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| 연세대 김형범 교수팀이 세계 최초로 개발한 Cpf1 유전자가위 대용량 검증기술 개념도(사진제공=미래창조과학부) © News1 |
돌연변이가 생긴 DNA의 일부분을 잘라내 정상 DNA를 붙이는 '유전자 가위' 기술의 효용을 대용량으로 검증하는 기술과 이를 활용한 효율 예측 알고리즘이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.
연세대학교 김형범 교수 연구팀은 이같은 내용의 'Cpf1 유전자가위'의 대용량 검증기술 개발을 이뤄냈다고 20일 밝혔다. 미래창조과학부의 바이오·의료기술개발 사업 지원을 받은 이번 연구결과는 생명과학 분야 학술지 '네이쳐 메소드'에 19일자(현지시간)에 게재됐다.
크리스퍼(CRISPR)라고도 불리는 유전자 가위는 DNA를 손쉽게 변형해 각종 희귀질환이나 유전병을 치료하는 신개념 의료법이다. 현재 학계에 알려진 유전자 가위는 'Cas9'과 'Cpf1'이 있다.
유전자 가위가 정확하고 효율적으로 작동하기 위해서는 유전자 가위 단백질과 결합하는 가이드RNA가 무엇보다 중요하다. 따라서 의료진이 유전자 교정을 진행하기 전에 높은 효율과 정확성을 가진 가이드RNA를 선정하는 과정이 필수적이다. 지금까지는 일일이 연구진이 직접 수천만가지 가이드RNA를 직접 제작해 실험적으로 효율을 검증해야 해 노동력 부담이 컸다.
그러나 김형범 교수팀은 차세대 염기서열 분석법(NGS)를 이용해 가이드RNA가 작용하는 표적 염기서열을 확인해내는 데 성공했다. 차세대 염기서열 분석법은 유전체의 염기서열을 고속으로 분석하는 방법으로 기존과 달리 많은 수의 DNA조각을 병렬로 처리하는 것이 특징이다.
연구팀은 Cpf1 유전자 가위의 가이드RNA와 각 가이드RNA의 표적DNA가 짝을 이루는 형태의 라이브러리를 제작해 인간배양세포에 전달했다. 이후 이 배양세포에 Cpf1 유전자 가위를 전달해 표적DNA 변화를 분석한 결과, 1만1000개의 가이드RNA의 정확성을 한번에 측정했다. 이는 기존의 방법 대비 비용과 노동력 측면에서 최소 30배 이상 효율을 높인 것으로 평가된다.
특히 김 교수팀은 이번에 개발한 가이드RNA 검증 방법을 이용해 얻은 대용량 데이터를 머신러닝으로 분석, 향후 가이드RNA 효율을 예측할 수 있는 알고리즘도 세계 최초로 개발하기도 했다.
이번 연구결과 유전자가위 가이드RNA의 효율성을 대용량으로 검증할 수 있는 시스템이 구축돼 향후 유전자가위 생산의 비용과 노동력 절감에도 크게 기여할 것으로 전망된다.
연구를 주도한 김형범 교수는 "이번 기술 개발을 통해 유전자 가위 제작 및 검증의 산업화를 이루는 단초가 마련됐다"면서 "향후 유전자 편집 기술을 이용하는 신약 파트 등 다양한 분야에 폭넓은 파급효과가 기대된다"고 밝혔다.
