처음으로 비생명 화학물질로 조립된 합성 세포 '스퍼드셀(SpudCell)'

2026년 7월, 미네소타 대학교 트윈시티 캠퍼스의 연구진이 합성 생물학 분야에서 획기적인 성과를 발표했다. 스퍼드셀(SpudCell) 은 비생명 화학 성분만으로 완전히 조립된 최초의 합성 세포로, 먹이 섭취, 성장, 유전체 복제, 분열이라는 완전한 생물학적 생애 주기를 구현했다 .

생명과학대학의 케이트 아다말라(Kate Adamala) 부교수와 아론 엥겔하트(Aaron Engelhart) 부교수가 이끄는 연구팀은 스퍼드셀을 구성 요소 하나하나부터 '상향식(bottom-up)' 방식으로 조립했다. 이는 2016년 J. 크레이그 벤터 연구소가 기존 세포에 합성 유전체를 이식해 만든 '최소 세포(minimal cell)'와는 완전히 다른 접근법이다 .

이것은 아직 '생명체의 창조'는 아니다. 하지만 비생명 물질로 만들어진 것 중 지금까지 생명체의 기능을 가장 완벽하게 모방한 사례다. 연구팀이 이룬 성과와 그 작동 원리, 한계점을 살펴본다.

핵심 사양: 스퍼드셀은 무엇으로 만들어졌나

스퍼드셀은 자연 세포에 비해 극도로 단순하다. 대장균(E. coli) 한 마리가 수백만에서 수십억 개의 분자를 가진 반면, 스퍼드셀은 전체 분자가 150~200개에 불과하다 . 유전체는 성장과 번식을 위한 지시를 담은 7개의 고리 모양 설계 DNA로 이루어져 있다 . (해당 연구진의 이전 사전 출판 연구에서는 150개 이상의 유전자를 가진 200kb 이상의 부분 합성 유전체를 설명한 바 있다 .)

스퍼드셀은 PURE 시스템(Protein synthesis Using Recombinant Elements)에 전적으로 의존한다. PURE 시스템은 정제된 요소들로 재구성된 최소한의 시험관 내 전사-번역 기계장치로, 세포는 이 맞춤형 분자 환경 없이는 자체적인 신진대사를 할 수 없다 .

먹이는 어떻게 섭취하나

세포막에는 박테리아 단백질인 알파-헤몰리신(alpha-hemolysin) 기반의 막 관통 구멍(transmembrane pores) 이 포함되어 있어 뉴클레오타이드(핵산 구성 요소)와 같은 작은 영양분 분자가 세포 안으로 들어올 수 있다 . 이 구멍은 화학적 유도제를 넣어 열고 닫을 수 있어, 연구팀이 먹이 공급을 통제할 수 있다 .

분열은 어떻게 일어나나

분열은 FtsZ 단백질(세균의 튜불린 유사체)이 세포막 지질 이중층에 모이면서 시작된다. 충분한 FtsZ가 축적되면 수축 고리를 형성해 막을 안쪽으로 졸라매 결국 세포가 둘로 갈라진다. 이 시스템은 빛이나 화학 물질에 반응하는 단백질 앵커를 사용해 FtsZ가 조립되는 시점과 위치를 외부에서 조절할 수 있게 설계되었다 .

주요 한계점: 완벽한 생명체까진 아직 멀었다

획기적인 성과에도 불구하고, 스퍼드셀은 스스로 유지되는 살아있는 유기체와는 거리가 멀다. 연구진도 이 한계를 솔직히 인정한다.

• 비효율적인 분열: 분열 과정은 '서툴다'고 묘사된다. 분열에 성공하는 스퍼드셀은 일부에 불과하며, 많은 세포가 수축을 멈추거나 터져버린다 .
• 낮은 유전체 유지율: 딸세포는 종종 불완전한 유전체를 물려받거나 아예 받지 못한다. 연구팀 추산 분열당 유전체 유지율은 50%에 크게 못 미친다. 즉, 많은 딸세포가 생애 주기를 이어갈 수 없다 .
• 리보솜 분해: PURE 시스템의 리보솜은 세포 주기 동안 분해된다. 34세대가 지나면 단백질 합성이 중단되고 세포 계통이 붕괴한다. 따라서 스퍼드셀의 계보는 교체 전까지 약 5세대(23일)로 제한된다 .
• 다윈적 진화 불가: 스퍼드셀은 프로그램된 복제만 수행할 뿐, 스스로 돌연변이를 일으키거나 경쟁하거나 진화할 수 없다. 모든 주기는 외부에서 제공된 프로그램의 결정론적 실행일 뿐, 개방형 진화(open-ended evolution)가 아니다 .

아다말라 교수는 CNN과의 인터뷰에서 스퍼드셀을 "주로 소비하고 가끔 딸세포를 생산하기 위해 존재하는 매우 연약한 유기체"라고 표현했다 .

동료 평가 현황

이 연구는 과학 저널에 접수(under review) 된 상태로, 아직 동료 평가를 완료하지 않았다. 연구팀은 190페이지 분량의 사전 출판본(preprint) 을 온라인에 공개했다. 뉴욕 타임스는 연구진을 인용해 원고가 현재 심사 중이라고 보도했다 . 구체적인 저널명은 공개되지 않았다.

바이오틱(Biotic): 합성 세포의 오픈소스 미래

스퍼드셀 발표와 함께, 연구진은 바이오틱(Biotic, BIOTIC) 이라는 새로운 비영리 단체도 공개했다. 이는 케이트 아다말라와 스탠포드 대학의 합성 생물학자 드류 엔디(Drew Endy) 가 공동 창립한 미국 501(c)(3) 공익 재단이다 .

바이오틱의 목표는 신흥 생명공학 기술을 다자간 오픈소스 기반으로 발전시키는 것이다. 미네소타 대학은 스퍼드셀에 대한 특허를 보유하고 있지만, 이를 바이오틱에 독점 라이선스해 전 세계 연구자들이 인간 게놈 프로젝트(Human Genome Project)의 접근 방식처럼 자유롭게 기초 기술을 사용할 수 있도록 했다 . 드류 엔디의 캘텍 이력서에도 그가 "최근 다자간 기반으로 신흥 생명공학을 발전시키는 새로운 자선 단체 BIOTIC을 공동 창립했다"고 명시되어 있다 .

이것이 중요한 이유

스퍼드셀은 무생물에서 살아있는 세포를 만드는 오랜 목표를 향한 극적인 진전이다. 이는 생명 현상의 근본 조건을 연구할 수 있는 최소한의 플랫폼을 제공하며, 궁극적으로 의학, 바이오 제조, 화학 생산 분야에 응용될 가능성이 있다. 아다말라 교수는 스타 트리뷴(Star Tribune)과의 인터뷰에서 "석유화학 물질 없이 화학 물질을 만들어 경제를 생물 경제(bioeconomy)로 전환하는 것"이 동기라고 밝혔다 .

하지만 현재 스퍼드셀은 하나의 원리 증명(proof of principle)에 가깝다. 약하고 수명이 짧은 분자 집합체로, 지금까지 만들어진 어떤 것보다 생명체를 더 잘 모방하지만, 어떤 표준적인 정의로도 아직 살아있다고 할 수는 없다.