크리스퍼(CRISPR)

유전체 편집(genome editing) 기술은 과학자들이 특정 유전체 위치에 유전 물질을 추가, 제거 또는 재배치해서 유기체의 DNA를 수정할 수 있게 해줍니다. 이런 유형의 기술은 잠재적으로 혈우병(hemophilia)과 겸상적혈구 빈혈(sickle cell anemia)과 같은 유전 질환을 치료하는데 사용될 수 있습니다. 유전 질환에 대한 안전하고 효과적인 치료법을 이끌어 낼 가능성이 있고, 또한 널리 사용되고 있는 DNA 편집 도구 중 하나는 CRISPR/Cas9(크리스퍼/캐스나인) 시스템입니다. CRISPR/Cas9은 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPR-associated protein 9의 약자입니다. 기본 CRISPR/Cas9 시스템은 Cas9 핵산내부가수분해효소(endonuclease)와 Cas9을 표적(target) DNA로 유도하는 작은 RNA로 구성됩니다.

기원

CRISPR 서열은 박테리아에서 처음 관찰되었고 나중에 고세균(archaea)에서도 확인되었습니다. 연구자들은 CRISPR/Cas9 시스템이 침입하는 바이러스에 대한 적응면역(adaptive immunity; 후천면역) 방어 기능을 제공한다는 것을 발견했습니다. 여러 박테리아와 대부분의 고세균은 바이러스 DNA의 짧은 염기서열을 포착하여 바이러스 DNA 조각의 모음(library), 즉 CRISPR 배열(CRISPR array)을 만듭니다. 원핵생물(prokaryote)이 같은 바이러스나 바이러스의 종류에 다시 노출될 때, CRISPR 배열은 바이러스 침입자를 인지하는 데 도움이 되는 작은 RNA 조각을 전사하고, 그 후에 Cas9 또는 유사한 핵산내부가수분해효소로 바이러스 DNA를 파괴하는 데 사용됩니다.

CRISPR/Cas9 기술의 사용

CRISPR/Cas9은 DNA를 제거하고 새로운 DNA 서열을 그 자리에 삽입하기 위해 실험실에서 흔히 사용됩니다. 이를 위해 먼저 가이드 RNA(guide RNA)라고 불리는 작은 RNA 조각을 만들어야 하는데, 여기에 유전체 DNA의 특정 표적 서열에 결합하는 가이드 서열(guide sequence)이라고 불리는 짧은 서열도 포함시켜야 합니다. 가이드 RNA는 Cas9(또는 Cpf1과 같은 다른 핵산내부가수분해효소)과도 결합할 수 있습니다. 가이드 RNA와 Cas9 단백질은 관심 세포(cell of interest)에 투입되며, 여기서 가이드 RNA는 표적 DNA 서열을 식별하고 Cas9는 그것을 절단합니다.

그다음 세포의 내부 체계는 무작위 뉴클레오타이드(nucleotide)를 삽입 또는 삭제해 손상된 가닥을 수리하여 표적 유전자를 비활성화합니다. 한편 맞춤형 DNA 서열이 가이드 RNA와 Cas9과 함께 세포에 도입될 수 있으며, 이 맞춤형 DNA 서열이 손상 복구 체계의 주형(template)으로 사용되어 잘려 나간 서열을 대체합니다. 이것은 연구자들이 유전자제거를 통해 유전자의 효과를 연구하거나 질병을 치료하기 위해 돌연변이 유전자를 정상적인 사본으로 대체하는 매우 효과적인 방법입니다.

윤리적, 도입 가능성 고려 사항

CRISPR/Cas9 시스템이 유전자 조작에 활용될 수 있는 점 때문에, (특히 배아 편집과 관련하여) CRISPR/Cas9 사용에 대한 큰 논쟁이 있었습니다. 중국의 한 과학자는 HIV 감염에 관련된 유전자를 비활성화하기 위해 CRISPR 기술을 사용하여 유전체 편집 아기를 만들었다고 주장했습니다. 이는 절차의 윤리적, 안전적 고려에 대해 우려하는 과학자들로부터 세계적인 항의를 이끌어 냈습니다. 많은 사람들은 이 조치가 시기상조라고 주장했고, 다른 사람들은 표적 밖의 유전체에 미치는 영향에 대한 우려를 표명했습니다. CRISPR/Cas9 시스템의 생명공학 응용 가능성은 크지만, 사용으로 인해 발생할 수 있는 미래의 문제를 고려하는 것이 중요합니다.