"유전자 기능 선택적 제어 가능…인간 줄기세포에도 적용"

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 유전체 교정 연구단 연구팀이 특정 시점에만 유전자 기능을 선택적으로 제어할 수 있는 '조건부 유전자 녹아웃(SCON)' 기술을 제브라피시와 인간 유도만능줄기세포, 오가노이드 등 다양한 생물 종까지 확장하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.

유전자 역할 연구에서는 특정 유전자를 제거하거나 기능을 억제하는 실험이 필요하다. 생명 유지에 필수적인 유전자는 제거 즉시 세포나 개체가 죽는 경우가 많아 원하는 시점에만 유전자 기능을 끌 수 있는 조건부 녹아웃(ckO) 기술을 사용해 왔다.

하지만 해당 기술은 제브라피시나 인간 줄기세포에서 기술 구현이 복잡하고 효율이 낮다는 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 연구진은 더 간단하게 특정 유전자를 제거할 수 있는 SCON 기술을 활용했다. SCON은 유전자 안에 짧은 인공 DNA 조각을 삽입한 뒤 필요할 때 특정 효소로 유전자 기능만 선택적으로 꺼지도록 만드는 기술이다. 기존 조건부 녹아웃 기술보다 구조가 비교적 단순해 다양한 생물 종에 적용할 가능성이 제시돼 왔다.

연구팀이 제브라피시에서 이 기술이 실제로 작동하는지 실험한 결과, 생명 유지에 필수적인 유전자도 원하는 시점에만 선택적으로 제어할 수 있음을 확인했다.

인간 유도만능줄기세포에서도 SCON 기술을 검증했다. 세포 성장과 발생에 중요한 유전자들에 SCON을 삽입한 뒤 약물을 처리하자 해당 유전자의 기능이 성공적으로 제거됐다. 일부 세포는 시간이 지나며 사멸하는 현상도 관찰됐다.

생쥐, 쥐, 닭, 박쥐, 돼지, 원숭이 유래 장 오가노이드에서도 SCON 시스템이 정상적으로 작동해 매우 다양한 동물 종에 폭넓게 적용 가능함을 입증했다.

연구팀은 연구 결과를 토대로 308종 척추동물 유전체 정보를 담은 웹 플랫폼 'GenPos-SCON'을 구축했다. 이 플랫폼은 연구자들이 원하는 생물 종과 유전자를 입력하면 실험에 필요한 설계 정보를 쉽게 얻을 수 있도록 지원한다.

향후 연구팀은 이 플랫폼을 확장 및 고도화하고 편의 기능을 보강하는 한편, SCON 적용 영역을 다중 조건부 녹아웃 시스템으로 넓힐 계획이다.

구본경 연구단장은 "이번 연구성과를 통해 기술 적용 범위를 확장함으로써 인간 질환 연구와 발달 생물학 연구가 한층 더 정밀하고 다채로워질 수 있을 것"이라고 말했다.

교신저자 이희탁 연구위원은 "아무리 우수한 기술이라도 접근성이 낮으면 연구 현장에서 활용하는 데 한계가 있다"며 "이번 성과를 바탕으로 국내외 연구자들이 새로운 연구 아이디어를 보다 빠르게 실험으로 확장할 수 있을 것"이라고 강조했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '핵산 연구'(Nucleic Acids Research) 온라인에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr