이정욱 화학공학과 교수가 이끄는 합성생물학 연구실은 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)의 새 변이인 오미크론을 20분 만에 판별할 수 있는 기술을 개발해 10일 연구팀 웹사이트를 통해 누구나 볼 수 있도록 공개했다. 전체 염기서열 분석으로만 구별이 가능하고 시간도 3~5일이 걸리던 변이 검사 속도를 대폭 절약할 수 있는 기술이다.

합성생물학 연구실은 오미크론 변이를 빠르게 판별하는 기술처럼 유전자 발현을 제어하는 장치들을 개발하는 연구를 수행하고 있다. 생태계를 지탱하는 생명현상은 유전자 발현이 언제 어떤 조합으로 이뤄지느냐에 따라 결정된다. 유전자 발현을 원하는 방식으로 자유자재로 조절하면 원하는 기능을 하는 생명체를 만들 수도 있고, 생명현상을 제어하거나 생명체 내부 기능을 제어하는 것도 가능해진다.

대표적인 예가 바이러스의 리보핵산(RNA)으로 바로 코로나19를 진단하는 원스텝 진단기술이다. 기존 표준 기술인 역전사 실시간 중합효소연쇄반응(rRt-PCR)은 RNA를 DNA로 만드는 역전사 과정이 필요하지만 연구실의 기술은 특정 RNA만 붙는 분자와 반응에 필요한 효소를 통해 RNA가 있을 때 바로 형광을 띠도록 설계했다.

2020년 9월 국제학술지 ‘네이처 의공학’지에 실린 원스텝 진단기술 연구결과는 같은 시기 발표된 논문 중 상위 1% 관심 논문으로 평가받기도 했다. 실용화를 위해 분자진단 기업과 원료기업, 정부출연연구기관, 임상시험 기관 등과 산학연 컨소시엄을 구성해 연구를 진행중이다. 이 교수는 “누구나 현장에서 쉽고 빠르게 바이러스를 판별할 수 있는 기술인 것 외에도 변이 바이러스를 잘 검출하는 특징이 있다”고 말했다.

미생물의 대사활동을 통제할 수 있는 유전자 회로 개발도 주 연구주제다. 세포 외부의 신호에 반응하는 유전자 회로가 세포 내부 신호로 조절되도록 바꾸면 세포 상태를 조절하거나 대사활동을 통제하는 용도로도 활용할 수 있다. 미생물 사멸시스템을 만들어 외부의 특정한 신호물질이 없을 때 즉각 성장을 억제하도록 하는 기술도 개발했다. 신호물질 조합을 보안코드로 활용해 원하는 미생물만 자라나도록 하는 기술이다.

연구실은 합성생물학 기술의 매력으로 상상을 현실로 바꾸는 것을 꼽는다. 이 교수는 “눈에 보이지 않는 것들을 상상하고 논리적으로 해결해 나가고 세운 가설이 맞다는 것을 입증하면 연구자들은 엄청난 희열을 느낀다”며 “만든 것이 사회에 도움이 된다고 생각하면 더 보람을 느낀다는게 매력 같다”고 말했다.