컬럼비아·하버드 연구진 '유전 코드 20→19 아미노산' 시도… 이소류신 제거한 리보솜 일부 엔지니어링, AI 단백질 재설계 도구가 가능케

모든 생명체는 사소한 변이를 제외하면 동일한 3개 DNA 염기 조합으로 동일한 20종 아미노산을 인코딩하는 유전 코드를 사용한다. 주요 예외가 발견되지 않아 연구자들은 이 코드가 지구 생명의 마지막 공통 조상까지 거슬러 올라간다고 결론 내려 왔으며, 코드가 어떻게 진화했는지에 대해서는 정보에 기반한 다양한 가설이 제기돼 왔다.

대부분의 가설은 초기 생명체가 부분적 유전 코드와 20종 미만의 아미노산을 사용했다고 제시한다. 컬럼비아대와 하버드대 연구진은 이를 검증하기 위해 현재 사용되는 20종 중 하나를 제거할 수 있는지 시험했고, 첫 시도로 필수 아미노산인 이소류신(isoleucine) 없이 작동하는 리보솜 일부를 엔지니어링했다.

이 분야의 대부분 연구는 20종을 넘어선 아미노산을 추가해 흥미로운 화학을 가능케 하는 등 유전 코드를 '유용한 방향'으로 변경해 왔다. 반면 이번 연구의 동기는 마지막 공통 조상 이전의 생명체가 단백질과 촉매 RNA(catalytic RNAs)를 혼합해 대사를 운영했을 가능성에 주목한다는 점에 있다.

연구진은 촉매 RNA에 대한 연구는 많이 축적된 반면, '축소된 유전 코드'로 어떤 화학이 가능한지에 대한 이해는 훨씬 부족하다고 지적했다. 또한 AI 기반 도구가 충분히 성숙해, 더 적은 아미노산을 사용하는 단백질 재설계가 수년 전과 달리 현실적인 옵션이 됐다는 점도 이번 시도의 배경이라고 밝혔다.

이소류신은 류신(leucine)·발린(valine)과 함께 매우 유사한 세 아미노산 그룹에 속한다. 다른 아미노산과 구별되는 부분의 구조가 모두 탄소와 수소만으로 이루어진 분기형(branched)이라 소수성(hydrophobic)을 띠며, 단백질 내부에 위치해 세포의 수성 환경에서 떨어져 있는 경우가 많다.

이러한 특성 때문에 단순한 추론만으로도 류신·발린·이소류신 세 가지 중 하나는 제거 후보로 적합해 보인다는 것이 연구진의 설명이다. 이번 결과는 코드 축소의 첫 단계로, 리보솜 전체가 아닌 일부에서 이소류신 없이 작동하도록 엔지니어링한 데 의미가 있다.