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유전자 가위 역사 - 유전자가위 징크핑거, 탈렌, 크리스퍼 차이

키스 키스세븐 2020. 5. 13. 13:27
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[유전자 가위 역사 - 유전자가위 징크핑거, 탈렌, 크리스퍼 차이]


세대별 게놈 편집 기술은 1세대 징크핑거 뉴클레이즈, 2세대 탈렌, 3세대 크리스퍼의 차이가 있습니다. 이것들은 모두 유전자 가위 기술이며 거듭된 발전을 볼 수 있습니다.

유전자 가위란 문제가 있는 유전자 DNA를 사람이 고치기 위해 사용하는 방법입니다. 에이즈 등의 바이러스 질병, 심장병 등의 불치병 치료, 심지어 미래 먹거리 대비 등의 생명공학 기적을 이룰지도 모를 기술입니다.

그래서 이 글에서는 유전자 가위 역사를 통해서 유전자 가위의 장단점을 파악하려고 합니다.




이 블로그는 "심심할 때 잡지처럼 읽는 지식"이라는 목적으로 운영됩니다. 즐겨찾기(북마크) 해 놓으면 심심할 때 좋습니다. 





유전자 가위 역사와 발명


유전자 가위의 역사를 간략하게 살펴보겠습니다. 우선, 1세대 유전자 가위입니다.

1985년, 과학자들이 아프리카의 발톱개구리를 연구하다가 특이한 점을 발견했습니다. 아연이 중심인 물질이 DNA에 단단히 고정되어 있었던 것입니다. 어떻게 붙어있는 것일까를 생각하던 중에, 세균들이 자신의 DNA에 침투한 바이러스가 있는 부분을 잘라내는 데에 사용하는 'Fokl'을 떠올렸습니다.

이것이 바로 ZFNs, 즉 '징거핑크 뉴클레이즈'입니다.


더 정밀한 이유 설명 그림(더 정밀한 이유 설명 그림 [유전자 가위 역사 징크핑거, 탈렌, 크리스퍼 차이] / ⓒ Mazhar Adli 편집 www.kiss7.kr)



그러다가 2009년, 단백질이 염기를 인식하는 'TALE'라는 물질을 발견합니다. 그 후 2010년, 이것을 이용해서 2세대 유전자 가위인 TALENs, 즉 '탈렌'입니다.

징크핑거와 탈렌의 차이는, 징크핑거가 여러 개의 염기를 인식하는데 비해, 탈렌은 하나씩 인식하는 것이 가능하다는 점입니다. 이 말은 좀 더 정교한 인식이 가능해졌다는 얘기입니다.

그러나 탈렌은 크기가 커져서 세포에 넣기가 어려웠습니다.




다른 한편에서는 또 다른 발견이 이어지고 있었습니다. 1987년, 대장균에서 CRISPR(크리스퍼)란 것을 발견했는데, 1995년에 다른 세균도 공통적인 서열이 있다는 것이 드러난 것입니다. 이게 중요한 이유는 크리스퍼가 특정 물질을 기억하는 것 같았기 때문입니다.

그 후, 2012년에 CAS9(캐스9)란 것을 발견합니다. 이것은 바이러스를 공격하는 효소입니다. 물론 과학자들은 이 둘을 붙여서 복합체를 만들려고 했고, 그것이 우리가 아는 제3세대 유전자 가위인 '크리스퍼 캐스9'입니다.


유전자 가위 원리 설명 그림(유전자 가위 원리 설명 그림 [유전자 가위 역사 징크핑거, 탈렌, 크리스퍼 차이] / ⓒ Mayo Clinic, 편집 www.kiss7.kr)



그런데 이 크리스퍼 캐스9 가위는 정말 놀라웠습니다. 여기서 징크핑거, 탈렌, 크리스퍼의 차이를 짚고 넘어가야 합니다.

일단 불량 유전자를 어떻게 인식하냐는 것이 가장 큰 차이점입니다. 징크핑거와 탈렌은 말 그대로 징크핑거 단백질과 탈렌 단백질로 인식을 합니다. 그런데 크리스퍼는 RNA라는 것을 이용합니다.

RNA는 DNA의 정보를 활용하는 것이기 때문에 DNA와 짝을 이루고 있습니다. 그러니까 자기와 딱 맞는 DNA 서열을 유도탄처럼 정확히 찾아갈 수 있는 것입니다.





징크핑거, 탈렌, 크리스퍼 차이


DNA 서열을 자르는 방법은 위에서 설명한 바와 같이 1세대, 2세대는 Fokl을 이용하고, 3세대는 캐스9라는 효소를 이용합니다.

이제, 가장 중요한 정확도의 차례입니다. 오작동을 하면 엄청난 돌연변이를 일으킬지도 모르니 말입니다.

1세대 징크핑거의 정확도는 최대 24%였습니다. 2세대 탈렌의 정확도는 최대 99%입니다. 그런데 크리스퍼의 정확도는 의외로 최대 90%입니다.

여기까지만 보면 크리스퍼 캐스9 유전자 가위가 왜 혁명인지 모르겠지만 다음을 보면 차이가 드러납니다.


유전자 가위 세대 차이(유전자 가위 세대 차이 [유전자 가위 역사 징크핑거, 탈렌, 크리스퍼 차이] / ⓒ Ernesto del Aguila III, NHGRI, 편집 www.kiss7.kr)



징크핑거와 탈렌은 그 과정이 매우 복잡합니다. 그래서 만들기 위해 한 달이 넘는 시간이 필요합니다. 당연히 비용도 많이 들 수밖에 없습니다. 그러나 크리스퍼는 단 하루면 만들어낼 수 있습니다. 이 말은 정확성을 높이기 위해 더 다양한 시도를 할 수 있다는 말이며, 비용도 획기적으로 적게 든다는 말이기도 합니다.

징크핑거 하나를 만들려고 50만 원을 쏟아붓던 것과 비교할 때 크리스퍼를 만드는데 3만3천 원 밖에 들지 않는다면 정말이지 혁명인 것입니다.




여기까지도 놀라운 일이지만, 유전자 가위 역사는 아직도 계속되고 있습니다. 2015년에는 크리스퍼 캐스2가 나와서 이제는 3.5세대 지점에 들어서 있습니다.

3.5세대 유전자 가위는 '크리스퍼 Cpf1'이라고 합니다. 또 다른 세균(박테리아)에서 발견된 물질을 대신 사용하는 것인데, 캐스9와 비교할 때 분자의 크기가 작아서 오류 확률이 떨어진다는 장점이 있습니다. 작을수록 더 정확하게 필요한 부분을 자를 수 있을 것이니 말입니다. [저작권법 표시] 이 글의 원본: 키스세븐(www.kiss7.kr) 


유전자 가위 발견, 개발(유전자 가위 발견, 개발 [유전자 가위 역사 징크핑거, 탈렌, 크리스퍼 차이] / ⓒ MaxPhilip, 편집 www.kiss7.kr)



그렇다면, DNA 서열을 찾는 방법과 자르는 방법을 찾으면 무엇을 할 수 있는가? 이것을 알면 지금까지의 설명이 끝납니다.

나선형으로 꼬인 DNA는 파괴가 일어나면 복구하려는 성질이 있어서 잘려도 다시 이어집니다. 즉, 병을 일으키는 부분이 사라지고 깨끗하게 다시 이어지는 것입니다. 또한, 자른 후 그 자리에 원하는 성질의 서열을 끼워 넣을 수도 있습니다.

이렇게 하면 미래에는 깨끗하고 우수한 DNA를 가진 인류를 기대할 수 있게 될 것입니다. 다만, 유전자 가위의 차이보다도 더 중요한 것은 생명윤리라는 점을 잊어서는 안 될 일입니다.



[유전자 가위 역사 - 유전자가위 징크핑거, 탈렌, 크리스퍼 차이]

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