[지디넷코리아]벤처업체 캄브리오스(Cambrios)가 성공을 거둔다면, 반도체를 비롯한 미래의 컴퓨터 부품들은 만들어지는 것이 아니라 재배되는 무언가가 될 것이다.

캘리포니아주 팔로알토에 위치한 캄브리오스는 카드뮴 황화물과 같은 무기물과 방대한 유전공학적 유기물 라이브러리를 결합해 반도체 등을 생산하는 방식을 개발하고 있다. 셈자임(Semzyme, www.semzyme.com)으로 더 널리 알려진 이 회사는 이번 주 새로운 회사 명칭과 전략, 그리고 지원 업체를 공식 발표할 예정이다.

살아있는 바이러스, 박테리아와 금속을 결합한다는 것은 더이상 획기적인 개념이 아니다. 그러나 유기체에서 추출한 단백질과 금속 사이의 화학적 상호작용을 이용해 상업적으로 활용할 수 있는 필름이나 결정체를 만든다고 하면 이야기가 달라진다. 캄브리오스 CEO 마이크 냅은 “조개껍질이 특수한 단백질에 반응하는 석회암인 것과 똑같은 이치”라고 설명했다.

마이크 냅은 “바로 이것이 진화의 원리”라며 “실제로 사람들은 많은 것을 시도해 왔고 또 그 진행과정을 지켜봐 왔다”고 말했다. 그는 “단백질은 물질을 조작할 수 있다”며 “단백질이 분자단위로 물질을 조작하지 못했다면 인간도 존재하지 않았을 것”이라고 덧붙였다.

생명공학을 IT에 적용하기 위한 시도는 꾸준
그동안 과학자들은 자연의 법칙을 제품 생산에 반영하기 위해 끊임없이 노력해 왔으며 실제로 나노기술 분야에서는 많은 진전이 이루어졌다. 영국의 나노마그네틱스(www.nanomagnetics.com)는 단백질을 원료로 아주 작고 균일한 메모리 셀을 만드는 연구를 진행중이며, 일본의 마츠시다도 비슷한 연구를 수행중이다. 일부 기업은 광합성을 이용해 에너지를 생산하는 방법까지 개발하고 있다.

학계에서도 지난 1990년대 이 분야 연구를 개척했던 브리스톨 대학 스티븐 만 교수를 중심으로 유기화학센터(COMC)가 설립됐으며, 몬타나 주립대학은 이번주에 생물무기화(biomineralization) 관련 컨퍼런스를 개최했다. 나노마그네틱스의 CEO 에릭 메이스는 "이 분야는 일반적으로 애플리케이션 개발에 관심이 집중돼 있다"며 "현재는 학계가 연구를 주도하고 있다"고 말했다.

캄브리오스는 직원수가 8명에 불과하지만, 이 분야 연구를 사실상 이끌고 있다. 캄브리오스는 이 분야의 선도적인 두 연구자에 성과를 기반으로 성장해 왔는데, 한 사람은 MIT 재료공학과 교수 안젤라 벨처이며, 다른 한 사람은 산타크루즈의 캘리포니아 주립대 전기 컴퓨터 공학과 교수 에블린 우다(벨처의 대학원 연구 과제 가운데 하나는 단백질이 어떻게 전복 세포의 성장과 구조를 통제하는지에 관한 것이었다. 그는 스티브 만 교수의 제자이기도 하다)이다.

이밖에도 스탠포드 대학의 파비안 피스 등 이 분야에 전문적인 조언을 해주는 학자들이 더 있다. 피스는 국방부와 국방부 산하 미국방위고등연구계획국(DARPA) 연구조직에서 연구비를 지원받고 있는데, 능력이 출중한 집적회로 전문가라고 냅은 전했다.

캄브리오스는 최근 아쉬 벤처스, 얼로이 벤처스, 옥스포드 바이오사이언스 파트너스로부터 초기 투자액 180만달러를 유치했다. 현재 2차 투자 유치를 위한 투자자를 물색하고 있으며, 이를 담당할 사무실을 팔로알토에 개설했다.

대장균, 생명공학 기술 진보의 일등 공신
캄브리오스의 연구 방식은 ‘벽에 스파게티를 던져 어느 것이 붙여 있는지 본다’는 속담에 비견된다. 먼저 대장균 박테리아를 공격하는 박테리오파지나 바이러스의 변종 수십억가지를 만든다.

냅은 "우리는 박테리아 기생개체의 유전물질을 추출해 변형시켰다"고 말했다(대장균은 식중독과 관련이 있지만, 대장균 자체에 대한 연구가 상당히 진행돼 있기 때문에 연구자들이 즐겨 이용하다. 그는 생명공학 분야에서 가장 널리 이용되는 박테리아가 바로 대장균이라고 말했다). 이제 각 박테리오파지의 유전자를 변화시키면 바이러스가 신기한 단백질을 생산한기 시작한다. "각 박테리오파지는 한가지 단백질만을 생산하지만, 이런 박테리오파지가 수십억개 존재한다"는 것이 냅의 설명이다.

연구진은 이렇게 실험실에서 생산한 수많은 단백질들이 외부 물질, 특히 금속들과 어떻게 상호작용하는 지를 일일이 실험한다. 바이러스와 이들이 생산하는 각 단백질은 너무 다양하기 때문에, 단백질과 외부 물질을 하나하나 접촉 실험을 할 수 없다. 반면 무기물은 수많은 단백질과 한번에 접촉할 수 있다. 연구자들은 금속과 같은 외부 물질에 달라 붙지 않거나 반응하지 않는 단백질은 지워가는 방법으로 연구를 진행한다. 냅은 "금속과 단백질의 결합은 이들 시스템을 다루는 첫번째 단계다"라고 말했다.

이제 남은 일은 다양한 접촉 가운데 가장 흥미로운 결과들을 추려내는 것이다. 최종 결과는 매우 다양한데, 동일한 무기물은 단백질의 변화와 함께 다양한 결정체를 만들어 낸다. 단백질과 금속의 반응에 따라 새로운 물질을 만드는 것은 마치 고등학교 화학 수업 때 촉매과정을 관찰하는 것과 마찬가지다. 그러나 대부분의 사람들은 이러한 과정을 단백질과 연관짓기 보다는 무기물이나 분자와 연결짓는다고 냅은 말했다.

캄브리오스는 이러한 금속-단백질 결합 실험 이외에도, 길이 880나노미터, 지름 6나노미터인 튜브모양의 바이러스 변종 M13과 무기물질을 결합하는 방식도 사용하고 있다. 단백질과 무기물을 임의로 결합해 제3의 물질을 만드는 대신 특정 무기물이 바이러스 주위의 코팅과 결합하는지를 실험해 보는 것이다.

얇은 필름, 나노와이어 등 상용화 아이템 모색중
연구진들이 생명공학을 통해 궁극적으로 개발하고자 하는 것은 바이러스 화석이다. 이것은 향후 나노와이어를 만드는데 사용될 기술로, 나노와이어란 전기나 빛의 도체로 사용될 수 있는 순수 실리콘 성분의 분자가닥을 가리킨다. 이 과정은 다른 물질을 이용해 나노와이어를 만드는데 응용되거나, 화학적으로 별개의 대역을 포함한 합성 나노와이어 개발에도 사용될 수 있다. 실제로 지난 1월 벨처 연구소는 이 방식을 이용해 카드뮴 황화물 나노와이어를 개발하는데 성공했다.

캄브리오스가 이와 같은 ‘리엑티브&템플릿 개발 방식(eactive and template method)’을 사용한다는 것은 그 회사명에서도 유추할 수 있다. 캄브리오스는 캄브리오기(Cambrian period)에서 유래한 말로, 기원전 5억 4300만~4억 9000만년 동안의 기간을 가리킨다. 현재 남겨진 많은 화석들에 따르면 이 시기에는 새로운 생명체와 유전적 활동이 매우 활발했다.

현재 캄브리오스는 개발한 물질을 시판할 수 있는 시기에 왔다. 잠재력이 있는 애플리케이션도 개발해야 한다. 현실성 있는 상용화 방안 가운데 하나가 바로 얇은 필름이다. 현재는 다양한 필름을 결합하려면 청정실에서 높은 온도에서만 가능하지만, 생명공학적 방법을 사용하면 낮은 온도에서도 이 작업을 할 수 있다. 비용도 크게 절감할 수 있다는 것이 냅의 주장이다.

이밖에도 금, 실리콘, 게르마늄 등 전자기기 생산용 물질이나 코발트 백금, 쇠 백금 등 자성체에도 이런 기술을 적용할 수 있으며, 일부는 새로운 종류의 픽셀에 사용하거나 대형 제조업체용 생물전기 툴로 응용할 수도 있다. 캄브리오스는 자사 물질의 상용화를 위해 단백질 디자인에 전문 능력을 갖고 있는 생명공학 업체 다이액스(Dyax, www.dyax.com)와 계약을 체결했다. 냅은 "우리는 우리의 생명공학적 개념을 실현하기 위해 노력중"이라며 "이제 남은 일은 편리하고 활용 가능하며 적절한 물질을 개발해 내놓는 일"이라고 말했다. @