분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2015-04-02 19:59:57 , Hit : 1150
 CRISPR의 능력을 배가(倍加)시키는 미니 유전자

바이오통신원 [바이오토픽] CRISPR의 능력을 배가(倍加)시키는 미니 유전자

생명과학  양병찬 (2015-04-02 09:23)

"과학자들은 수백 가지의 세균을 대상으로 600여 개의 Cas9 유전자를 샅샅이 분석한 끝에, Staphylococcus aureus에서 AAV에 적재할 수 있는 소규모 Cas9 유전자를 찾아냈다."

CRISPR에 이용될 수 있는 ‘소규모 Cas9 유전자’를 보유한 것으로 밝혀진 Staphylococcus aureus

CRISPR에 이용될 수 있는 ‘소규모 Cas9 유전자’를 보유한 것으로 밝혀진 Staphylococcus aureus



정밀 유전자편집 기법을 보완하는 방법이 새로 개발되어 유전자 결함의 교정 능력을 배가(倍加)시킬 것으로 보인다. 현재 CRISPR은 실험실에서 동물 배아를 대상으로 유전자를 삽입하거나 결함있는 유전자를 제거하는 데 사용되고 있다. 그러나 CRISPR이 사용하는 유전적 기구(Cas9라고 불리는 유전자편집 효소와 그것을 표적으로 유도하는 RNA 분자)의 크기가 너무 커서, 인간의 세포에 효과적으로 접근하기 어렵다는 문제점이 있었다.

과학자들은 4월 1일 Nature에 기고한 논문에서(F. A. Ran et al. Nature
http://dx.doi.org/10.1038/nature14299 2015), 이 같은 문제점을 우회할 수 있는 방법을 발견했다고 보고했다. 그 방법이란, 현재 사용되고 있는 Cas9보다 훨씬(1/3) 작은 미니 효소를 사용하는 것이라고 한다. 이는 인간의 다양한 유전질환을 치료하는 길을 연 것으로 평가된다. "인간의 질병 중에서 수천 가지가 특정 유전자의 변화와 관련되어 있는데, 그중 상당수가 유전자편집 기술을 이용하여 치료될 수 있다"라고 하버드 대학교의 데이비드 리우 교수(화학생물학)는 말했다. (리우 교수는 이번 연구에 참여하지 않았다.)

최근 유전자편집 기술을 인간 배아에 사용하는 문제를 놓고 큰 논란이 벌어지고 있다. 일부 과학자들은 그것의 안전성이 확인되기도 전에 의사들에 의해 인간 배아의 유전자를 편집하는 데 사용될까 봐 우려를 표명하고 있다(E. Lanphier et al. Nature 519, 410–411; 2015). 이러한 우려는 '배아의 유전자를 편집할 경우, 후손들이 자신들의 의사와 무관하게 편집의 결과를 물려받을 수 있다'는 사실 때문에 더욱 증폭되고 있다(Nature 519, 272; 2015). 그러나 체세포의 경우에는 유전 문제가 개입되지 않으므로, 이미 많은 과학자들과 바이오업체들이 CRISPR의 임상적용을 위해 경쟁하고 있다.

그러나 어떤 의미에서 보면 윤리문제는 그렇게 복잡한 문제도 아니다. CRISPR을 실제로 임상에 적용하는 데는 윤리 문제보다 더 복잡한 문제가 도사리고 있다. 배아는 (인간의 각종 조직으로 분화할 수 있는) 소수의 세포로 구성되어 있으므로, 이 단계에서 유전자를 편집하려면, 그저 필요한 CRISPR 요소를 몇 개의 세포에 주입하면 그만이다. 그러나 성인의 세포에 유전자편집 기술을 적용하는 것은 이야기가 다르다. 성인의 경우, 수조 개의 세포들이 뒤섞여 수많은 조직들을 구성하고 있기 때문에, 과학자들은 특정 세포(결함있는 유전자 때문에 생리적 기능이 교란되고 있는 세포)를 겨냥하는 데 애를 먹고 있다.

"설사 세계 최고의 유전자편집 시스템을 보유하고 있더라도, 그것을 특정한 세포에 적용할 수 없다면 말짱 도루묵이다. 우리는 이 문제를 해결하기 위해 수많은 시간을 투자하고 있다"라고 인텔리아 세라퓨틱스(매사추세츠주 케임브리지 소재 바이오업체)의 CEO인 네선 버밍엄은 말했다. (인텔리아는 유전자편집 기술을 임상에 적용하는 것을 목표로 하고 있다.)

꼭 맞는 방법(snug fit)

유전자요법을 연구하는 과학자들은 종종 AAV(adeno-associated virus)라는 바이러스를 이용하여 외부 유전자를 성숙한 인간 세포에 배달한다. 그러나 대부분의 연구실에서 사용하는 Cas9 유전자는 크기가 너무 커서, (Cas9의 기능발현에 필요한 추가 시퀀스까지 고려할 경우) AAV의 유전체에 삽입할 공간이 부족하다.

이에 미국 브로드 연구소(Broad Institute of MIT and Harvard)의 장 펭 박사가 이끄는 연구진은 해결책을 찾기 위해 세균의 유전체를 뒤져보기로 결정했다. 왜냐하면 어차피 CRISPR도 '세균이 불필요한 DNA 시퀀스를 잘라내는 메커니즘'에서 유래하는 것이기 때문이다. 연구진은 (AAV에 적재하여 성숙한 세포에게 배달할 수 있는) 소규모 버전의 Cas9 유전자를 찾아내기 위해, 수백 가지의 세균을 대상으로 600여 개의 Cas9 유전자를 샅샅이 분석했다.

피부감염이나 식중독의 원인균으로 알려진 Staphylococcus aureus의 경우, Cas9를 코딩하는 유전자는 1,000여 개의 DNA 문자를 갖고 있어, 기존의 Cas9 유전자보가 크기가 작은 것으로 밝혀졌다. 연구진은 S. aureus 의 유전자를 RNA와 함께 AAV에 적재하여 - 간(肝)의 콜레스테롤 조절 효소를 코딩하는 유전자를 겨냥하기 위해 - 마우스에게 주입했다. 그러자 일주일 이내에, 변형된 AAV를 주입받은 마우스의 간세포 중 40%가 변형된 유전자를 보유하고 있는 것으로 나타났다.

"이번 연구는 유전공학자들의 손에 새로운 도구를 쥐어준 것이나 마찬가지다"라고 리우 교수는 논평했다. 리우 교수는 커다란 Cas9 단백질을 가이드 RNA와 결합하여, 바이러스를 이용하지 않고 표적세포에 배달하는 방법을 연구해 왔다. "향후 다양한 전달방법을 개발하여, 개별 조직에 적합한 유전자편집 기법을 선택하게 될 수도 있을 것으로 본다"라고 버밍엄은 말했다.

현재 듀크 대학교의 찰스 거스바흐 교수(생명공학)는 마우스를 대상으로, 소규모 Cas9 효소를 이용하여 뒤시엔느 근위축증(Duchenne muscular dystrophy)과 관련된 돌연변이를 교정하는 방법을 연구하고 있다. (뒤시엔느 근위축증은 전세계적으로 3,500명의 소년들 중 한 명이 걸리는 난치성 질환이다.) "이번 연구결과는 CRISPR의 임상적용을 촉진할 것으로 보이지만, 속단은 금물이다. 유전자편집 분야는 너무나 빨리 발전하고 있어서, 아직 검층된 것이 많지 않기 때문이다.

※ 출처: Nature 520, 18 (02 April 2015) doi:10.1038/520018a(http://www.nature.com/news/mini-enzyme-moves-gene-editing-closer-to-the-clinic-1.17234)

※ 참고: 인간 배아/생식세포 편집: 무엇이 문제인가?(http://bric.postech.ac.kr/myboard/read.php?Board=news&id=257633)








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