바이오스펙테이터 장종원 기자
김형범 연세의대 교수 "효율 30~100배↑"..네이처 메소드에 게재
a) 유전자가위 대량검증을 위한 가이드RNA와 각 가이드RNA가 작용하는 표적 염기서열을 짝을 이루어 디자인한 모습
b) 디자인 된 가이드RNA와 표적 염기서열 라이브러리를 세포 내 전달하여 활성을 최종적으로 측정하는 실험방법.
국내 연구진이 CRISPR-Cpf1 유전자가위의 대용량 검증기술을 세계 최초로 개발했다. CRISPR-Cpf1은 글로벌 특허분쟁에 휩쌓인 CRISPR-Cas9보다 유전자 교정 정확성이 뛰어난 것으로 알려져 주목받는 차세대 유전자가위다. cpf1은 유전자 가위로 특정 DNA 염기를 잘라내는 효소를 말한다.
김형범 연세대의대 교수 연구팀은 수천만의 가이드RNA가 작용하는 표적 염기서열 라이브러리가 유전자가위로 변화하는 정도를 차세대 염기서열 분석법(NGS)을 통해 대량으로 확인했다고 19일 밝혔다. 실제 세포 내에서 일어난다는 점을 고려해 시험관에서 측정하는 방식이 아닌 인간배양세포에서 가이드 RNA 효율을 측정해 정확성을 높였다.
이번 연구 결과는 생명과학분야 학술지인 네이처 메소드(Nature Methods) 온라인판 19일자에 게재됐다.
크리스퍼 유전자가위를 이용한 유전체 교정 효율과 정확성은 유전자가위 단백질과 결합하는 가이드RNA에 의해 결정된다. 유전자 교정을 하기 전에 높은 효율과 정확성을 가진 가이드RNA를 선정하는 과정이 필수다. 그러나 이전에는 가이드RNA를 일일이 제작해 실험적으로 효율, 정확성을 검증하는 노동집약적 검증 단계를 거쳐야 했다.
연구팀은 Cpf1 가이드RNA 효율을 예측하는 알고리즘을 개발해 만개 이상의 대량 가이드RNA 효율성과 정확성을 한 번에 검증하는 방법을 고안했다.
연구팀은 Cpf1 유전자 가위의 가이드RNA와 각 가이드RNA가 작용하는 표적 염기서열을 짝을 이루도록 해 라이브러리를 제작했다. 제작된 라이브러리를 인간배양세포에 전달해 표적 염기서열 변화 정도를 차세대 염기서열 분석법으로 확인했다. 가이드RNA 1만1000여개의 교정효율과 정확성을 한 번에 측정했다. 이런 방법은 기존 가이드RNA 효율 측정에 비해 비용과 노동력 측면에서 30~100배 절감효과를 보였다.
김형범 교수는 “기술 개발로 유전자가위 제작 및 검증의 산업화를 이루는 단초가 마련됐으며, 유전체 교정연구 속도를 성공적으로 높여 향후 유전자 편집 기술을 이용하는 신약 파트 등 다양한 분야에 폭넓은 파급효과가 기대된다”고 말했다.
한편 국내 연구진이 차세대 유전자 가위인 'CRISPR Cpf1' 연구에서 두각을 보이고 있다. 김진수 기초과학연구원 유전체교정연구단장은 지난 8월 신형 유전자 가위인 CRISPR-Cpf1'의 유전자 교정 정확성을 세계 최초로 입증해 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)의 표지를 장식하기도 했다.
