인간의 수명은 지난 세기 동안 의학과 과학의 발전으로 꾸준히 증가해 왔습니다. 이제는 단순한 수명 연장을 넘어, 건강한 노화를 실현하기 위한 다양한 생명공학적 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 이번 글에서는 인간 수명 연장의 가능성을 중심으로 현재 진행 중인 주요 연구와 기술들을 살펴보겠습니다.
1. 유전자 편집 기술의 발전
유전자 편집 기술, 특히 CRISPR-Cas9 시스템은 특정 유전자를 수정하거나 제거할 수 있는 혁신적인 도구로 주목받고 있습니다. 이 기술을 통해 노화와 관련된 유전자를 조절하거나 유전적 질병을 치료함으로써 수명 연장의 가능성을 모색하고 있습니다.
2. 유전자 가위란 무엇인가?
위에서 언급한 유전자 가위는 전체 유전자 중에서 우리가 원하는 유전체 부위를 특정(specific)하게 자를 수 있는 기능을 가진 것입니다. 즉, 유전자 가위는 핵산가수분해효소(nuclease)를 통해 우리 몸에 존재하는 수십억 개의 염기쌍 중에 원하는 위치만 특정하게 자를 수 있도록 만든 물질입니다.
현재까지 유전자 가위는 3세대까지 개발된 상태이며, 1세대 유전자 가위는 ZFN(Zinc Finger Nulclease), 2세대 유전자 가위는 TALEN(Transcription Activator-Like Effector Nucleases), 3세대 유전자 가위는 CRISPR(Clusters of Regularly Interspaced Palindromic Repeats)-Cas9 입니다.
3. 차이점
3세대 유전자 가위가 1세대와 2세대 유전자 가위보다 우위를 보이는 것은 생산과정의 간소화 측면입니다. 유전자 가위는 원하는 유전체 부위를 특정(specific)하게 인지해 자르는 것이 핵심인데, 이러한 기능을 위해 1세대와 2세대 유전자 가위는 복잡한 단백질 공학(protein engineering) 과정을 거쳐야 했지만, 3세대 유전자 가위인 CRISPR-Cas9은 Cas9 단백질이 DNA 염기서열(sequence)와 상관없이 언제나 공통으로 사용될 수 있어, 한번에 대량으로 합성해 놓을 수 있는 것이 1세대와 2세대와의 차별점입니다.
4. 3세대 유전자 가위의 원리
CRISPR(Clusters of Regularly Interspaced Palindromic Repeats, 크리스퍼)을 풀이해 보면, ‘주기적인 간격으로 분포하는 짧은 회문구조 반복 서열을 의미합니다. 이 서열은 세균의 면역체계 중 하나로, 세균을 공격하는 박테리오파지나 외부 DNA가 박테리아에 침입하게 되면, 박테리아에 존재하고 있는 DNase(DNA를 자를 수 있는 효소)가 외부 DNA를 약 50bp(base pair; 염기쌍) 자릅니다.
이렇게 잘려진 DNA를 그냥 버리는 것이 아니라 자신의 유전체(genome) 사이 사이에 끼워 넣어서 저장하는데 이때 저장하는 위치가 무작위적으로(random) 저장되는 것이 아니라, 쳇바퀴 모양으로 DNA 사이사이에 끼워집니다. 이렇게 삽입된 DNA 형태가 ‘Palindromic Repeats’(회문서열 반복)구조를 이룬다. 즉, CRISPR은 회문 반복 서열(palindromic repeats) 사이에 외부 DNA가 규칙적(regularly)으로 끼어들어가(Interspaced)된 것이 군집(cluster)을 이루고 있음을 뜻합니다.
3세대 유전자 가위 CRISPR-Cas9는 아래와 같습니다.
- CRISPR 영역에서 전사(transcription)된 gRNA
- Cas9 단백질
즉, 바이러스의 DNA를 찾는 안내자 역할을 하는 gRNA는 특정 유전체 위치를 찾아가는 역할을 하고, Cas9 단백질은 찾아간 유전체 위치에서 유전자를 잘라내는 가위의 역할을 하는데 이때 gRNA의 염기서열을 손쉬운 공학적 과정을 거쳐 바꿔주면 얼마든지 원하는 유전체 위치를 자를 수 있게 되는 것이 3세대 유전자 가위의 원리입니다.
원하는 유전체 위치를 잘라내는 3세대 유전자 가위가 어떻게 인간 수명 연장에 연관되어 있는지 다음 포스팅에서 작성하겠습니다.
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