인간의 수명 연장 가능성 - 3세대 유전자 가위(2)

앞선 포스팅에서 수명 연장의 가능성 중 하나인 유전자 가위에 대해서 간략하게 작성했습니다. 현재까지 개발된 3세대와 이전 세대와의 차이점을 비교하고 3세대 유전자 가위의 특징에 대해서 알아봤습니다. 이번 포스팅에서는 3세대 유전자 가위의 합성 과정과 이를 활용하는 활용처에 대해서 작성하겠습니다.

 

CRISPR-Cas9의 합성 과정

CRISPR-Cas9 시스템을 만들려면 두 가지 중요한 요소가 필요합니다. 첫 번째는 Cas9 단백질, 두 번째는 가이드 RNA입니다. 이 두 가지가 합쳐져야 유전자 편집이 가능해집니다.

 

1. Cas9 단백질 만들기

Cas9 단백질은 유전자를 자르는 "가위" 역할을 하는데 이 단백질을 만들기 위해 과학자들은 아래와 같은 절차를 거칩니다.

1. Cas9 유전자 확보하기
   • 단백질은 유전자의 지시에 따라 만들어집니다. 그래서 먼저 Cas9을 만드는 유전자를 필요로 합니다.
   • 이 유전자는 원래 세균(스트렙토코커스 피오제네스)에서 발견되었으며, 과학자들은 이 세균에서 Cas9 유전자를 추출해서 실험실에서 사용할 수 있도록 준비합니다.
2. 유전자 삽입하기
   • Cas9 유전자를 박테리아나 효모 같은 미생물에 넣습니다.
   • 그러면 이 미생물은 Cas9 단백질을 계속 만들게 됩니다.
3. Cas9 단백질 정제하기
   • 미생물이 만든 Cas9 단백질을 순수하게 분리하는 기술이 요구됩니다.
   • 과학자들은 다양한 필터링 과정을 거쳐 불순물을 제거하고 깨끗한 Cas9 단백질만 남도록 정제합니다.
   • 이렇게 정제된 Cas9 단백질은 유전자 편집 실험에 사용할 수 있게 됩니다.

2. 가이드 RNA 만들기

Cas9 단백질은 말 그대로 단백질이기 때문에 혼자서 행동할 수 없습니다. 마치 눈을 가린 채 가위를 들고 있는 것과 같아요. 그래서 "길을 안내하는" RNA가 필요한데 이걸 가이드 RNA라고 합니다. 가이드 RNA는 두 부분으로 이루어져 있어요.

• crRNA: 자를 위치를 알려주는 부분
• tracrRNA: Cas9 단백질과 결합하는 부분

이 두 부분을 합쳐서 하나의 단일 가이드 RNA(single guide RNA, sgRNA)를 만들게 됩니다. sgRNA는 Cas9 단백질을 특정 DNA로 안내하는 역할을 합니다. 가이드 RNA를 만드는 과정은 아래와 같습니다.

1. 필요한 DNA 서열을 분석하기
   • 수정하고 싶은 유전자의 특정 부위를 찾아서 그에 맞는 RNA 서열을 디자인합니다.
2. RNA 합성
   • 화학적인 방법으로 RNA를 직접 합성하거나, 세균이나 효모를 이용해 RNA를 생산합니다.
   • 그러면 원하는 가이드 RNA가 만들어집니다.
3. Cas9 단백질과 결합시키기
   • 완성된 가이드 RNA를 Cas9 단백질과 섞습니다.
   • 그러면 Cas9 단백질이 가이드 RNA를 따라 움직일 수 있는 준비상태가 됩니다.

 

CRISPR-Cas9을 실제로 사용하려면?

Cas9 단백질과 가이드 RNA가 준비되면, 이제 원하는 세포에 넣어야 합니다. 세포에 넣는 방법은 다음과 같습니다.

1. 전기 천공법(Electroporation)
   • 세포에 전기를 흘려보내 세포막에 작은 구멍을 만듭니다.
   • 그 구멍으로 Cas9과 가이드 RNA를 들여보냅니다.
2. 바이러스를 이용하는 방법
   • 바이러스를 이용해서 Cas9과 가이드 RNA를 세포 안으로 전달할 수도 있습니다.
   • 무해한 바이러스를 이용해 원하는 유전자를 세포 안으로 넣을 수 있도록 조작합니다.
3. 나노입자 전달법
   • Cas9과 가이드 RNA를 특수한 나노입자에 싸서 세포에 넣습니다.
   • 이 방법은 독성이 적고 효과적으로 유전자 편집을 할 수 있어요.

세포 안으로 들어간 CRISPR-Cas9 시스템은 가이드 RNA가 지시한 유전자를 찾아서 Cas9 단백질을 정확하게 잘라냅니다. 그러면 세포는 그 부분을 스스로 복구하려고 하는데, 이때 새로운 유전자를 추가하거나, 유전자를 제거하는 방법을 사용해서 DNA를 수정할 수 있습니다.

 

CRISPR-Cas9의 활용

3세대 유전자 가위 기술을 수명 연장 뿐아니라 다른 분야에서도 사용할 수 있습니다.

1. 유전병 치료
   • 유전병을 일으키는 돌연변이 유전자를 수정할 수 있습니다.
   • 실제로, 낫형 적혈구 빈혈(sickle cell anemia) 같은 질병을 치료하는 연구가 진행 중입니다.
2. 암 치료
   • 면역세포를 유전자 편집해서 암세포를 더 효과적으로 공격하도록 만들 수 있습니다.
3. 식물 개량
   • 가뭄에 강한 쌀이나 병충해에 강한 토마토 등 농작물을 더 튼튼하고 병에 강하게 만들 수 있습니다.
4. 멸종 위기 동물 보호
   • 멸종 위기에 처한 동물들의 유전자를 수정해 생존율을 높이는 연구도 진행되고 있습니다.

 

이렇게 열거한 내용만 보면 유전자 가위는 인간 미래의 색상을 핑크빛으로 바꿔줄 것 같지만 모든 일에는 반작용이 있는 법입니다. 과학기술의 발전이 자연과 사람에게 좋은 결과만을 가져다주지 않다는 것을 반드시 명심해야 합니다. 다음 포스팅에서는 유전자 가위의 부정적인 측면에 대해서 포스팅하겠습니다.