가위로 유전자를 편집한다?! 크리스퍼(CRISPR-Cas9)기술

2021-12-29
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우리가 부모에게 물려받은 모든 유전 정보를  ‘유전체’라고 하며, 유전체는 DNA로 구성되어 있다. DNA의 특정 부분은 개개인의 특성을 나타내는 원인이 되는데 이를 ‘유전자’라고 한다. 유전자는 각 개인의 생김새와 속성을 결정하며, 질병과도 큰 관련이 있다. 이처럼 한 개체의 토대가 되는 유전자를 자유롭게 편집할 수 있는 기술이 생명공학의 중요한 이슈가 되고 있다. 유전자 편집 기술 ‘크리스퍼(CRISPR-Cas9)’에 대해 자세히 알아보자.


크리스퍼 기술의 개발 이전과 이후



유전자를 구성하는 DNA는 끊임없이 변화한다. 예를 들어, 우리 몸이 오랜 시간 햇볕에 노출되면 자외선에 의해 피부 세포 DNA에 변이가 일어날 수 있다. 또한, 세포가 분열할 때 DNA가 복제되는데, 이 복제 과정에서도 DNA가 조금씩 달라질 수 있다. 이처럼 DNA는 여러 이유에 의해 변이가 일어날 수 있고, 기능이 달라질 수 있다.


DNA의 변이를 이용하는 대표적인 사례는 농작물의 품종 개발이다. 생산성 높은 품종을 개발하기 위해 농작물의 씨앗에 방사선의 일종인 ‘감마선’을 쬐어 DNA의 변이를 인공적으로 유도하는 것이다. 이로 인해 일부 유전자의 기능이 달라지고, 이 중 어떤 씨앗은 자랐을 때 열매가 크게 열리거나, 맛이 좋아질 수 있는 것이다. 이처럼 크리스퍼 기술의 개발 이전에도 유전자를 변형시켜 이롭게 이용하는 기술은 존재해왔다.


그렇다면 왜 크리스퍼를 생명공학 기술의 혁명이라 하는 것일까? 크리스퍼는 이전의 유전자 변형 기술과는 다르게, 정확한 목표 지점을 선택해 유전자를 변형시킬 수 있기 때문이다. 크리스퍼를 이용한 유전자 변형을 유전자 ‘편집’이라고 부르는 이유가 그것이다. 방사선을 이용해 유전자를 변형시키면 여러 유전자가 동시에 영향을 받게 되는데, 이는 예상치 못한 부작용을 가져올 수 있다. 하지만, 크리스퍼를 이용하면 다른 유전자에 영향 없이 특정 유전자의 원하는 지점을 골라 자유롭게 편집할 수 있는 것이다. 이로 인해, 농작물·축산물 등의 식품을 더욱 더 안전하게 개량할 수 있고, 불치병 치료에도 한걸음 나아갈 수 있다.


크리스퍼는 유전자 ‘가위’로서 역할 한다.



출처 ; Nature

                                                                                                                 출처 : Nature

 

크리스퍼가 목표 지점을 선택하여 유전자를 변형시키는 방법은 무엇일까? 이를 위해 DNA의 구조에 대해 먼저 살펴보자. DNA는 A, G, T, C라는 네 가지 물질이 일렬로 배열된 물질이다. 따라서 각각의 유전자는 A, G, T, C의 고유한 서열을 갖는다. 예를 들어, 어떤 유전자는 AGGTTCAGAACTT… 와 같은 서열을 가질 수 있다.

크리스퍼는 목표로 하는 특정 DNA의 서열을 인식하는 물질을 가지고 있는데 이를 ‘가이드 RNA’라고 한다. 가이드 RNA는 목표로 하는 DNA 서열에 맞게 실험자가 직접 설정할 수 있다. 이는 마치 도서관에서 책을 찾기 위해 책 이름을 검색하는 과정과 같다. 크리스퍼의 가이드 RNA가 목표 DNA를 찾아내 결합하면, 크리스퍼는 마치 가위처럼 목표 DNA를 절단하게 된다. 이러한 방법으로 특정 유전자의 기능을 하지 못하게 하거나, 새로운 유전자를 특정 위치에 삽입할 수 있게 되는 것이다. 이런 이유로 크리스퍼를 ‘유전자 가위’라고 부르기도 한다.


크리스퍼로 개량된 식품이 식탁에 오르고 있다.



크리스퍼를 이용한 유전자 편집 기술은 식품 공학 분야에서 활발히 활용되고 있다. 예를 들어, 토마토에는 우리 몸에 좋은 아미노산이 풍부하게 들어 있는데, 유전자 편집 기술을 통해 토마토에서 아미노산이 많이 만들어지게 개량할 수 있다. 농작물뿐만 아니라 생선, 육류 생산에도 크리스퍼 기술이 사용된다. 예를 들어, 근육의 성장을 억제하는 유전자를 크리스퍼를 이용해 제거하면 근육 세포가 증가하여 살이 두툼한 생선을 생산할 수 있는 것이다. 이처럼 크리스퍼 기술은 점점 우리의 삶에 큰 영향을 미치게 될 것이다.


크리스퍼 기술의 미래 _질병의 원인 유전자를 편집하다 


크리스퍼 기술은 앞으로 의학 분야에서 눈부신 성과를 가져다 줄 것으로 기대하고 있다. 에이즈나 암 등 우리의 생존을 위협하는 질병의 원인 유전자를 찾아 편집함으로서, 근본적인 치료를 하게 될 수 있는 것이다. 유전자 편집 기술이 더욱 발전한 미래 시대에 우리는 훨씬 더 건강하고 편안한 삶을 살아갈 수 있을 것이다.








ㅣ글쓴이 와이즈만 영재교육연구소 과학팀 정윤제 연구원 


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