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[표지로 읽는 과학] DNA 삽입 효율 한층 높아진 유전자 교정기술

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[표지로 읽는 과학] DNA 삽입 효율 한층 높아진 유전자 교정기술

2019.07.07 12:17
사이언스 제공
사이언스 제공

국제학술지 ‘사이언스’는 5일 초록색 과녁에 DNA를 닮은 화살이 정확히 정중앙에 꽂히는 모습을 표지로 실었다. 최첨단 유전자 교정기술인 크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas)를 이용해 DNA를 수정하는 모습을  묘사했다. 크리스퍼는 박테리아와 고세균과 같은 원핵생물 유기체의 게놈에서 발견되는 DNA 서열이며 카스는 DNA 인식하고 절단하기 위한 가이드로 사용되는 효소의 일종이다.


대부분의 원핵생물은 환경에 적응하며 형성된 후전적인 면역 체계를 뜻하는 적응면역을 구축하기 위해 크리스퍼-카스 시스템에 의존한다. 크리스퍼에서 생산된 작은 RNA들은 카스가 표적을 향해 침입하는 바이러스나 침입자들의 핵산을 색출하고 파괴할 수 있도록 가이드 역할을 한다. 크리스퍼에는 여러가지 종류가 있는데 그 유형은 각각의 단백질 구성에 따라 규정된다. 최근 카스9과 카스12를 가이드 하는 II형과 V형 크리스퍼가 DNA 서열 변형을 가능케 하며 유전체 편집에 혁명을 일으켰다. 하지만 크리스퍼를 통한 유전체 편집 후 손상된 DNA 이중가닥을 복구하는 과정이 필요해 편집의 효율성이 떨어진다는 단점이 존재한다. 


펑 장 미국 매사추세츠공대(MIT) 생명공학과 교수 연구팀은 ‘크리스퍼-연관 트랜스포사제(CAST)’가 유전체 편집의 효율성을 높여줄 수 있다는 연구결과를 발표했다. 크리스퍼-연관 트랜스포사제는 엽록소를 가지고 광합성을 하는 세균인 남세균에서 추출한 것으로 ‘카스12k’와 ‘트랜스포사제 서브유니트’로 구성되어있다. 서브유니트는 단백질의 가장 적은 공유결합 단위를, 트랜스포사제는유전체 내 위치를 이동할 수 있는 유전자를 뜻한다. 


연구팀은 CAST를 가지고 대장균 유전체에 대한 인비보 연구를 진행한 결과, CAST가 대장균의 유전체에 매우 효율적으로 DNA를 삽입하는 것을 확인했다. 연구팀은 “DNA 이중가닥을 복구하는 과정이 없이도 60~66 염기쌍의 DNA 조각을 한 방향으로 삽입하는데 성공했다”며 “CAST는 80%의 유전자 빈도로 대장균 유전체의 타켓 지점에 DNA를 흡수시켰다”고 설명했다. 유전자 빈도는 하나의 특정 집단 존재하는 각각의 대립유전자가 나타날 상대적 비율을 의미한다. 


장 교수는 “이번 연구는 크리스퍼 카스 시스템의 기능적 다양함에 대한 우리의 이해를 넓혔으며 정확한 DNA 삽입에 대한 하나의 패러다임을 정립한 것”이라며 “유전자 공학과 유전자 치료 연구를 바꿀 수 있는 새로운 도구가 될 것”이라고 말했다.  
 

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