변형 크리스퍼 유전자가위인 ‘염기교정 유전자가위(Base Editor)가 3세대 유전자가위인 ‘크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas9)’보다 정확도가 높은 것으로 나타났다.
기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단(김진수 단장)과 서울대 김대식 박사 연구팀은 유전자가위를 처리하기 전과 후를 비교하는 방법으로 염기교정 유전자가위가 크리스퍼 가위보다 정확성이 높다는 것을 처음으로 확인했다고 11일 밝혔다.
유전자가위는 인간·동식물 세포의 특정 염기서열을 찾아내 해당 부위 DNA를 절단함으로써 유전체를 교정하는 효소다. 가장 먼저 나온 1세대 ‘징크 핑거 뉴클레이즈’와 2세대인 ‘탈렌’, 그리고 3세대인 ‘크리스퍼’로 나뉜다.
지난해 처음 학계에 보고된 염기교정 유전자가위는 크리스퍼 유전자가위를 변형해 아데닌(A)·티민(T)·시토신(C)·구아닌(G)으로 된 DNA 염기서열에서 시토신(C)을 티민(T)으로 염기 한 개만 변형시킬 수 있는 기술이다.
DNA 두 가닥 모두를 자르는 크리스퍼 가위와 달리, 단일 염기만 교체할 수 있어 선천적 유전질환의 발병 기제를 밝히는데 기여할 것으로 기대된다.
하지만 염기교정 유전자가위가 표적 위치에서 정확하게 작동하는지에 대해서는 알려진 바가 없어, 실제 유전자 교정기법으로 적용하기는 어려웠다.
연구팀은 자체 개발한 ‘절단 유전체 시퀀싱 기법’을 이용해 염기교정 유전자가위의 정확성을 유전체 전체 수준에서 규명하는데 성공했다.
절단 유전체 시퀀싱은 DNA의 염기서열 순서를 분석하는 유전체 시퀀싱 기법을 이용해 유전자가위 처리 전후를 한눈에 파악, 잘린 위치를 구별하는 기법이다.
실험 결과, 크리스퍼 유전자가위는 평균적으로 인간 유전체 32억개 가운데 90곳을 자르는데 반해 염기교정 유전자가위는 평균 18곳에서만 변이(비표적에 작동)를 일으키는 것으로 나타났다.
특히 염기교정 유전자가위의 교정할 DNA를 찾아가는 ‘가이드 RNA’의 끝부분에 구아닌 염기를 추가하면 오작동 확률이 더 낮아지게 된다.
크리스퍼 유전자가위에 의해 잘린 부위가 모두 변이를 만드는 것은 아니지만, 염기교정 유전자가위보다 실험적으로 변이율이 더 높았다고 연구팀은 설명했다.
유전자와 줄기세포 치료제 개발, 고부가가치 농축산물의 품종 개량 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 생명공학 분야 권위 있는 학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’(Nature Biotechnology) 11일 자 표지논문으로 실렸다.