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암치료를 높일 유전자 가위 기술, 캐스 나인의 등장

by 동그라미네 동그라미네 2021. 9. 15.

2011년 전 세계 스마트폰 혁명을 일으킨 애플의 엔지니어 겸 경영가 '스티브 잡스'의 죽음이 알려졌습니다. 그를 죽음으로 이끈 것은 바로 '췌장암'이었는데, 발견 시기가 늦어서 현대의학을 총동원했지만 죽음을 피할 수 없었습니다. 스티브 잡스는 본인의 유전자를 모두 해독해서 치료법을 찾으려 애를 썼지만, 그 당시에는 방법이 없었습니다. 그러나 그후 5~6년이 지난 후, 유전공학은 '유전자 가위' 기술로 완전히 새로운 단계로 접어들었습니다.

 

3세대 유전자 가위 '크리스퍼 캐스 나인'의 발견

2017년 4월 일본에서는 과학자들을 위한 「제33회 재팬 프라이즈 시상식」이 열렸습니다. 이때의 수상자는 "3세대 유전자 가위 크리스퍼 캐스 9"를 발견한 2명의 여성 과학자였는데, UC버클리 세포생물학과 '제니퍼 다우드나' 교수와 막스 플랑크 연구소'엠마뉴엘 새르팡티에' 박사입니다.

 

다우드나 박사새르팡티에 박사팀이 발견한 유전자 가위'캐스 나인(CAS9)' 단백질과 안내 역할을 하는 '가이드 RNA'로 구성되어 있습니다. 캐스나인 단백질은 가이드 RNA의 안내에 따라 해당 염기서열 중에 원하는 위치를 정확히 찾아서 절단하는데, 이 정확성은 이전에 어떤 유전자 가위로도 도달하지 못한 수준으로 발전되었습니다.

 

 

절단 임무를 마치고 나면, '가이드 RNA''캐스 9 단백질'은 자연 소멸하고, 유전자는 세포가 가지는 재생 능력에 의해 잘린 부위가 복구돼서 부작용도 거의 없다고 합니다. 이렇게 기존의 유전자 교정 기술을 뛰어넘는 새로운 유전자 가위 기술은 여러 과학 학술지로부터 최고의 과학 성과로 꼽혔고, 두 과학자는 유력한 노벨상 후보로 떠올랐습니다. 

 

특정한 염기 서열을 인지하여 해당 부위의 DNA를 절단하는 제한 효소인 유전자가위는 1세대, 2세대를 거쳐 이제 3세대까지 발전해 왔는데, 1세대 유전자 가위인 '징크 핑거 뉴클레이즈'는 워낙 만들기가 어려워서 전 세계에서 불과 3~4개 실험실에서만 만들 수 있었고, 대략 6개월 정도에 수백 개를 만들어도 그중에서 한 두 개 정도밖에 사용을 못할 정도였습니다. 그래서 많은 연구자들이 쓰고 싶어도 쓸 수 없는 한계가 있었습니다. 2세대인 '탈렌'도 마찬가지로 정확성이 많이 떨어졌습니다.

 

이번 3세대 유전자 가위인 '크리스퍼 캐스 9'는 효율과 정확성, 모든 면에서 우월한 특징을 보입니다. 과거에는 유전자 적중 쥐를 만드는데 2년이 걸렸습니다. 그런데 3세대 유전가 가위는 유사 장기로 해서 세포를 3차원으로 키운 다음 유전자를 제거해서 현상을 보는 데까지 1주일이면 가능하기 때문에 유전자 이식 동물을 훨씬 더 빨리 효율적으로 만들 수 있어진 것이라고 합니다. 이로 인해 머지않아 미래에는 우리 인간 질병 치료에 유전자 교정을 적용하는 논의를 하게 될 것이라고 전문가들은 말합니다.

 

캐스나인-암수술
암을 쉽게 치료하는 시대가 온다.

 

발전된 유전자 교정 치료의 활용

유전자 교정이라는 기술은 유전정보를 살아있는 생명체에 적용해 본다는 면에서 가장 앞서있는 기술입니다. 유전자 교정은 자연을 발전, 향상하고 또는 우리가 알아왔던 것들이 정말 맞는지 다시 한번 적용해보고 이런 연구와 개발, 발전의 방향으로 이루어지고 있다고 합니다. 오랫동안 쌓아왔던 지혜와 지식을제3세대 유전자 가위 '크리스퍼 캐스 9'가 의미가 있는 것입니다.

 

 ▷ 3세대 유전자 가위 기술을 황반 변성에 적용

과학자와 의학자들은 이미 다양한 질병의 유전자 교정법을 시도해 왔습니다. 그중에 하나가 '황반변성'입니다. 황반 변성은 부분적으로 안보이거나 전체 시력이 떨어져서 생활이 불편할 뿐만 아니라 사고의 위험도 상당히 높은 질환입니다.

(※ 황반 : 망막에서 시세포가 밀집되어 있어 빛을 가장 선명하고, 정확하게 받아들이는 부분)

 

2017년 국내 연구진은 쥐 실험을 통해서 황반변성을 치료한 사례를 발표했습니다. 연구는 3세대 유전자 가위를 이용해서 유전자를 교정하는 방법으로 진행했다고 합니다. 실험은 실험 쥐의 눈에 임의적으로 '황반변성'을 일으킨 후에 3세대 유전자 가위인 '크리스퍼 캐스 9'를 주입한 것입니다. 그리고 1주일 후에 신생 혈관이 줄어드는 것을 확인했다고 합니다.

연구팀이 제작한 유전자 가위가 망막 세포 안에 혈관 내피 성장인자를 정확하게 찾고, 문제의 염기서열을 잘라내는 데 성공한 것입니다. 그 결과 신생 혈관의 활성이 절반 이하로 줄어들고 시력은 회복되었다고 합니다.

 

여기서 유전자 교정 치료에 또 다른 장점은 영구적인 효과를 자랑하는 것이라고 합니다. 나쁜 성장인자를 잡기 위해 항체를 계속 넣어주는 방식의 기존 항체 치료와는 다르게 나쁜 성장인자가 나오지 않도록 시작부터 제거해주는 방식으로 하기 때문에 영구적인 결과를 얻을 수 있다는 것입니다. 

현재 유전자 교정 치료는 일부 유전자만 바꿀 수가 있지만, 점차 기술이 발전하여 모든 유전자를 바꿀 수 있는 지경까지 갈 수 있기를 기대해봅니다. 그렇게 되면 어려운 여러 질병 치료에 다양하게 적용시킬 수 있어지기 때문에 불치병을 해결하는 시대가 오지 않을까 합니다.

 

 

우리 인류는 오랫동안 질병과 싸워왔지만, 현대 의학은 여전히 암과 같은 질병에는 속수무책입니다. 유전자 가위를 면역세포에 적용해서 암 치료를 임상 실험한 사례가 유럽이나 중국, 미국에는 있습니다. 일반적으로 암세포를 면역 세포가 죽일 수는 있지만, 암세포가 변형되어 면역작용을 무력화시키기도 하는데, T세포와 면역세포의 특정 유전자만 제거하면 더 이상 암세포와 상호작용을 못하게 되어 암세포가 피해 갈 수 없게 된다고 합니다. 환자의 혈액에서 면역세포를 취한 다음에 유전자 가위로 특정 유전자를 제거하고 다시 환자에게 넣어 치료하는 그런 개념의 연구가 국내에서도 활발히 연구가 되고 있다고 하니, 머지않아 유전자 가위로 암을 치료하는 시대가 오지 않을까 하는 기대를 해봅니다. 

 

인간의 생로병사는 유전자와 긴밀한 관계가 있습니다. 이 유전자의 모든 정보를 읽고, 그 유전자를 추정할 수 있다고 하는데, 미래에는 이제 삶과 죽음의 공식이 완전히 달라지는 삶을 살지도 모르겠습니다.

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