김진수 서울대 화학부 교수팀이 RNA 유전자 가위를 이용해 DNA를 잘라 유전자를 분석하는 방법을 개발했다.
RNA 유전자 가위(RNA-guided engineered nuclease; RGEN)란 미생물의 면역체계로 알려진 ‘CRISPR’ 시스템을 이용해 연구자가 원하는 유전자 염기서열을 절단하도록 고안된 인공제한효소를 말한다. 
이 효소를 이용할 경우 가정에서 암 진단이 가능해지는 등 유전자 진단방식에 있어 새로운 방향을 제시할 수 있을 것이라는 평가를 받고 있다. 


유전자 돌연변이 존재 여부 확인


현재 유전형 분석의 대표적인 방법으로는, 특정 염기서열을 인식해 절단하는 제한효소를 이용, DNA가 잘리는지 여부를 확인하는 ‘제한효소 절편 길이 다형성’과 ‘RFLP’ 방법이 있다. 그러나 접근 방법이 단순해 한계점이 노출되고 새로운 방법이 요구되는 상황이다.
“기존의 RFLP 방법은 염기서열이 제한돼 있을 뿐 아니라 새로운 서열을 인식하기 위해 다른 종류의 제한효소를 사용해야 한다는 단점이 있었습니다. 보편적으로 사용할 수 없던 거죠. 하지만 이번에 개발한 RNA 유전자가위 기술(RGEN)을 이용하면 가이드 RNA의 서열만을 바꿔 줌으로써 새로운 DNA 서열을 인식할 수 있는 유전자가위 기술(RGEN)을 손쉽게 제작할 수 있어요.”
유전자가위란 김진수 교수팀이 개발한 DNA를 자르는 역할의 효소를 지칭한다. 연구팀은 유전자가위를 활용한 다양한 연구를 발표한 바 있는데, 지난해 RNA의 상보성을 인식하면서 유전자를 절단하는 효소를 활용한 유전자가위 기술을 소개했다. 
그동안 국내외 연구진은 유전자가위 기술을 특정 유전자를 절단하거나 변이시키는 과정 등에 사용했다. 이를 유전체공학, 혹은 유전체 기술이라고 하는데 김진수 교수팀은 이 기술을 발암 유전자를 분석하는데 적용했다. 
“유전형 분석이란 사람마다 다른 염기서열의 개인별 차이를 분석 방법을 통칭합니다. 사람의 염기서열을 분석하는 가장 정확한 방법은 사실 시퀀싱(sequencing)이에요. 하지만 시간과 비용이 많이 든다는 단점이 있죠. 특별한 장비를 필요로 하니까요.
지금까지 가장 많이 사용하는 방법으로는 제한효소를 갖고 특정 유전자를 절단할 수 있는지 아닌지를 파악하는 것이었어요. 방법은 간단하지만 해당 제한효소가 인식하는 염기서열은 정해져 있어서 보편적으로 사용하기에는 무리가 있었죠.
그럼에도 불구하고 아직까지 실험실에서는 이 방법을 가장 널리 사용합니다. 유전형을 분석하는 가장 오래된 방법이기도 하거니와 그 사용법이 매우 쉽기 때문이죠. 그러나 이번에 진행한 우리팀의 연구는 어떤 유전형도 분석할 수 있게 해 보편성을 확보했다고 볼 수 있습니다.”
암세포는 정상세포와 달리 이곳 저곳에 돌연변이가 존재하고 있다. 특히 발암 유전자 변이가 어떻게 일어나는지가 중요한데 특정 발암 유전자에 어떤 변이가 있었는가에 따라 약물 처방의 결과가 달라진다.
“암 발생을 진단하는 데 가장 중요한 것은 얼마나 조기에 이를 알아차렸는지 입니다. 초기 발견에 따라 완치와 불치가 판가름 나기 때문이죠. 우리 연구팀의 연구는 암의 조기진단에 활용될 수 있는 가능성을 선보였습니다. 암세포 DNA를 분석하고 발암 유전자 변이를 인식하도록 만들어, 잘리는지 그렇지 않은지 판단할 수 있다는 기술을 개발한 것이죠.”
김진수 교수팀의 연구가 무엇보다 주목을 받는 이유는 유전자가위의 보편성을 확보했다는 점이다. 더불어 이 모든 과정을 별다른 장비 없이 손쉽게 수행할 수 있다는 점 역시 큰 이점으로 작용한다.
김 교수는 “고가의 염기서열 분석 장비를 사용하지 않고 간단한 전기영동 장비만 필요하기 때문에 저렴한 비용으로 손쉽고 빠르게 유전자를 분석할 수 있다”며 “분석을 원하는 유전자에 대응할 수 있도록 가이드 RNA만 교체해 주면 발암유전자 이외에도 다양한 유전자 분석에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.


암 진단 접근성 높일 수 있을 것



유전자가위란 DNA를 자른 후 그것이 고쳐지면서 세포내에서 변이가 발생하는 과정을 말한다. 김 교수에 따르면 이 과정이 암이 발생하는 과정과 매우 유사하다.
유전자 가위가 표적 DNA를 인식해 잘라주는 것인 만큼 변이가 생기면 더 이상 인식을 못하잖아요. 변이를 일으킨 유전자 가위를 갖고 변이가 발생하는지 지켜봤죠. 발생하면 자를 수 있을 것이고 그렇지 않다면 자르지 못하겠죠. 그러한 가정에 의해 출발했는데, 예상이 잘 들어맞았어요.”
여기서 그치지 않고 연구팀은 암이나 다른 유전형 분석에 사용할 수 있지 않을까 생각하며 지금의 연구에 들어섰다.
“결국 과학연구도 집단지성이기 때문에 한 연구가 다른 연구를 낳고, 또 다른 연구가 그것을 낳습니다. 이번 연구 역시 결국은 아이디어가 주요했다고 볼 수 있죠. 생각의 물꼬가 트이니 실험과정은 사실 일사천리였어요. 아마 이를 활용하면 앞으로는 가정에서 암을 진단할 수 있는 간단한 키트(kit)를 만들 수 있는 수준까지 갈 수 있지 않을까요.”
김진수 교수팀의 이번 연구는 암 등의 질병과 관계된 유전자 분석을 손쉽고 빠르게, 그리고 정확하게 할 수 있게 했다. 김 교수는 “이러한 추세가 계속 된다면 미래에는 스스로 암 진단 유전자 분석을 할 수 있는 시대가 올 것”이라고 덧붙였다.
“현재 임신진단은 개인이 가정에서 키트(kit)를 사용해 간편히 진행하잖아요. 이번 연구가 계속 진행된다면 아마 암 역시 자가진단의 시대가 오지 않을까 싶어요. 현재의 DNA 분석 방식은 시료를 뽑아 며칠 후 받는 방식인데 앞으로는 침을 뱉든 혈액 몇 방울을 떨어뜨리든 가정에서 간단히 진행할 수 있는 시대가 올 것이라고 시대하고 있어요.”
연구팀은 앞으로 다양한 암의 돌연변이를 인식하는 RNA 유전자가위를 만들어 미량의 암세포를 검출할 수 있는지, 조기진단 키트(kit)를 만든다는 계획이다. 김진수 교수는 “기술 개발은 오래 걸리지 않을 것”이라며 “치료제가 아닌 만큼 신약개발보다는 훨씬 빠르게 실용화가 진행될 수 있을 것”이라고 말했다.