크리스퍼 유전자 가위, 치료제부터 다양한 진단 기술에 접목

희귀 유전질환에서 치료제 개발 두각‥감염병의 빠른 진단 방법으로도 CRISPR 기술 주목

박으뜸 기자 (acepark@medipana.com)2021-08-27 06:04

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[메디파나뉴스 = 박으뜸 기자] '크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위 기술'은 잠재력이 무궁무진(無窮無盡)하다고 평가된다. 


이제 남은 것은 이를 뒷받침할 의학적 근거다. 


유전자 편집 기술은 ZFNs(Zinc Finger Nucleases), TALENs(Trans cription Activator-Like Effector Nucleases), CRISPR/Cas system 및 메가핵산분해효소(Meganucleases) 등 크게 4가지로 각각 다른 특징을 갖고 있다. 

 

이 중 기존 1, 2세대 유전자 가위보다 정확도와 효율성이 획기적으로 높은 3세대 크리스퍼 유전자(CRISPR/Cas9)가 등장하면서 유전자 가위 기술은 본격적으로 활용 범위를 넓히기 시작했다. 


치료제 분야에서 유전자 가위를 사용해 유전체를 편집하는 방법으로는 크게 생체 내(In vivo) 편집과 생체 외(Ex vivo) 편집으로 구분된다. 

 

생체 외 편집은 체외로 세포를 꺼내 교정 후 체내로 재주입하는 방법이며, 생체 내 편집은 직접 생체 내에 유전자 가위를 도입해 유전자를 교정하는 방법이다.


CRISPR 유전자 가위 기술은 외부의 유전자를 도입해 치료하는 초기 유전자 치료를 벗어나, 인간 유전체를 직접 편집할 수 있는 가능성을 열었다. 


대표적으로 에디타스 메디슨(Editas Medicine)은 '레베르 선천성 흑암시(Leber Congenital Amaurosis, LCA)' 치료제로 'AGN-151587(EDIT-101)'을 연구하고 있다. 


이 치료제는 크리스퍼의 명령을 전달하는 바이러스가 눈에 주입되도록 설계됐다. 눈 뒤쪽에 약물이 접근할 수 있도록 작은 절개를 한 뒤, CRISPR 유전자 편집 지침을 전달하는 수십억 개의 바이러스 보관 액체를 세 방울씩 주입하는 방식이다. 이 액체는 LCA10을 일으키는 유전적 돌연변이를 잘라낸다. 


버텍스 파마슈티컬스(Vertex Pharmaceuticals)와 CRISPR 테라퓨틱스(CRISPR Therapeutics)는 CRISPR/Cas9 유전자편집 기술로 만들어진 'CTX001' 후보 물질로 겸상적혈구빈혈(Sickle-cell anaemia) 및 베타-지중해성빈혈(β-thalassaemia) 치료제를 연구하고 있다. 

 

최근 크리스퍼 유전자 가위는 감염병을 빠르게 진단하는 방법으로도 사용되고 있다. 이는 코로나19 바이러스 등 감염병 진단의 한계를 극복할 수 있는 방안으로 꼽힌다. 


생명공학정책연구센터의 '크리스퍼 유전자 가위 기반의 다양한 진단 기술'에 따르면, 현재까지 핵산 기반 테스트는 병원성 감염을 포함한 많은 질병의 '표준 검사법(gold standard)'으로 인식돼 왔다. 


정량중합효소연쇄반응(qPCR) 기법은 소수의 DNA 또는 RNA 분자만으로 특정 질환을 명확하게 검출하는 능력이 있다. 그러나 기술의 복잡성으로 인해 실험실 내에서만 가능하다는 한계점이 있었다.


따라서 보다 경제적이고 진보된 진단 기술이 요구됐다. 더군다나 코로나19는 실험실이 아닌 현장에서 빠른 진단을 내릴 수 있는 기술(point-of-care) 필요성을 높였다. 


이러한 측면에서 CRISPR 기반의 진단(CRISPR-dx) 제품이 최근 FDA에 의해 승인됐다. 


셜록(Sherlock Biosciences)과 매머드(Mammoth Biosciences) 2개의 신생 바이오벤처의 CRISPR 기반 진단 제품은 모두 CRISPR-Cas9 유전자 가위 기술을 사용했으나, Cas9 효소와는 다른 Cas12(Mammoth)와 Cas13(Sherlock)을 각각 활용한다. 


Cas 효소와 RNA 복합체(gRNA)가 코로나19 바이러스 RNA 염기서열을 인식하면, Cas 효소가 활성화돼 표지 RNA를 무제한 절단하고, 절단돼 나온 형광 표지자를 종이 스틱으로 검출하는 방법이다. 


이를 통해 미래에는 가정 및 진료소에서 CRISPR-dx 기반의 질병 진단 방법이 보편적으로 사용될 것으로 전망된다. 


하지만 이를 위해서는 값비싼 장비없이 상온에서 진단이 실행될 수 있도록 반응과 과정을 단순화 하는 것이 중요하다. 이에 단일 단계로 단순화, 휴대 가능한 장치, 여러 병원체를 동시에 감지하는 등 현장 진단에 활용할 수 있는 CRISPR 기술이 개발되고 있다. 

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