April 26,2018

“유전자 편집 기술 정확도 대폭 향상”

실용화 위한 합성 가이드분자 개발

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머지 않은 미래에는 우리 몸 안에 삽입된 생체기계(biomachine)가 각 세포의 결함 있는 유전자 염기서열을 찾아내 고도의 정확도로 이를 수정, 치료하게 될 날이 올 것으로 기대된다.

유전자 편집의 정밀도를 높이려는 연구들이 성과를 거두면서, 새로운 돌파구 하나가 제시돼 이런 상상의 현실화에 한 발 다가서게 됐다.

캐나다 앨버타대 연구팀은 유전자 편집기술을 치료 현실에 좀더 가깝게 접목시킬 수 있는 새 기술을 개발해 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 13일자에 발표했다.

연구를 이끈 이 대학 분자치료학 연구위원장이자 약리학 조교수인 베이실 허버드(Basil Hubbard) 박사는 “우리는 유전자 편집에 사용되는 자연 가이드 분자를 가교 핵산(bridged nucleic acid, BNA)으로 불리는 합성 물질로 대체해 유전자 편집기술의 정확도를 대폭 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다”고 밝혔다.

허버드 교수팀은 이번에 발견한 기술에 대해 특허를 신청하고, 이를 임상 치료에 활용하기 위해 제약업체와 제휴를 모색하고 있다.

유전자 편집 기술은 더욱 정확하게 개선돼 머지 않은 장래에 환자 치료에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.  Credit: folio(University of Alberta News)

유전자 편집 기술은 더욱 정확하게 개선돼 머지 않은 장래에 환자 치료에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. Credit: folio(University of Alberta News)

1% 오류율 획기적으로 줄여

2012년 ‘유전자 가위’로 불리는 초정밀 유전자 편집 기술인 크리스퍼/카스9(CRISPR / Cas9)이 미국과 독일 공동연구팀에 의해 발견된 이후 이 기술에 대한 관심은 급속히 높아져 왔다. 이 시스템은 원래 박테리아 안에 자연상태로 존재하는 것으로, 박테리아를 잡아먹는 침입자인 박테리오파지의 DNA를 절단해 자신을 보호하는 역할을 한다.

허버드 교수는 “박테리아는 이전의 감염됐던 정보를 저장해 놓았다가 새로운 바이러스 침입자가 들어오면 그 DNA를 찾아내 잘라서 파괴해 버린다”고 설명했다.

그는 “연구자들은 이 시스템이 인체 세포에서도 특정 DNA 서열을 절단하도록 프로그램될 수 있어 유전자 편집이 가능하다는 것을 알게 됐다”며, “그러나 중요한 문제 가운데 하나는 이 시스템이 완벽하지 않아 때로는 비슷하게 생긴 부정확한 유전자를 자른다는 점”이라고 지적했다.

카스9 시스템은 자연 RNA 가이드 분자를 사용해 1%의 오류만 낼 만큼 정확도가 높은 편이다. 그러나 인체에 활용하려면 한 치의 오차도 있어서는 안 된다.

허버드 교수는 “우리 인체에 수조 개의 세포가 존재한다는 점을 감안할 때 그 중 1%라면 엄청난 양으로, 유전자 편집은 무엇보다 영구적인 영향을 미친다는 점에서 오류율이 중요하다”고 말했다. “잘못된 절단 하나가 환자에게 암 발생과 같은 심각한 상태를 가져올 수 있다”는 것.

연구를 수행한 캐나다 앨버타대 베이실 허버드 교수. CREDIT: Ross Neitz

연구를 수행한 캐나다 앨버타대 베이실 허버드 교수. CREDIT: Ross Neitz

치료 시스템 인체 내 전달이 과제

논문 제1저자인 크리스토퍼 크롬웰(Christopher Cromwell) 박사과정생을 포함한 허버드 교수팀이 개발한 새로운 BNA 가이드 분자는 절단할 DNA를 찾아내는데 훨씬 더 안정적이고 엄격한 것으로 나타났다.

허버드 교수는 “BNA를 사용해 카스9 시스템 유도 실험을 했을 때 어떤 경우에는 목표로 한 DNA를 찾아내는 특이도가 1만배 이상 높을 만큼 극적인 개선을 이루었다”고 밝혔다.

유전자 편집기술이 유전적 희귀병 치료 등 실제 환자 치료에 응용되기 위해서는 몇 가지 장애물을 뛰어넘어야 한다. 편집 기술의 정확도 향상과 함께 이 치료 시스템을 어떻게 효과적으로 인체에 전달하느냐는 문제 등이 그것이다. 아울러 인간 배아에서 고유의 특성이나 모습 등을 바꿀 수 있지 않느냐는 윤리적 우려도 제기된다.

그럼에도 불구하고 언젠가는 향상된 ‘유전자 가위’ 기술을 이용해 근이영양증에서부터 혈우병 및 다양한 암에 이르기까지 광범위한 유전적 질환을 치료할 수 있게 될 것으로 기대되고 있다.

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