희귀질환 치료 연구의 파급효과는 매우 클 것으로 기대

김진수 IBS 유전체 교정 연구단 단장

인간배아에서 비후성 심근증의 원인이 되는 돌연변이 유전자를 크리스퍼 유전자 가위로 교정하는데 성공했다고 과학기술정보통신부와 기초과학연구원(IBS)은 밝혔다. 크리스퍼 유전자가위(CRISPR Cas9)는 박테리아의 면역 체계에서 유래한 DNA 절단효소로 특정 유전자를 없애거나 더할 수 있고, 다른 염기서열로 교체할 수도 있는 기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단 김진수 단장 연구팀이 미국 오리건 보건과학대학(OHSU) 미탈리포프(Mitalipov) 교수 연구팀 등과 함께 연구했다. 이번 연구에서 IBS 김진수 단장 연구팀은 배아 실험에 사용할 유전자가위(크리스퍼 Cas9)를 제작하여 제공하고, 실험 후 DNA 분석을 통해 유전자가위가 표적 이탈 효과 없이 제대로 작동했음을 확인하였으며, 인간배아에 유전자가위를 도입하여 유전자를 교정하는 실험은 미국 OHSU 연구팀이 수행하였다.

- 이번 성과가 기존과 다른 점은 무엇인가

이번 연구는 유전질환을 가진 변이 유전자를 인간배아에서 유전자가위로 교정할 수 있음을 입증했다. 또한, 기존에 해결하기 어려웠던 모자이크 현상을 유전자가위 도입방식을 달리해 해결했다는데 큰 기술적 진전이 있다.

- 어디에 쓸 수 있는가

이번 연구는 변이 유전자를 배아에서 교정하는데 성공하며 근본적인 유전질환 치료법을 연구하는데 큰 도움이 될 것으로 전망된다. 이번에 다룬 비후성 심근증은 유전적으로 발병할 확률이 높지만 성인이 되기까지 징후가 나타나지 않는다는 특징이 있다. 다음 세대로 이 유전자가 전달되는 경우가 많은 이유 중 하나다. 연구진은 유전자가위를 이용해 발병인자인 돌연변이를 배아에서 교정해 다음 세대로 유전을 막을 수 있는 확률을 높였다.

이번실험을 주도한 미국 오리건 보건과학 대학의 미탈리포프(Mitalipov) 교수는 “유전자 교정의 안정성이 증명된다면 유전질환을 갖고 있는 가족들의 부담은 물론 더 나아가 인류 전체의 부담을 덜 수 있다”고 말했다.

- 연구에 어려움은 무엇이던가

인간배아에 대한 연구는 매우 민감한 주제인 만큼 우려되는 부분도 있었다. 하지만, 논문 심사 과정에서 생명윤리 분야 심사위원이 ‘이번 연구는 생명윤리에 대한 가이드라인을 매우 잘 지켜졌다.’ 라고 심사평을 달아준 점은 매우 고무적이었다.

- 생명윤리법에 저촉되지 않는가

인간 배아를 활용한 실험은 미국 연구팀이 미국 규정에 따라 적법하게 진행했으며, 한국 연구팀은 실험에 쓰일 유전자가위를 제작하여 제공하고, 실험 후 DNA 분석을 통해 오작동 여부 분석을 하였지만, 인간배아를 직접 실험하지 않았으며, DNA는 인간배아가 아닌 ‘인체유래물’이므로 국내 생명윤리법에 저촉되지 않는다.

- 유전체교정 관련 연구동향과 전망은

김진수 단장 연구팀이 자체 개발한 절단 유전체 시퀀싱(Digenome-seq) 기법은 유전자가위의 정확성을 검증하는 최적화된 기법이다. 절단 유전체 시퀀싱 기법은 크리스퍼 유전자가위에 의해 잘리는 표적 염기서열과 비표적 염기서열을 찾아 비교하는 프로그램으로 신형 유전자가위 크리스퍼 Cpf1은 물론 최근 염기교정 유전자가위의 정확성도 세계 최초로 입증했다.

연구팀은 2013년 크리스퍼 유전자가위를 이용해서 최초로 인간배양세포의 유전자에 변이를 일으키는데 성공한 이후, ‘15년 외부 DNA를 사용하지 않고 절단효소 Cas9과 교정해야 할 염기를 찾아가는 가이드 RNA만 사용하는 혼합 방식을 이용해 인간배양세포와 식물의 교정하는데 성공해서(네이처 바이오테크놀로지 게재), 학계는 물론 산업계에서도 주목을 받았다. ’16년에는 크리스퍼 Cpf1 유전자가위의 정확성을 입증하고, 생쥐 배아의 유전자 교정에 성공해 논문 2편을 네이처 바이오 테크놀로지 같은 호에 실었다. 동물 개체 수준에서 크리스퍼 Cpf1 유전자가위를 적용해 성공한 첫 사례였다. 또한, 효율적으로 유전자가위를 배아에 전달하는 방법으로 전기충격을 제시했다. 이후, 올해 신형 유전자가위로 농작물 유전자 교정에도 성공했다.

2017년 올해에는 단일 염기 바꾸는 염기교정 유전자가위로 동물의 특정 유전자 염기를 바꾸는데 최초로 성공한데 이어 정확성을 밝히는데 성공했다. 절단 유전체 시퀀싱 기법을 적용해 전체 유전체 수준에서 염기교정 유전자가위의 성능을 확인하고 규명한 것이다.

또한 유전자가위로 퇴행성 실명 질환인 노인성 황반변성을 막을 수 있는 방법을 서울대병원과 공동 연구해 발표한 바 있다. 유전자가위가 암이나 유전성 희귀질환에 적합한 치료법이라는 기존의 틀을 깨고 비유전성 퇴행성 질환에도 효과적임을 증명한 것이다. 공동 연구진은 유전자가위를 적용해 특정 인자를 정확하게 교정해 병변을 제거하는 유전자 수술 개념을 제시해 많은 주목을 받았다.

- 세계적으로 유전자가위 관련 연구동향과 전망은

전 세계 각국은 유전자가위 연구뿐만 아니라 임상 연구에 돌입하고 있다. 현재 유전자가위 임상 연구는 미국 9건, 중국 5건, 영국 3건이 진행 중이다.

작년 미국국립보건원(NIH)은 크리스퍼 유전자가위를 활용해 암환자를 치료하는 임상시험을 허가했다. 미국 펜실베니아 연구팀은 2016년까지 암환자 18명을 대상으로 임상시험이 가능할 것으로 전망했다. 중국은 2016년 8월 폐암 환자를 대상으로 크리스퍼 유전자가위 임상시험을 시작했다. 암세포 공격 능력을 높인 면역세포를 환자에게 주입한다는 내용이다.

항암치료는 물론 유전자 변이로 생기는 유전병이나 에이즈와 같은 바이러스에 의한 질병을 치료할 수 있는 도구로 유전자가위가 각광받고 있는 만큼 새로운 절단 효소를 개발하거나 절단 효율을 높이는 기술적인 측면 외에도 임상이나 응용분야에 적용하고자 많은 노력을 기울이고 있다.

관련 논문 내용보기 

http://www.nobelscience.net/news/articleView.html?idxno=628