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돌연변이 콕 집어 자르고 교정…'유전자 가위' 진화는 계속된다
한국경제 | 2020-09-19 02:15:23
[ 이해성 기자 ] 고혈압, 당뇨 등 만성 질환이나 일부 암은 유전이 되는 경우
가 많다. 병을 일으키는 유전자를 잘라내 질환 대물림을 막는 ‘유전자 가
위’ 기술이 세상에 등장한 지 20여 년이 흘렀다. 가위의 절단 성능(정확
도)도 차츰 진화하고 있다.

유전자 가위는 미생물로부터 분리한 천연 가위(제한효소)와 생명공학 기술로 만
들어낸 인공 가위 두 가지가 있다. 인공 가위는 1세대 ZFN(징크 핑거 뉴클레아
제)과 2세대 탈렌을 거쳐 현재 3세대 ‘크리스퍼-카스9’이 주로 사
용되고 있다. 크리스퍼-카스9은 가위 역할을 하는 단백질 ‘카스9’
에 자를 부위를 안내해주는 ‘가이드 RNA(리보핵산)’를 붙인 것이다
. 카스 단백질은 카스9, 카스12 등 여러 가지가 있는데, 카스 종류에 따라 가이
드RNA도 맞춰서 바꿔야 유전자가 제대로 잘린다.

한국연구재단은 김형범 연세대 의대 교수팀이 ‘점돌연변이’ 교정을
위한 유전자 가위의 안전성을 높일 수 있는 실마리를 발견했다고 최근 밝혔다
.

유전자의 본질인 DNA(데옥시리보핵산)는 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티
민(T) 등 네 가지 염기가 두 개씩 30억여 개 쌍(bp)을 이뤄 꼬인 이중나선 구조
로 돼 있다. 이들 염기 특정 부위에 변이가 일어나는 것을 점돌연변이라고 한다
. 유전질환의 대부분이 점돌연변이 때문인 것으로 알려져 있다.

크리스퍼-카스9 유전자 가위는 특정 염기를 절단할 수 있으나, 염기를 바꾸는
‘치환’까지는 기술적으로 어렵다. 치환이 가능한 ‘염기교정
유전자 가위’ 연구가 집중적으로 이뤄지고 있는 배경이다. 염기교정 유
전자 가위는 특정 bp의 시토신(C)을 티민(T)으로 바꾸거나, 아데닌(A)을 구아닌
(G)으로 대체한다. 2016년 미국 하버드대 연구진이 처음 개발했다. 다만 가위를
써 1개 염기만을 바꿔야 하는데, 2개 염기가 한꺼번에 바뀌는 경우가 많아 이
를 방지하는 기술이 중요했다.

김 교수팀은 염기 교정 유전자 가위의 효율과 절단 결과물에 대한 빅데이터를
확보한 뒤 인공지능(AI) 딥러닝 기법을 적용해 ‘교정 결과 예측 프로그램
’을 만들었다. 이 프로그램을 이용해 2만3479개의 점돌연변이 유전질환
가운데 염기교정 가위로 유전자 편집을 시도해볼 수 있는 낭포성 섬유증 등 30
58개 질환을 선별했다. 낭포성 섬유증은 기관지 내 점액 분비선에 이상이 생기
거나 췌장 소화 효소 분비가 잘못돼 폐와 소화기관 등이 망가지는 유전질환이다
.

연구팀 관계자는 “점돌연변이 유전질환 교정은 원하지 않는 위치에서 가
위의 작동(편집) 확률을 미리 예측하는 것이 중요하다”며 “최적의
유전자 가위를 선별하는 데 도움이 될 수 있는 연구 성과”라고 설명했다
.

한국생명공학연구원 김대식 전임연구원과 기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구
단 김진수 수석연구위원, 임가영 선임연구원 공동 연구팀은 최근 DNA의 시토신
염기 하나를 우라실(U) 염기로 바꾸는 ‘Cpf-1 염기 교정 유전자 가위&r
squo; 기술의 정확성을 처음으로 입증했다고 발표했다. 가위 작동 전후 염기 분
포를 지도로 그려 분석하는 ‘유전체 시퀀싱’ 방법을 썼다. 이 가위
는 2018년 중국 상하이기술대 지아첸 교수팀이 처음 개발했지만 정확성이 규명
되지 않았었다. 이번 연구 결과는 생물학 분야 저널 ‘네이처 커뮤니케이
션즈’에 실렸다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com


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