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유전자편집기술

생명체의 유전자 정보를 원하는대로 바꿀수 있는 유전자편집기술(유전자가위라고도 함)은 질병 치료 및 농수축산 분야의 발전에 크게 기여하고 있으며, 이러한 공로로 제3세대 유전자편집 기술인 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 유전자편집기술을 개발한 과학자들에게 2020년 노벨화학상을 수상하였습니다.

유전자편집기술

개념

생명체의 유전자 정보를 원하는대로 바꿀수 있는 유전자편집기술(유전자가위라고도 함)은 질병 치료 및 농수축산 분야의 발전에 크게 기여하고 있다. 이러한 공로로 제3세대 유전자편집 기술인 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 유전자편집기술을 개발한 과학자들에게 2020년 노벨화학상이 수상되었다.


유전자편집기술은 인류의 난제인 질병, 식량, 에너지 문제 등을 해결할 수 있는 혁신적인 기술로 자리매김 했으나 안전성과 효능의 입증, 사회적 합의 및 법적·윤리적 문제 해결이 선행되어야 한다. 2018년 ‘유전자편집 아기’ 탄생 사건은 유전자편집기술에 대한 국제적인 논의 및 가이드라인 제정을 촉발시키는 계기가 되었고, 의도치않은 편집을 야기하는 오프타켓(off-target) 문제를 해결하기 위한 다양한 시도가 이뤄지고 있다.


여기에서는 바이오인에서 담고 있는 유전자편집기술에 관련된 다양한 자료들을 종합적으로 살펴볼 수 있다.




유전자 편집기술 관련

연구개발 동향






인간과 동식물 유전체에서 특정 DNA를 인식하여 자르거나 교정하는 유전자편집기술은 유전·난치 질환의 치료 및 동·식물의 품종 개량 등에



활용되고 있다. 2003년 1세대 유전자편집기술 ZFNs(Zinc Finger Nucleases) 등장 이후 지속적인 발전, 기존 기술보다 정확도와 효율성이



획기적으로 높은 크러스퍼 유전자편집기술(CRISPR/Cas9)이 등장하면서 유전자편집기술은 본격적으로 활용 범위를 넓히기 시작하였다.





유전자편집기술을 활용한 유전질환, 암 등의 치료제 개발이 활발, 임상단계에 진입한 사례도 있다.그러나 유전자편집 기반 치료제의



효능 및 안전성을 입증하는데는 더 많은 연구가 필요하다.






유전자편집기술 관련

이슈들

(특허, 제도, 규제 등)






시장 성장 잠재력인 높은 크리스퍼 유전자편집 원천기술에 대한 특허 소송이 UC 버클리(미국), 브로드연구소 (미국), 툴젠(한국)의 3자 구도로



진행중이다. 지속된 특허 분쟁은 유전자편집기술을 활용하는 기업들의 사업 및 수익에 불활실성을 높이고 있다.





2018년 중국 과학자에 의한 ‘유전자편집 아기’ 탄생 사건으로 유전자편집기술의 윤리 문제가 촉발되면서 국제사회는 인간유전자편집 가이드라인



제정에 대해 논의하기 시작하였다. 영국, 미국, 중국 등은 연구 목적에 한해서 인간배아 유전자편집을 허용하고 있으나, 한국은 금지하고 있다.





유전자편집 동·식물에 대한 GMO 규제 적용 여부는 나라마다 상이하다. 미국, 호주, 일본 등은 유전자편집 작물을 규제하지 않고 있으나



유럽은 GMO와 같은 규제를 하고 있다. 그러나 최근 유럽에서도 유전자편집 작물에 대한 규제 완화 움직임이 있다.






유전자편집기술 시장






글로벌 유전자편집기술 시장은 2018년 36.2억달러(약 4조 860억원)에서 연평균 14.5%로 성장하여 2023년 71.2억달러(약 8조 370억원)



규모로 확대될 전망이다(출처: Frost&Sullivan, 2019).현재 유전자편집 시장은 3세대 유전자편집기술인 CRISPR/Cas9을 활용한 시장이



전체의 54%로 가장 큰 시장을 형성하고 있으며, 2세대 유전자편집기술 TALENs이 23%, 1세대 유전자편집기술 ZFNs이 11%를 차지하고 있다.





글로벌 유전자편집기술을 선도하는 기업들은 Horizon Discovery Group, CRISPR Therapeutics, Sangamo Therapeutics



, GeneScript Biotech, Editas Medicine 등으로, 최근 혁신적 기술을보유한 스타트업에 대한 투자도 활발하다.






내용 출처






생명공학정책연구센터, BioINdustry 134호, 글로벌 유전자편집 시장 현황 및 전망, 2019.2





생명공학정책연구센터, BioINwatch 17-85, 세계 최초의 인체 내 유전자 편집 임상시험, 2017.12.12.





동아사이언스, 유전자 가위 노벨상 받고 다시 세기 특허전쟁 속으로, 2021.1.11.





바이오안전성정보센터, EU 집행위, 유전체신기술(NGT) 관련 검토 결과 발표, 2021.4.30






지식

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  • BioINwatch신기술(합성생물학, 유전자편집기술 등) 발전에 따른 유전자변형미생물(GMM)의 합리적 규제 방안

    신기술(합성생물학, 유전자편집기술 등) 발전에 따른 유전자변형미생물(GMM)의 합리적 규제 방안 BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 25-21          ◇  합성생물학, 유전자편집기술 등 신기술의 발전으로 맞춤형 GMM을 정교하게 제작할 수 있게 되면서 농업과 환경정화 용도를 넘어 다양한 분야에서 GMM 연구와 활용이 증가하는 추세. 그러나 신기술의 정의와 규제 범위가 불분명하여 상업적 활용뿐 아니라 신기술 자체의 발전을  제한. 최근 리뷰 논문에서 GMM의 정교한 기능과 안전성을 동시에 담보하는 유전공학적 설계 및 합리적 규제 방안을 제안 ▸주요 출처 : Nature Microbiology, Design and regulation of engineered bacteria for environmental release, 2025.2.4    ◆︎ 유전자변형미생물(GMM)*의 정교한 기능과 안전성을 동시에 담보하는 유전공학적 설계 및 합리적 규제 방안을 제안

    2025-03-27

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        크리스퍼 유전자편집기술의 새로운 트렌드 BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 24-2 ◇ 1세대 크리스퍼 기술(CRISPR-Cas9, CRISPR 1.0)을 넘어 더 정밀하고 안전하며 효율적인 차세대 크리스퍼 기술(CRISPR2.0)로 도약을 기대. DNA 이중 가닥을 절단하여 표적 유전자의 기능 상실(loss-of-function)만 유도했던 1세대 기술에 비해 차세대 크리스퍼 기술은 DNA 절단 없이 단일 염기쌍을 치환거나 특정 염기서열을 표적 부위에 삽입하는 방식으로 치료 가능 범위를 확장할 것으로 전망 ▸주요 출처: Nature News, CRISPR 2.0: a new wave of gene editors heads for clinical trials, 2023.12.14 ■ 최초의 크리스퍼 유전자편집 치료제인 카스게비*가 승인된 상황에서 1세대 크리스퍼 기술(CRISPR-Cas9, CRISPR 1.0)을 넘어 더 정밀하고 효율적인 차세대 크리스퍼

    2024-01-04

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        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 st

    2023-12-19

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  • BioINwatch영국, 세계 최초로 크리스퍼 치료제 승인

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    2023-11-24

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  • BioINwatch크리스퍼(CRISPR) 유전자 편집기술, 유전적 예방 접종 시대를 열까?

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    2023-03-14

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    2022-11-23

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    2022-04-26

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  • BioINregulation인간 유전자 편집 : EU-IN Horizon Scanning 보고서

       인간 유전자 편집 : EU-IN Horizon Scanning 보고서  인하대학교 최병현 교수 1. 서론   □유전체 편집은 질병 치료의 패러다임을 바꾸는 새로운 생명의학 기술 ㅇ 유전질환, 심혈관질환, 암 등 많은 난치성 질환에 대한 새로운 치료 접근법 제시 ㅇ 기존 치료의 한계를 극복하여 질병에 대한 장기 치료 효과 또는 완치 기대 ㅇ 질병의 치료뿐만 아니라 농업 등 여러 산업에서 활용도 증가   □ 본 Horizon Scanning 보고서의 범위 ㅇ 주요 학술 간행물과1-5 2017년 EMA 전문가 회의 내용 활용6 ㅇ 유전체 편집의 도전과제와 기회를 규제 관점에서 조망 ㅇ 체외(ex vivo) 및 체내(in vivo) 유전체 편집을 이용한 의약품 개발 현황 및 전망 ㅇ 유전체 편집 관련 기초연구, 중개연구 및 농업 등 타 산업 분야는 제외7-9     2. 현황 및 최근 주요 동향   □ 유전체 편집 관련 최근 동향 ㅇ 유전자 조작 및 분석 기술의 발전으로 인해 의약품

    최병현/인하대학교

    2021-12-28

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활용 분야

환경 방출용 GMM의 상용화 사례

농업


농업 섬네일

(미생물비료) 2019Pivot Bio는 질소고정 박테리아(klebsiella variicola)의 질소고정 유전자(nif)의 발현을 강화한 GMM을 상용화하여 옥수수에 질소비료로 공급. 2022년까지 약 32,000톤의 합성비료를 대체

농업

농업 섬네일

(생물농약) 1990MycogenBT균의 살충 독소 단백질(Cryprotein) Pseudomonas fluorescens에 도입한 GMM‘M-Cap’.이라는 상품명으로 상용화하여 옥수수 생물농약으로 활용, 이후 유사 상품들이 출시

임업

임업 섬네일

(뿌리혹병방제) 뿌리혹병(Crowngall) 병원균인 Agrobacterium tumefaciens을 살상하는 아그로신(Agrocin) 항생제를 생산하도록 유전자 변형된 미생물(AgrobacteriumradiobacterK1026)이 개발되어 1988년 호주, 2000년 미국에서 상용화가 승인

환경

환경 섬네일

(페놀오염정화) 1989년 에스토니아의 오일셰일 광산 화재로 유출된 페놀 정화를 위해 Pseudomonas putida에 페놀 분해 유전자(PheA) 재조합하여 오염지역에 방출, 인근 광산수에서 폐놀 함량 감소 확인

생균 치료제

생균 치료제 섬네일

(숙취 치료 프로바이오틱스) Zbiotics 숙취 원인물질인 아세트알데하이드를 분해하도록 개량된 장내 유익균(Bacillus subtilits)을 활용한 음료를 개발하여 2019년 출시. 2024년까지 400만회 이상 소비

구강 치료제

구강 치료제 섬네일

(구강 치료제) biofilm을 형성하고 젖산을 축적하여 치아를 부식시키는 S. mutans의 젖산 탈수소효소 유전자를 알코올 탈수소효소 유전자로 치환하여 젖산 대신 알코올을 생산하도록 변형된 균주를 구강 치료제로 승인받으려 했으나, FDA의 임상시험 요구로 승인이 지연되었고 2023Latern Bioworks가 화장품으로 시장에 출시



활용 분야

환경 방출용 GMM의 다양한 응용 연구

자원회수

자원회수 섬네일

(오일회수) 바이오폴리머 생산 GMM을 활용한 bioplugging 기술로 원하지 않는 유전 채널을 차단하고 원유 이동성을 개선하여 잔류 원유의 회수를 촉진하는 연구가 진행됨

인프라 개선

인프라 개선 섬네일

(자가치유인프라) 탄산칼슘을 생성하는 GMM을 콘크리트 내부에 캡슐화하여 균열 발생 시 자동으로 활성화된 GMM이 균열을 스스로 치유하는 콘크리트 개발, 아스팔트가 균열될 때 온도 및 압력 변화를 감지하여 바이오폴리머를 생성하는 GMM을 활용하여 균열을 복구

항암치료제

항암치료제 섬네일

(항암치료) 종양 항원을 발현하도록 변형된 GMM을 주사하여 환자 체내에서 종양 항원에 대한 면역체계를 활성화하여 암을 치료

생태계 보호

생태계 보호 섬네일

(종 보존) 특정 병원성 곰팡이로부터 멸종위기에 처한 동식물 보호를 위해 항진균 물질을 생성하는 GMM을 활용하여 감염 위험이 높은 동·식물을 보호

가축 건강

가축 건강 섬네일

항균 펨타이드를 생성하는 GMM을 개발하여 가축의 장내 미생물 군집을 조절하는 방식으로 가금류의 건강을 개선



환경방출용 GMM의 상용화 사례 및 다양한 응용 연구

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