이미지 출처: Nature
강력한 유전체교정 기술이 좀 더 정확해졌다. 과학자들은 1월 6일 《Nature》에 기고한 논문에서(참고 1), "하나의 효소를 조작한 결과, CRISPR–Cas9의 오류율(error rate)이 경우에 따라 미검출수준(undetectable level)으로 낮아졌다."고 보고했다.
CRISPR는 gRNA(가이드 RNA) 분자를 이용하여, Cas9라는 효소를 표적 DNA(target DNA)가 있는 곳으로 보낸다. 그러면 Cas9가 DNA를 절단하고, 세포는 천연 DNA 복구기구(repair machinery)를 작동시켜 절단된 부분을 수리한다.
그러나 CRISPR는 무오한(infallible) 기술이 아니어서, Cas9 효소가 종종 원치 않는 돌연변이를 초래한다. 그래서 CRISPR가 실험실을 떠나 임상을 향해 다가가는 동안, 과학자들은 오류율을 낮추는 데 주력해 왔다(http://www.nature.com/news/biologists-create-more-precise-molecular-scissors-for-genome-editing-1.18932, 한글번역 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=259630).
"우리는 표적이탈(off-target)의 가능성을 크게 낮춤으로써 중요한 진보를 이루었다."라고 이번 연구를 주도한 매사추세츠 종합병원의 케이스 정 박사(병리학)는 말했다.
하지만 일부 과학자들은 "CRISPR가 임상적으로 유용해지기 위해, 오류율이 반드시 0(zero)이 될 필요는 없다."고 주장하고 있다. "CRISPR의 비표적효과(off-target effect)를 완전히 없앤다는 아이디어는 너무나 이상적이다. 언젠가 적정한 오류율을 결정해야 할 때가 올 것이다."라고 듀크 대학교의 찰스 거스바흐 박사(생명공학)는 말했다.
안전성이 우선이다
선행연구에서도, 짧은 gRNA 가닥을 이용하여 Cas9 효소를 표적 DNA로 보냄으로써 일부 오류를 줄일 수 있음을 입증한 바 있다(참고 2). 그리고 2015년 12월, 브로드 연구소의 장 펑 박사(합성생물학)는 Cas9를 조작하여 오류율을 낮췄다고 발표했다(참고 3, http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=259630).
이번 연구에서, 정 박사는 Cas9 효소의 다른 부분을 조작하여 표적 DNA와 접촉하는 부분을 변화시켰다. 그리고 좀 더 민감한 방법을 이용하여 오류를 탐지했다. 그는 'SpCas9-HF1'이라는 충실도 높은 효소를 만든 다음, 8개의 상이한 gRNA를 이용하여 성능을 탐지했다. 그 결과, SpCas9-HF1은 Cas9와 마찬가지로 표적 DNA를 잘 절단할 뿐만 아니라, 8개 중 1개의 gRNA에 대해 한 가지 오류를 범하는 것으로 나타났다. 이에 반해 Cas9 효소는 8개 중 7개의 gRNA에 대해 오류를 범하는 것으로 나타났다.
Cas9의 오류는 지금껏 많은 회의에서 핵심주제로 논의되었다(http://www.nature.com/news/global-summit-reveals-divergent-views-on-human-gene-editing-1.18971, 한글번역 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=259896). 그러나 위스 연구소의 조지 처치 박사(유전학)는 논의의 초점이 빗나갔다고 지적하며, "gRNA를 신중하게 설계함으로써, 과학자들은 이미 대부분의 비표적절단(off-target cut)을 피할 수 있었다."라고 말했다.
거스바흐 박사는 안전성을 강조하며, "CRISPR가 임상을 향해 전진하는 속도를 감안할 때, 오류율을 줄이는 것도 중요하지만, 추가적인 안전성 체크가 필요하다."라고 말했다.
완성도 추구
2015년 12월 거스바흐 박사는, "CRISPR를 이용하여 마우스의 뒤시엔느근위축증(DMD: Duchenne muscular dystrophy)을 일으키는 유전자 돌연변이를 복구했다."고 발표했다(참고 4, http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=268402). 그는 바이러스를 이용하여 근육세포 속에 Cas9를 전달했는데, 이 바이러스는 영 박사의 실험보다 훨씬 더 오랫동안 효소를 발현할 수 있기 때문에 비표적절단의 기회가 늘어난다.
미 FDA는 CRISPR의 임상시험 승인을 위한 요구조건을 개괄적으로 제시하지 않았지만, 상가모 사이언스(캘리포니아 주 리치몬드 소재)는 이미 실시된 임상시험에서 80여 명의 환자들에게 다른 유전체교정기술(ZFNs: zinc finger nucleases)을 사용했다(http://www.nature.com/news/leukaemia-success-heralds-wave-of-gene-editing-therapies-1.18737, 한글번역 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=259029).
"기종의 임상시험에서, 보건당국은 '비표적 돌연변이에 관한 정보'는 물론 '변형된 세포의 기능에 대한 안전성 데이터'를 요구했다. 예컨대, 상가모는 '변형된 면역세포(T 세포)가 정상적인 T 세포와 동일하게 거동하는지', 또는 '교정된 간세포가 독성의 증거 없이 기능을 계속 수행하는지' 등을 입증하라고 요구받았다."라고 상가모의 선임과학자인 표도르 우르노프 박사는 말했다.
"이번 연구가 Cas9 분야에 진보를 가져온 것은 분명하다. 그러나 유전자교정의 임상적용 문제를 생각할 때는, 건전한 상식에 입각하여 앞길이 얼마나 남았는지를 판단해야 한다."라고 우르노프 박사는 말했다.
※ 참고문헌 1. Kleinstiver, B. P. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature16526 (2015). 2. Yu, F. et al. Nature Biotechnol. 32, 279–284 (2014). 3. Slaymaker, I. M. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.aad5227 (2015). 4. Nelson, C. E. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.aad5143 (2015).
※ 출처: http://www.nature.com/news/enzyme-tweak-boosts-precision-of-crispr-genome-edits-1.19114 ※ 참고: http://news.sciencemag.org/biology/2016/01/researchers-rein-slice-happy-gene-editor-crispr
※ 참고: [바이오토픽] 행방불명된 실험쥐: 생의학 연구의 품질 저하 [바이오토픽] 과학과 신화: 모든 암의 조기검사가 생명을 살릴 수 있을까? [바이오토픽] CRISPR를 이용한 뒤시엔느 근위축증 치료 |