미래의 희망! 유전자 가위 ㅡ난치병 치료기술

크리스퍼 유전자 가위가 무엇일까요?

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크리스퍼의 유전자 가위

 

2012년 세상에 모습을 드러낸 <크리스퍼> 유전자 가위는 과학자들을 깜짝 놀라게 하기에

충분했다고 합니다.  희귀 난치병 치료를 위한 유전자 치료 기술의 핵심은 3세대 유전자가위라는

별칭으로 알려진 크리스퍼-캐스(CRISPER-CAS)9 입니다.

 

그 이유는 생명체의 기본이 되는 4개의 DNA의 특정 염기를 정교하게 떼어내거나 붙일 수 있는

능력을 보여줍니다.

덴마크 효소 관련 바이오 기업인 다니스코의 연구자들은 부패한 유산군 사이에서 살아남은 유산균이

내성을 갖고 있음을 밝혀냈다고 합니다. 이 면역 작용에 큰 역할을 한 것이 바로 크리스퍼였다.

 

즉 외부에서 침입한 DNA의 일부를 기억해두었다가 재침입시 이를 잘라냅니다.

예방 접종과 같은 역할을 한 셈이라고 합니다.

 

인간을 비롯해 지구상에 있는 모든 생물은 유전자 A,G,C,T의 무한 나열이 기본이죠.

DNA의 특정 염기 서열은 RNA로 전사되고, 이것이 생명체를 이루는 단백질을 형성합니다.

만약 염기 서열에 고장이 나거나 있어야 할 것이 없으면 단백질이 제대로 만들어지지 못합니다.

 

 

 

 

2013년 들어서면서 UC 버클리의 크리스퍼를 이용해 다양한 동물의 DNA를 잘라내는 연구가 활발히

진행되기 시작합니다.

"생명공학 지식이 있는 사람이라면 누구나 손쉽게 유전자 가위를 활용할 수 있게 됐다"

는 말까지 나왔다고 합니다.

 

2017년 학술지 <네이처>와 <사이언스>에는 각각 하버드대와 MIT연구진의 논문이 게재됩니다.

하버드대는 유전자 가위를 이용해 DNA를 잘라내는 대신 염기 하나만을 바꾸는 기술을 개발해

<네이처>에 발표, 아데닌(A)이 있는 자리에 유전자 가위를 넣으면 효소가 이를 구아닌(G)으로 바뀌는 방식입니다.

 

기존 유전자 가위가 DNA 특정 염기 서열, 즉 A.G.C.T를 통째로 바꿀 수 있었다면

이번 기술은 단 하나의 염기만 골라낼수 있었다는 것입니다.

보다 간편한 방식으로 DNA교정이 가능해진 셈입니다.

 

MIT가 <사이언스>에 실은 논문은 DNA가 아닌 RNA에서 이뤄집니다.

<장펑> MIT 교수는 RNA에서 아데닌을 구아닌으로 바꾸는데 성공합니다.

DNA대신 RNA를 교정하면 유전체를 영구적으로 변화시키지 않으면서도

질병을 초래하는 유전자 교정이 가능해집니다.

 

DNA염기 하나 바뀌는 것으로 질병을 일으키는 돌연변이는 3만여 개에 달합니다.

그중 절반이 아데닌과 구아닌이 바뀐 형태입니다.

간질, 파킨스병등이 이에 해당합니다.

 

기초과학연구원(IBS)ㅡ 유전체교정연구단, 아데닌 염기 교정 도구 최초 개발

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2022년 4월 국내 연구진이 세포에 필요한 에너지를 만들어내는 세포소기관

‘미토콘드리아’ DNA의 염기 중 ‘아데닌(A)’을 교정할 수 있는 도구를 세계 처음으로 개발했습니다.

미토콘드리아는 세포 안의 작은 기관으로, 에너지를 만드는 역할을 합니다.

 

여기에 문제가 생기면 머리부터 발끝까지, 특히 뇌ㆍ신경계ㆍ근육처럼

에너지가 많이 필요한 부분에 두드러진 이상 증상이 나타납니다.

 

최근까지도 미토콘드리아 DNA 교정은 불가능했다고 합니다.

2020년 미토콘드리아 DNA의 시토신 염기를 티민으로 교정하는 기술이 개발됐지만

점 돌연변이 9개 정도만 고칠 수 있다는 한계가 있었다고 합니다.

 

기초과학연구원(IBS)은 유전체교정연구단장 연구진이 미토콘드리아 DNA 아데닌 염기 교정 도구

‘TALED’를 개발하고 국제학술지 ‘셀(Cell)’에 발표했다고 2022년 4월 26일 밝혔다. 

 

연구진이 제작한 TALED 기술을 인간 미토콘드리아 DNA에 적용한 실험 결과

아데닌 염기가  구아닌 염기로 치환됐다.

동물이 아닌, 인간 미토콘드리아 DNA의 아데닌 염기 교정에 처음으로 성공한 것이다.

 

미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 5000명 중 1명 꼴로 심각한 유전질환이 발생한다.

암이나 당뇨병, 노화 관련 질환을 일으킬 수도 있다. 

 

연구진은 나아가 시토신 탈아민화 효율을 높이는 단백질을 TALED에 융합하면

시토신과 아데닌의 염기 교정을 동시에 할 수 있다는 사실도 확인했다.

시토신과 아데닌 염기 동시 교정이 가능하면 유전질환 치료 전략을 만드는 데 활용할 수 있다. 

 

연구진의 성과가 실제 적용된다면 간단한 교정만으로 질병치료가 가능해질 수 있다는 것입니다.

물론 아직 가야 할 길이 아직 멀다는 것이지만 앞으로 진화할 무한한 가능성이 있다는

의료과학기술의 발전을 예견하고 있습니다.