합성생물학을 응용해 무해한 미생물에 특정 DNA 서열(DNA 바코드)을 삽입하여 출처 정보 및 이동 경로를 추적하는 기술

미생물 기반의 태깅 및 라벨링 기술로 경제적이면서도 신속하게 추적 가능하며, 제품 유통, 감염병 추적, 법의학 등에 활용 가능

향후 5년 : 보다 정밀한 유전자 바코딩, 극소량 DNA 서열 존재 확인 기술과 연계하여 생명체 및 비생명체의 이동 추적에 적용생물봉쇄 기술 등이 적용되어 바코드 미생물의 LMO 이슈 해결

향후 10년 : 합성생물학 기술과 접목하여 다양한 바코드 제작, 견고한 부착, 안전성 및 안정성, 정확성 확보를 통한 사용 범위 확대DNA, 미생물을 넘어선 신규 바코드 기술 개발 적용

1) 유전체에 DNA 바코드를 도입한 안전한 미생물 제작, 시간 경과 후 미생물 존재 여부 확인

- 식품 발효에 널리 사용되는 고초균(Bacillus subtilis), 효모(Saccharomyces cerevisiae)와 같은 GRAS(Generally Recognized As Safe) 미생물에 특정 서열의 DNA 도입

- 바코드 미생물 혹은 미생물 포자(spore)를 식물/식품 혹은 제품 표면에 분무 - 포자의 경우 비활성 세포 상태로 가혹한 환경조건(세척, 가열, 전자파)에서도 생존가능하여 안정성 부여, 태그로 활용 용이

- 표면의 미생물 서열 분석을 통한 사람 및 제품의 이동 추적

*출처 : Qian et al., Nature, 2020

2) 바코드 DNA 제작 및 도입 기술

- 자연계에 존재하지 않는 특정 서열의 DNA 바코드 선정, 유전자 합성

- 특정 미생물 유전체 내로 바코드 DNA의 효율적인 도입 기술

3) 유전자 변이 생명체(LMO) 이슈 해결 기술

- 생물봉쇄(biocontainment)*를 이용하여 특정 조건이 아닌 상황에서는 생존이 불가능한 미생물 개발

* 세포 사멸을 유도하는 등 생물학적 수단으로 생물 또는 생물 시료를 봉쇄해 생물재해를 방지

- 생존에 필수적인 유전자를 제거하거나, 포자에 열을 가하여 영구적 비활성화

- 추후 DNA, 미생물 이외의 안전하면서도 안정적인 태깅 기술 도입

4) 극소량의 DNA를 검출하는 차세대 분자진단 기술

- 미생물의 존재 여부를 확인하기 위한 소량의 DNA 증폭, 염기서열 분석

- SHERLOCK*을 비롯한 신속하고 정확한 분자진단 신기술

* 유전자편집 기술을 활용한 신속한 핵산 진단 기술(Gootenberg et al., Science, 2017)

경제적이면서도 신속한 태그, 라벨링 기술 및 극소량의 분자 검출 기술은 질병 진단, 제품 유통, 감염질환 추적 등에 적용 - 생명체 개체식별 DNA 바코드 기술과 연계하여 법의학 분야에도 활용 가능

미국 중심으로 바코드 미생물 기반 태깅 기술 및 최적화 연구 진행 - 하버드대 연구진은 합성생물학을 응용하여 무해한 미생물의 유전자를 바코드화 하고, 이를 식재료나 식품에 부착하여 출처 정보와 이동 경로를 추적할 수 있는 ‘바코드 미생물 포자(Barcoded Microbial Spores, BMS)’ 태깅 기술 개발 (Nature, 2020) - 미 육군 전투능력개발사령부 연구진은 모의 환경에서 DNA 바코드 미생물 시스템의 지속성 및 안정성 평가 (Synthetic Biology, 2022) 중국에서는 BMS를 활용한 전통의학 수준 향상 검토 - 시안의 북서폴리텍대학교에서는 한약재 원산지 추적 시스템을 개선하기 위한 바코드 미생물 포자의 잠재적 적용 가능성 분석(Chinese Medicine, 2022)

국내에서는 아직까지 바코드 미생물에 대한 연구 발표 사례는 전무한 상황 - 다만, 바코드 미생물을 위한 개별 요소기술에 대해서는 높은 기술 수준 보유

글로벌화가 진행됨에 따라 다양해지고 활발해진 국가 간 물류의 흐름 파악 및 제품의 추적 가능식품의 이동 이력 추적에 따른 제품 안전성신뢰 향상, 관련 시장 수준 제고다양한 분자 진단 기술에 적용 가능

특정 지역 방문 인사의 확인이 가능해 사회적 안전성 강화글로벌 팬데믹 위험 방지를 위한 특정 지역 제품의 판별 및 제한으로 질환 확산 방지

안전한 미생물을 활용한다고는 하나 LMO 활용에 따른 위험성 및 거부감 극복 필요, 개념 제시 수준에서 벗어나 실제 생활 및 산업에 적용 시 발생할 여러 문제 극복 요구특정 서열의 DNA 바코드 신속 제작, 극소량 DNA 검출, 생물봉쇄 등 다양한 기술 추가 개발, 개선 필요

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