크리스퍼 유전자가위 기술을 활용하여 외부 DNA 넣지 않고 식물 유전체 교정
- 외부 DNA가 식물 유전체에 삽입될 가능성 원천 차단해 GMO 논란에서 벗어날 것으로 전망

국내 연구진이 외부 DNA를 집어넣지 않고 크리스퍼 유전자가위^*기술을 이용해서 벼, 담배, 상추 등 농작물의 유전자를 맞춤 교정하는데 세계 최초로 성공했다.

＊ 크리스퍼 유전자가위(CRISPR/Cas9) : 유전자의 특정 부위를 절단하여 유전자 교정을 가능하게 하는 RNA 기반 인공 제한효소. 미생물의 면역체계에서 비롯되었으며 DNA를 자르는 Cas9이라는 단백질과 절단되는 DNA 염기서열에 상보적으로 결합하는 가이드 RNA로 구성됨. 2012년 10월, 서울대 김진수 교수팀이 세계 최초로 이를 이용해 인간배양세포 유전자 교정에 성공하여 특허 출원함.

본 연구에서 상추는 식물 호르몬 신호전달에, 담배는 식물 호르몬 합성에 관여하는 유전자를 교정했다. 상추는 식물 생장․발달 조절에 관여하는 유전자를 교정해 스트레스에 강한 성질을 가질 것으로 기대되며 추가 실험을 진행할 예정이다.

연구진은 DNA를 사용하지 않고 단백질과 작은 가이드 RNA만 사용해서 농작물의 유전자 교정(Genome Editing)에 성공했다.
크리스퍼 유전자가위는 Cas9이라는 절단 단백질과 유전자 염기서열을 인식하는 `가이드’ RNA(guide RNA)로 구성되어 있다. 기존에는 크리스퍼 유전자가위를 DNA 형태로 식물세포에 전달했다. 그 결과 유전자 교정 식물은 GMO로 간주 되었다.
연구진은 크리스퍼 유전자가위를 DNA 형태가 아닌 Cas9 단백질과 가이드 RNA를 섞어 이를 주입하는 방식으로 식물세포에 적용한 것이다.

이번에 성공한 유전자 교정 방식은 그동안 논란이 되어 왔던 GMO(Genetically Modified Organisms, 유전자 변형 식물) 규제3)를 피해갈 수 있을 것으로 전망된다.
기존 크리스퍼 유전자 가위 방식은 DNA 형태로 식물세포에 도입했기 때문에 DNA 조각이 식물 유전자에 삽입될 가능성이 남아있었다.
연구진은 “Cas9 단백질과 가이드 RNA를 사용해 만든 식물체는 외부 유전자가 삽입되지 않을뿐더러 자연적 변이와 구별할 수 없는 작은 변이만 가지고 있어 외부 유전자가 삽입된 GMO와 다르다”고 설명한다.

DNA를 사용하지 않는 식물 유전체 교정 기술은 종자 산업에 큰 영향을 미칠 것으로 전망된다.
※ 세계 종자 시장규모는 ’08년 695억불에서 ’20년 1,650억불(170조원)으로 성장할 것으로 전망되며, 한국은 세계 종자 시장의 불과 1.5% 수준임
    (출처 농촌진흥청 2010년)

방사능 또는 화학물질을 사용한 기존 육종법은 식물 종자에 무작위적인 유전자 변이를 일으킨 후 우연히 만들어진 우수 종자를 골라내는 방식이다.
반면 유전자가위는 유전자를 맞춤 교정하므로 빠르고 정확하기 때문에 농작물 육종 기술의 혁신을 일으킬 것으로 기대를 모으고 있다.

이번 연구는 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 유전체교정연구단 김진수 단장(서울대 화학부 교수)과 농촌진흥청 차세대바이오그린21사업에서 지원받은 차세대융합기술원 최성화 센터장(서울대 생명과학부 교수)의 공동연구로 수행되었다.
김진수 단장은 “개발된 기술은 상추와 토마토에 당장 적용할 수 있고, 다른 농작물에도 다양하게 활용할 수 있어 향후 세계인의 먹거리를 만드는데 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제 저명 학술지 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology, IF 41.51)誌에 10월 20일 오전 00시(한국시간) 온라인 게재되었다.