메뉴바로가기본문바로가기

동아사이언스

DNA 자를 필요없는 4세대 염기교정기 개발

통합검색

DNA 자를 필요없는 4세대 염기교정기 개발

2017.10.26 02:00

 

GIB 제공
GIB 제공

유전자를 염기 단위로 제거하거나 교체할 수 있는 '유전자 가위' 기술이 널리 연구되고 있는 가운데, 최근 기존에는 교정(편집)하지 못했던 염기를 교정할 수 있는 새롭고 강력한 유전자 교정 기술이 실험에 성공했다.

 

미국 하버드대와 하워드휴스의학연구소 공동 연구팀은 염기A(아데닌) 를 G(구아닌)로 바꿔 A-T(티민) 염기쌍을 G-C(사이토신) 염기쌍으로 바꾸는 '아네닌기반염기교정기(ABPs)' 17개를 최초로 개발하는 데 성공해 지난 25일(현지시각) 학술지 ‘네이처’에 발표했다.

 

DNA는 C와 G, A와 T까지 네 가지 염기로 구성되며, C와 G, A와 T끼리만 상보적으로 결합해 우리 몸에서 이중나선 구조를 이루고 있다. 이 가운데 일부 염기를 바꾸는 것을 유전자 교정 또는 편집라고 부르는데, 현재 가장 널리 연구되고 있는 '크리스퍼'가 대표적이다.

 

이번에 개발된 유전자 교정기는 4세대 유전자 교정기로 분류된다. 3세대 유전자 교정기인 크리스퍼가 DNA 이중가닥을 가위처럼 자른 뒤 원하는 것으로 고칠 수 있게 돕는 것과 달리, 4세대 유전자 교정기는 DNA가닥을 그대로 두고 원하는 염기를 바로 대체하는 기술이다. 이를 곧 염기교정(Base Editing)이라 부른다. 특히 염기 C를 T로 바꿔 염기쌍을 고치는 유전자 교정기는 이미 개발돼 있었는데, 이번에 A를 G로 교체할 수 있는 새로운 염기 교정기가 개발돼 보다 다양한 염기 교정, 편집이 가능해졌다.

 

염기교정을 연구하는 이유는 돌연변이에 의한 질병을 효과적으로 치료할 수 있어서다. 우리 몸에서  C와 5-메틸사이토신에서 아미노기가 빠지면서 A가 생성되는 돌연변이가 하루에 약 100~500회의 빈도로 발생한다. 이 돌연변이는 대부분의 병을 일으키는 병원성 돌연변이다. 논문 제1저자인 니콜 가우델리 미국 하버드대 생화학과 교수는 “헤모글로빈 유전자가 변해 적혈구가 낫모양으로 변하는 것처럼 사람에서 일어나는 병원성 유전자 돌연변이의 절반이 C가 A로 바뀌며 발생한다”며 “A를 G로 바꾸는 염기교정기를 통해 직접적으로 유전병을 치료할 길이 열린 것”이라고 설명했다.

 

연구팀은 기존에 유전자 편집기인 크리스퍼가 작용하는 과정에서 DNA가 융합하는 것을 돕는 효소인 tRNA 아데닌 디아미네이스(ABE)를 개량했다. 17개의 유사 ABE를 만들어 실험한 결과, 사람세포를 대상으로 표적 A-T쌍을 G-C쌍으로 최대 50%의 확률로 변환하는 데 성공했다. 특히 유전자 결실 등의 오류가 0.1%이하로 발생해 정확도도 높은 것으로 분석됐다.

 

차세대 염기교정기는 DNA를 자를 필요가 없기 때문에 기존의 3세대 유전자가위인 크리스퍼가 가진 단점을 효과적으로 보완한다. 가우델리 교수는 논문에서 “염기교정은 이중가닥으로 이뤄진 DNA를 깨지 않고 특정부위의 유전자를 바꿀수 있는 기술”이라며 “기존의 유전자 교정법과 비교해서 더 효율적이며, 유전자 결실이나 중복, 전위(뒤바뀜) 같은 예상치 못한 DNA 오류도 훨씩 적다”고 말했다.

 

크리스퍼의 경우 세 가지 대표적인 한계점이 있었다. 먼저 사용 뒤 손상이 일어나면 이중 DNA 가닥을 자르는 능력을 잃게 된다. 크리스퍼에 의해 생성된 단일 DNA가닥에 반응하는 사이티딘 디아미네이스에 의해 C가 RNA에만 있는 염기인 우라실(U)로 바뀔 수 있어 편집효율이 떨어지는 단점도 있었다. 또 편집되지 않은 DNA가닥이 니카아제라는 효소에 의해 예기치 못한 손상을 입을 수 있다는 점도 문제였다.

 

데이비드 리우 하버드대 화학생물학과 교수는 과학 전문 보도자료 사이트 '유레카얼러트'와의 인터뷰에서 “3세대 유전자 편집기인 크리스퍼가 가위라면 (이번에 개발된) 염기편집기는 원하는 걸 직접 쓸 수 있는 연필이라 할 수 있을 것”이라며 “질병 치료에서 유전적 접근을 하기위해 앞으로 염기교정 기술이 더욱 발전해야 한다”고 말했다.

이 기사가 괜찮으셨나요? 메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

6 + 7 = 새로고침
###
    과학기술과 관련된 분야에서 소개할 만한 재미있는 이야기, 고발 소재 등이 있으면 주저하지 마시고, 알려주세요. 제보하기

    관련 태그 뉴스