국내 연구진이 유전자 가위, 크리스퍼-Cpf1(CRISPR-Cpf1) 효율을 높이는 기술 개발에 성공했다. 연구진은 이번 연구 성과가 향후 유전자 편집 기술을 통한 유전자 치료에 큰 기여를 할 것으로 기대했다.
한국생명공학연구원은 김용삼 유전자 교정 연구센터 박사팀이 표적 유전자와 결합하는 가이드 RNA 말단을 엔지니어링하여 교정 효율을 높인 유전자 가위 기술 확보에 성공했다고 4일 밝혔다.
잘못된 유전자를 교정해 유전자 치료 등에 사용할 수 있는 유전자 가위 크리스퍼는 Cas9 단백질을 주로 사용한다. 이전 유전자 가위 기술에 비해 편집의 정확도를 크게 높였지만, Cas9도 원하는 타깃만 편집하는 기능(특이성)이 비교적 낮고, 크기가 커 안정성 등에서 몇 가지 문제를 안고 있었다.
이에 반해 Cpf1은 Cas9보다 상대적으로 작은 크기로 체내 전달이 용이하며, 오프-타깃 효과(원하지 않은 유전자를 편집하는 문제)가 적어 안정성이 높다는 장점이 있다. 다만 유전자 교정 효율은 Cpf1이 더 낮다.
연구팀은 가이드 RNA 말단을 엔지니어링해 Cas9 이상의 교정 효율을 갖는 Cpf1을 만들어내는 데 성공했다. 연구팀은 별도의 화학적, 물리적 처리 없이 특정 염기 서열을 추가함으로써 Cpf1의 작은 크기와 높은 안정성은 유지하면서도 효율성을 높여 Cas9보다 더 나은 유전자 가위 기술로 발전시켰다.
연구팀은 “Cas9과 Cpf1은 유전자 치료를 할 수 있는 타깃에 대해 서로 보완적 관계에 있기 때문에, Cas9으로 교정이 어렵던 유전자를 발전된 Cpf1으로 대체할 수 있어 유전자 가위의 선택성을 넓혔다”고 설명했다.
특히 연구팀은 “본 연구에서 사용된 엔지니어링은 매우 간단하고 저비용으로 구현할 수 있어 상용화에 유리하다”고 강조했다. 국내외 RNA 합성 회사 또는 벡터 제작 회사에 기술이전을 통해 바로 고효율의 CRISPR-Cpf1 시스템 활용이 가능하다.
이번 연구 결과가 바이러스 전달체를 사용한 유전자 치료 발전에도 기여할 수 있을 것으로 예상된다. Cpf1은 Cas9에 비해 크기가 작고 표적 유전자에 대한 특이성이 높아, 탑재 가능한 유전자 크기가 제한된 바이러스 전달체에 활용할 경우 유전자 치료 도구로 쓰일 수 있다.
연구 책임자인 김용삼 박사는 “Cpf1의 장점인 낮은 오프-타깃 효과는 유지하면서도 간단한 방법으로 교정 효율을 올렸다는 것이 핵심”이라며 “Cpf1의 가장 큰 단점이었던 교정 효율을 높여 다양한 유전자를 보다 쉽게 교정할 수 있고, 바이러스 전달체를 이용한 유전자 치료 활용 가능성을 높였다”고 말했다.
과학기술정보통신부, 한국연구재단이 추진하는 바이오 의료 기술 개발 사업 및 국가과학기술연구회가 추진하는 창의형 융합연구사업 지원으로 수행된 본 연구는 생물학 분야 세계적 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션’ 지난달 7일자 온라인판에 게재됐다.
