3세대 유전자 가위 크리스퍼를 이용한 항암치료

3세대 유전자 가위 크리스퍼

 

암이나 치료가 불투명한 병에 대해 유전자 가위를 통한 치료를 할 수 있는 방법이 속속 발표되고 있습니다. 유전자가위는 DNA를 이루는 특정한 염기서열을 잘라내는 것입니다. 유전자가위는 유전자 재조합을 위한 필수조건입니다. 유전자가위에 대해서 간단히 살펴보고 새로운 동향에 대하여 적어보고자 합니다.

 

1. 유전자 가위를 통한 항암치료

2022년 2월, 정상세포 손상 없이 유전자가위를 이용해 암세포만 골라서 죽이는 맞춤형 항암 치료법을 기초과학연구원(IBS)에서 발표했습니다. 부작용이 없고 모든 종류의 암에 적용할 수 있다고 합니다. 이 항암 치료법은 ‘신델라(CINDELA,Cancer specific INDEL Attacker)’라고 부릅니다. 기초과학연구원 명경재 유전체 항상성 연구단 단장과 그의 팀이 개발한 것으로 알려졌습니다.( 울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 특훈교수팀)

 

기존 항암치료는 방사선이나 화학 항암제를 사용하며, 이의 부작용으로 탈모ㆍ설사, 합병증을 일으키기도 합니다. 암세포뿐 아니라 정상세포의 DNA 이중나선을 손상시키기 때문입니다. 그러나 신델라는 3세대 유전자가위인 크리스퍼 카스9(CRISPR/Cas9)을 사용하여 암세포에만 있는 돌연변이의 DNA 이중나선을 골라서 잘라내어 정상세포에 영향없이 암세포만 죽입니다.

 

2. 유전자 가위의 발전

1973년에 최초 유전자가위인 플라스미드를 이용한 클로닝기법이 발표되었습니다. 세균끼리 유전자를 전달할때 사용하는 고리모양 유전체인 플라스미드가운데에 흠집을 내고 원하는 유전자를 집어넣은 방식이었습니다.

 

유전자가위는 그 정확성과 찾아서 자르는 염기 서열 숫자에 따라 세대로 분류됩니다.

 

1세대 유전자가위는 징크 핑거 뉴클레이즈(Zinc-finger nuclease, ZFN)입니다. 아프리카 발톱 개구리 DNA에서 유래했으며, 이것이 인식하는 염기서열은 열 개 정도입니다. 그래서 원치 않는 곳을 자를 수 있는 가능성이 있습니다.

 

2세대 유전자가위는 탈렌(Transcription Activator-like Effector Nuclease, TALEN)이라 부르는 단백질 이고,  식물 병원균에서 찾았습니다.. 탈렌은 15개 정도 염기서열을 인식할 수 있었지만, 복잡하고 효율도 높지 않았습니다.

 

3세대 유전자가위는 현재 각광받는 크리스퍼 유전자가위입니다. 가벼우며 매우 정확한 RNA 단백질입니다. 크기도 작고 인식할 수 있는 염기서열 숫자가 충분하다는 것에 의학계에서 주목하고 있습니다.

 

크리스퍼 유전자 가위는 세균과 고세균에 있는 유전체의 특정 염기서열을 의미합니다. 그 유전자 샌드위치 주변에 유사한 아미노산을 지닌 단백질이 존재하고, 그것은 카스(Cas, CRISPR-associated)라는 단백질 군입니다. CRISPR/Cas가 DNA를 왜 자르는지는 조금더 시간이 지난 후에 밝혀집니다. 이는 세균이 바이러스의 침입을 막기 위한 면역계 역할을 한다고 알려졌습니다.

 

즉, 눈에 보이지 않는 처절한 생물계의 전투가 유전자 가위인 크리스퍼를 만들어낸 것입니다. 크리스퍼 유전자가위는 사람이 새로 만든 것이 아니며, 세균에서 이미 만들어진 것을 인류가 발견하고, 의학에 사용할 수 있게 된 것입니다. 이 새로운 발견이 과학계와 의학계는 매우 매력적으로 느끼고 있는 것입니다.

 

동물세포에서 유전자 수정이 가능하다고 2013년 12월 발표된 이후, 쥐의 수정란에 유전자를 삽입하는 것을 성공했습니다. 크리스퍼를 이용해 수정란에 Cas9과 RNA를 주입하는 방식이며 간편하고 쉽게 새로운 형질의 쥐를 만들어냅니다..쥐 실험 성공 이후 1년도 안 되서 다른 동물은 물론 식물 유전자 수정도 성공하였습니다.

 

크리스퍼 유전자 가위가 발견되기 전에는 줄기세포가 없으면 유전자 조작을 할 수 없었습니다. 크리스퍼 유전자가위라는 생태계에 원래 존재하는 것이고, 지금도 세균들이 존재의 목적으로 사용합니다.

 

이론적으로 거의 모든 생물의 유전자 정보를 인류가 마음대로 수정할 수 있을수도 있습니다.

크리스퍼를 이용, 코끼리 유전자를 손봐서 멸종한 매머드를 복원할 수 있고, 유전자조작식물(GM0)이 아니라 보다 인류에게 건강한 도움을 주는 식물로 개량할 수 있으며, 암과 난치병을 정복할 수 있는 체외치료법도 가능해 질 것 입니다.

 

인간수정란 유전체 연구도 중국에서 이루어 지고 있습니다. 이미 크리스퍼 유전자가위를 활용한 인간수정란 유전체 편집결과를 발표하였습니다. 이론상 유전자가위로 인간배아에서 특정 부위의 염기를 잘라서 임신되기 전 수정란에 대해 유전자치료가 가능해 진 것입니다.

 

3. 결론

치료 목적의 유전자 가위의 활용은 매우 찬성하는 바 이지만, 나아가 유전자 전체를 다루다 보면 생명윤리 부분을 건드릴 수 밖에 없습니다. 오래전 줄기세포에 대한 활발한 찬반 의견이 생겼던 이유입니다. 분명히 시대적 사회적 합의가 필요한 부분입니다. 과학은 진리를 탐구하며 그 목적이 분명 인류를 이롭게 하여야 하는 것입니다. 생태계를 교란시키거나 파괴해서는 목적으로 사용되어서는 안 될 것입니다. 크리스퍼 유전자가위가 인간에게 보다 이롭게 하는 도구로 사용되기를 바래봅니다.