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BioINwatch

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유전자편집기술 발전과 국내 역량, 그리고 규제 방향

  • 등록일2023-12-19
  • 조회수6803
  • 분류생명 > 생물공학,  플랫폼바이오 > 바이오기반기술

유전자편집기술 발전과 국내 역량, 그리고 규제 방향

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-85


◇ 유전자편집기술 개발 경쟁이 치열한 상황이지만 국내 역량이 우수하며, 발전 잠재력 또한 높은 것으로 평가. 의료, 농업, 제조 등 유전자편집기술의 파급력을 감안했을 때, 기술 혁신의 꽃이 산업적 열매로 성장할 수 있도록 규제를 합리화(미래지향적 열린 규제 방식)하고, 허가·심사 역량을 강화해나가는 방향으로 지속 발전할 필요

▸주요 출처 : 국가생명공학정책연구센터, BioINdustry No.187, 유전자편집기술의 발전 및 성장 전망, 2023.11; Cells, Cells, The bibliometric ladscape of gene editing innovation and regulation in the worldwide, 2022,11; Nature Biotechnologys, Worldwide CRISPR patent landscape shows strong geographical biases, 2019.6.4


1. 추진배경

■ 최근 영국과 미국에서 승인된 세계 최초의 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 유전자편집 치료제 카스게비*를 계기로 유전자편집기술의 파급력 주목

* 영국에서 CRISPR-Cas9을 활용한 ex-vivo 세포치료제 ‘카스게비(Casgevy)’를 세계 최초로 승인(2023.11.16.). 미국에서도 ‘엑사셀(카스게비의 미국 상품명)’을 허가(2023.12.8.)

○ 유전자편집기술은 DNA 인식 방법과 편집 효소에 따라 1세대(ZFNs, 2003년) → 2세대(TALEN, 2010년) → 3세대(CRISPR/Cas9, 2012년) 순으로 발전, 3세대 이후로 정확도와 효율이 획기적으로 향상


< 세대별 유전자편집기술 비교 >

세대 구분

유전자가위 모식도

편집방식

특 징

1세대

징크핑거

뉴크레아제

(ZFN)

세대별 유전자편집기술-1

삭제

knock-out

- (구성) 징크핑거 단백질(표적 DNA 염기서열 인식) + FokI(DNA 이중나선 절단)

- (장점) 높은 표적 특이성, 생체 내 (In-vivo) 전달 용이

- (단점) 고비용, 복잡한 설계·제조

2세대

탈렌

(TALEN)

세대별 유전자편집기술-2

삭제

knock-out

- (구성) 탈렌 단백질(표적 DNA 염기서열 인식) + FokI(DNA 이중나선 절단)

- (장점) 높은 표적 특이성, 용이한 생체 내(In-vivo) 전달

- (단점) 고비용, 복잡한 설계·제조

3세대

크리스퍼-캐스9

(CRISPR-Cas9)

세대별 유전자편집기술-3

삭제

knock-out

- (구성) guide RNA(표적 DNA 염기서열 인식) + Cas9(DNA 이중나선 절단)

- (장점) 저비용, 간편한 설계·제조

- (단점) 생체 내(in-vivo) 전달의 어려움, 비표적 활성


○ 1세대 크리스퍼(CRISPR/Cas9) 기술 또한 기술의 한계를 극복하기 위해 2세대 염기편집(Base editing, 2016년) → 3세대 프라임편집(Prime editing, 2019년) 등이 개발 중


< 세대별 크리스퍼 기술 비교 >

세대 구분

유전자가위 모식도

편집방식

특 징

1세대

크리스퍼 캐스9

(CRISPR-Cas9)

세대별 크리스퍼-1

삭제

knock-out

- (구성) guide RNA(표적 DNA 염기서열 인식) + Cas9(DNA 이중나선 절단)

- (장점) 저비용, 간편한 설계·제조

- (단점) 생체 내(in-vivo) 전달의 어려움, 비표적 활성

2세대

염기편집

(Base editor)

세대별 크리스퍼-2

치환

substitution

- (구성) guide RNA + dCas9*+탈아미노 효소

- (장점) DNA 절단 없이 단 하나의 염기만 치환하여 안전

- (단점) A(아데닌)과 C(사이토신)2개 염기만 편집 가능

* D10A, H840A 2곳 활성부위 억제로DNA 절단 기능이 결여

3세대

프라임 편집

(Prime editor)

세대별 크리스퍼-3

삽입

knock-in

- (구성) peg RNA(gRNA+주형RNA)+ nCas9*+ 역전사 효소

- (장점) DNA 단일가닥만 절단하여 정확·효율적으로 표적 위치에 새로운 염기서열 삽입

- (단점) 최대 90개 이내의 염기만 삽입 가능

* D10A 돌연변이로 Cas9 한 곳의 활성부위 억제로 한 가닥 DNA 만 절단

출처 : 국가생명공학정책연구센터, BioINdustry No.187, 유전자편집기술의 발전 및 성장 전망, 2023.11


■ 기존의 유전자치료 방식이 유전자편집기술에 의해 빠르게 진화할 것으로 전망(외래 정상 유전자 주입 ➔ 체내 고유 유전자를 편집하여 기능을 복원)

○ 유전자편집 치료제는 체내 고유 유전자를 직접 삭제·삽입·치환하여 정상 기능을 복원하는 치료법으로,

- 이러한 방식은 미충족 수요가 높았던 희귀 유전질환(겸상적혈구 빈혈증, 혈우병, 레버 선천성 흑암시 등) 및 난치질환(암, HIV 등) 치료제 개발이 활발

※ 겸상적혈구 빈혈증 치료제: QTQ-923, HIX-763, EDIT-301, BEAM-101, 유전성 망막질환 치료제: EDIT-101, EDIT-102, 유전성 다발 신경병증,hATTR: NTLA-2001, 유전성 혈관부종 치료제: NTLA-2002 등


○ 크리스퍼 기술이 적용된 치료제가 빠르게 임상에 진입하면서 향후 다수의 신약이 출시될 것으로 기대됨에 따라 관련 시장도 빠르게 성장할 전망

- 글로벌 유전자편집 시장은 2023년 53.2억 달러에서 연평균 15%로 성장하여 2028년 106.8억 달러 규모가 될 것으로 전망

※ 유전자편집기술 중 크리스퍼 시장이 2022년 약 30억 달러로 전체시장(47억 달러)의 63.8%를 점유하며 가장 큰 시장을 형성


< 글로벌 유전자편집 시장 현황 및 전망 >

글로벌 유전자편집 시장 현황 및 전망

출처 : Markets and Markets, Gene editing market, 2023.6; 국가생명공학정책연구센터, BioINdustry No.187, 유전자편집기술의 발전 및 성장 전망, 2023.11


■ 유전자편집기술 개발 경쟁이 치열한 상황이지만 국내 역량이 우수하며, 발전 잠재력 또한 높은 것으로 평가

○ 유전자편집 관련 논문(1999년~2021.1월까지 발표된 13,980편)을 대상으로 산출량(연구량) 및 평균 피인용 횟수(연구영향력)를 분석하여 국가별, 연구기관별, 연구자별 연구 역량을 평가한 논문이 발표

※ Cells, The Bibliometric Ladscape of Gene Editing Innovation and Regulation in the Worldwide, 2022,11


○ 유전자편집 R&D를 선도하는 국가는 미국이고, 발전 잠재력이 높은 국가는 독일, 한국, 프랑스 등으로 평가

- 우리나라는 논문 수 6위(558건), 평균 피인용 횟수 6위(31.29회)를 차지하며, 비교적 우수한 역량과 발전 잠재력을 보임

※ 2021년 바이오 전체 SCIE 논문에서 국내 논문 수는 13위(출처 : 내손안의 바이오통계, 2022.11)로, 유전자편집 연구에 대한 국내 역량은 비교적 우수한 편


○ 연구 역량 상위 20개국에서 미국은 논문 산출량 1위, 평균 피인용 횟수 2위로 전 세계 유전자편집 R&D를 선도

- 중국은 논문 수 2위로 연구량은 많으나, 평균 피인용 횟수 12위로 논문 산출량 대비 연구 영향력이 낮은 편

- 논문 산출량과 평균 피인용 횟수를 종합적으로 평가했을 때 독일, 한국, 프랑스가 유전자편집 분야에서 발전할 잠재력이 높은 국가로 평가


< 연구 역량 상위 20개국¶의 논문 및 평균 피인용 횟수(1999~2021) >

연구 역량 상위 20개국의 논문 및 평균 피인용 횟수(1999~2021)

¶ 미국(5926건, 46.91회), 중국(3308건, 26.55회), 일본(1144건, 22.97회), 독일(1071건, 30.62회), 영국(1015건, 29.40회), 한국(558건, 31.29회), 프랑스(541건, 31.14회), 캐나다(528건, 22.96회), 호주(526건, 20.5회), 인도(491건, 13.05회), 그 뒤로 네덜란드, 이탈리아, 스페인, 스위스, 덴마크, 스코틀랜드, 스웨덴, 러시아, 벨기에, 이란 순으로 논문 산출량 상위 20개국에 해당

출처 : Cells, The bibliometric ladscape of gene editing innovation and regulation in the worldwide, 2022,11


○ 연구기관별로 가장 많은 논문을 발표한 기관은 중국과학원이나, 피인용이 많아 연구 영향력이 가장 큰 기관은 하버드대와 MIT

- 현재 하버드와 MIT 두 기관이 공동 설립한 브로드 연구소(Broad Institute)가 유전자편집 분야의 연구 영향력이 가장 큰 연구기관인 것으로 평가

- 논문 수 1위 기관은 중국과학원으로 총 599편의 논문을 발표했지만, 평균 피인용 횟수는 9위로 논문 산출량 대비 R&D 영향력은 낮은 것으로 조사

- 서울대학교는 논문 수 10위, 평균 피인용 횟수 4위로, 논문 수 대비 R&D 영향력이 높은 편에 해당


< 연구 역량 상위 20개 연구기관(1999~2021) >

순위

기 관

논문 수

평균 피인용

1

중국과학원(Chinese Academy of Sciences)

599

37.53

2

중국과학원 직속 과학기술대학(University of Chinese Academy of Sciences)

311

30.90

3

하버드 의대(Harvard Medical School)

291

40.3

4

스탠포드대(Stanford University)

265

46.75

5

하버드대(Harvard University)

251

280.71

6

UC 버클리(University of California, Berkeley)

220

118.13

7

중국 농업과학원(Chinese Academy of Agricultural Sciences)

192

22.41

8

메사추세츠 공대(MIT)

173

298.36

9

UC 샌디에고(University of California, San Diego)

160

39.74

10

UC 샌프란시스코(University of California, San Francisco)

155

54.07

11

서울대(Seoul National University)

153

70.65

12

도쿄대(The University of Tokyo)

152

36.21

13

옥스포드대(University of Oxford)

151

22.07

14

미네소타대( University of Minnesota)

148

46.14

15

펜실베니아대(University of Pennsylvania)

147

56.56

16

저장대(Zhejiang University)

146

20.82

17

워싱턴대(University of Washington)

144

40.56

18

교토대(Koto University)

138

24.96

19

메사추세츠 제너럴 병원(Massachusetts Gen Hospital)

137

173.14

20

UC 데이비스(University of California, Davis)

139

27.55

출처 : Cells, The bibliometric ladscape of gene editing innovation and regulation in the worldwide, 2022,11


○ 연구 역량 상위 1∼5위 연구자들의 논문 수는 유사하나, 평균 피인용 횟수에서 큰 차이

- 평균 피인용 횟수가 가장 높은 연구자는 미국 MIT 펭장 교수(589회)이며, 그 뒤로 제니퍼 다우드나 교수(280회), 김진수 교수(153회) 순으로 조사


< 연구 역량 상위 5위 연구자(1999~2021) >

연구자

논문 수

평균 피인용 횟수

최근 3년 성장율

기관

타카시 야마모토

(Takashi Yamamoto)

69

27.04

20%

히로시마대

테츠시 사쿠마

(Tetsushi Sakuma)

62

28.44

19%

히로시마대

펭장(Feng Zhang)

62

589.1

25%

MIT

김진수(Jin-Soo Kim)

61

153.34

24%

서울대

제니퍼 다우드나

(Jenifer A Doudna)

52

280.65

44%

UC 버클리

출처 : Cells, The bibliometric ladscape of gene editing innovation and regulation in the worldwide, 2022,11


○ 한편, 크리스퍼 기술 관련 특허 출원에서도 우리나라는 비교적 우위를 보이는 것으로 조사

- 2,072건의 크리스퍼 관련 특허 출원(2017년 12월말 기준)을 분석한 논문이 Nature Biotechnology 저널에 발표

※ Nature Biotechnologys, Worldwide CRISPR patent landscape shows strong geographical biases, 2019.6.4

- 미국(872건)이 중국(858건)을 근소한 차이로 앞서고 있고, 유럽 전체를 제외하면 한국은 75건의 특허 출원으로 3위에 위치


< CRISPR 기술 관련 특허 다출원 주요 국가(2012~2018) >

CRISPR 기술 관련 특허 다출원 주요 국가(2012~2018)

출처 : Nature Biotechnologys, Worldwide CRISPR patent landscape shows strong geographical biases, 2019.6.4


 

...................(계속)

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