일본의 게놈 편집 기술이 미국과 중국을 따라잡을 수 있을까?

일본 연구팀이 게놈 편집을 개선할 수 있는 방법을 찾았지만 복잡한 규제로 인해 일본 기술이 임상 단계에 도달하는 데 걸림돌이 되고 있습니다.

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게놈 편집 기술은 유기체의 게놈을 수정할 수 있으며 유전자 치료에의 적용이 매우 기대됩니다. 임상시험은 주로 미국과 중국에서 주목을 받고 있지만 일본은 뒤쳐져 있습니다. 규슈대학과 같은 일부 연구자들은 주류 편집 도구인 CRISPR-Cas9의 문제를 다루기 시작했습니다. 이러한 일본 기술은 유전자 변형의 정확성을 크게 향상시켰지만 여전히 해결해야 할 몇 가지 문제가 있습니다.

게놈은 아데닌, 티민, 시토신, 구아닌으로 알려진 네 가지 유형의 염기의 긴 사슬로 구성됩니다. 이러한 염기의 서열을 디옥시리보핵산(DNA)이라고 하며, 이는 유전 정보의 "문장"을 나타냅니다.

유전자 변형에서는 DNA의 어느 부분에 유전자가 삽입될지는 우연에 달려 있습니다. 그러나 염기의 순서를 바꾸는 게놈 편집을 사용하면 유전자 변화의 위치를 ​​선택할 수 있습니다. 이것이 둘 사이의 가장 큰 차이점입니다.

2012년 미국의 제니퍼 다우드나(Jennifer Doudna)와 프랑스의 엠마누엘 샤르팡티에(Emmanuelle Charpentier)가 CRISPR-Cas9을 발명하기 전까지 게놈 편집의 정확도는 낮았습니다. DNA에서 표적 염기서열의 위치를 ​​찾는 유도 물질과 역할을 하는 Cas9 효소로 구성됩니다. DNA를 자르는 가위처럼 말이죠.

CRISPR-Cas9는 다른 기술이 없는 방식으로 게놈 편집을 추진했습니다. 이전 기술에 비해 유도물질을 활용해 타겟 설정이 훨씬 쉬워졌다. Cas9은 사용하기 쉽고 절단 능력도 강력합니다.

Doudna와 Charpentier는 모두 생명과학 연구에서 상당한 발전을 이룬 공로로 2020년 노벨 화학상을 수상했습니다. 질병을 일으키는 유전자 돌연변이를 교정하기 위한 유전자 치료 등 의료 분야에서의 응용에 대한 기대가 높아지고 있습니다. 영양 성분을 강화한 게놈 편집 식품의 활용은 국내외에서도 진행되고 있습니다.

그러나 CRISPR-Cas9의 가장 큰 문제는 Cas9 효소가 표적 영역을 넘어 절단하는 '오프 타겟 효과' 현상입니다.

유전자 편집 식품의 경우처럼 타겟이 성공적으로 변형되고 변형이 안전한 것으로 확인된 결과를 선택할 수 있다면 문제가 되지 않습니다. 그러나 유전자치료 등 사후 선택이 불가능한 경우 유전자 편집은 예상치 못한 유전적 특성 등 큰 부작용을 초래할 수 있다.

CRISPR-Cas9를 이용한 유전자 치료법은 전 세계적으로 임상시험에서 테스트되고 있습니다. 그러나 오프 타겟 절단으로 인해 암세포 변형이 발생할 위험에 대한 우려가 있어왔습니다. 또한, 생존에 필요한 유전정보가 파괴되어 세포가 죽을 수도 있습니다. 따라서, 오프 타겟 문제를 해결하는 것이 시급한 과제가 되었으며, 이를 위한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.

이 연구의 대부분은 효소의 정확성을 향상시켜 다른 부위가 "유탄"에 의해 절단되는 것을 방지하는 것을 목표로 합니다. 하지만 그 중 누구도 확실한 결과를 내지 못했습니다.

그때 규슈대학 연구팀이 글로벌 경쟁사와는 전혀 다른 컨셉으로 도전에 나섰습니다.

연구팀은 오프타겟팅(off-targeting)이 발생하는 이유는 표적에 대한 정확도가 떨어지는 것이 아니라 효소의 DNA 절단에 과도한 힘이 작용하기 때문이라고 밝혔다. 이러한 전제를 바탕으로 Cas9의 절단 강도를 줄이는 방법을 모색했습니다.

그들은 유도 물질에 시토신이라는 염기를 첨가하면 Cas9와 DNA의 결합이 감소하여 절단 강도가 감소한다는 것을 발견했습니다. 시토신이 많을수록 절단되는 양이 줄어듭니다. 그러나 절단 강도를 너무 억제하면 대상을 절단하지 못하게 됩니다. 따라서 그들은 최적의 시토신 수를 찾을 때까지 실험을 반복했습니다.