꾼 겁니다.

So for example,

그러니까 예를 들어

we replaced the TCG and TCA codons,

TCG와 TCA 코돈은

which encode the amino acid serine,

세린 아미노산을 만드는데

with AGT and AGC codons,

이것을 AGT와 AGC 코돈으로 바꿔 보았습니다.

which also encode the amino acid serine.

이들 역시 세린 아미노산을 만드는 동의 코돈입니다.

By doing this across the whole four-million-base genome,

이런 방식을 유전체 안의 400만 염기에 모두 적용했습니다.

we completely removed the targeted codons from the genetic code of E. coli.

대장균의 유전체에서 표적 코돈을 완전히 제거한 거죠.

Overall, we compressed the genetic code from using 64 codons to using 61 codons.

이제 유전 코드 암호화에 쓸 코돈이

예순네 가지에서 예순한 가지로 줄었습니다.

How did we do it?

어떻게 이렇게 했을까요?

We first took the four-million-character code in a computer

우선 코드 사백만 자를 컴퓨터에 전부 입력합니다.

and used a find-and-replace operation

그리고 ‘찾아서 바꾸기’ 기능을 이용해

to replace targeted codons with their synonyms.

표적 코돈을 모두 다른 동의 코돈으로 바꿨습니다.

This created our new genome design,

이로써 새로운 유전체 설계도가 생겨났고

which contained more than 18,000 changes with respect to the original genome.

새 유전체는 기존 유전체에서 만팔천 군데 이상 바뀌었죠.

We then asked whether we could build an organism

그리고 다음으로 새로 만든 이 설계도를 가지고

that runs on our synthetic genome design.

생명체가 실제로 살 수 있는지 알아봤습니다.

We built the synthetic genome starting from short pieces of DNA.

짧은 DNA 조각에서 시작해 합성 유전체를 만들어 나갔습니다.

These were made by chemistry in a test tube,

이건 시험관에서 화학적으로 만들었는데

something that would have been prohibitively expensive to do

십 년에서 이십 년 전까지만 해도 이 정도 규모의 실험은

on this scale just a decade or two ago.

비용이 엄청나게 많이 들었죠.

We then assembled these short pieces of DNA

다음으로 이 짧은 DNA 조각들을 나열해

into longer stretches of DNA,

기다란 DNA 가닥을 만들었습니다.

which we then used to step-by-step replace

그리고 순차적으로

all four million bases of the E. coli genome.

대장균 유전체의 염기 사백만 개 전체를 바꿔나갔죠.

This created the largest synthetic genome ever made.

이렇게 해서 역사상 가장 큰 합성 유전체가 탄생했고

And the resulting cell was alive.

그 결과로 만들어진 세포는 살아있었습니다.

Think about that.

생각해보세요.

유전 암호를 줄였는데도

We streamlined the genetic code, and yet the cell lived.

세포는 여전히 살아있습니다.

We can create life with a compressed genetic code.

유전 암호를 압축한 생명체를 만들 수 있다는 뜻입니다.

Now because our organism with a compressed genetic code

이 생명체는 이제 단백질을 만들 때

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins,

예순네 가지 코돈을 다 쓰지 않으므로

we could remove some of the machinery from the cell

거의 보편적인 유전 암호를 읽는 장치들 중 일부는

that normally reads the near-universal genetic code.

세포에서 제거할 수 있습니다.

Specifically, we could remove components of the translational machinery,

구체적으로 말하면 그것은 번역 장치의 구성품 중

specific tRNAs,

특정 운반 RNA이며

that normally read the codons that we've removed from the genome.

우리가 제거한 특정 코돈을 읽던 것입니다.

Now, the key point here is that we've created a cell

핵심은 이겁니다.

우리가 새로 만든 세포는 거의 보편적인 유전 암호에 있는 코돈을

that no longer reads all the codons in the near-universal genetic code.

전부 다 읽지 않아도 됩니다.

Now viruses infect cells.

이제 바이러스가 세포를 감염시킵니다.

These might be the cells of our bodies

우리 몸에 있는 세포일 수도 있고

or single-celled microbes like E.coli.

대장균 같은 단세포 생물일 수도 있겠죠.

They commonly have their own DNA,

대개 바이러스는 자체 DNA가 있으며

which uses the near-universal genetic code

이들 역시 거의 보편적인 유전 암호를 이용해

to encode the proteins necessary to make copies of the virus.

단백질을 만들고 자가 복제합니다.

But viruses don't have the machinery to read the genetic code in their DNA,

하지만 바이러스에는 유전 암호를 읽는 장치가 없습니다.

and instead they rely on the host cell, the machinery of the host cell,

그 대신에 숙주 세포로 들어가 숙주의 장치를 이용해

to read the genetic code in their DNA

자기 DNA 유전 암호를 읽고 복제합니다.

and make copies of the virus.

It's these copies of the virus that go on to infect other cells.

이렇게 복제된 바이러스는 다른 세포를 또 감염시키고

And this is how viruses spread.

이런 식으로 바이러스가 퍼지는 거죠.

But viruses are unable to make copies of themselves in our new organism

하지만 우리가 만든 생명체에서는 바이러스가 복제할 수 없습니다.

because our new organism doesn't have the machinery

바이러스 DNA의 모든 코돈을 읽을 수 있는 기계가

to read all the codons in the DNA of the virus.

이 새로운 생물체에는 없으니까요.

The code in the DNA used in the virus

바이러스가 사용하는 DNA 암호와

and the host cell's machinery to read that code are incompatible.

그 암호를 읽는 숙주 세포의 장치가 서로 맞지 않는 거죠.

Therefore, the virus doesn’t spread in the new organism,

따라서 이 생명체를 통해서는 바이러스가 퍼질 수 없습니다.

and the new organism is resistant to viruses.

이로써 새로운 생명체는 바이러스에 내성이 생깁니다.

In fact, we showed that our new organism was resistant to a wide range of viruses,

실제로 이 생명체는 매우 다양한 바이러스에 내성을 보였습니다.

suggesting that rewriting the genetic code

이는 곧 유전 암호를 다시 쓰면

provides a route to creating broadly virus-resistant life.

그 생물은 대체로 바이러스에 강해진다는 뜻입니다.

By extending the approaches we've developed to other organisms,

우리 기술의 접근 방식을 확장하여 다른 생명체를 만들 수도 있습니다.

it may be possible to create virus-resistant crops and animals

바이러스에 내성이 있는 농작물이나 동물을 만들면

with important applications in agriculture and beyond.

농업이나 다른 산업에 요긴하게 쓰일 수 있을 겁니다.

But our advances also provide a foundation

또한 우리 기술을 토대로 해서

for turning cells into the clean factories of the future.

세포를 미래의 친환경 공장으로 바꿀 수 있습니다.

How?

어떻게 그럴 수 있을까요?

So to explain, let me take another step back

설명을 위해 아까보다 한 단계 더 돌아가서

to how organisms read their genetic code to make proteins.

생명체가 단백질을 만들 때 유전 암호를 어떻게 읽는지 보죠.

Recall that the order of triplet codons in DNA

DNA에서 코돈 순서가

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

단백질에서 아미노산 구성 단위의 순서를 정한다고 했죠.

And it's the translational machinery of cells

여기 보이는 번역 장치는 세포에서 코돈을 읽고

that reads the triplet codons

and builds the corresponding sequence of amino acids.

거기에 상응하는 아미노산 서열을 만듭니다.

The translational machinery of natural cells --

자연 세포의 번역 장치는 리보솜과

including ribosomes,

아미노아실 운반 RNA 합성 효소 그리고 운반 RNA들입니다.

aminoacyl-tRNA synthetase enzymes and tRNAs --

is a unique and special system for making proteins

이들은 단백질을 만드는 아주 독특하고 특별한 장치로

in which the 20 common amino acids are strung together in a chain.

이 안에서 스무 가지 아미노산이 고리처럼 연결됩니다.

Now, proteins are amazing,

단백질은 정말 놀랍지만

but they're just one example

이는 사실 ‘고분자’라고 알려진 수많은 분자 중 한 가지일 뿐입니다.

from a vast class of molecules known as polymers,

which includes plastics, materials and drugs.

플라스틱이나 재료, 약들이 여기 포함되죠.

And the polymer or linear polymer is really any molecule

그리고 이 고분자 혹은 선형 고분자 안에는

더 단순한 화학 구성 단위들이 사슬로 연결되어 있습니다.

in which simpler chemical building blocks are strung together in a chain.

We wanted to unlock the potential of the translational machinery

우리는 번역 장치가 이런 플라스틱이나 재료, 약을

for making plastics, materials and drugs

만들 잠재력이 있는지 알고 싶었습니다.

that simply can't be made in any other way,

사실 다른 방법으로는 만들기 어려운 것들이죠.

or that could be made more cleanly and efficiently

또한 세포의 번역 장치를 조작해서 그걸로 고분자를 만들면

using engineered versions of the cell's translational machinery.

더 깨끗하고 효과적일지도 궁금했습니다.

The building blocks for these polymers

이런 고분자를 만드는 구성 단위는

go well beyond the 20 common amino acids used to make proteins.

단백질을 만드는 스무 가지 아미노산보다 종류가 훨씬 많습니다.

It's been impossible to unlock the potential

지금까지는 번역 장치가 플라스틱, 재료, 약을 만드는

of the translational machinery for making plastics, materials and drugs

잠재력을 발휘하게 하는 게 불가능했는데 이유는 두 가지입니다.

for two reasons.

First, all 64 triplet codons in natural cells

첫 번째로, 자연 세포의 코돈 예순네 가지는

are used for making natural proteins,

자연 단백질을 만들 때 쓰이며

and there are simply no codons available to encode the synthesis of new polymers.

새로운 고분자를 합성하는 코돈은 없습니다.

Second, the natural translational machinery

두 번째로, 자연 번역 장치는

specifically uses natural amino acids

특정한 자연 아미노산을 이용할 뿐이고

and simply can't use the chemical building blocks

새로운 고분자 합성에 필요한 화학 구성 단위는 이용하지 못합니다.

required to make new polymers.

However, a virus-resistant organism

반면에

바이러스에 내성이 있는 생명체는

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins

단백질을 만들 때 코돈 64가지를 다 사용하지 않으며

and doesn't contain the machinery to read the codons

사용하지 않아서 유전체에서 제거된 코돈을 읽는 장치도 없습니다.

that have been deleted from its genome.

And this cell provides the starting point for genetically-encoded polymer synthesis.

이 세포는 유전 암호화된 고분자 합성의 시작점입니다.

To realize genetically-encoded polymer synthesis

바이러스 내성 생명체 안에서

in our virus-resistant organism,

유전 암호화된 고분자를 생성하기 위해

we added synthetic DNA containing the triplet codons

기존에 제거했던 코돈이 있는 합성 DNA를 추가하고

we'd removed from the genome of the cell

and engineered translational machinery to read these codons

이 코돈을 읽는 번역 장치를 조작해서

and reassign them to new chemical building blocks for new polymers.

새로운 고분자를 만들 새로운 화학 구성 단위를 읽게 했죠.

This system can be programmed to make diverse synthetic polymers.

이 방법은 다양한 합성 고분자를 만들도록 조작할 수 있습니다.

By changing the order of the triplet codons

합성 DNA 안에서 코돈 순서를 바꾸면

in the synthetic DNA,

we can change the order of the chemical building blocks

우리가 원하는 고분자를 만드는 화학 구성 단위 순서도 바뀝니다.

that we program into the resulting polymer.

And by changing the identity of the engineered translational machinery

그리고 세포에 추가했던 조작된 번역 장치를 바꾸면

that we add to the cell,

we can change the identity of the chemical building blocks

원하는 고분자를 만들 화학 구성 단위도 바꿀 수 있습니다.

from which we compose the polymer.

Overall, we've created a cellular factory

요약하면 우리가 고안한 세포 공장에서

that we can reliably and predictably program

믿을 수 있고 예측할 수 있는 방법으로 합성 고분자를 만들어낼 수 있습니다.

to make synthetic polymers.

Using our approach, we've already been able to program cells

이 기술로 세포가 새로운 분자를 만들도록 조작할 수 있게 되었습니다.

to make new molecules,

including molecules from an important class of drugs

여기엔 ‘뎁시펩티드 거대 고리’라는 약품에 쓰는 중요한 분자도 있습니다.

known as depsipeptide macrocycles.

Molecules in this class include antibiotics,

이런 종류의 분자에는

항생제나 면역 억제제와 항종양 화합물도 포함됩니다.

immunosuppressives and anti-tumor compounds.

We've also been able to program cells to make completely synthetic polymers

또한 세포가 완전한 합성 고분자를 만들도록 설계할 수 있었는데

containing the chemical linkages found

이 고분자는 생분해성 플라스틱과 유사한 화학 결합이 있습니다.

in several classes of biodegradable plastics.

As we build new polymer molecules using our cellular factories,

이 세포 공장을 이용해 새로운 고분자를 만들면서

we have the opportunity to consider from the beginning

우리는 다시 원점으로 돌아가서 이런 생각도 해 볼 수 있었습니다.

how we might also use engineered biological cells

조작한 생물 세포를 써서

to break these polymers down

고분자를 분해하여 화학 구성 단위로 되돌려 놓을 수도 있을까?

into their constituent chemical building blocks

that could be recycled and used for new encoded polymers.

그러면 그 구성 단위를 다시 사용해서 또 다른 고분자를 만들 수 있겠죠.

We envision a circular bioeconomy

순환되는 바이오 경제를 구상합니다.

in which our new genetically-encoded plastics and materials

새롭게 유전 암호화된 플라스틱과 재료를 만들고 나서

are manufactured and ultimately broken down

에너지를 적게 쓰는 세포 공정으로 그걸 다시 분해하는 거죠.

using low-energy cellular processes,

taking advantage of existing bioreactors and fermenters.

기존 생물 반응기와 발효조를 그대로 쓸 수 있을 겁니다.

By taking inspiration from nature and reimagining what life can become,

자연으로부터 영감을 얻고

앞으로 다가올 삶을 다시 그려본다면

we have the opportunity to build the sustainable industries of the future.

지속 가능한 미래 산업을 만들 기회가 올 것입니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)