바이오인

2020 바이오미래유망기술(하)

프라임 에디팅 유전자 교정기술 소개와 전망

한양대학교 화학과 정유경, 황규호, 배상수

1. 개요와 현황

가. 크리스퍼 면역체계의 발견과 유전자 교정기술로써의 활용

지구상에 존재하는 모든 생명체들은 각각의 고유한 유전체인 DNA를 가지고 있고, 그 유전체에 담긴 정보를 기반으로 생명활동을 이어나간다.

따라서 유전체를 원하는 대로 바꾸거나 수정할 수 있으면 생명현상을 이해할 수 있을 뿐 아니라, 생명활동을 조절하고 개선하는 데에 큰 도움이 될 것이다. 이를 위해서는 특정 DNA 서열을 인식하는 시스템이 필수적인데, 자연계에는 특정 서열의 DNA 이중나선을 자를 수 있는 제한효소가 존재한다. 하지만, 제한효소들이 인식하는 DNA 염기서열은 보통 4~6개 정도로 짧아서 DNA 플라스미드(~10KB)와 같이 아주 작은 유전체에는 적용될 수 있지만, 인간의 유전체(3GB)처럼 크기가 큰 경우에는 타겟 서열이 너무나 많아 하나의 유전자만을 표적해서 자르는 것은 거의 불가능하다.

따라서 연구자들은 인간 유전체에 적용가능한 유전자가위를 개발해 왔는데, 그 구성형태와 요소에 따라 크게 1세대 징크 핑거 뉴클레어제 (Zinc Finger Nuclease; ZFN), 2세대 탈렌 (Transcription-activator-like Effector Nuclease; TALEN), 3세대 크리스퍼 (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats; CRISPR) 유전자가위로 구분된다.

특히 3세대 크리스퍼 유전자가위는 2012년 말 개발되었는데, 정확성이 높고 효율도 좋을 뿐 아니라, 누구나 쉽게 사용할 수 있으며 가격도 저렴하다는 장점 덕분에 현재는 다른 유전자가위들에 비해 압도적으로 많이 사용되고 있다.

크리스퍼 유전자가위는 박테리아와 같은 미생물에 존재하는 후천적 면역체계인 크리스퍼-카스(CRISPR-Cas) 시스템에서 유래되었다. 박테리아는 박테리오파지와 같은 외부의 바이러스가 공격을 해오면, 이에 대한 방어 수단으로 침입한 바이러스 DNA를 잘라내고 일부 조각을 반복서열이 있는 크리스퍼 영역에 저장해 두는데, 이 과정은 일종의 메모리 시스템이라고 할 수 있다.