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유전자가위 기술_기초연구본부 선정 R&D 이슈 연구동향(21) [R&D Brief 2020-42]

분류 기술동향 > 생명과학
출처 한국연구재단 조회 2506
자료발간일 2020-12-17 등록일 2021-01-05
내용바로가기 https://www.nrf.re.kr/cms/board/library/view?menu_no=419&o_menu_no=420&page=&nts_no=146904&nts_cat=REPORT_L_01&search_type=NTS_TITLE&search_keyword=&nts_cat=REPORT_L_01
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유전자가위 기술_기초연구본부 선정 R&D 이슈 연구동향


1. 유전자가위 기술(genome editing technology)
ㅇ 생물 유전체(Genome)의 특정 위치에 염기(A,T,G,C)를 넣거나 빼거나 치환하는 방법

☞ 특정 DNA 서열을 인식하는 성분과 인식된 부위를 절단하거나 변형시키는 성분으로 구성되어 빠르고 편리하게 유전정보를 교정함. 
☞ 유전자가위 기술은 제1세대 징크핑거(ZFN, 2002년), 제2세대 탈렌(TALEN, 2010년), 제3세대 크리스퍼(CRISPR, 2012년)로 개발
※ 출처 : Nat Rev Genet 2014, 김상규 교수(카이스트) 검토(2020.11.9.) 

 


2. 왜 주목받고 있나?
ㅇ 생명체의 유전정보를 거의 만능으로 교정 및 개선하여 과학과 의료의 미래를 앞당긴 혁신기술

☞ 크리스퍼 유전자가위 기술은 2012년에 보고된 이후 “21세기 가장 혁명적인 생물학적 도구”로 여겨지고 있으며 2020년에 노벨화학상에 선정됨. 
☞ 특히 크리스퍼 기술은 다른 유전자가위 기술에 비해 높은 효율성과 쉬운 제작 방법으로 인해 암을 비롯한 난치성 질환, 유전질병치료, 농축산물 개량, 동식물의 형질 개선 등 의생명과학의 패러다임을 바꾸고 있음. 
※ 출처 : Science 2014, 김상규 교수(카이스트) 검토(2020.11.9.)


3. 최근 많은 연구가 이루어지고 있나?
ㅇ 유전자가위 기술은 생명과학기술의 가장 중요한 기술로 각광받고 있으며, 관련 논문의 출판이 지난 수년 간 폭증하고 있음.
- 유전자가위 기술 연구주제 관련 일정 주기별 논문 출판 수 변화(PubMed*)
* 미국 국립의학도서관의 NCBI(National Center for Biotechnology Information)에서 제작하여 무료로 제공하는 의학서지정보 데이터베이스


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4. 최근 국내·외 연구 동향은?
ㅇ (스웨덴, 미국) 미생물 면역체계 유래 제3세대 크리스퍼 유전자가위 개발(스웨덴 우메오 대학교와 미국 UC 버클리 대학교, 2012.6.) 

 ▪ 스웨덴 우메오 대학교(현 독일 막스플랑크)의 에마뉘엘 샤르팡티에 박사와 미국 UC버클리대학의 제니퍼 다우드나 교수팀이 화농성연쇄상구균(Streptococcus pyogenes)이 가지고 있는 CRISPR-Cas9 시스템의 작동원리 와 구성요소를 밝히고, 시험관 수준(in vitro)에서 유전자 가위를 최초로 개발하였음. 

-  Science에 논문이 게재(2012.6.)되었고, 현재까지 약 1만회가 피인용 될 정도로 그 생명과학/공학, 의과학, 농식물학 등 전반에 미치는 파급력이 매 우 컸음. - 본 연구의 결과로 2020년 노벨 화학상이 두 과학자에게 수여되었음. 

 ▪ 한편, 리투아니아 빌니우스대 비르기니우스 식스니스 교수팀은 거의 동시에 스트렙토코커스 서모필러스균(Streptococcus thermophilus)에서 유래한 카스9 단백질(StCas9)을 통해 시험관 수준(in vitro)에서 유전자가위 기술을 구현하였음(미국 국립 과학원회보(PNAS), 2012.9.). 


 ㅇ (미국, 일본) 단일염기 교정 정밀 유전자가위 개발 (미국 하버드대학의 데이비드 리우 교수, 2016.5., 일본 고베대학의 아키히코 콘도 교수, 2016.9.) 

▪Cas9 유전자가위는 기본적으로 타겟 DNA의 이중나선 절단을 유도하고, 이후 세포 내의 수선 기작을 통해 유전자 교정이 이루어짐. 이를 통해 타겟 DNA 이중나선 절단 없이도 높은 효율로 타겟 염기를 정확하게 치환할 수 있는 염기교정 유전자가위가 개발되었음. 

- 미국 하버드대학의 데이비드 리우 교수팀이 시토신 염기교정 기술 개발(CBE) (Nature, 2016) - 일본 고베대학의 아키히코 콘도 교수팀이 시토신 염기교정 기술(Target-AID) 개발 (Science, 2016) 

- 미국 하버드대학의 데이비드 리우 교수팀이 아데닌 염기교정 기술 개발(ABE) (Nature, 2017) 

 

 

ㅇ (미국) 유전자가위 교정 면역세포의 활용으로 불치성 암 치료(펜실베니아 대학교, 2020.02.) 
 
 ▪ 미국 펜실베니아 대학교의 사이먼 레이시와 칼 준 박사 연구팀은 면역 관문 유전자를 유전자 가위 기술을 통해 제거한 T 면 역세포를 이식하여, 치료 불능성 암 환자에 대한 임상 시험을 수행하였음. 
 
- 면역 관문 유전자인 TRAC, TRBC, PDCD1을 유전자가위 기술로 제거한 T 세포를 바이러스 시스템을 통해 구축하였음. 
- 3명 의 치료 불능성 암환자에 이식하여, 9개월간 이식한 T 세포의 생존을 확인하였음. 
- 3명 중 2명 에서 4개월간 50%의 종양 크기 감소가 지속되었음(Science, 2020.2.). 



...................(계속)

 

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.

 

 

 

 

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