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유전자가위 정확성 3시간 만에 웹으로 확인한다

- 절단 유전체 시퀀싱(Digenome-seq) 웹 기반 프로그램 구현 -

크리스퍼 유전자가위(CRISPR Cas9)의 정확성을 측정할 수 있는 웹 기반 프로그램이 개발되었다. IBS 유전체 교정 연구단 김진수 단장 연구팀은 한양대 배상수 교수와 공동으로 절단 유전체 시퀀싱 기법(Digenome-seq)을 웹 기반 프로그램으로 구현하는데 성공했다고 밝혔다.

크리스퍼 유전자가위는 특정 염기서열을 인식해 자르고 교정하는 유전자 교정 도구다. 기존 유전자가위보다 효율성이 높고 활용이 편리해 전 세계적으로 다양하고 많은 연구가 이뤄지고 있다. 선천적 유전질환의 발병 기전을 파악하고 항암 세포 치료제를 개발하는데 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다. 하지만 크리스퍼 유전자가위가 표적 염기서열과 비슷한 염기서열을 제거하는 오작동(Off-target)을 일으킬 수 있다는 보고 후, 크리스퍼 유전자가위의 정확성은 매우 중요한 연구영역으로 떠올랐다.

IBS 유전체 교정 연구단은 지난 2015년 크리스퍼 유전자가위가 오작동할 위치를 전체 유전체 범위에서 정확하게 찾아낼 수 있는 절단 유전체 시퀀싱(Digenome-seq) 기법을 개발했다(15.2.9, Nature Methods). 이 기법은 크리스퍼 유전자가위에 의해 잘리는 표적 염기서열과 비표적 염기서열을 찾아 비교하는 방식이다. 연구진은 절단 유전체 시퀀싱 기법을 활용해 세계 최초로 신형 유전자가위인 CRISPR-Cpf1(16.6.7, Nature Biotechnology)과 단일 염기만 교정하는 염기교정 유전자가위(Base Editor, 17.04.11 Nature Biotechnology)의 정확성을 확인한 바 있다.

연구진은 기존의 절단 유전체 시퀀싱 기법을 누구나 쉽고 편리하게 접근할 수 있도록 자바스크립트(Javascript)를 이용한 웹 기반 프로그램으로 개발했다. 개인 컴퓨터에서 인터넷만 연결되어 있다면, 복잡한 프로그램을 다운로드하는 설치과정 없이 바로 웹에 접속해 사용할 수 있다. 또한 이 웹 프로그램을 활용하면 100GB에 달하는 인간 전체 유전체(Whole genome sequencing) 데이터를 서버에 업로드할 필요가 없어 3시간 내로 분석을 마칠 수 있다. 즉, 개인 컴퓨터에서 웹으로 접속해 유전자가위의 정확성을 매우 빠른 속도로 파악할 수 있는 것이다.

이번 연구 결과는 생명과학 및 화학 분야 세계 최고 권위 저널인 네이처 메소드(Nature Methods, IF 25.328) 6월호에 게재되었다. 논문명은 Digenome-seq web tool for profiling CRISPR specificity이며 연구에는 독일 암연구소 박정빈 연구원이 제1저자로 김진수 단장과 배상수 교수가 공동 교신저자로 참여했다.


▲ 크리스퍼 유전자가위 정확도 분석 웹 프로그램 (a)와 같이 유전체 데이터를 웹 프로그램에 올리면, (b)와 (c)처럼 인간의 각 염색체마다의 오작동 수와 위치를 표와 그래프로 확인할 수 있다.

대외협력실 고은경

Center for Genome Engineering (유전체 교정 연구단)

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김진수
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    최종수정일 2017-07-21 20:49