유전자 치료 쉬워졌다...차세대 '유전자 가위' 설계기술 개발

이재은 기자 / 기사승인 : 2023-04-29 00:00:02
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김형범 교수팀 '프라임 편집기' 예측모델 개발
▲김형범 연세대 교수
세계 최고 수준의 차세대 유전자 가위를 설계할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

과학기술정보통신부는 연세대학교 김형범 교수연구팀이 차세대 유전자 가위인 프라임 편집기를 정밀하고 안전하게 설계할 수 있는 인공지능(AI) 모델을 개발했다고 29일 밝혔다.

널리 알려져 있는 유전자 편집기술 중 하나인 유전자 가위 크리스퍼 카스9(CRISPR-Cas9)은 원하는 유전자 부위를 손쉽게 절단할 수 있는 도구다.

최근에는 유전자 절단뿐만 아니라 절단 부위를 채워줄 새로운 유전정보까지 포함해 교정이 가능한 차세대 유전자 가위 프라임 편집기가 개발됐다. '프라임 편집기'는 DNA 이중가닥을 완전히 자르지 않고 한 가닥만 자르기 때문에 기존 유전자 가위보다 훨씬 안전한 기술로 주목받고 있다.

하지만 프라임 편집기는 새로운 유전정보를 포함하는 등 이전의 다른 유전자 가위보다 구조적으로 복잡하고 경우의 수도 다양하기 때문에 정밀하고 안전한 유전자 가위를 설계하는 데에 어려움이 있다. 또 이를 임상 연구와 치료 목적으로 사용하려면 어떤 조건에서 오류없이 최적의 유전자 교정이 일어나는지 정확히 파악해야 한다. 이를 위해 대규모 실험데이터 확보와 분석이 필수적이다.

이에 연구팀은 지난 2020년부터 약 3년동안 프라임 편집기 데이터 33만개 이상을 확보하고 각각의 프라임 편집기 효율을 실험적으로 측정했다. 이는 그동안 학계에 보고된 측정 데이터 중 가장 규모가 큰 결과다. 측정한 데이터를 분석한 결과, 연구팀은 프라임 편집기의 성능을 결정하는 주요 기전과 그 영향을 밝혀내는 데 성공했다.

연구팀은 이에 그치지 않고, 분석한 데이터를 인공지능을 통한 학습과정을 거쳐 교정을 원하는 유전자 서열정보 등을 입력하면 활용 가능한 프라임 편집기의 효율을 예측하는 모델을 제작했다. 이번에 제작한 모델은 세계 최고 수준으로 프라임 편집기의 정밀성 및 안전성에 대한 예측 성능을 보이며, 인터넷(http://deepcrispr.info/DeepPrime)을 통해 전세계 연구자들이 이 모델을 이용할 수 있다.

▲프레임 편집기 예측모델 모식도 (자료=과기정통부)

기존에는 프라임 편집기를 설계할 때마다 매번 수십~수백개 이상의 프라임 편집기를 실험해야 했지만, 이번에 연구팀이 구현한 기술을 이용하면 빠르고 정확하게 프라임 편집기를 설계할 수 있어 향후 유전자 치료 분야에서 높은 활용도가 기대된다.

김형범 교수는 "지금까지 밝혀진 프라임 편집기의 모든 요소를 반영한 가장 뛰어난 예측모델"라며 "이제 프라임 편집기를 이용한 유전자 교정을 손쉽게 활용하게 됐다"고 연구성과의 의미를 강조했다.

과기정통부 기초연구사업의 지원으로 진행된 이번 연구결과는 국제학술지 '셀(Cell)' 29일(현지시간)에 게재됐다. (논문명:Prediction of efficiencies for diverse prime editing systems in multiple cell types)

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