크리스퍼 유전자가위기술 Cas9

생명과학 분야에 있어 크리스퍼 유전자가위기술은 혁명적인 기술로 여겨지고 있습니다. 원하는 유전자를 편집할 수 있어 유전학적 연구를 발전시키고 있습니다. 하지만 유전자를 인간이 마음대로 수정하는 것이 옳은지에 대한 논란이 지속되고 있습니다. 이 글에서는 이러한 크리스퍼 유전자가위기술에 대해 알아보도록 하겠습니다.

크리스퍼 유전자가위 기술이란?

크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas9) 기술은 제니퍼 다우드나 및 에만유엘 차리파, 크리스티안 런드버그 등에 의해 본격적으로 연구되며 사용이 본격화되었습니다. 이 연구진들은 박테리아의 면역 시스템에서 영감을 받아 유전자를 편집하고 수정할 수 있는 이 기술을 발전시켰습니다.

 

크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas9) 기술은 현대 생명과학 분야에서 가장 혁신적이고 강력한 도구 중 하나입니다. 이 기술은 유전자의 편집을 가능하게 하여 질병 치료, 식물 개량, 생물학 연구, 윤리적 문제 등 다양한 분야에서 혁신적인 기능을 하고 있습니다. CRISPR은 "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats"의 약자입니다. Cas9는 이 CRISPR 시스템에서 사용되는 단백질로, 유전자를 정확하게 타기팅 하고 잘라내는 역할을 합니다.

 

CRISPR-Cas9의 작동 원리에 대해 간단하게 살펴보겠습니다. 특정한 유전자를 편집하고자 하는 DNA 서열을 선택하고, 이를 가지고 Cas9 단백질을 설계합니다. 이렇게 만든 Cas9는 target DNA 서열을 인식하고 정확하게 그 위치에 붙어있습니다. 그리고 Cas9가 목표 DNA 서열을 인식하면 DNA를 절단하고 수정합니다. CRISPR-Cas9 기술은 정확성과 편리성 때문에 널리 사용되고 있습니다. CRISPR-Cas9기술이 개발되기 전에는 유전자 편집이 어려웠지만 이 기술이 개발된 이후 유전자 편집을 비교적 쉽게 할 수 있게 되었습니다.

 

그러나 CRISPR-Cas9는 윤리적인 측면에서 논란이 되고 있습니다. 인간 스스로 유전자 편집을 어디까지 허용해야 하는지에 대한 논의가 지속해서 일어나고 있습니다. 또한 유전자 편집이 어떠한 결과를 초래할지 정확히 예측할 수 없기에 CRISPR-Cas9기술을 사용하기 전 많은 검토가 이루어져야 합니다.

 

크리스퍼 유전자가위 기술의 원리

크리스퍼 유전자가위 기술의 원리에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 이 기술은 가이드 RNA디자인(gRNA), Cas9과 gRNA복합체 형성, DNA인식과 타기팅, DNA절단, DNA수정의 단계로 유전자를 편집하게 됩니다. 먼저, 편집하고자 하는 유전자를 인식하기 위해 사용되는 가이드 RNA(gRNA)를 디자인하는 단계가 필요합니다. gRNA는 20개 정도의 염기서열로 구성되어 있습니다. gRNA는 수정하고 하는 DNA의 서열과 상보적이어야 합니다. 이렇게 만들어진 gRNA는 염기서열을 잘라낼 수 있는 Cas9단백질과 결합을 하며 복합체를 형성하게 됩니다. 이렇게 결합된 결합체는 gRNA의 염기서열을 활용하여 편집하고자 하는 DNA를 정확하게 인식하게 됩니다. Cas9은 목표 DNA 염기서열에 존재하는 특정 패턴인 Protospacer Adjacent Motif(PAM)을 인식합니다. 이러한 패턴은 Cas9이 DNA를 절단하기 위한 시작점 역할을 하게 됩니다.

 

이후 DNA와 결합한 Cas9과 gRNA 복합체의 Cas9이 DAN의 이중나선 구조를 절단하게 됩니다. DNA의 염기서열이 절단되면 자연적으로 DNA의 수리과정이 시작되게 됩니다. 이때 수정하고자 하는 염기서열을 삽입하여 원하는 DNA를 생성할 수 있게 됩니다. 이러한 메커니즘을 걸쳐 원하는 DNA를 만들어 낼 수 있습니다.

 

크리스퍼 유전자가위 기술의 응용분야

크리스퍼 유전자 기술은 의학, 농업, 생명과학, 환경, 에너지 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 의학분야의 경우 유전자치료에 사용되고 있습니다. 크리스퍼 유전자가위 기출을 통해 이상이 있는 유전자를 수정하여 질병을 치료하는 데 사용될 수 있습니다. 최근에는 혈관질환, 근육, 희귀 질환과 같은 분야에서 다양한 임상시험이 활용되고 있습니다. 또한 면역학 치료 부문에 있어서도 크리스퍼 유전자가위 기술을 활용하여 세포 내의 유전자를 수정하고 암을 비롯하여 면역 시스템 전반을 강화하는데 활용되고 있습니다.

 

크리스퍼 유전자가위 기술은 생명과학 분야에서도 응용되고 있습니다. 이 기술을 통해 연구 목적 유전자 조작 생물을 개발하여 질병을 연구하고 생물학적 메커니즘을 연구하는 데 사용하고 있습니다. 또한 특정한 유전자의 기능과 상호작용을 연구하는 데 사용되고 있습니다. 또한 유전자 조작을 통해 멸종 위기에 처한 동물과 식물의 유전자를 조작하여 생존에 유리하도록 만들어 종을 보전하는 데 사용될 수 있을 것으로 생각되고 있습니다.

 

또한 농작물의 유전자를 조작하여 농장물 수확량을 증가시키고 유용한 특성을 강화하여 생산량을 늘려 식량 문제 해결에 있어서도 큰 역할을 할 것으로 기대받고 있습니다. 그리고 바이오매스를 효율적으로 생산하는데 활용되어 바이오연료 생산의 생산성을 늘려줄 것으로 보입니다.