mRNA Synthesis Custom Order

In-vitro transcription(IVT)라고도 알려진 mRNA 합성은 특정 유전자의 mRNA를 합성하거나 연구 목적으로 RNA 분자를 만들기 위해 사용됩니다. IVT는 RNA polymerase와 전사에 필요한 다양한 요소들을 결합시켜 유전자의 RNA를 생산하는 과정으로 진행됩니다.

1. Cap:

• Cap은 진핵생물의 mRNA의 5' 말단에 위치한 특이한 nucleotide로 이루어져 있습니다.
• Cap은 mRNA의 보호, translation 효율 증가, 면역반응 조절 등을 위해 필수적인 요소입니다.
• Cap-0: mRNA 5’말단에 7-메틸구아닌(m7G)라는 특이한 nucleotide로 이루어져 있습니다.
• Cap-1: Cap-0에 추가적으로 첫 번째 nucleotide의 2’-OH기를 methyl기로 치환한 구조를 의미합니다.

2. 5' & 3’ Untranslated Region (UTR):

• UTR은 mRNA의 번역되지 않는 영역을 의미합니다. UTR은 mRNA의 5' 말단(5' UTR)과 3' 말단(3' UTR)에 위치하며, mRNA의 번역 효율, 안정성, 국소화 등을 조절하는 중요한 역할을 합니다.
• 5' UTR: mRNA 분자의 5' 말단에 위치하며, 코딩 영역(CDS) 앞에 위치합니다. 5' UTR은 다음과 같은 기능을 수행합니다:
• 번역 개시: 번역 개시 복합체(eIF4F)가 결합하여 번역을 시작하는 위치를 결정합니다.
• 번역 효율 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 번역 효율을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다.
• mRNA 안정성 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 mRNA의 안정성을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다.
• 3' UTR: mRNA 분자의 3' 말단에 위치하며, 코딩 영역(CDS) 뒤에 위치합니다. 3' UTR은 다음과 같은 기능을 수행합니다:
• mRNA 안정성 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 mRNA의 안정성을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다.
• mRNA 국소화 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 mRNA가 세포 내 특정 위치로 이동하도록 조절할 수 있습니다.
• 번역 후 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 단백질 번역 후 mRNA의 분해, 개질, 운송 등을 조절할 수 있습니다.

3. Coding Region Sequence (CDS):

• CDS는 유전 정보를 담고 있는 핵심적인 부분이며 단백질 발현의 기본 단위입니다.
• mRNA는 4가지 염기(A, U, C, G)로 구성되어 있으며, 3개의 염기 서열(codon)은 특정 아미노산을 코딩합니다. 시작 codon(ATG)으로 시작하고 종결 codon(TAA, TAG, TGA)으로 끝나는 연속적인 codon 서열로 이루어져 있습니다.
• CDS는 원하는 단백질 서열을 바탕으로 DNA 서열을 설계할 수 있으며 유전자 합성 기술을 통해 원하는 DNA 서열을 합성할 수 있습니다.

4. Poly(A) tail:

• Poly(A) tail은 아데닌(A) nucleotide가 연속적으로 연결된 꼬리를 의미합니다. mRNA의 3' 말단에 위치하며, 약 50~250개의 아데닌(A) nucleotide로 구성됩니다.
• Poly(A) tail은 nuclease(RNA 분해 효소)로부터 mRNA를 보호하여 mRNA의 분해를 방지하고 안정성을 높입니다.

Q1: IVT 최적화 (IVT Optimization)란 무엇이며, 왜 필요한가요?

IVT 최적화는 mRNA 백신 및 치료제 생산을 위해, 타겟 단백질의 아미노산 서열은 유지하면서 In Vitro Transcription (IVT) 공정 효율과 mRNA의 생체 내 안정성을 극대화하도록 DNA 주형(Template)을 재설계하는 과정입니다. 이는 단순한 발현량 증가를 넘어, 고순도·고수율의 mRNA 생산을 보장하는 핵심 공정 기술입니다.

최적화의 필요성:

1. T7 중합효소 공정성 확보 (T7 Polymerase Processability):
• IVT에 주로 사용되는 T7 RNA 중합효소는 연속된 T 서열(Poly-T)을 만나면 전사를 조기에 중단(Premature Termination)하거나, 연속된 G 서열(Poly-G)에서 미끄러짐(Slippage) 현상을 일으켜 불완전한 mRNA나 부산물을 생성합니다.
• IVTDesigner™는 T7 프로모터의 효율을 저해하는 이러한 '생산 저해 서열'을 원천적으로 제거하여 Full-length mRNA의 수율을 극대화합니다.
2. mRNA 구조 안정성 및 번역 효율 균형 (Dual Structure Control):
   • mRNA는 보관 및 체내 반감기 증대를 위해 전체적으로는 안정적인 구조(Low MFE)를 가져야 하지만, 리보솜이 결합하는 5' 말단(Start Codon 주변)은 구조가 풀려 있어야 번역이 원활합니다.
   • IVTDesigner™는 5' UTR 부위의 구조는 느슨하게 유지하면서도 CDS(Coding Sequence) 영역의 안정성은 높이는 정교한 열역학적 설계를 수행합니다.
3. 면역원성 감소 (Reduced Immunogenicity):
   • 체내로 전달된 외래 mRNA는 선천 면역 반응을 유발하여 약효를 떨어뜨릴 수 있습니다.
   • 면역 센서(TLR, RIG-I 등)를 자극하는 이중나선 RNA(dsRNA) 형성 서열이나 CpG/UpA 다이뉴클레오타이드를 최소화하여 안전성을 확보해야 합니다.

IVTDesigner™ 최적화의 이점:

• 고순도 mRNA 생산: 조기 전사 중단 및 에러 유발 서열 제거로 GMP 수준의 생산 품질 확보
• 단백질 발현 극대화: 리보솜 진입 효율(RBS) 최적화 및 코돈 적합성(CAI) 향상
• 안전성 향상: 선천 면역 반응을 유발하는 위험 인자(dsRNA, CpG) 정밀 제거

Q2: IVTDesigner™를 이용한 mRNA 최적화 서비스를 받을 수 있나요?

네, 가능합니다. Bioneer는 자체 개발한 IVTDesigner™를 통해 mRNA 백신 및 치료제 개발을 위한 맞춤형 서열 최적화 서비스를 제공합니다.

서비스 요청 시 다음 정보를 mrnaorder@bioneer.co.kr로 보내주십시오.

1. DNA 또는 단백질 서열: 최적화할 타겟 서열 (CDS). DNA 서열 제공 시 Stop Codon까지 최적화 가능
2. 타겟 유기체 (Target Organism): mRNA가 번역될 숙주 (예: Homo sapiens, Mus musculus)
3. UTR 및 Poly-A 옵션: 당사의 고효율 라이브러리 UTR 사용, 고객 지정 UTR 서열 사용, 또는 Poly-A tail 길이(예: 120A) 지정 가능
4. 최적화 목표 (Goal):
   • Maximize: 단백질 발현량 및 mRNA 안정성 극대화 (기본값)
   • Targeting: 특정 GC 함량(%) 맞춤 또는 CAI 값 조절 (약독화 백신 등 특수 목적)

Q3: IVTDesigner™란 무엇인가요?

IVTDesigner™는 mRNA 합성에 특화된 바이오니아의 차세대 서열 설계 플랫폼입니다. 고성능 유전 알고리즘(Genetic Algorithm)과 Numba JIT 기반의 고속 RNA 구조 예측 엔진을 결합하여, 단순 코돈 변경을 넘어 제조 공정상의 불량률을 낮추고 생물학적 효능을 높이는 다목적 최적화(Multi-Objective Optimization)를 수행합니다.

특히, 통합 구조 최적화 전략(Integrated Structural Strategy)을 적용하여 최적화 시작 단계부터 구조적으로 안정적인 초기 후보군(Seed)을 생성합니다. 이 기술은 다음의 4단계 알고리즘을 통해 최적의 서열을 도출합니다.:

1. Viterbi Global Optimization: 코돈 적합성(CAI)과 GC 함량을 고려하여 전역적으로 최적화된 경로를 탐색합니다.
2. Local Repair: 국소적인 불안정 요소(Bad Motifs)나 과도한 구조 형성을 제거합니다.
3. Convergent Stabilizer:반복적인 스캔을 통해 목표 GC 함량에 맞춰 구조적 안정성(MFE)을 수렴시킵니다.
4. 5' RNAInverse: 번역 효율을 높이기 위해 5' 말단의 구조를 느슨하게 만듭니다.

Q4: 기존 코돈 최적화 방식과 IVTDesigner™의 차이점은 무엇인가요?

기존 방식이 주로 세포 내(in vivo) 단백질 발현량 증가(CAI 최적화)에만 집중한다면, IVTDesigner™는 mRNA 제조 공정(IVT)의 물리적 한계와 생체 내 안전성을 최우선으로 고려합니다.

주요 차별점:

1. T7 공정 안전장치 (Process Safety):
• T7 중합효소의 활성을 떨어뜨리는 Poly-T(≥8nt) 및 Poly-G(≥6nt) 서열을 Hard Filter로 강제 차단하여 IVT 반응 실패를 원천 봉쇄합니다. (Poly-T ≥5, Poly-G ≥5 구간도 페널티 부여)
2. 면역원성 정밀 제어 (Immunogenicity Control):
• 단순 코돈 빈도 조절을 넘어, RIG-I 등 면역 센서를 자극하는 역반복 서열(Inverted Repeats, dsRNA)을 정밀 탐색하여 제거하고 CpG/UpA 비율을 최적화합니다.
3. 구조적 유연성 (Structural Flexibility):
• Integrated Strategy를 통해 전체적인 mRNA 안정성(높은 GC, 낮은 에너지)을 추구하면서도, 번역이 시작되는 5' 말단 40bp 구간의 구조 뭉침(Hairpin)을 방지하는 국소적 MFE 제어 기술을 적용합니다. 이는 Viterbi 알고리즘과 Convergent Repair 기술의 결합으로 구현됩니다.
4. 다양성 확보 (Diversity via Clustering):
• 단 하나의 결과만 도출하는 것이 아니라, K-Means 클러스터링을 통해 구조적 특징과 GC 함량이 서로 다른 상위 8개의 최적 후보군(Top 8 Candidates)을 제안하여 연구자가 실험 목적에 맞는 최적의 서열을 선택할 수 있도록 돕습니다.

IVTDesigner™의 정교한 구조 최적화 기술로 발현 효율과 안정성을 극대화한 고품질 mRNA를 경험해보세요.

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시험관 내 전사(In Vitro Transcription, IVT)를 통한 mRNA 합성 과정에서 서열 내에 존재하는 강력한 2차 구조, 극단적인 GC 비율, 연속된 동종 중합체(Homopolymer) 등은 T7 RNA Polymerase의 진행을 방해하여 전사 조기 종료(Premature termination)나 생산량 저하를 유발합니다.

UTRDesigner™는 단순한 코돈 최적화를 넘어, mRNA의 양끝단에 위치한 비번역 부위(5' & 3' UTR)의 De Novo 설계 및 서열 조합을 CDS(코딩 서열)와 통합적으로 최적화하는 혁신적인 AI 기반 플랫폼입니다. 이를 통해 IVT 합성 성공률을 극대화할 뿐만 아니라, 세포 내 도입 시 단백질 번역 효율(Translation Efficiency)과 mRNA 안정성을 비약적으로 향상시킬 수 있습니다

Q1: IVT 최적화 (IVT Optimization)란 무엇이며, 왜 필요한가요?

mRNA의 5' 및 3' UTR은 단백질 발현과 체내 안정성을 결정짓는 핵심 부위이지만, 이 부위의 서열이 복잡하게 얽히면 IVT 합성 과정에서 치명적인 오류를 발생시킵니다.

UTRDesigner™는 알고리즘 내에 엄격한 T7 중합효소 안전 가이드라인(T7 Polymerase Safety Constraints)을 적용하여 합성 실패를 원천 차단합니다.

• 전사 조기 종료 방지: 전사를 중단시키는 연속된 T(Poly-T, 7개 이상) 서열을 억제합니다.
• 중합효소 미끄러짐(Slippage) 및 G-Quadruplex 방지: 합성을 방해하는 연속된 G(Poly-G, 5개 이상) 서열 및 복잡한 내부 반복 서열(Internal Repeats)을 자동으로 탐지하고 분해합니다.
• 조직/목적 맞춤형 UTR 생성: LBS-IM(Lookahead Beam Search + Interaction Map) 알고리즘을 통해, 단순히 기존 UTR을 가져다 쓰는 것이 아니라 발현량 극대화(Expression) 또는 반감기 연장(Stability) 등 목적에 맞는 최적의 길이와 구조를 가진 UTR을 De Novo(새롭게) 생성합니다.

Q2: UTRDesigner™는 2차 구조(Secondary Structure)를 어떻게 분석하고 최적화하나요?

단백질이 원활하게 합성되기 위해서는 리보솜(Ribosome)이 mRNA에 결합하고 이동하는 경로가 구조적으로 열려 있어야 합니다. UTRDesigner™는 하이브리드 RNA 폴딩 엔진(Zuker & LinearFold)을 탑재하여 부위별로 차별화된 정밀 구조 최적화를 수행합니다.

UTRDesigner™는 알고리즘 내에 엄격한 T7 중합효소 안전 가이드라인(T7 Polymerase Safety Constraints)을 적용하여 합성 실패를 원천 차단합니다.

• 5' Cap 및 코작(Kozak) 접근성 확보: 5' 말단의 30nt 영역과 Start Codon (AUG) 주변 영역(-20 ~ +20)에 강력한 헤어핀(Hairpin) 구조가 형성되지 않도록 유도합니다.
  (MFE 밀도를 모니터링하여 리보솜 스캐닝을 방해하는 닫힌 구조를 엽니다.)
• 3' Poly(A) 신호 최적화: 3' UTR 내의 Poly(A) Signal(예: AATAAA)이 줄기(Stem) 구조에 파묻히지 않고 열린 루프(Loop) 형태에 위치하도록 서열을 교정하여 폴리아데닐화 효율을 높입니다.
• 적응형 접합부 수리 (Adaptive Junction Repair): 가장 구조적 충돌이 잦은 UTR과 CDS의 연결 부위(Junction)를 분석합니다. 만약 구조가 엉켜있다면, 동의 코돈(Synonymous Codon) 변이와 3~18nt 길이의 '구조 절연체(Spacer/Insulator)'를 지능적으로 삽입하여 완벽한 연결부를 생성합니다.

Q3: UTR과 함께 CDS(코딩 서열)의 코돈 최적화도 동시에 진행되나요?

네, UTRDesigner™는 UTR 최적화와 함께 CDS에 대한 최고 수준의 다중 목적 코돈 최적화(Multi-Objective Codon Optimization)를 동시에 수행합니다.

• 다중 유전 알고리즘(GA) 기반 CAI 및 GC 최적화: 타겟 종(숙주 세포)의 코돈 사용 빈도(Codon Adaptation Index, CAI)를 극대화하거나 특정 목표치에 맞추며, GC 함량을 안정적인 범위(보통 50~60%)로 조정합니다.
• 이중 코돈(Bicodon) 및 구조적 페널티 융합: 단백질 번역 속도에 영향을 주는 이중 코돈 편향(CPB)을 반영하며, 코돈을 변경할 때 해당 변경이 mRNA 전체의 2차 구조나 합성 안전성에 악영향을 주지 않도록 가중치(Penalty)를 실시간으로 계산하여 최적의 코돈을 선택합니다.
• 제한효소 및 모티프 회피: 클로닝에 방해가 되는 제한 효소 자리나, 설계자가 지정한 금지 모티프(Forbidden motifs)를 CDS 및 UTR 전체에서 완벽하게 제거합니다.

Q4: 단백질 발현량을 극대화하기 위한 UTRDesigner™만의 특별한 생물학적 필터링 기능이 있나요?

UTRDesigner™는 단순한 염기서열 배열을 넘어, RNA 생물학에 기반한 강력한 기능들을 자동 수행합니다.

• 상류 시작 코돈(uAUG) 제거: 5' UTR에 원치 않는 번역 시작점(uAUG)이 강력한 코작(Kozak) 서열과 함께 존재할 경우, 리보솜을 납치하여 정상적인 단백질 발현을 방해합니다. UTRDesigner™는 이를 탐지하고 안전하게 제거합니다.
• miRNA 표적 회피 (miRBase 연동): 타겟 생물종(예: Human)의 주요 miRNA Seed 서열이 UTR에 생성되는 것을 방지하여, 세포 내에서 mRNA가 분해되거나 번역이 억제되는(Gene Silencing) 현상을 막습니다.
• 면역원성(Immunogenicity) 최소화: 체내 염증 반응을 유발할 수 있는 TLR/RIG-I 수용체 자극 모티프, 과도한 CpG/UpA 다이뉴클레오타이드 비율, 그리고 긴 이중가닥 RNA(dsRNA) 영역을 탐지하여 면역원성 점수를 최소화합니다.
• RNA 불안정화 모티프 제거: mRNA의 분해를 촉진하는 AU-rich elements (AREs, 예: ATTTA) 등을 스캔하여 3' UTR에서 배제함으로써 체내 반감기(Half-life)를 비약적으로 연장합니다.

※ UTRDesigner™의 진보된 LBS(Lookahead Beam Search) 기반 De Novo 설계 기술로 리보솜 로딩(RLS)과 번역 개시 효율을 극한으로 끌어올린 최적의 맞춤형 UTR을 생성해보세요. (소프트웨어 개발 완료)

Circular RNA는 선형 mRNA에 비해 체내 안정성이 매우 높지만, 이를 IVT(시험관 내 전사)로 합성하고 정확하게 환형화(Circularization) 및 번역(Translation)시키는 과정은 훨씬 까다롭습니다. CircularDesigner™는 자체 개발한 유전 알고리즘(Genetic Algorithm)과 RNA 폴딩 엔진을 통해 이러한 난제들을 자동으로 해결해 줍니다.

자세한 최적화 과정과 원리는 아래의 Q&A를 통해 확인하실 수 있습니다.

Q1: Circular RNA는 IVT 합성 및 환형화 과정에서 실패율이 높다고 들었습니다. CircularDesigner™는 이 문제를 어떻게 해결하나요?

Circular RNA 제작의 가장 큰 장벽은 T7 중합효소의 이탈과 자체 스플라이싱(Splicing) 구조의 붕괴입니다. CircularDesigner™는 합성 단계부터 환형화 단계까지의 물리적 오류를 원천 차단합니다.

• T7 중합효소 한계 극복 (Slippage & Termination 방지): IVT 과정 중 중합효소가 미끄러지거나(Slippage) 전사를 조기 종료하게 만드는 Poly-T, Poly-G, Poly-A 서열을 알고리즘이 자동으로 인식하고, 아미노산 서열의 변형 없이 동의 코돈(Synonymous codon)으로 교체하여 합성 수율을 극대화합니다.
• 스마트 스페이서(Smart Spacer) 자동 생성: PIE(Permuted Intron-Exon) 시스템을 통한 환형화에 필수적인 P1 Stem 구조를 안정적으로 형성하기 위해, CDS(코딩 서열)와 간섭을 일으키지 않는(Orthogonal) 최적의 상동성 암(Homology arm) 스페이서를 자동으로 설계합니다.
• 자가 절단 리보자임(Ribozyme) 최적화: 깔끔한 RNA 양 말단을 얻기 위해 5' Hammerhead 및 3' HDV 리보자임을 사용할 경우, CDS가 리보자임의 구조 형성을 방해하지 않도록 결합 에너지를 계산하여 서열을 격리(Insulation)합니다.

Q2: 기존 선형 mRNA와 달리 Circular RNA의 번역(Translation) 효율을 높이려면 어떤 코돈 최적화가 필요한가요?

서열 내부에 강력한 헤어핀(Hairpin) 구조가 형성되면 리보솜의 이동이 막히거나 IRES의 기능이 상실됩니다. CircularDesigner™는 MFE(Minimum Free Energy) 기반의 강력한 2차 구조 예측 알고리즘을 사용하여 이를 해결합니다.

• 숙주 맞춤형 코돈 최적화 (CAI 최적화): 타겟 생물종(예: Human, Mouse 등)에서 가장 빈번하게 사용되는 코돈으로 서열을 변환하여 단백질 발현량을 극대화합니다.
• 롤링 서클(Rolling Circle) 번역 방지: 환형 RNA의 특성상 리보솜이 멈추지 않고 계속 회전하며 비정상적인 단백질을 만들어낼 위험이 있습니다. CircularDesigner™는 이를 완벽히 차단하기 위해 3개의 모든 해독틀(Reading frame)에 작동하는 강력한 '다중 프레임 종결 카세트(Stop Cassette, 예: TAATGATAG)'를 CDS 끝에 자동으로 삽입합니다.
• IRES-CDS 링커 최적화: 선택된 IRES(예: CVB3, EMCV 등)의 종류에 따라 리보솜이 최적의 위치에 안착할 수 있도록 입체 장애(Steric hindrance)를 최소화하는 맞춤형 링커 서열을 제공합니다.

Q3: 서열의 2차 구조(Secondary Structure)가 너무 강하면 발현이 안 된다고 하는데, 구조 평가는 어떻게 진행되나요?

서열 내부에 강력한 헤어핀(Hairpin) 구조가 형성되면 리보솜의 이동이 막히거나 IRES의 기능이 상실됩니다. CircularDesigner™는 MFE(Minimum Free Energy) 기반의 강력한 2차 구조 예측 알고리즘을 사용하여 이를 해결합니다.

• IRES 무결성 보존 (Structure-Aware Matching): CDS 서열이 IRES의 고유한 3차원 접힘 구조를 변형시키지 않도록, IRES와 CDS 결합 부위의 하이브리드화 에너지(Hybridization Energy)를 계산하여 상호 간섭이 없는 서열을 최종 후보로 채택합니다.
• 공전사 덫(Co-transcriptional Traps) 회피: RNA가 합성되는 도중에 잘못된 중간 구조물(Transient structure)에 갇히는 현상을 시뮬레이션하여, 최종적으로 완벽한 환형 RNA 구조가 형성될 수 있는 서열만을 선별합니다.
• 반복 서열(Repeats) 제거: 염기서열 내에 존재하는 복잡한 반복 서열(Tandem repeats, Inverted repeats)을 찾아내어 동의 코돈으로 수정함으로써 서열의 복잡성을 낮추고 발현 안정성을 높입니다.

Q4: 체내(In vivo) 주입 시 면역 반응을 일으키지 않는 안전한 Circular RNA 설계도 가능한가요?

네, 가능합니다. 외인성 환형 RNA는 세포 내에서 바이러스로 오인받아 강력한 면역 반응을 유발할 수 있습니다. CircularDesigner™는 자체 내장된 'Advanced Immunogenicity Analysis' 모듈을 통해 체내 면역 위험을 최소화합니다.

• 면역 원성 모티프 회피: TLR7/8을 자극하는 U-Rich(U라실 과밀집) 서열과 TLR9을 자극하는 비메틸화 CpG 디뉴클레오타이드 비율을 정밀하게 모니터링하고 최소화합니다.
• 긴 이중가닥 RNA(dsRNA) 억제: RIG-I 및 MDA5 면역 센서를 자극하는 긴 이중가닥 RNA 구조의 형성을 예측하고, 해당 부위의 서열을 외가닥 형태로 풀리도록 유도합니다.
• RBP 스폰지 효과(Sponge Effect) 방지: 환형 RNA가 세포 내 중요한 RNA 결합 단백질(RBP)을 스폰지처럼 흡수하여 세포 독성을 유발하지 않도록, 알려진 고위험 RBP 결합 모티프(예: 특정 miRNA Seed)가 서열 내에 다수 생성되는 것을 알고리즘이 능동적으로 차단합니다.

※ CircularDesigner™의 정교한 PIE 시스템 스페이서 설계 및 P1 줄기(Stem) 구조 최적화 알고리즘으로 스플라이싱 간섭을 원천 차단하고 환형화 수율을 극대화한 원형 RNA를 설계해보세요.
(소프트웨어 개발 완료)

Q1. SaRNADesigner™는 일반 mRNA 최적화(IVTDesigner)와 비교하여 어떤 점이 다르고 특별한가요?

일반적인 mRNA 설계가 단일 구조의 T7 전사(IVT) 및 번역 효율에 집중한다면, SaRNADesigner™는 10kb 이상의 거대한 크기를 가지며 세포 내에서 스스로 복제(Self-Replication)하는 saRNA의 복잡한 생물학적 특성까지 완벽하게 통제하는 고도화된 AI 알고리즘입니다.

• saRNA 백본 완벽 이식: VEEV(TC-83), SINV, SFV, RRV, CHIKV 등 검증된 바이러스 레플리콘(Replicon) 백본 DB를 내장하고 있습니다. 목적 유전자(GOI)를 단순히 삽입하는 것을 넘어, 백본의 비구조 단백질(nsP1-4) 및 복제 기작과 충돌하지 않도록 GOI 서열을 주변 환경에 맞춰 능동적으로 설계합니다.
• 복제 및 발현의 동시 최적화: IVT(시험관 내 전사) 효율성뿐만 아니라, 세포 내로 전달된 후 일어나는 RdRp(RNA 의존성 RNA 중합효소)에 의한 증폭 과정과 하위 유전체 프로모터(Subgenomic Promoter, SGP)를 통한 단백질 번역 과정을 동시에 최적화합니다.

Q2. saRNA의 합성(IVT) 및 세포 내 복제 효율을 떨어뜨리는 구조적 문제는 SaRNADesigner™로 어떻게 해결하나요?

거대한 saRNA는 합성과 복제 과정에서 병목 현상이 발생하기 쉽습니다. SaRNADesigner™는 '구조적 스캐닝 및 다중 제어 시스템'을 통해 이러한 장애물을 선제적으로 제거합니다.

• CSE 간섭 방지 (CSE Exclusion Zone): saRNA 백본의 복제를 담당하는 필수 보존 서열(CSE, Conserved Sequence Elements)과 삽입된 유전자(GOI)가 서로 결합(Hybridization)하여 복제 기계를 망가뜨리는 현상을 알고리즘이 예측하고, GOI 서열을 수정하여 CSE와의 상호작용을 원천 차단합니다.
• 복제 고속도로 구축 (Replication Highway Polish): 2차 구조가 지나치게 단단한 구간(Deep MFE Valleys, 예: -28.0 kcal/mol 이하)은 RdRp 효소의 복제를 멈추게 합니다. 슬라이딩 윈도우 방식으로 이러한 물리적 장벽을 찾아내어 국소적으로 구조를 느슨하게 풀어줍니다.
• 이중 가닥 잠금(Dual-Strand Locking) 방지: saRNA는 음성 가닥(Negative strand)을 중간체로 생성합니다. 양성 가닥에 C(Cytosine)가 과도하게 밀집되면 음성 가닥 생성 시 강력한 G-quadruplex 구조가 형성되어 복제가 중단될 수 있습니다. 알고리즘이 이를 감지하여 C-rich 코돈을 분산시킵니다.
• T7 IVT 실패 요소 제거 (공통): 일반 mRNA와 마찬가지로 T7 중합효소를 탈락시키거나 미끄러지게 만드는 연속된 Poly-T(7개 이상), Poly-G(5개 이상) 및 강력한 헤어핀 구조를 엄격하게 제거하여 온전한 길이(Full-length)의 saRNA 합성을 보장합니다.

Q3: 단백질 발현량을 극대화하고 선천성 면역 반응을 회피하기 위한 코돈 최적화는 어떻게 진행되나요?

saRNA는 일반 mRNA처럼 변형 뉴클레오사이드(예: N1-methylpseudouridine)를 100% 사용하기 어렵기 때문에(자가 복제 시 일반 뉴클레오타이드를 사용하므로), '순수 서열 자체'로 면역 반응을 회피하는 최적화가 필수적입니다.

• U-Depletion (Uridine 최소화) 알고리즘: saRNA 내의 Uridine(U)은 세포 내 TLR7/8과 같은 선천성 면역 센서를 강하게 자극합니다. SaRNADesigner™는 단백질 아미노산 서열은 그대로 유지하면서 동의 코돈(Synonymous codon) 치환을 통해 U 비율을 목표치(예: 18% 미만) 이하로 극단적으로 낮춰 면역원성을 최소화합니다.
• 숙주 맞춤형 CAI 최적화 (공통): 목표 숙주(Human, CHO 등)의 코돈 사용 빈도(Codon Usage) 데이터를 기반으로 CAI(Codon Adaptation Index)를 극대화하여 번역 속도와 정확도를 높입니다.
• 가성 SGP (Cryptic SGP) 제거: 삽입된 유전자 내부에 SGP(하위 유전체 프로모터)와 유사한 서열이 우연히 존재하면, 엉뚱한 곳에서 전사가 시작되어 잘려진 잉여 RNA가 생성됩니다. 알고리즘이 퍼지 매칭(Fuzzy Match)을 통해 이를 스캔하고 제거합니다.
• miRNA 회피 (miRNA Avoidance): 표적 세포의 miRBase 데이터를 연동하여, 숙주 세포의 miRNA Seed 서열과 일치하는 구간을 찾아내어 회피함으로써 saRNA가 세포 내에서 분해되는 것을 막고 반감기를 늘려줍니다.

Q4: 연구 목적에 맞춰 SaRNADesigner™를 어떻게 커스터마이징하고, 결과는 어떻게 확인할 수 있나요?

연구자의 프로젝트 특성에 맞춘 세밀한 설정과 직관적인 결과 리포트를 제공합니다.

• 백본 및 타겟 GC 사용자 설정: VEEV_TC83, SINV_HRSP 등 연구에 사용할 saRNA 백본을 직접 선택할 수 있으며, 타겟 유전자의 GC 비율(Target GC)을 직접 지정하거나 숙주 생물종에 맞춘 최적의 GC 비율로 자동 설정할 수 있습니다.
• 클로닝 효소 사이트 회피 (공통): 플라스미드 벡터 제작 시 사용할 제한효소 사이트가 최적화된 서열 내에 생성되지 않도록 설정할 수 있습니다. (GoldenGate, Gibson Assembly 등 템플릿 지원)
• 페이로드(Payload) 중심의 심층 리포트: saRNA는 전체 길이가 매우 길기 때문에 분석이 까다롭습니다. SaRNADesigner™는 최적화가 완료된 후, 방대한 백본 서열과 사용자가 삽입한 '최적화된 타겟 유전자(CDS) 영역'을 정확히 분리하여, 타겟 유전자 구간의 코돈 사용 빈도(Codon Usage), GC 변화 추이, MFE 구조(RNAplot SVG 포함) 등을 직관적인 시각적 HTML 리포트로 제공합니다.

※ SaRNADesigner™의 독자적인 CSE(보존서열) 구조적 간섭 예측 및 U-depletion 기술을 통해 선천성 면역 반응은 최소화하고 레플리콘의 증폭 효율은 극대화한 자가 증폭 RNA를 경험해보세요.
(소프트웨어 개발 완료)

In-vitro transcription(IVT)을 통해 대량으로 생산된 맞춤형 mRNA는 다양한 용도를 가지고 있어 여러 분야에 사용될 수 있습니다.

• 1. mRNA 백신 개발

  이는 IVT를 통해 가장 빠르게 발전하는 분야입니다. 바이러스 항원(면역 반응을 유발하는 외부 분자)을 암호화하는 mRNA는 IVT를 통해 신속하고 효율적으로 생산될 수 있습니다. 이러한 mRNA 백신은 세포에 항원을 생성하도록 지시하여 전체 바이러스를 도입하지 않고도 면역체계가 면역력을 개발하도록 자극합니다. 이 방법은 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공합니다.

  • 1) 더 빠른 개발: 기존 백신에 비해 mRNA 백신은 훨씬 더 빠르게 설계 및 생산될 수 있으며 새로운 전염병에 대응하는 데 유리합니다.
  • 2) 안전성: 백신에 바이러스가 포함되어 있지 않기 때문에 mRNA 백신은 일반적으로 부작용이 최소화되어 안전한 것으로 간주됩니다.
  • 3) 다양성: mRNA 플랫폼은 암호화된 항원 서열을 간단히 수정함으로써 다양한 병원체를 표적으로 삼도록 쉽게 조정할 수 있습니다.
• 2. 유전자 치료: IVT는 다양한 유전 질환에 대한 새로운 유전자 치료법으로 사용될 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.
• 3. 단백질 생산: 합성 mRNA는 Cell-free 시스템을 통해 특정 단백질의 대규모 생산에 사용될 수 있습니다.
  • 연구 응용: 단백질 기능, 단백질-단백질 상호 작용 연구, 또는 신약 개발
  • 얻기 어려운 단백질 생산: 특정 단백질은 천연 공급원에서 분리하기 어렵거나 복잡한 정제 과정이 필요할 수 있습니다. IVT는 연구 또는 치료 목적으로 이러한 단백질을 얻기 위한 대안으로 사용될 수 있습니다.
• 4. 기타 잠재적인 응용 분야
  • 조직 공학: 특정 성장 인자 또는 단백질을 코딩하는 mRNA를 전달하여 조직 재생을 자극
  • 세포 재프로그래밍: mRNA를 사용하여 재생 의학 응용을 위한 세포 운명 또는 정체성의 변화를 유도
  • 암 면역요법: 암 항원을 표적으로 삼거나 면역자극 분자를 전달하기 위한 mRNA 백신을 설계

바이오니아 홈페이지(www.bioneer.co.kr)에 접속하여 로그인 후 mRNA synthesis custom order 페이지 (https://www.bioneer.co.kr/mrnacontact)에서 양식에 따라 Capping, UTR, Poly(A) tail 여부 및 종류를 선택하고 Coding Region Sequence 등을 기입하여 제출해주시면 확인 후 mRNA 합성에 관한 자세한 안내를 받으실 수 있습니다.

mRNA synthesis service의 최적 RNA transcripts의 크기는 100 ~ 5,000 nt입니다. 이외의 길이를 원하실 경우 상담 후 서비스가 진행됩니다.

Template DNA Sample의 조건은 다음과 같습니다.

• 농도: 100~200 ng/μl
• 용량: 10 μl volume 이상(최소 1 μg의 DNA)

Sample 송부 방법

박스 안에 소속기관과 의뢰자명 및 주문번호가 기입된 내용을 Sample과 함께 동봉 후, 아래 연계 택배회사를 통하여

자사의 Gene synthesis service https://www.bioneer.co.kr/gene-synthesis-gene-synthesis-customorder.html를 통해 CDS 및 UTR의 Gene 합성이 가능합니다.

가능합니다. 자세한 내용은 mrnaorder@bioneer.co.kr로 문의주시기 바랍니다.

5’ Cap은 Cap-0 또는 Cap-1을 선택하실 수 있습니다.

3’ poly(A) tail은 111 nt(105 nt poly-A with 6 nt linker in the middle)를 선택하실 수 있습니다.

Custom 5’ 또는 3’ UTR의 modification이 가능합니다. 그 외 Bioneer 5' 또는 3’ UTR을 선택하실 수도 있습니다.

Lipid nanoparticle (LNP)서비스와 연계하여 RNA-LNP 제조를 원하시는 경우 문의바랍니다.

합성된 mRNA는 동결건조 된 상태로 제공되며 전기영동 결과와 Nanodrop을 이용한 흡광도 측정 결과가 함께 동봉됩니다.