자르지 않는 유전자편집기술 인테그레이트(INTEGRATE) 기술을 개발한 샘 스턴버그(Sam Sternberg)교수 연구팀(출처=컬럼비아 대학 홈페이지)© 뉴스1

미국 컬럼비아대 연구팀이 DNA를 자르지 않고도 유전자를 편집할 수 있는 새로운 기술인 인테그레이트(INTEGRATE)를 개발했다.

18일 컬럼비아대에 따르면 이 대학 과학자들은 최근 DNA를 절단하지 않고 유전자를 편집 할 수 대안적인 유전자 편집 시스템을 개발해 국제 과학저널 네이처에 발표했다. 새로운 유전자 편집 시스템인 인테그레이트는 유전자 편집 기술인 크리스퍼(CRISPR) 유전자가위와 달리 DNA 절단하지 않아 유전자 절단으로 생길 수 있는 위험을 줄일 수 있다. 

연구진은 비브리오 콜레라(Vibrio cholerae)라고 불리는 콜레라균의 "뛰는 유전자(jumping gene)" 또는 트랜스포존(transposon)이라 불리는 이동성 유전자를 사용했다. 연구진은 점프 유전자가 DNA를 절단하는 대신, 그 자체를 유전자에 끼워 넣기 위해 효소를 사용한다는 것을 발견했다.

트랜스포존은 유전자의 다른 영역에 자신을 삽입할 수 있고 DNA 염기서열을 임의의 위치로 전달하도록 프로그램 될 수 있다. 이렇게 인테그레이트라고 명명한 기술은 유전자자 가위처럼 작용하지 않고 유전자 접착제처럼 작용한다. 미국 컬럼비아대학의 생화학 및 분자생물학 물리학 샘 스턴버그(Sam Sternberg) 조교수는 "인터게이트는 DNA를 절단하고 세포에 의존해 균열을 복구하는 대신 분자생물학자들이 수십 년 동안 추구해온 능력인 유전자의 정확한 위치에 사용자가 정의한 DNA 염기서열을 직접 삽입한다"고 말했다. 스턴버그는 교수는 캘리포니아 버클리 대학의 크리스퍼 유전자가위의 선구자인 제니퍼 다우드나(Jennifer Doudna) 교수의 연구실에서 최근 컬럼비아대학에 합류했다.

현재 유전자 편집을 위해 사용하는 크리스퍼 유전자가위는 특정 DNA 서열을 원하는 위치에 넣기 위해 DNA 이중가닥을 자른다. 그러나 이러한 편집 과정을 거치면서 표적 DNA가 잘못 연결되거나 목표 부위에 삽입을 못하는 등 오류가 발생하기도 한다. 크리스퍼 유전가가위의 정확도는 90% 정도로 알려져 있다. 

연구진은 인테그레이트를 통해 대장균의 유전자에 최대 1만개의 DNA 염기서열을 삽입했다. 변형된 박테리아 유전자를 배열하여 편집이 올바르게 작성되었는지 확인하고 의도하지 않은 부위에 삽입된 DNA가 없는지 확인했다. 인테그레이트 기술은 현재까지 연구된 최초의 완전한 프로그램 가능 삽입 시스템이다.

스턴버그 교수팀의 다음 연구단계는 포유류 세포에서 인테그라제 기술을 시험하는 것이다. 이 기술이 결국 유전자 치료 및 조작 작물과 같은 다양한 분야에 적용할 것이라며 임상 분야에 적용하기 위한 연구를 시작할 계획이다.

크리스퍼 유전자가위에 대한 우려에도 불구하고 유전자편집 기술에 대한 관심은 식지 않았다. 실제로 지난 주, 버텍스사(Vertex Pharmaceuticals)는 엑소닉스(Exonics)를 인수하고 크리스퍼 유전자가위를 이용한 치료제와의 제휴를 확대하기 위해 4억2000만달러(4978억원)를 지불하기로 합의했다. 이 거래는 크리스퍼 유전자가위를 활용해 근위축성 질환의 치료를 모색하기 위해 이루어졌다.

그럼에도 불구하고, 전 세계의 연구실에서는 유전자 편집을 더 안전하게 하기 위한 여러 가지 프로젝트를 추진하고 있다. 지난 5월 비영리 연구기관인 프레드 허친슨 암 연구센터(Fred Hutchinson Cancer Research Center)의 한 연구팀은 금 나노입자를 사용해 크리스퍼 유전자가위의 성분을 세포로 운반하고, 카스12a(Cas12a) 효소를 사용해 카스9(Cas9)이 일반적으로 하는 깨끗한 절단을 만드는 방법을 설명했다. 버클리 대학의 스핀오프 기업인 진에디트(GenEdit)도 금 기반의 크리스퍼 유전자가위 시스템을 개발하고 있다.

이 외에도 크리스퍼 유전자가위를 개선하기 위한 또 다른 아이디어는 DNA 절단의 정확성을 개선하기 위해 RNA에 가이드를 부착하고 카스9(Cas9) 효소에 온-오프 스위치를 추가하여 대상 사이트 이외의 곳에서 편집을 할 수 없도록 하는 방법이 있다.


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