CRISPR/CAS9과 유전자 편집

CRISPR/CAS9과 유전자 편집

#복습 #머릿속에 그림 그리기

유전자 편집(genome editing)에 대해 꾸준히 관심을 가지고 몇몇 자료를 보았다.

기초적인 지식이 부족해 이해가 어려웠다.

오늘 요즘 최근 많은 곳에서 언급되고 있는 CRISPR/CAS9에 대한 강의를 들었다.

강의 후 참여자 간의 질의, 응답 과정에서 이해도가 조금 생겨 #복습 차원에서 정리한다.

유전자 편집에 중요하게 활용되는 유전자 가위는 상당한 시간 동안 계속 발전되어 왔지만 CRISPR/CAS9이 나오기 전까지는 매우 제한적으로 사용되어 왔다.

CRISPR/CAS9이 나오며 유전자 편집이 현실에서 상용화되기 시작했다.

CRISPR/CAS9은 박테리아(bacteria : 세균)가 박테리아를 숙주세포로 하는 바이러스 들인 박테리오파지(bacteriophage)라고 불리는 바이러스에 감염되면 대부분 세균은 죽고 일부는 살아남는다.

살아 남아 박테리아는 자신의 몸에 침입했던 바이러스의 DNA 일부를 잘라 자신의 유전체에 차곡차곡 삽입한다. 

CRISPR(Clusters of Regularly Inter-Spaced Palindromic Repeats)라는 것은 바로 이 바이러스 DNA의 일부를 잘라 쌓아 놓은 규칙적이고 반복적인 염기서열을 말한다.

CRISPR의 역할은 범죄자의 사진과 특징을 기록해 공개한 지명수배와 같다.

이 CRISPR는 박테리아 세포 내 Cas9 단백질과 결합해 RNA-단백질 복합체를 형성한다. 

만약 같은 바이러스가 박테리아 세포에 침입하며 앞서 언급한 CRISPR와 Cas9 단백질이 결합해 형성된 RNA-단백질 복합체가 바이러스 염기서열을 인식해 결합한 후 절단해 세포를 보호한다.

방식은 규칙적이고 반복적인 염기서열이라는 범죄자 정보를 가지고 있는 CRISPR가 침입한 바이러스를 정확히 찾고, CAS9은 CRISPR가 특정한 DNA를 절단하여 바이러스를 무력화시킨다.

여기서 CRISPR의 규칙적이고 반복적인 염기서열을 필요에 따라 임의로 만들면 우리가 목표로 하는 DNA를 정확히 특정할 수 있다.

우리가 목표로 하는  DNA를 특정하면 CAS9이 절단하기 때문에 유전자가위로서 역할을 할 수 있다.

여기서 CAS9은 CAS는 Crispr Associated Protein의 약자로 크리스퍼(CRISPR)와 연관된 단백질들이라는 의미 한다.

CAS 즉 CRISPR와 연관된 단백질을 수십 가지 이상이고 그것을 연구하는 과정에서 CAS1, CAS2, CAS3... CAS9.. CAS11과 같이 이름을 붙였다.

이중에 9번째 단백질인 CAS9이 유전자 가위로서 핵심적인 역할을 하는 것이다.

CRISPR/CAS9과 같은 유전자 가위를 이용한 유전자 편집은 어떻게 적용되는가?

기본적으로 유전자 편집은 세포단위에 적용되어야 한다.

인간은 배아세포 또는 조혈모세포 등과 같은 세포의 DNA를 직접 편집하는 방법이 가장 극적인 효과를 얻을 수 있으나 배아세포는 윤리적인 문제로 전 세계적으로 금지된 상태이고, 조혈모 세포는 면역반응의 문제 등 난관이 많아 거의 로또 확률 이상으로 어렵다.

요즘 이야기하는 유전자 치료제는 바이러스에 치료 대상이 되는 DNA 염기서열에 적합한 CRISPR와 CAS9을 포함시킨 것이다.

CRISPR/CAS9를 포함한 바이러스가 몸안의 세포에 침투하여 자연스럽게 DNA를 고정하는 것이다.

식물도 마찬가지다.

식물을 세포배양을 통해 만드는 경우에는 세포에 직접 CRISPR/CAS9을 적용 DNA를 편집한다.

그러나 이것이 어려운 경우 인체와 동일하게 바이러스를 활용하기도 한다.