바이오인

출처 : 한국생명공학연구원 바이오안전성정보센터

GMO 포켓북 시리즈 [No.4 유전자가위 기술은 무엇일까요?]

[목 차]

- 유전자가위 기술의 종류

- 유전자가위 기술의 이용

- 유전자가위 기술에 대한 규제

- 마무리 하며

- 생각해보기

 [서 론]

유전자가위(Genome Editing) 기술은 인간 및 동식물 세포의 유전체를 교정하는데 사용되는 기술로 유전체에서 특정 염기서열을 인식한 후 해당 부위의 DNA를 정교하게 잘라내는 시스템입니다. 2011년, 학술지 Nature methods는 유전자가위 기술을 올해의 실험기법(Method of the year)로 선정하였고, 2015년, Science는 유전자가위 기술 중 대표적인 기술인 CRISPR-Cas9을 최고의 과학기술(Break-through of the year)로 선정했습니다. 뿐만 아니라, 우리나라에서는 2015년, 미래창조과학부가 유전자가위 기술을 기술영향평가(Technology Assessment) 대상으로 선정함으로써 사회적 관심도가 높은 동시에 실생활 적용 시, 높은 파급력을 지닌 기술로 평가되고 있습니다.

- 유전자가위 기술의 종류

유전자가위 기술은 정교한 도구로써 정확히 원하는 부분만을 표적화 할 수 있어야 하고, 표적 부위를 효율적이고 정밀하게 자를 수 있어야 합니다. 유전자가위는 특정 염기서열에 작용하는 특이적인 뉴클레아제(sequence-specific nuclease)*로 공통적으로 표적 DNA 염기서열을 인식하는 부분과 표적 DNA를 자르는 부분으로 구성되어 있습니다. 현재까지 1세대-징크핑거 뉴클레이즈(ZFN: Zinc Finger Nuleases), 2세대-탈렌(TALEN: Tranion Activator-Like Effector Nucleases), 3세대-크리스퍼(CRISPR-Cas9: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Reapeats-CRISPR associated gene) 유전자가위 기술이 개발되어 이용되고 있습니다.

1세대 : ZFN

ZFNs는 DNA를 인식하는 역할을 하는 징크핑거 단백질(Zinc Finger Protein)과 DNA를 자르는 역할을 하는 제한효소인 foKⅠ를 연결하여 만든 1세대 유전자가위입니다. 징크핑거 단백질의 C-terminal은 DNA의 특정 염기서열을 인식하는 역할을 합니다. 하나의 징크핑거 단백질이 인식할수 있는 DNA 염기서열은 보통 3bp(base pair)정도로 짧으나 보통 하나의 ZFN은 3-6개의 징크핑거 단백질로 구성되어 있고, foKⅠ가 dimer(두개가 한 쌍으로 이루어진) 형태로 구성되므로 ZFN도 dimer 형태로 작동하며 총 18-36bp의 DNA를 인식할 수 있습니다.

2세대 : TALEN

TALENs는 ZFN과 비슷한 구조를 가지고 있습니다. DNA를 인식하는 TALE 단백질과 제한효소인 foKⅠ로 구성되어 있는데, TALE라는 단백질은 식물유래 세균인 Xanthomonas campestris의 병원성과 관련된 단백질에서 유래한 것입니다. 이 단백질은 34개의 아미노산이 반복되는데, 34개 중 12,13번 아미노산 서열만 변화가 있고 이 부분의 아미노산 구성에 따라 각각 인식되는 염기가 다르므로 원하는 DNA 염기서열에 맞춰 TALEN을 디자인할 수 있습니다.

3세대 : CRISPR-cas9

CRISPR-Cas9(Clustered Regularly interspaced Short Palindromic Repeats-CRISPR associated gene)은 단백질과 DNA의 상호작용으로 이루어진 ZFN과 TALEN 시스템과 달리, 교정하려는 DNA를 찾아내는 가이드 RNA와 DNA를 잘라내는 Cas9 단백질로 구성됩니다. 크리스퍼 기술은 단시간에 유전자를 잘라내고 새로 바꿀 수 있고, 동시에 여러 군데의 유전자를 손볼 수 있다는 장점으로 가장 각광받는 기술이며 적용범위가 지속적으로 확대되고 있습니다.

- 유전자가위 기술의 이용

그동안 효율적인 유전자가위 기술들이 개발되었고, 식물에서 동물까지 해당 기술적용과 관련된 연구가 이루어져왔습니다. 초기 설치류, 제브라피쉬, 옥수수, 담배 등에 ZFN과 TALEN을 적용함으로써 유전자가위 기술이 형질 개선에 중요한 도구라는 것이 증명되었고 지속적으로 유전자가위 기술이 용용될 수 있는 대상도 빠르게 확대되고 있습니다. 유전자가위 기술은 작물 기능 향상뿐만 아니라 품종개량을 위한 축산업 분야에 적용되고 있고 사람들에게 질병을 일으키는 원인인 유전자 변이 및 유전 기작에 대한 이해를 높임으로써 인류 보건(질병 치료) 증진에 기여할 것으로 기대되고 있습니다.

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