유전자가위 기술은 1세대 ‘징크 핑거 뉴클레이즈’에서 2세대인 ‘탈렌’, 3세대인 ‘크리스퍼’로 발전해왔다. 이중 가장 최신 기술인 ‘크리스퍼(CRISPR)’을 이용한 유전자가위 기술을 임상실험에 적용할 수 있게 됐다.
22일 ‘사이언스’ 지에 따르면 미국 국립보건원(NIH) 자문위원회는 암 환자를 치료하는데 ‘크리스퍼(CRISPR)-Cas9′ 유전자가위 기술을 적용하겠다는 미국 펜실베이니아 대 연구팀의 제안을 21일(미 현지시간) 승인했다.
위원회는 그동안 정부 등 공공자금 지원을 통해 수행되는 유전자 치료 임상실험의 안전성과 도덕성을 심의해왔다. 그리고 ‘크리스퍼’를 이용한 임상실험이 안전성과 도덕성 측면에서 문제될 것이 없다는 결론에 도달한 것으로 알려졌다.

암과 싸울 면역세포를 만들어 인체에 투입

‘크리스퍼’ 유전자가위 기술은 생명공학자들 사이에 ‘혁명’이라는 찬사를 들을 만큼 유전체 연구에 있어 위력적인 기술이다. 유전병 치료뿐만 아니라 특정 병균에 강한 식물이나 동물 품종도 만들어 낼 수 있기 때문에 생명과학 분야에서는 그야말로 ‘마법 지팡이’로 통한다.
크리스퍼 기술을 적용하는 이번 실험에서 펜실베이니아대 연구팀은 암 환자를 위해 유전자 조작을 통해 암과 싸울 면역세포를 만들어 인체에 투입할 계획이다. 최첨단 기술이 적용되는 만큼 어떤 결과를 가져올지에 대해 벌써부터 세계 이목이 모아지고 있다.
이번 실험이 더 큰 주목을 받고 있는 것은 페이스북의 전 사장인 숀 파커(Sean Parker)가 암 박멸을 목표로 만들고 있는 공동 사업체 파커암면역요법연구소(Parker Institute for Cancer Immunotherapy)에서 자금을 대고 있기 때문이다.
파커암면역요법연구소에는 스탠포드대학과 캘리포니아대학, 샌프란시스코대학과 펜실베이니아대학, MD앤더슨암센터, 메모리얼 슬론 케터링 암센터 등 6개 기관 연구소 40곳에서 일하는 300명이 넘는 과학자가 참여하고 있다.
과학자들이 구성한 각각의 연구팀은 각자의 직장에서 연구를 계속하면서 연구 결과를 상호 이용할 수 있으며, 금전적인 지원도 받을 수 있다. 이번 임상실험은 2억5000만 달러를 출자한 연구소의 첫 번째 자금지원 사례로 기록될 전망이다.
이번 임상실험을 승인한 NIH 자문위원회 위원인 조지타운대학의 임상종양학자 마이클 앳킨스(Michael Atkins) 교수는 “이번 임상실험을 통해 새로운 유형의 치료법을 개발하는 등 많은 것을 얻을 수 있다”고 말했다.

크리스퍼 기술로 T세포의 면역기능 강화 

이번 임상실험에서 핵심 과제는 백혈병 등의 암 세포 치료를 위해 효능이 뛰어난 면역세포를 만드는 일이다. 연구를 수행하고 있는 펜실베이니아 대 연구팀은 환자로부터 인체 면역세포인 T세포(T-cell)를 떼어내 ‘NY-ESO-1’ 수용체를 주입할 계획이다.
NY-ESO-1은 종양 속에 들어 있는 단백질이다. ‘NY-ESO-1’ 수용체가 주입된 T세포는 ‘NY-ESO-1’ 반응을 보이는 종양 찾아내 공격을 수행하게 된다. 연구팀은 그동안 임상실험에서 다발성 골수종 환자에게 이 T세포를 주입, 초기 효과를 보았다가 밝혔다.
그러나 T세포를 재차 주입하자 그 효과가 줄어들었다. 이는  ‘PD-1′ 단백질 때문인데 이 단백질은 T세포 표면에 위치하면서 종양세포들이 T세포의 공격으로부터 피신할 수 있도록 여건을 조성하고 있다.
이번 임상을 이끌고 있는 펜실베이니아 대의 칼 준(Carl June) 교수는 “이번 임상실험에서는 크리스퍼 기술을 이용해 면역세포 활동에 지장을 초래하고 있는 원인 물질인 ‘PD-1′ 단백질 기능을 약화시킬 계획”이라고 밝혔다.
연구팀은 또 T세포 활동을 저해하는 또 다른 단백질을 찾아 그 기능을 약화시켜 T세포 속에 주입된 ‘NS-ESO-1 수용체’가 활발한 활동을 할 수 있도록 그 기능을 향상시키는 방안을 찾고 있다고 밝혔다.
2년 간 진행된 이번 임상실험에는 골수종(myeloma), 육종(sarcoma), 그리고 악성 흑색종(melanoma) 환자 18명이 참여한다. 이중 악성 흑색종 환자는 파커암면역요법연구소 멤버인 캘리포니아대, 텍사스 대 앤더슨 암센터 등에서 치료경험이 있는 환자들이다.
크리스퍼 유전자가위는 유전자의 특정 부위를 절단해 유전체 교정을 가능하게 하는 리보핵산(RNA)기반 인공 제한효소. DNA를 자르는 절단효소(단백질)와 크리스퍼RNA(crRNA)를 붙여서 제작한다.
길잡이 역할을 하는 RNA가 DNA 염기서열 중 목표한 위치에 달라붙으면 단백질이 DNA를 잘라낸다. 이 기술이 인류를 괴롭히는 암 종양을 제거하는데 위력을 발휘할 수 있을지 세계가 지켜보고 있는 중이다.