CRISPR Cas9, Cpf1의 개발과정과 활용

 

 

 

 

 

CRISPR Cas9, Cpf1의 개발과정과 활용

고려대학교 약학과 이은솔

>CRISPR의 작용 메커니즘과 응용 분야

CRISPR/Cas9는 본래 세균과 고세균이 바이러스로부터 자신을 방어하기 위해 진화시킨 면역시스템이다. 세균의 유전체 속에 있는 반복된 DNA 시퀀스들은 스페이서에 의해 분리되어 있는데 이 스페이서는 그 세균을 공격했던 바이러스의 시퀀스로부터 뽑아낸 것이다. 이 스페이서는 몽타주와 같은 역할을 하여 CRISPR 시스템은 몽타주와 동일한 시퀀스를 만나면 절단을 하여 전에 침입했던 바이러스가 다시 침입할 경우 이것을 완전히 파괴한다. 파괴 과정에서 RNA가 특정 염기서열에 특이적으로 결합하여 가이드 역할을 하며 Cas9는 nuclease 역할을 하여 가이드 RNA가 명시하는 부분을 절단한다.

 

 

>좋게, 더 좋게

 

현재 CRISPR은 실험실에서 동물 배아를 대상으로 유전자를 삽입하거나 결함이 있는 유전자를 제거하는 데 사용되고 있다. 그러나 CRISPR의 Cas9는 크기가 너무 커서, 인간의 세포에 효과적으로 접근하기 어렵다는 문제점이 있었다.

 

장 펑 (Feng Zhang) 박사는 이 같은 문제점의 해결 방법을 발견했다. 장 펑 박사의 연구진은 지난 4월, 포도상구균(Staphylococcus aureus)에게서 Cpf1 단백질을 찾아냈다. Cpf1은 CRISPR을 보유한 세균 중 일부에서 발견되었으며 Cas9보다 훨씬(1/3) 작은 미니 효소이다. Cpf1은 크기가 작기 때문에 성숙한 세포 속으로 쉽게 들어갈 수 있다는 장점이 있다.

 

뿐만 아니라 장 펑 박사의 연구진은 Cell 9월 25일호에 기고한 논문에서, "Cpf1 단백질을 이용하여 CRISPR/Cas9의 한계 중 하나인 대체능력을 극복했다"고 밝혔다. 유전자 편집은 특정 유전자의 불능화(disabling)와 다른 유전자로의 대체, 이 2가지 능력을 갖추어야 하는데 CRISPR/Cas9는 유전자를 불능화하는데 뛰어나지만, 하나의 DNA 시퀀스를 다른 시퀀스로 대체하기가 어렵다는 지적을 받아 왔다. 이 한계를 Cpf1의 sticky end를 이용하여 극복한 것이다.

 

Cas9와 Cpf1은 DNA를 절단하는 방법이 다르다. Cas9는 DNA 이중사슬을 똑같이 절단하여 blunt end를 만드는 반면, Cpf1은 두 가닥을 다르게 잘라 sticky end를 남긴다. blunt end는 하나의 DNA 시퀀스가 양쪽 말단 모두에 삽입될 수 있기 때문에 콘트롤하기가 쉽지 않은 데 반해, sticky end는 하나의 상보적 말단과만 짝을 이룰 수 있어 정확성이 높아진다. 즉, sticky end는 DNA 삽입을 통제할 수 있는 정보를 담고 있기 때문에 Cpf1을 이용하면 Cas9보다 삽입을 제어하기가 훨씬 더 쉬워진다.

 

 

 

이러한 연구성과를 두고 임페리얼칼리지런던의 루카 마그나니 박사(후성유전학 전문)는 "Cpf1을 이용하면 지금껏 우리가 겨냥할 수 없었던 것까지도 편집할 수 있다"고 말했다.  

 

 

>CRISPR의 활용과 우려

CRISPR를 이용한 유전체수술은 놀랄 만큼 다양한 인간의 질병을 치료할 수 있는 잠재력을 보유하고 있다. CRISPR는 암이나 에이즈 또는 유전질환과 같이 다양한 질병 치료에 사용할 수 있다. 또 이것을 동식물에 적용해서 새로운 농작물이나 가축을 만드는데 사용할 수 있다. 돌연변이 유전자를 골라내 정상 유전자로 바꿔치는 첨단유전자가위 기술이 질병 치료 등 인류를 위한 축복이 될 것이다.

그러나 유전체수술은 개인의 DNA를 영구적으로 변형시키므로, 이런 잠재력에는 윤리적, 과학적 우려가 수반될 수밖에 없다. CRISPR를 이용하여 인간의 유전자 조작이 가능해질 경우 원하는 유전자만 갖춘 ‘맞춤형 아기’가 탄생할 것이다. 배아의 유전자를 편집할 경우, 후손들은 자신들의 의사와 무관하게 편집의 결과를 물려받게 될 것이다. 일부 과학자들은 그것의 안전성이 확인되기도 전에 의사들에 의해 인간 배아의 유전자를 편집하는 데 사용될까 봐 우려를 표명하고 있다.

 

>CRISPR의 원리& 활용방법/우려에 관한 내용

https://www.youtube.com/watch?v=oMaiIyGfhQw

 

 

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