새로운 크리스퍼 시스템(CRISPR systems)의 '보물 창고(Treasure trove)', 게놈 편집의 가능성을 제시
#기사: ‘Treasure trove’ of new CRISPR systems holds promise for genome editing
#참고1: Uncovering the functional diversity of rare CRISPR-Cas systems with deep terascale clustering
#참고2: Algorithm identifies 188 new CRISPR gene-editing systems
#참고3: KoNIBP 생명윤리 언론동향 브리프 No.8 - ‘크리스퍼 유전자 치료법, 기술의 위험성과 한계 우선 고려해야’
□ 기사 본문
CRISPR-Cas9은 주로 DNA 편집 도구로 알려져 있지만, 그 본래 기능은 특정 미생물이 바이러스에 대항하는 데 도움을 주는 면역 체계 일부입니다. 최근 연구자들은 새로운 알고리즘을 사용하여 수백만 개의 유전체를 조사하고 새로운 희귀 유형의 CRISPR 시스템*을 찾아냈습니다. 이러한 시스템은 최종적으로 유전체 편집 도구로 개조될 수 있습니다.
* CRISPR 시스템이란?
단세포 박테리아와 고세균은 CRISPR 시스템을 사용하여 세균 바이러스인 박테리오파지(bacteriophage)에 대항합니다. CRISPR 시스템은 일반적으로 파지 DNA 또는 RNA를 인식하고 결합하는 '가이드 RNA' 분자와 ‘가이드 RNA’ 분자가 지시하는 위치에서 유전 물질을 절단하거나 방해하는 효소의 두 가지 부분으로 구성되어 있습니다. 지금까지 연구자들은 I부터 VI까지 지정된 6가지 유형의 CRISPR 시스템을 식별했습니다. 이들은 다양한 특성을 가지고 있으며, 사용하는 효소의 유형과 RNA 또는 DNA를 인식, 결합, 절단하는 방법이 다릅니다.
⚫새로운 알고리즘이 찾아낸 7번째 CRISPR 시스템
자연 속에서 다양한 CRISPR 시스템을 찾기 위해 Zhang, MIT 바이오 엔지니어인 Han Altae-Tran 및 그들의 동료들은 FLSHclust라는 알고리즘을 개발했습니다. FLSHclust는 공개 데이터 분석을 통해 유전자 서열 간의 유사성을 찾아 약 5억 개 정도의 클러스터로 그룹화하여 CRISPR 관련 유전자를 찾았습니다.
연구진은 약 13만 개의 유전자가 어떤 식으로든 CRISPR과 연관되어 있음을 발견했으며, 이 중 188개는 이전에는 볼 수 없었던 유전자로, 실험실에서 몇 개를 테스트하여 그 기능을 알아냈습니다.
연구진은 이번 실험을 통해 DNA의 이중나선을 풀고 유전자를 삽입하거나 삭제하는 등 CRISPR 시스템이 박테리오파지(bacteriophage)를 공격하는데 사용하는 다양한 방법을 밝혀냈습니다. 연구팀은 또한 파지가 박테리아의 방어를 피하는 데 도움이 될 수 있는 '안티 크리스퍼' DNA 조각을 확인했습니다. 새로운 유전자 중에는 RNA를 표적으로 하는 전혀 알려지지 않은 CRISPR 시스템의 코드도 포함되어 있었으며, 연구팀은 이를 VII형이라 명명했습니다.
⚫유전자 편집 도구로서 7번째 CRISPR이 지닌 잠재성
(188 new types of CRISPR revealed by algorithm 참고)
7형 크리스퍼 시스템이나 FLSH클러스트가 확인한 다른 유전자가 유전 공학에 도움이 될지 말하기는 아직 이르다고 공동 제1저자인 한 알태트란(전 브로드연구소/MIT 생물학과 대학원생이자 현재 워싱턴대학교 박사후 연구원)은 네이처에 말했습니다.
네이처는 다음 단계는 새로 발견된 시스템을 더 면밀히 검토하여 구성 요소가 어떻게 작동하는지, 그리고 유전자 편집에 사용할 수 있는지를 확인하는 것이라고 보도했습니다.
□ CRISPR을 활용한 유전자 치료 방법과 그에 따른 위험
(KoNIBP 생명윤리 언론동향 브리프 No.8 - ‘크리스퍼 유전자 치료법, 기술의 위험성과 한계 우선 고려해야’ 참고)
⚫CRISPR(크리스퍼) 유전자 가위의 위험성
크리스퍼 유전가가위 기술은 진단, 그리고 다양한 질환과 증상을 치료하는 데 사용할 수 있는 폭넓은 잠재력을 가지고 있습니다. 크리스퍼 유전자가위로 절단한 이후, 세포는 자체적으로 절단된 DNA를 수리하는데 이때 잘못된 유전자를 정상 유전자로 교체할 수 있습니다. 그러나 이 과정에서 크리스퍼 유전자가위가 표적에서 벗어난 부위를 예상보다 많이 절단한다는 사실, 크리스퍼 유전자가위 자체가 면역 작용을 유발한다는 사실, 유전자 자체가 불안정해져 암 유발 가능성이 증가한다는 사실 등의 위험성이 알려지고 있습니다.
⚫크리스퍼 유전자 치료법의 위험성
2022년 10월에는 크리스퍼 유전자가위 기술을 사용하여 듀시엔형 근이영양증 치료를 받던 27세의 테리호간(Terry Horgan)이 사망하는 사고가 발생하여 크리스퍼 유전자가위 기술을 사용한 치료법에 의구심이 제기되었습니다. 1999년에는 대사 질환을 치료받던 18세의 제시 젤싱어(Jesse Gelsinger)가, 또한 2000년에서 2011년까지 중증합병면역결핍증을 치료받던 어린이 환자 11명 중 4명이 백혈병에 걸렸고 한 어린이가 결국 사망하는 일이 일어났습니다.
⚫크리스퍼 유전자 치료법에 대한 전망
(유전자치료 시대 임박…전문가들 "치료 비용 비싸 불평등 초래" ,Gene editing may not be the safest HIV cure strategy, early findings warn 참고)
장기적으로 유전자 치료가 특정한 질환을 예방하는 것이 목적이 아닌 불특정 질환을 예방하는 방법으로 사용될 수 있다는 분석이 나오고 있습니다. 이완 버니 영국 케임브리지대 교수는 "이는 질환에 대한 취약성을 '수정'하는 것이 아닌 신체 조건을 '개선' 한다는 점"을 강조했습니다. 또한 그는 "현재 체외수정이나 배아 검사가 보편적으로 시행되는 가운데 가까운 미래에는 태어날 아이의 유전자를 교정하는 상품이 등장할 수도 있다"라고 덧붙였습니다.
CRISPR Cas9을 이용한 유전자 편집은 비교적 새로운 기술로, 그 효과와 위험성 모두 완전히 밝혀지지 않았습니다. 유전자 치료는 매우 광범위한 용어로, 점점 더 많은 방식과 접근법, 기술들이 등장하고 있습니다. 따라서 모든 질문에 대해 명확히 답을 하기 위해서는 훨씬 더 많은 연구가 진행되어야 합니다.