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'대상'이 찜한 생명연 유전자 편집 신기술..."DNA 6개 한번에 처리"

크리스퍼(CRISPR) 유전자가위 기술은 특정 유전자만 정확하게 골라내어 편집할 수 있는 유망기술이다. 그러나 현재는 DNA를 낱개로 편집한다. 여러 DNA를 한번에 잘라 편집할 때 단백질이 목표로 하는 유전자에 도달하도록 하는 '가이드 RNA'의 서열이 서로 유사해, 합성 및 재조합 오류가 빈번하기 때문이다. 이 문제를 국내 연구진이 해결했다. 유전자를 최대 6개까지 편집하는데 성공했다. 한국생명공학연구원(원장 권석윤)은 합성생물학연구센터 이대희 박사 연구팀이 합성생물학 기술을 바탕으로 새로운 '싱글가이드RNA'(sgRNA) 배열 방식의 고효율 다중 유전자 편집 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 연구팀은 "이 기술 개발에 외부의 유도물질 없이도 스스로 RNA를 절단할 수 있고, 주변 유전자의 영향을 받지 않으면서도 정확하고 안정적으로 sgRNA를 발현할 수 있는 리보자임(RiboJ) 기술을 활용했다"고 설명했다. 연구팀은 이를 통해 여러 개의 sgRNA를 효율적으로 처리하는 시스템(RAMBE)과 반복되는 유전자를 서열 없이 배열할 수 있는 시스템(NR-RAMBE) 시스템 기술을 확보했다. 대장균주로 실험한 결과 한 번에 6개 이상의 유전자 동시 편집이 가능했다. 연구팀이 이를 부티르산에 적용한 결과 생산량을 최대 7배 증가시켰다. 아세트산 소비도 조절, 전체 대사경로 최적화에도 성공했다. 'NR-RAMBE' 시스템은 기존 시스템 대비 유전자 합성 복잡성이 약 7배 줄어 유전자 편집의 실패율도 대폭 감소했다는 것이 연구팀 설명이다. 이대희 박사는 "유전자를 동시에 6개까지 편집했음에도 기존 시스템과 비슷한 수준의 높은 편집 효율을 보여줬다"고 말했다. 이 기술은 향후 바이오파운드리(유전자 설계부터 합성, 검증까지 자동화하는 시스템)와 같은 첨단 유전체 생산에 유용할 것으로 연구팀은 내다봤다. 연구팀은 또 의료용, 산업용 미생물 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대했다. 공동 연구책임자인 이승구 박사는 "이번 기술은 유전자 편집을 세포 내에서 논리적으로 조절할 수 있다는 가능성을 보여준 사례”라며 "합성생물학 발전에 크게 도움될 것"으로 전망했다. 연구책임자인 이대희 박사는 “지난해 대상에 기술이전했다. 당장 산업화를 해도 될 수준의 기술이기에, 어디든 원하면 기술이전할 것"이라고 덧붙였다. 이 박사는 또 "이달 초 합성생물학 진흥법이 만들어 졌다"며 "이제는 시행령에 무엇을 담느냐가 중요하다. 또한 산업화의 어려움을 해소하기 위해 시행령 만드는 작업이 속도를 냈으면 하는 바람"이라고 언급했다. 연구는 합성생물학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널' 온라인판에 게재됐다. 교신저자는 이대회·이승구 박사, 제1저자는 우승균·김성근 박사다. 과기정통부 바이오·의료기술개발사업과 생명연 주요사업의 지원을 받았다.

2025.04.24 10:45박희범

1만년 전 멸종된 늑대, 유전자 편집 기술로 다시 태어났다

과학자들이 유전자 편집 기술 등을 통해 약 1만 전 멸종됐던 대형 늑대를 재탄생시켰다고 CNN, 기즈모도 등 외신들이 7일(현지시간) 보도했다. 미국 생명공학 스타트업 콜로셜 바이오사이언스(Colossal Biosciences)는 오래 전 DNA를 추출하고 이를 복제, 편집해 과거 멸종됐던 다이어울프 세 마리를 만들었다고 밝혔다. 다이어울프는 지금으로부터 12만9천~1만 1천700년 전 일반적으로 빙하기로 불리는 '플라이스토세(Pleistocene)' 시대에 출현한 개과 동물이다. 지구에서 생존하다가 1만 2천500년 전에 멸종됐다. 이들은 아메리카 전역에 살았고 빙하기 동안 몸집이 큰 동물을 사냥하기 위해 진화한 것으로 알려져 있다. 다이어울프는 오늘 날 흔히 볼 수 있는 회색 늑대보다 더 크고 머리가 약간 더 넓으며 털이 굵고 더 튼튼한 이빨을 가지고 있었다. HBO TV 시리즈 '왕좌의 게임'에 등장하는 무서운 늑대의 영감을 줬던 늑대로도 알려져 있다. 콜로셜은 작년 가을부터 유전자 편집 기술과 대리모를 통해 다이어울프 세 마리를 번식시켰고 지금까지 모두 건강한 것으로 전해졌다. 이 같은 성과는 콜로셜이 얼마 전 쥐의 유전자를 교정해 매머드와 털의 색감, 질감 등이 유사한 '털북숭이 쥐'를 만드는 데 성공한 이후에 나온 것이다. 이 늑대들은 로물루스(Romulus), 레무스(Remus), 칼리시(Khaleesi)라는 이름을 지녔다. 이 늑대들은 약 8제곱킬로미터(㎢)의 생태 보호 구역에서 지내고 있으며, 수의사들이 관찰 중이다. 벤 램 콜로설 창립자 겸 최고경영자(CEO)는 “이 엄청난 이정표는 우리의 종단간 멸종 생물 복원(de-extinction) 기술이 효과가 있다는 것을 보여주는 첫 번째 사례”라며, "저희 팀은 다이어울프의 1만3천년 된 치아와 7만2천년 된 두개골에서 DNA를 채취해 건강한 디어울프를 만들었다”고 밝혔다. 그는 “'충분히 발달한 기술은 마법과 구별할 수 없다'는 말이 있다. 오늘 저희 팀이 연구하고 있는 마법과 보존에 미치는 더 광범위한 영향을 공개한다”고 덧붙였다. 콜로설의 과학자들은 고대 샘플에서 DNA를 직접 복제하는 것이 아닌 다이어울프의 유전체를 분석해 다시 구성한 후 현재의 회색 늑대에서 채취한 DNA와 비교해 다이어울프의 특징인 핵심 유전자 20개 중 15개를 편집했다. 이후 다이어 울프의 유전자를 가진 줄기세포로 배아를 만들어 대리모인 암컷 개의 자궁에 이식해 늑대들을 탄생시켰다. 이렇게 탄생된 늑대 세 마리는 다이어울프의 특징들을 자졌다. 같은 나이 회색늑대보다 몸집이 20% 크고, 회색늑대에서는 볼 수 없는 옅은 색의 털이 촘촘하게 나 있다. 이 회사는 이 기술이 멸종 위기에 처한 동물에게도 직접적으로 도움이 될 것이라고 주장하고 있다. 콜로셜은 다이어울프 연구 중에 개발된 다른 복제 방법을 사용하여 심각한 멸종 위기에 처한 늑대 종인 붉은 늑대 두 마리를 탄생시켰다고 설명했다. 하지만, 이에 반대하는 이들도 있다. 일부에서는 해당 프로젝트에 투자된 막대한 자금을 다른 곳에 쓰는 게 더 효과적이라고 주장하고 있으며, 이런 식으로 유전자 변형 동물을 키우고 번식시키면 대리모로 사용되는 살아 있는 동물을 위험에 빠뜨릴 수 있을 것이라고 주장하고 있다.

2025.04.08 15:00이정현

대만 포모사 샌디왕 회장, KAIST에 '규모의 투자'

오는 13일 대만 포모사 플라스틱 그룹 샌디 왕 회장이 KAIST를 찾는다. 리더십 특강과 첨단 바이오 및 친환경 에너지 분야 투자 협력을 모색하기 위해서다. KAIST(총장 이광형)는 대만의 3대 그룹 중 하나인 포모사 플라스틱 그룹(Formosa Plastics Group, 이하 포모사 그룹)과 첨단바이오 및 친환경에너지 분야에서 공동연구 등 협력을 추진한다고 9일 밝혔다. 이번에 KAIST를 찾는 샌디 왕 회장은 현재 포모사그룹 상무위원이다. 그룹 내 바이오 및 친환경에너지 분야를 이끄는 오너다. 포모사와의 협력을 조율해온 KAIST 김대수 생명과학대 학장(뇌인지과학과 교수)은 "샌디 왕 회장이 첨단 줄기세포와 유전자 편집 기술, 전기차 배터리, 상호 인력양성 등에 관심이 크다"며 "우선 KAIST 내 연구현장을 돌아보고 규모에 맞게 투자를 결정할 것으로 안다"고 말했다. 김 학장은 "샌디 왕 회장은 포모사 2대 회장으로 중국이나 일본에도 투자를 많이 하는 등 국제 협력에 관심이 많다"며 "포모사 그룹 오너가 KAIST를 찾기는 이번이 처음"이라고 기대감을 드러냈다. 샌디 왕 회장은 KAIST가 매달 보직자를 대상으로 진행하는 리더십 교육프로그램 '매세월 서연'에서 '부친 왕융칭(王永慶) 회장의 자녀교육과 기업의 사회 환원 및 실천'을 주제로 특별강연한다. 이어 첨단바이오 및 친환경에너지 등 대만의 미래산업과 연관된 KAIST 연구 현황과 기술 등을 돌아본 뒤 글로벌 산학협력 방안을 논의한다. 향후 두 기관은 겸임교수를 임명해 학생 공동지도 및 연구 협력 등 실질적인 글로벌 협력을 추진할 계획이다. 중장기 협력 방안으로 양 기관은 KAIST 차세대 ESS 연구센터와 배터리 응용 연구, 장경대학·장경기념병원과 연계된 줄기세포 및 유전자편집기술 분야 특화 대학원 프로그램을 개설할 방침이다. 또 바이오 및 친환경에너지 관련 KAIST 우수 벤처기업을 대상으로 포모사 그룹 투자와 협력도 추진한다. KAIST는 지난 3월 포모사 그룹이 설립한 명지과기대(明志科技大學), 장경대학(長庚大學) 및 장경기념병원(長庚記念醫院) 등과 포괄적인 교류 협력에 관한 업무협약(MOU)를 체결했다. 이광형 KAIST 총장은 “포모사 그룹은 세계적인 네트워크를 가지고 있어 KAIST 바이오 및 공학 기술을 세계로 진출시키는 데 매우 중요한 파트너가 될 것으로 예상한다”라면서, “이번 샌디 왕 회장 방문으로 대만과 긴밀한 협력관계를 이어갈 것으로 기대한다”고 말했다. 포모사 그룹은 샌디 왕 회장의 선친인 왕융칭(王永慶) 회장이 일군 회사다. 플라스틱 PVC 생산 세계 1위 기업으로 반도체, 철강, 중공업, 바이오, 배터리에 이르기까지 대만경제의 핵심 산업을 주도하고 있다. 왕융칭 회장은 자신이 일군 기업과 재산은 '국민의 것'이라는 신념 아래 재산을 사회에 환원하는 사업을 진행 중이다. 포모사 그룹이 재정을 지원하는 장경대학, 장경기념병원 및 명지과기대도 왕융칭 회장이 추진한 사회공헌 사업의 일환으로 설립됐다.

2024.05.09 12:31박희범

차세대 유전자 가위로···유전병 걸려 앞 못 보는 쥐 시력 일부 회복

차세대 유전자 편집 기술로 주목받는 프라임 편집의 효과를 높이는 새로운 체내 수송체가 개발됐다. 이 기술을 시력을 잃는 유전병에 걸린 쥐에 적용하자 일부 시력을 되찾았다. 미국 MIT와 하버드대학이 공동 운영하는 브로드연구소 연구진이 프라임 편집에 쓸 수 있는 고효율 인공 바이러스 유사 입자(eVLP)를 개발했다. 프라임 편집을 유전병 환자 임상에 적용 가능한 단계로 올려 놓을 수 있다는 기대가 나온다. 이 연구 결과는 학술지 '네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'에 8일(현지시간) 실렸다. 브로드연구소 데이빗 리우 교수가 2019년 선보인 프라임 편집은 기존 CRISPR-카스9을 이을 새로운 유전자 편집 기술로 꼽힌다. 원하는 염기서열을 절단할 수만 있고 DNA 두 가닥을 모두 절단해야 해 오류 위험이 큰 CRISPR-카스9과 달리, 프라임 편집은 절단 부위에 새로운 유전 정보를 넣어 교정도 할 수 있다. 돌연변이에 의해 변화된 DNA 서열도 수정할 수 있다. 하지만 기존 유전자 편집 방식보다 구조가 복잡해 설계가 어렵고, 가위 역할을 하는 카스9 단백질과 역전사주형, 프라이머 편집 가이드 RNA(pegRNA) 등 유전자 편집에 필요한 정교한 분자들을 환자 세포 안에 효과적으로 주입하기가 어렵다는 문제가 있다. 연구진은 바이러스 중 감염 우려가 있는 부분을 없애고 원하는 분자를 넣어 실어나를 수 있게 한 eVLP를 활용했다. eVLP는 감염을 일으키는 요소가 제거돼 실제 바이러스를 쓰는 것보다 발암 등 부작용 위험이 적지만, 효율이 떨어지고 운송하는 분자 종류에 맞춰 개별적으로 만들어야 한다는 단점이 있다. 연구진은 유전자 편집의 체내 주입 효유을 높이기 위해 eVLP와 이 안에 들어갈 분자들의 개선 작업에 나섰다. 분자가 입자 안에선 안전하게 보관되다 필요할 때엔 적절히 분리되도록 하고, 목표 세포의 핵에 효과적으로 전달되게 하는 과정의 효율을 높이는 것이 관건이었다. 각 분야에서 거둔 적은 개선 사항들이 결합되자 프라임 편집 효율이 큰 폭으로 향상됐다. 처음 연구를 시작할 때에 비해 100배 이상 효과가 좋아져 실제 임상에 적용할 수 있으리란 기대를 갖게 됐다고 연구진은 밝혔다. 이에 따라 연구진은 이 기술을 유전병을 가진 쥐에 적용했다. 미국 캘리포니아주립 어바인대학 연구진과 손잡고, 색소성 망막염과 레베르 선천성 흑암시를 일으키는 유전 변이를 지닌 쥐들에게 개발돤 eVLP로 프라임 편집 분자를 주입했다. 그 결과, 양쪽 모두 홍채 세포의 20%까지 변이가 교정되어 쥐가 시력을 일부 회복했다. 또 프라임 편집 분자를 담은 eVLP를 살아있는 쥐의 뇌에 주입하자 대뇌 피질 세포의 약 50%에서 유전자 교정이 일어났다는 사실도 확인했다. 리우 교수는 "이번 연구로 유전자 편집을 일으키는 요소들을 단백질 형태로 전달해 부작용을 줄일 수 있음을 보였다"라며 "eVLP 기술을 신체 다른 조직에도 적용할 수 있또록 연구를 확대하겠다"라고 말했다.

2024.01.08 19:22한세희