국내 연구진, 염기교정 유전자가위 정확성 입증

【대전=뉴시스】크리스퍼 유전자가위(붉은색 영역)와 크리스퍼 염기교정 유전자가위(파란색 영역)의 표적위치와 비표적위치를 비교한 결과, 유전자가위의 비표적 위치 후보를 나타내는 검은색 막대가 크리스퍼 유전자가위에서 염기교정 유전자가위보다 높게 표시된 곳이 더 많이 나타났다. 이는 염기교정 유전자가위가 표적위치에서 더 잘 작용해, 정확성이 더 높다는 것을 의미한다. (사진=IBS 제공)  

【대전=뉴시스】이시우 기자 = 국내 연구진이 크리스퍼 염기교정 유전자가위(Base Editor)의 정확성이 크리스퍼 유전자가위(CRISPR Cas9)보다 높다는 연구 결과를 내놨다.

 기초과학연구원(IBS)은 유전체 교정 연구단과 서울대 화학부 연수연구원 김대식 박사 연구팀이 유전자가위 처리 전과 후를 비교하는 프로그램을 이용해 이같은 결론을 얻었다고 11일 밝혔다.

 염기교정 유전자 가위는 DNA 두 가닥 모두를 자르는 기존 3세대 유전자가위(CRISPR Cas9 또는 CRISPR Cpf1)와 다르게 단일 염기 하나만 바꿀 수 있는 인공제한 효소다.

 지난해 하버드대학 데이비드 리우(David R. Liu) 교수 연구그룹과 고베대학 케이지 니시다(Keiji Nishida) 교수 연구팀이 각각 개발해 세포 수준에 적용한 바 있다.

  염기교정 유전자가위는 단일 염기를 교체할 수 있어 선천적 유전질환의 발병기전을 밝히고 치료법을 개발하는데 도움이 될 것으로 기대를 모았지만 표적 위치에서 정확하게 작동하는지, 비표적 위치에서 오작동하지 않는지 등 정확성에 대해서는 알려진 바가 없었다.

 연구진은 지난 2015년에 자체 개발한 절단 유전체 시퀀싱 기법(Digenome-seq)을 변형해 유전자가위 처리 전과 후를 비교햇다.

 절단 유전체 시퀀싱 기법은 유전자가위 처리 전과 후를 DNA의 서열을 분석하는 유전체 시퀀싱(Genome Sequencing)방법으로 비교해 잘린 위치를 구별하는 방법이다.

【대전=뉴시스】국내 연구진이 크리스퍼 염기교정 유전자가위(Base Editor)의 정확성이 크리스퍼 유전자가위(CRISPR Cas9)보다 높다는 연구 결과를 내놨다. 사진 왼쪽부터 김진수 IBS 유전체 교정 연구단장, 김대식 서울대 화학부 김대식 박사, 임가영 박사과정. (사진=IBS 제공)

 실험 결과, 크리스퍼 유전자가위는 평균적으로 인간 유전체 32억 개 중 90곳을 자르는데 염기교정 유전자가위는 평균 18곳에만 변이를 일으키는 것으로 나타났다.

 이는 염기교정 유전자가위가 크리스퍼 유전자가위에 비해 비표적 위치에서 오작동할 확률이 현저히 낮아 정확성이 높다는 의미라고 연구진은 설명했다.

 연구진은 또 교정할 DNA를 찾아가는 가이드 RNA 말단에 구아닌 염기를 추가해 길이를 조절하면 표적위치에서는 잘 작동하고 오작동할 확률을 줄어  더욱 정교한 염기교정 유전자가위를 만들 수 있다고 덧붙였다.

 김진수 IBS 유전체 교정 연구단장은 "염기교정 유전자가위의 성능이 확인됨에 따라 단일 염기 변이를 유도하거나 교정해야 하는 유전자 및 줄기세포 치료제 개발, 고부가가치 농축산물 품종 개량 등에 널리 활용될 것으로 기대한다"라고 말했다.

 한편, 이번 연구결과는 국제 학술지 '네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)' 표지 논문으로 선정됐다. 논문 제목은 'Genome-wide target specificities of CRISPR RNA-guided programmable deaminases'이다.

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