지난해 생명공학 분야에서 가장 ‘핫’했던 기술은 바로 크리스퍼 유전자가위다. 사이언스는 크리스퍼 유전자가위를 2015년 최고 혁신기술로 꼽았으며, 네이처와 네이처 메소드 역시 이를 중요 실험기법으로 소개했다.

▲ 크리스퍼 유전자가위는 작은 가닥 RNA와 단백질 Cas9로 구성되어 있다. 크리스퍼 유전자가위 기술은 혁명이라 불릴만큼 세계적으로 큰 이슈가 되고 있다.

크리스퍼 유전자가위는 유전자의 특정 부위를 절단해 유전체 교정을 가능하게 하는 RNA 기반의 인공 제한효소다. 긴 DNA 중 절단하고자 하는 목표 염기서열을 찾아가는 작은 RNA와, 실제 DNA를 절단하는 역할을 하는 Cas9 단백질로 구성된다.

크리스퍼 유전자가위는 유전자 변이로 생기는 유전병이나 에이즈와 같은 바이러스 질환을 치료할 수 있는 도구로 각광받고 있다. 실제로 크리스퍼 유전자가위의 활용범위는 혈우병 유전자 교정 실험부터 GM(유전자변형) 작물까지 빠르게 확대돼 왔으며, 최근에는 영국 정부가 인간 배아의 유전자교정 실험을 최초로 허가하면서 더욱 크게 주목받고 있다. 하지만 유전자가위가 잘못 작동해 교정이 필요한 위치가 아닌 엉뚱한 위치를 자를 수 있다는 우려 때문에, 안전한 유전자교정 치료법 개발을 위해서는 유전자가위의 정확성 확보가 큰 과제로 남아 있었다.

이에 IBS 유전체교정 연구단은 크리스퍼 유전자가위의 오작동 여부를 효과적으로 측정해 그 정확성을 높일 수 있는 ‘멀티플렉스 다이지놈 시퀀싱(Multiplex Digenome Seq)’ 분석법을 개발했다. 유전자가위로 질병을 치료하기 위해선 오작동 가능성이 없는 정확한 유전자가위를 선택하는 것이 무엇보다 중요하다. 이번에 개발한 분석법은 정확한 유전자 가위를 만들기 위한 가이드라인을 제공할 수 있다.

연구진은 인간 세포에서 분리 정제한 유전체 DNA에 11개의 크리스퍼 유전자가위를 처리한 뒤 전 유전체 시퀀싱* 방식으로 각 유전자가위의 비표적 위치를 분석하고 이를 점수화할 수 있는 방법을 개발했다. 이 분석법을 이용하면 여러 개의 크리스퍼 유전자가위들이 각각 목표 유전자만 제대로 교정했는지, 엉뚱한 부분을 잘랐는지를 동시에 정확하게 분석할 수 있다. 마치 점수표처럼, 각 크리스퍼 유전자가위가 자른 비표적 위치들을 한 눈에 보여주는 것이다.

이번 연구결과를 활용하면 더욱 정교한 크리스퍼 유전자가위를 만들 수 있다. 분석법으로 축적한 데이터를 활용해 유전자가위의 정확성을 높일 수 있기 때문이다. 이 분석법은 기존 방법으로는 찾기 어려웠던 비표적 위치를 찾아 낼 수 있으며, 이를 토대로 비표적 위치에 변이를 유발할 가능성을 최소화한 정교한 크리스퍼 유전자가위를 만드는 가이드라인을 제시할 수 있다.

연구진은 지난 해 두 개의 크리스퍼 유전자가위로 처리한 유전체 DNA에 전 유전체 시퀀싱 방법을 각각 적용해 이들의 표적 위치와 비표적 위치를 밝힌 바 있었다. 이번 연구는 생각을 전환해 한 번의 전 유전체 시퀀싱으로 여러 크리스퍼 유전자가위의 정확성을 비교하고자 하는데서 출발했다. 김대식 연수연구원은 “기존의 방법과 비교할 필요가 있다고 생각했다”며 “이번에 개발한 분석법의 장점은 한 번에 여러 크리스퍼 유전자가위들의 정확성을 비교해 점수화할 수 있다는 것”이라고 말했다. 김진수 단장은 “크리스퍼 유전자가위를 이용한 유전자 교정을 시도하는 데 있어 우리가 개발한 방법이 국제적 표준으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

▲ 연구진이 개발한 크리스퍼 유전자가위 비교 프로그램

이 연구결과는 유전체 연구 분야 국제 학술지 게놈 리서치(Genome research), (원문보기 링크)에 1월 19일 게재되었다.

대외협력실 고은경