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연구원들은 크리스퍼(CRISPR) 유전자 편집의 의도하지 않은 결과에 대한 더 큰 인식을 요구한다.

과학기술발전

등록일  2021.04.16

조회수  71

프랜시스 크릭 연구소(Francis Crick Institute, 이하 Crick 연구소)의 연구원들은 크리스퍼-카스9(이하 CRISPR-Cas9) 게놈 편집이 초기 인간 배아의 DNA 표적 부분에서 의도하지 않은 돌연변이를 일으킬 수 있음을 밝혔다. 이 연구는 특히 실험실 연구에서 CRISPR-Cas9이 인간 DNA를 편집하는 데 사용될 때 게놈 편집의 효과에 대한 더 많은 인식과 추가 연구의 필요성을 강조한다. 

 

CRISPR-Cas9 게놈 편집은 과학자들이 세포에서 DNA의 일부를 제거하고 교체 할 수 있도록 하는 널리 사용되는 연구 도구로, 예를 들어 주어진 유전자(given gene)의 기능을 연구하거나 돌연변이(mutations)를 복구 할 수 있다. 지난해 CRISPR-Cas9을 개발한 연구자들은 노벨 화학상을 수상했다. 

 

PNAS(미국 국립과학원 저널)에 발표 된 연구에서 Crick 연구소 과학자들은 발달 초기 며칠 동안 인간 배아에서 OCT4 단백질*의 역할을 연구했던 이전 연구의 데이터를 후향적으로 분석했다.

*OCT4는 유전자 활동을 조절하는 단백질인 전사인자(transcription factor)의 하나로서 줄기세포가 몸체의 조직을 형성하는 능력을 유지하도록 한다. DNA를 지배하는 한편 특별한 유전자의 해독을 촉발하거나 억제하는 인자들을 선발해 낸다.
(출처https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%A4%84%EA%B8%B0%EC%84%B8%ED%8F%AC%EB%8A%94-%EC%96%B4%EB%96%BB%EA%B2%8C-%EB%B6%84%ED%99%94%EB%90%98%EB%82%98/) 

 

연구팀은 CRISPR-Cas9 유도 돌연변이(induced mutations)의 대부분이 삽입(small insertions) 또는 제거(deletions)였지만, 16%의 샘플에서 DNA 변화를 평가하기 위한 기존 방법에서 놓칠 수 있는 의도하지 않은 큰 돌연변이가 있다는 것을 발견했다 

 

표적 부위(target sites)에서 변화의 정확한 특성을 이해하기위한 연구가 진행 중이지만, 여기에는 DNA 절편의 삭제 또는 더 복잡한 게놈 재배열(rearrangements)이 포함될 수 있다. 

 

이번 발견은 CRISPR-Cas9 매개 게놈 편집을 사용하여 체세포(somatic)든 생식세포(germline)든 관계없이 인간 세포(human cells)를 편집하는 연구자들이 이러한 잠재적인 의도하지 않은 결과를 인식하고 시험해야 할 필요성을 강조한다. 이런 의도하지 않은 유전적 변화가 암과 같은 질병을 일으킬 수 있기 때문에, 그들이 그들의 연구가 임상적으로 사용되기를 바란다면 이것은 훨씬 더 중요한 부분이다 

 

Crick 연구소의 인간배아줄기세포연구소장 겸 케임브리지대학교 생식생리학 교수, 그리고 이 연구의 책임저자(senior author)Kathy Niakan(캐시 니어컨) 교수는 다른 연구팀이 인간줄기세포, 암세포, 다른 세포 맥락에서의 의도하지 않은 돌연변이를 보고했고, 이제 우리는 인간배아에서 이러한 돌연변이를 발견했다고 말했다 

 

이 연구는 인간 세포 유형에서 어떤 변화가 일어났는지 정확히 이해하기 위해 의도하지 않은 돌연변이에 대한 시험이 중요하다는 것을 강조하고 있다.” 

 

Crick 연구원은 CRISPR-Cas9이 다양한 유형의 차세대 분석 데이터(sequencing data)를 기반으로 의도하지 않은 표적 돌연변이(unintended on-target mutations)를 유발했는지 여부를 확인하기 위해 오픈 소스 컴퓨팅 파이프라인*(open-source computational pipeline)을 개발했다.

* 파이프라인(pipeline) : 컴퓨터에서 병렬처리를 위한 시스템 설계 방식. 하나의 프로세서를 서로 다른 기능을 가진 여러 개의 서브프로세서로 나누어 각각의 서브프로세서가 동시에 다른 데이터를 처리하도록 설계하는 방식 

 

Kathy Niakan교수는 저희와 다른 연구자들은 이러한 복잡한 돌연변이를 평가하기 위한 도구를 개발하고 개선하려고 노력하고 있다.”라고 덧붙였다. 

 

이러한 사건들의 발생 방법과 빈도를 이해하는 것이 중요하기 때문에, 현재 기술의 한계를 인식하고 향후 이를 개선하기 위한 전략을 수립하여 이러한 돌연변이를 최소화하는 것이 중요하다.” 

 

Crick 연구소의 인간배아줄기세포실험실의 박사후연구원이자 이 연구의 주저자인 그레고리오 알라니스-로바토(Gregorio Alanis-Lobato)는 다음과 같이 말한다. “CRISPR-Cas9의 정확성을 확인하는 데 사용되는 기존의 시험은 우리가 이 연구에서 확인한 의도하지 않은 표적 돌연변이의 유형을 놓칠 수 있다. CRISPR-Cas9 기술의 효과에 대해 알아야 할 것은 아직 너무 많다. 이 귀중한 도구(tool)는 정교하지만 모든 변경 사항을 철저히 검토할 필요가 있다.” 

 

재생산 목적(reproductive purposes)을 위해 인간 배아에서 CRISPR-Cas9 게놈 편집을 사용하는 것에 대한 안전 및 윤리에 대한 중요한 논쟁이 계속되고 있다. 그리고 2019년에는 배아를 편집한 중국의 한 연구자의 연구에 대한 국제적인 비난이 있었다.* 영국에서는 인간 배아에 대한 사용이 엄격하게 규제되며 연구 목적으로만 허용된다. 연구에 사용될 배아는 발달 후 14일로 제한되며 자궁에 이식 할 수 없다.**

*201811월 허젠쿠이 중국 난팡과기대 교수가 후천성면역결핍증(AIDS)에 걸리지 않도록 유전자편집을 한 쌍둥이 아이가 태어났다고 발표해 생명과학계를 발칵 뒤집어 놓은 사건이 있었다.

**관련 생명윤리 해외동향 : http://www.nibp.kr/xe/news2/220778 (인간배아 연구를 위한 14일 규정 폐지를 주장하는 또 다른 요구) 

 

배아와 관련된 이 연구의 데이터는 Crick 연구소의 인간배아줄기세포 실험실에서 이전에 연구되었다. 200개의 세포로 구성된 배아는 초기 발달의 배반포 단계(blastocyst stage)에 있었다. 그것은 체외 수정(in vitro fertilization, IVF)을 받는 사람들이 연구에 기증하였고, 기증된 배아는 그들의 치료 과정에 필요하지 않았다 

 

이 연구는 Crick 연구소의 연구원들이 옥스퍼드 대학의 Dagan Wells(데이건 웰스) 교수와 공동으로 주도했다. Kathy Niakan 교수는 케임브리지 대학교 세포영양막(Trophoblast) 연구 센터의 신임 이사이자 케임브리지 재생산 전략 연구 이니셔티브의 의장(Chair of the Cambridge Strategic Research Initiative in Reproduction)이다. 

 

기사 및 사진 https://phys.org/news/2021-04-greater-awareness-unintended-consequences-crispr.html

관련 국외 언론동향 기사 : http://www.nibp.kr/xe/news2/221409 (CRISPR 기술의 어두운 면)

 

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