서울대 서상우 교수팀, mRNA 안정성 높여 단백질 생산량 증대 기술 개발

노형석 기자

작성일 2026-09-16 08:02

서울대학교 공과대학 화학생물공학부 서상우 교수 연구팀이 미생물 세포 내에서 선형 유전정보 전달물질(mRNA)을 고리 모양으로 전환하여 안정성과 단백질 생산 효율을 동시에 높이는 합성생물학 기술 'CRESEnT(Circular RNA Expression for Stable and Enhanced Translation)'를 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 미생물을 활용한 바이오연료, 친환경 화학소재, 의약품 원료 생산 등 세포공장의 생산성 향상에 기여할 것으로 기대된다. 기존에는 유전자 발현을 높이기 위해 프로모터나 리보솜 결합 부위 조절에 집중했지만, 불안정하고 빠르게 분해되는 mRNA 자체의 문제를 해결하는 데는 한계가 있었다. 세균의 mRNA는 양 끝을 보호하는 구조가 없어 세포 내 RNA 분해효소에 쉽게 노출되어 수명이 짧다.

서 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 mRNA의 양을 늘리는 대신 '모양'을 바꾸는 방식을 택했다. 실처럼 양 끝이 열린 선형 mRNA는 분해되기 쉽지만, 양 끝을 이어 고리 모양으로 만들면 분해 경로 노출을 줄일 수 있다. 연구팀은 자연에 존재하는 '자가 스플라이싱' 능력을 가진 RNA 조각인 인트론을 활용하여, 목표 유전자의 mRNA가 세포 안에서 스스로 양 끝을 이어 원형 구조를 형성하도록 설계했다. 이를 통해 별도의 효소 처리 없이 살아있는 미생물 세포 안에서 mRNA를 원형화하는 데 성공했다.

CRESEnT 기술은 비번역 부위(UTR)의 길이 최적화와 두 인트론 조각의 효율적인 결합을 돕는 장치 설계를 통해 효율을 높였다. 최적화된 CRESEnT 적용 결과, 형광 단백질 생산량은 최대 5.95배, 세포 내 mRNA 양은 3.95배 증가했으며, mRNA 한 분자당 단백질 생산량도 1.51배 증가했다. 또한, 선형 mRNA는 빠르게 감소했지만 원형 mRNA는 거의 줄어들지 않아 RNA 안정성 향상과 단백질 발현량 증가의 연관성을 확인했다.

이 기술은 대장균뿐만 아니라 고초균, 코리네박테리움 글루타미쿰에서도 효과를 입증했으며, 플라비올린, 이타콘산, 라이코펜, 비올라세인 등 유용물질 생산량도 최대 2.74배 증가시켰다. 연구팀은 CRESEnT가 특정 미생물에 국한되지 않고 다양한 산업용 미생물에 폭넓게 활용될 수 있는 플랫폼 기술임을 강조했다.

이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 'Nucleic Acids Research'에 게재되었다.