‘유전자 가위 약점 보완’ 기술… ‘인공 합성 게놈’ 연구 주목!

네이처 ‘2019년 눈여겨볼 연구’ 7선

효모 세포를 기르는 자동생물반응장치 초고해상도 현미경에 쓰인다. 네이처 제공

유전자 가위는 특정 유전자에만 결합하는 효소를 이용해 특정 DNA 부위를 자르는 유전체 교정 기술이다. 돌연변이 유전자를 잘라 유전질환을 치료하는 연구가 활발하다. 이때 특정 유전자와 결합하는 효소의 종류에 따라 1세대(징크핑거), 2세대(탈렌), 3세대(크리스퍼)로 나뉜다. 3세대 크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9)는 ‘Cas9’이라는 효소를 활용한다. 1, 2세대 기술에 비해 빠르게 교정하고 정확도가 높아 획기적인 기술로 평가받고 있다.

가장 획기적인 크리스퍼 유전자 가위도 치명적인 약점이 있다. 오작동에 대한 보호 장치가 없어 엉뚱한 DNA를 잘라내거나 너무 많은 유전자 범위를 잘라낼 가능성이다. 김진수 기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단장은 2019년 주목해야 할 기술로 크리스퍼 유전자 가위의 약점을 보완할 수 있는 효소 기술을 꼽아 세계적 과학학술지 ‘네이처’에 24일 소개했다. Cas9 효소를 대체할 ‘xCas9’과 ‘SpCas9-NG’란 새로운 효소로 3세대 유전자 가위 기술의 정확도를 더욱 높일 수 있다는 것이다.

극저온 전자현미경. 네이처 제공

좡샤오웨이 미국 하버드대 화학생물학과 교수는 게놈의 3차원(3D) 구조를 볼 수 있는 초고해상도 현미경을 올해 주목해야 할 기술로 제시했다. 게놈은 한 생물체가 갖는 모든 유전 정보를 뜻하는 용어로 게놈의 3D 구조는 유전자 발현을 조절하는 것과 밀접한 관련이 있다.

지난해 좡 교수 연구팀은 염색체를 형성하는 세포핵 내의 염색질을 나노미터(nm·1nm는 10억분의 1m) 단위로 촬영하는 데 성공했다. 나노미터 단위로 세포를 관찰하면 수천 종의 세포에 대한 염기서열 정보와 염색질의 메커니즘을 알아낼 수 있다. 장 교수는 “1nm 단위까지 세포를 관찰하는 일이 흔해질 것”이라며 “이는 생명과학 분야 지식의 붐을 이끌게 될 것”이라고 밝혔다.

세라 타이크먼 영국 웰컴트러스트 생어연구소 세포유전학연구단 단장은 2019년 주목해야 할 기술로 ‘세포 포착 기술’을 선정했다. 세포 포착 기술은 세포에 바코드를 붙여 세포의 발달 과정을 관찰할 수 있는 기술을 뜻한다.

세포 포착 기술의 발달로 과거보다 더 많은 양의 표본을 높은 해상도로 연구할 수 있고 여러 다른 종류의 실험도 진행할 수 있다. 과거에는 한 번에 1명의 사람만 관찰했다면 지금은 20∼100명의 사람을 한 번에 관찰할 수 있다는 의미다. 타이크먼 단장은 “현재 우리 연구실에서는 6종에 달하는 25만여 개의 면역세포를 관찰 중”이라며 “이를 통해 면역세포의 반응 과정을 좀 더 명확히 알 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이 외에도 홍쿠이 쩡 미국 앨런 뇌과학연구소 수석연구원이 뇌의 신경세포 간 연결을 단일 세포 단위까지 보여주는 전자현미경을, 제프 보크 미국 뉴욕 랭곤의료센터 시스템유전학연구소 소장이 자연 박테리아 게놈을 모사한 인공 합성 게놈을 2019년 주목해야 할 기술로 선정했다. 또 벤카트라만 라마크리슈난 영국왕립학회 회장은 단백질 복합체의 역학과 생화학적 비밀을 밝힐 수 있는 극저온 전자현미경을, 케이시 그린 미국 펜실베이니아대 약리학과 교수는 인공지능(AI)과 딥러닝을 2019년 주목해야 할 기술로 꼽았다.
　
고재원 동아사이언스 기자 jawon1212@donga.com