CRISPR: 혁신적인 유전자 편집 기술

 

1. CRISPR이란?

CRISPR은 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats의 약자로, 세균과 고균 같은 원핵생물 유기체의 게놈에서 발견되는 DNA 서열입니다. 이 서열은 세균의 적응 면역 기작으로 작용하며, 바이러스와 같은 외부 요인의 DNA 일부를 잘라 자신의 유전체에 삽입하고, 동일한 바이러스가 다시 침입하면 Cas 단백질과 crRNA라는 RNA 조각을 이용해 바이러스의 DNA를 절단하여 면역을 갖게 됩니다.

 

 

2. CRISPR을 발명한 사람은?

CRISPR 서열이 세균의 유전체에 존재한다는 사실은 1987년 일본 큐슈 대학의 이시노 요시즈미 박사에 의해 처음 발견되었습니다. 하지만 이 서열이 세균의 적응 면역에 관여한다는 사실은 2007년 덴마크의 요구르트 회사에서 일하던 과학자들에 의해 밝혀졌습니다. 그리고 2012년 제니퍼 다우드나 박사와 에마뉘엘 샤펜티에 박사가 CRISPR 시스템을 유전체 편집 기술로 응용할 수 있다는 논문을 발표하였습니다. 이 논문은 CRISPR-Cas9 시스템이라고 불리는 유전자 가위 기술을 제안한 것으로, crRNA의 서열 중 일부를 바꿔주기만 하면 원하는 DNA 서열을 자르는 방식입니다. 이들은 이 업적으로 2020년 노벨화학상을 수상하였습니다.

 

 

3. CRISPR의 적용사례는?

CRISPR-Cas9 시스템은 유전자 편집 기술로서 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 예를 들어, 식물과 동물의 품종 개량, 유전 질환의 치료, 암과 감염병의 진단과 치료, 생물학적 연구 등에 사용됩니다. 몇 가지 사례를 들면 다음과 같습니다. 식물 분야: CRISPR-Cas9 시스템을 이용해 쌀과 밀 같은 주요 작물의 수량과 품질을 향상시키거나, 병충해와 스트레스에 저항하는 품종을 개발할 수 있습니다. 동물 분야: CRISPR-Cas9 시스템을 이용해 동물 모델을 만들어 인간 질환의 원인과 치료법을 연구하거나, 동물 복제와 유전자 변형을 통해 특정 특성을 갖는 동물을 생산할 수 있습니다. 의료 분야: CRISPR-Cas9 시스템을 이용해 유전자 치료를 통해 유전 질환을 치료하거나, 암과 감염병의 진단과 치료를 위한 바이오센서나 카르티스 세포를 개발할 수 있습니다.

 

 

4. CRISPR의 장점은?

CRISPR-Cas9 시스템은 유전자 편집 기술로서 다음과 같은 장점을 가집니다. 정확성: CRISPR-Cas9 시스템은 sgRNA라는 가이드 RNA를 이용해 원하는 DNA 서열을 정확하게 인식하고 절단할 수 있습니다. 이는 유전자 편집의 정확성과 효율성을 높여줍니다. 간편성: CRISPR-Cas9 시스템은 Cas9 단백질과 sgRNA만 있으면 작동할 수 있으므로, 다른 유전자 가위 기술에 비해 간단하고 저렴하게 유전자 편집을 할 수 있습니다. 범용성: CRISPR-Cas9 시스템은 sgRNA의 서열만 바꿔주면 다양한 DNA 서열을 편집할 수 있으므로, 다른 유전자 가위 기술에 비해 범용적으로 사용할 수 있습니다.

 

 

5. CRISPR의 단점은?

CRISPR-Cas9 시스템은 유전자 편집 기술로서 다음과 같은 단점을 가집니다. 부작용: CRISPR-Cas9 시스템은 원하는 DNA 서열을 절단하더라도, 세포가 자연스럽게 손상된 DNA를 복구하는 과정에서 예상치 못한 염기서열 결실, 삽입, 재배열이 일어날 수 있습니다. 이는 유전자 편집의 안전성과 정확성을 저하시킬 수 있습니다. 한계점: CRISPR-Cas9 시스템은 PAM이라는 특정 염기서열이 있는 DNA 서열만 인식하고 절단할 수 있으므로, PAM이 없는 DNA 서열은 편집할 수 없습니다. 또한, DNA가 이중 나선 구조를 가지고 있기 때문에, sgRNA와 상보적인 결합이 가능한 DNA 서열이 여러 개 존재할 수 있으므로, 오프타겟 문제가 발생할 수 있습니다.

 

 

6. CRISPR의 잠재력

CRISPR은 유전자 편집 기술로서 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 식량 위기를 해결하기 위해 작물의 수량과 품질을 향상시키거나, 영양소를 변경하여 고혈압이나 불면증과 같은 질병을 치료할 수 있습니다. 또한, 인간 유전자 편집을 통해 유전 질환을 예방하고 치료하거나, 새로운 유전자를 삽입하여 인간의 능력을 향상시킬 수 있습니다. 더 나아가, CRISPR은 영화 쥬라기 월드에서 보여준 것처럼 공룡이나 멸종된 동물을 부활시키거나, 새로운 생명체를 창조할 수도 있습니다.