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농생명공학 산업과 그 옹호자들은 CRISPR/Cas와 같은 유전자편집 도구가 정확하고 통제된 방식으로 게놈의 변화를 일으킨다고 주장한다. 일부는 심지어 그들이 의도한 특정 변화만 가져오고 다른 변화는 전혀 일어나지 않는다고 주장한다. 따라서 그들은 유전자편집 산물을 구세대 형질전환 GMO에 적용되는 규제 감독에서 제외해야 한다고 주장한다. (대부분의 경우) DNA가 다른 종에서 유전자의 일부로 도입되어 미리 결정될 수 없는 GMO와 다르다는 것이다.
그러나 이러한 주장은 정밀 조사하면 살아남을 수 없는 주장이다. 인간, 동물 및 식물 세포에 대한 수많은 과학적 연구에 따르면 유전자편집은 정확하지 않고 의도하지 않은 돌연변이(DNA 손상)로 알려진 수많은 유전적 오류를 일으킨다.
이는 게놈의 표적 외 부위(편집 대상이 아닌 위치)와 표적 내 부위(원하는 편집 위치) 모두에서 발생한다. 이러한 돌연변이 유형에는 DNA의 큰 결실, 삽입 및 재배열이 포함된다.
이러한 돌연변이는 유전자 편집이 Agrobacterium tumefaciens 감염(이 토양 박테리아는 외래 유전 물질을 식물 세포의 DNA에 삽입하는 데 사용된다)에 의한 GM 형질전환 및 조직 배양과 같은, 구식 형질전환 GM 방법과 공통되는 단계를 포함하여 프로세스의 다양한 단계에서 발생한다.
의도한 변경조차도 편집된 유기체에서 의도치 않은 효과("다면발현 효과")를 유발할 수 있다. 유전자와 그 단백질 또는 RNA 산물은 고립되지 않고 네트워크에서 작용하기 때문이다.
유전자 기능을 파괴하기 위한 유전자편집(소위 SDN-1)의 가장 간단한 적용조차도 원치 않는 돌연변이를 유발할 수 있다. 이러한 돌연변이는 새로운 유전자 서열을 만들어 새로운 돌연변이를 만들고 이 유전자편집 산물은 소비자 건강에 알려지지 않은 영향을 미칠 수 있다. 더욱이 유전자 기능 패턴의 변화는 게놈이 변형된 유기체 내에서 일어날 수 있다.
식물에서 이러한 변화는 구성 변화로 이어질 수 있으며 과학자들은 이것이 인간이나 동물 소비자에게 독성 및/또는 알레르기를 일으킬 수 있다고 경고한다.
의도하지 않은 돌연변이와 그 영향은 인간 및 동물 세포에 비해 식물에서 충분히 연구되지 않았다. 그러나 유전자편집과 그에 따른 DNA 복구 메커니즘은 동물과 식물 간에 동일하기 때문에 인간과 동물 세포에서 볼 수 있는 의도하지 않은 돌연변이 유형이 식물에서도 발견될 것이라고 믿을 만한 충분한 이유가 있다.
벼에 대한 최근 연구는 이 사실을 증명한다.
벼 품종에 대한 연구에서 CRISPR 유전자편집이 다양한 범위의 바람직하지 않고 의도하지 않은 표적 및 표적 외 돌연변이를 유발한다는 사실이 발견되었다. 연구원들은 SDN-1(유전자 파괴) 절차에서 특정 유전자의 기능을 방해하여 이미 고성능인 쌀 품종의 수확량을 향상시키는 것을 목표로 삼았다. 그들은 게놈에서 적은 범주에서의 DNA 염기 단위 삽입 및 결실을 하려고 했다. 그러나 그들이 얻은 것은 사뭇 달랐다. 많은 경우에 큰 범주에서의 DNA의 삽입, 결실 및 재배열이 발견되어 표적이 아닌 다른 유전자의 기능이 변경되었을 가능성이 높았다.
수확량 증대라는 기대는 반대로 나타났다. 수확량이 감소했다. 수확량은 식물 전부는 아니지만 많은 유전자군의 기능이 포함된 유전적으로 복잡한 특성이기 때문에 그러한 감소가 놀라운 일이 아니다. 따라서 유전자 하나를 변경해서 수확량을 향상시키기려는 것은 무익한 운동일 수 있다.
연구자들은 CRISPR 유전자편집이 "쌀에서 예상한 것만큼 정확하지 않을 수 있다"고 경고했다. 그들은 "실험실에서 현장으로 CRISPR/Cas9 시스템을 옮기기 전에 몇 세대에 걸쳐, 조기에 정확한 분자 특성화 및 스크리닝을 수행해야 한다."고 덧붙였다. 개발자는 일반적으로 이런 식으로 일을 처리지 않으며, 이를 수행하더라도 결과는 공개하지 않는다.
연구자들은 "새로운 생명공학에 대한 새로운 글로벌 정책을 수립하기 전에 게놈 편집에 관한 불확실성과 위험에 대한 이해가 필요하고 중요하다"고 결론지었다.
유전자편집 식물에서 의도하지 않은 돌연변이를 찾는 대부분의 연구는 유전자편집과 조직 배양(성장 배지에서 식물 조직 또는 세포의 성장)과 같은 관련 과정으로 인한 돌연변이의 수를 크게 과소평가한다. 이것은 유전자편집이 그러한 돌연변이를 많이 유발한다는 결론을 내리는 연구나 또는 전혀 유발하지 않는다는 결론을 내리는 연구 모두에 해당된다.
그 이유는 이 연구의 저자들이 돌연변이를 찾기 위해 short-range PCR 및 short-read DNA 시퀀싱과 같은 부적절한 검출 방법을 사용하기 때문이다. 그들은 단지 표적 편집 위치와 컴퓨터 프로그램 예측 비표적 위치 주변의 짧은 DNA만 살핀다.
Kosicki와 동료들이 인간 세포에 대한 연구에서 발견한 바와 같이, short-range PCR 및 short-read DNA 시퀀싱은 DNA의 대규모 결실과 삽입 및 복잡한 재배열과 같은 주요한 유전적 오류를 놓칠 수 있다. 연구자들은 의도하지 않은 돌연변이 효과의 전체 범위를 파악하려면 long-range PCR 및 long-read DNA 시퀀싱이 필요하다고 결론 내렸다. FDA 과학자들은 유전자편집 동물과 관련해서도 동일한 권고를 했다.
이 원칙은 동물과 마찬가지로 식물에도 적용된다. 유전자편집의 메커니즘과 "편집"을 형성하는 후속 복구가 동일하기 때문이다.
과학적 검토에서 Kawall과 동료들은 유전자편집 식물에 대한 연구의 "대다수"가 유전적 오류를 스크리닝하면서 편향된 검출 방법을 사용했다는 것을 확인했다. 이는 그러한 많은 오류를 놓쳤다는 것을 의미한다. 유전자편집 동물에 대한 연구 중 유전적 오류에 대한 철저한 분석이 포함된 연구는 하나도 없다.
#CIBUS의_카놀라: "정밀" 유전자편집인가 아니면 페트리 접시의 사고인가?
2020년 9월, 생명공학 회사인 Cibus는 제초제 내성이 있는 SU Canola(유채)가 유전자편집이 아니라 조직 배양으로 인한 무작위 돌연변이의 결과라고 주장했다. 사실상 실험실 페트리 접시에서 발생한 사고였다. 이 주장은 회사가 수년동안 (규제 기관을 포함하여) SU Canola는 ODM(oligo-directed mutagenesis)이라고 하는 "정밀한 유전자편집" 기술로 만들어졌다고 말한 이후 나온 주장이다. 사실, ODM은 비즈니스 모델의 바로 그 기초를 구성한다.
실제로 많은 공공 기록에 따르면 Cibus가 SU Canola를 조작하는 과정에서 유전자편집을 사용했다는 사실이 지적된다. 그러나 사용된 올리고뉴클레오티드는 SU Canola에 제초제 내성을 부여하는 것으로 밝혀진 것과는 다른, Cibus가 특허 출원에서 설명한 것과는 다른 유전적 변화를 일으키도록 설계되었다. 따라서 "정밀" 도구는 의도한 대로 작동되지 않았고 Cibus는 결국 이 작물이 유전자편집이 아니라고 발표했다.
Cibus는 EU GMO 규정을 회피하기 위해 그러한 주장을 한 것으로 보인다. 그 시기가 놀랍다. Cibus가 성명을 발표하기 직전에 과학논문이 발표되었는데 이 논문에서 최초로 SU Canola에 대한, 공개적으로 이용 가능한 검출 방법의 개발이 보고된 것이다. 그러나 EU 법률에 따르면 제초제 내성을 부여하는 특정 돌연변이가 ODM 편집 과정에서 의도한 결과가 아니더라도 ODM 도구를 사용하여 SU 카놀라를 개발했다는 사실은 그것이 GMO라는 것을 의미한다. 그것에 대해 전혀 EU 승인이 되지 않았기 때문에 EU 수입품에 존재하는 것은 불법이다.
이 에피소드는 Cibus의 정직성과 투명성에 대한 질문을 제기한다. 그러나 더 중요한 것은 ODM 유전자편집 기술에 대해 주장하는 정확성과 통제가 거짓임을 보여준다.
#구세대_돌연변이_유전자조작_기술이_유전자편집에_사용된다
1세대 유전공학 기술은 여전히 식물세포에 CRISPR 편집 도구를 도입하는 데 사용된다. CRISPR/Cas 편집 도구를 인코딩하는 유전자를 포함하는 플라스미드는 Agrobacterium tumefaciens 감염 또는 입자 충격을 사용하여 세포에 도입된다. 더욱이 식물 세포를 성장시키는 데 조직배양이 사용된다. 이 세 가지 과정 모두가 매우 돌연변이를 유발한다. 이러한 과정으로 인한 돌연변이는 유전자 복구 과정(실제 "편집")으로 인한 원치 않는 돌연변이에 추가된다.
CRISPR 유전자편집 쌀에 대한 Tang과 동료들의 연구는 이러한 과정의 돌연변이 특성을 보여주고 있다. 연구에 따르면 많은 표적 외 돌연변이가 조직 배양에서 비롯되었으며 더 많은 것은 아그로박테리움 감염(식물당 약 200개)에서 비롯된 것이다. 대조적으로, non-GM 벼 식물에서 구한 종자는 식물당 30-50개의 자발적 돌연변이만 있었다. 따라서 연구는 전체적으로 CRISPR 과정이 많은 수의 표적 외 돌연변이를 일으키고 기존 육종보다 훨씬 더 많은 수라는 것을 발견했다. .
아이러니하게도 이 연구는 이 유전자편집 도구의 정확성에 대한 예로 자주 인용된다. 이는 CRISPR 편집 도구 자체가 식물의 DNA에 많은 표적 외 돌연변이를 도입하지 않았음을 발견했기 때문이다. 그러나 이 발견은, 연구원들이 부적절한 스크리닝 방법을 사용하기 때문에 정확하지 않을 가능성이 높다(위의 "부적절한 스크리닝" 참조). 그들은 long-read DNA 시퀀싱을 사용하지 않았다. 또한, CRISPR 유전자편집이 광범위한 의도하지 않은 표적 및 표적외 돌연변이를 일으킨다는 것을 발견한, 위에서 언급한 별도의 벼 연구의 맥락에서 살펴보아야 한다.
위의 증거에 따르면 유전자편집은 정확하지도 않고 제어할 수도 없으며 의도하지 않게 공중 보건과 환경을 위협하는 형질이 생성될 수 있다.