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“크리스퍼 유전자 가위 이렇게 작동한다”

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2016년 11월 02일 19:00 프린트하기

위키미디어 제공
위키미디어 제공

국내 연구진이 최근 세계 생명과학계에 가장 ‘핫’한 기술로 꼽히는 ‘크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위’ 기술의 화학적 원리를 분자 수준에서 밝혀내는 데 성공했다. 크리스퍼 유전자 가위 기술은 DNA 일부를 정교하게 잘라 붙일 수 있어 유전병 치료 등에 쓸 수 있다. 그러나 이 기술로 유전자를 자르고 붙일 때 분자 수준에서 어떻게 작용하는지는 거의 알려진 바가 없었다.

 

서울대 제공
서울대 제공

김성근 서울대 화학부 교수(사진)팀은 배상수 한양대 화학과 교수 팀과 공동으로 크리스퍼 유전자 가위로 실제 유전자를 자르고 붙이는 과정을 단일분자 수준에서 관찰하는 데 처음으로 성공했다고 2일 밝혔다.

 

크리스퍼 유전자 가위에는 잘라야 하는 DNA를 구분해 내는 ‘가이드 핵산(RNA)’과 실제로 가위 역할을 하는 ‘Cas9 단백질’로 구성된다. 연구진은 이 분자에 형광을 입히고 그 신호를 분석하는 ‘단일분자 형광분석법’을 이용해 실제로 유전자를 자르고 붙이는 과정을 실시간으로 관찰했다. 단일분자 형광분석법은 형광체가 인접한 다른 형광체로 형광을 전달하는 세기나 수명을 분석하는 방법으로  2~10nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m)의 가까운 거리에서 일어나는 정밀한 구조 변화를 관찰할 수 있다.

 

연구결과 Cas9 단백질은 먼저 가이드 RNA와 결합한 다음, 가이드 RNA가 잘라야 할 DNA에 표적 부위에 결합했을 때 다시 표적 DNA로 옮겨가 효소작용을 통해 DNA를 잘라내는 것으로 확인됐다. 이때 Cas9 단백질은 여러 단계를 거칠 때마다 다른 효소나 유전자와 결합하기 가장 좋은 형태로 구조를 바꾸는 것을 알아냈다. 가이드 RNA 역시 표적 DNA와 결합한 뒤에도 수시로 구조를 바꿔가며 단백질의 활성에 영향을 미친다는 것을 발견했다.

 

연구진은 이번 분석결과가 전 세계 과학계에서 진행 중인 크리스퍼 유전자 가위 활용방법 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

 

김 교수는 “이번 연구는 크리스퍼 유전자 가위의 구조와 작용과정을 처음 밝혀 냈다는 점에서 의미가 크다”며 “앞으로 발전해 나갈 유전자 교정 산업의 중요한 토대가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

 

이 연구 성과는 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 2일자에 실렸다.

 

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