3.5세대 유전자 가위(CRISPR/Cpf1) 논문 분석 7

- 네이처 바이오테크놀러지의 Cpf1의 정확도를 다트게임으로 묘사(2016)

요약 – 생명과학자들은 최근 3세대를 넘어 보다 정확하고 표적에 특이적인 3.5세대 유전자 가위(CRISPR/Cpf1)를 발견하고 개발했다. 인간세포와 동식물세포의 유전자를 마음대로 교정하는데(Editing) 사용한다. 표적 DNA를 자른 후 세포 내 복구 시스템에 의해 다시 연결되는 과정에서 유전자 교정과 원하는 변이가 일어난다. 이 방식을 활용해 암과 AIDS 등뿐만 아니라 더 나아가 희귀난치병 치료나 작물•가축개량•미래식량(Clean meat) 분야에서 유전자 가위 혁명이 빠르게 확산되고 있다. 특정 유전자 부위를 정확하게 잘라 내 그 기능을 알아내는 데에도 사용되고, 쥐를 대상으로 특정 유전자를 제거/억제하거나(Knock-out) 특정 유전자를 삽입하여(Knock-in) 희귀 병을 가진 쥐를 만들기도 하는데, 종전에는 수개월~수년이 걸렸지만 유전자 가위를 이용하면 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있기 때문이다. 이렇듯 인류는 세포 안에 있는 특정 유전자나 염기를 골라서 제거하거나 정상으로 바꿀 수 있는 유전자 가위 기술을 보유했다. 

본 보고서에서는 3.5세대 유전자 가위에 대한 논문 공개 순으로 내용을 살펴보고 분석해 인사이트를 제공하고자 한다. 아울러 논문분석이기 때문에 오류가 있을 수도 있다는 점을 알려드리는 바이다.

글 싣는 순서

1장. Cpf1 발견의 과정 
2장. 펭 장 교수 팀, 새로운 CRISPR/Cpf1의 발견과 인간 세포대상 연구결과(2015) 
3장. CRISPR/Cpf1유전가 가위 전쟁(2016)
3-1. 김진수 교수 팀, 쥐의 표적 돌연변이유도와 털 색이 다른 쥐의 생성
3-2. 서울아산병원 및 울산의대, 녹아웃(Knockout) 마우스의 생성
3-3. 김진수 교수 팀, Cpf1의 정확성 입증 
3-4. 하버드대 케이스 정 박사 팀, Cpf1의 정확성 입증

4장, 네이처 바이오테크놀러지의 Cpf1의 정확도를 다트게임으로 묘사(2016)
5장. Discussion


4장. 네이처 바이오테크놀러지의 Cpf1의 정확도를 다트게임으로 묘사

2016년 8월, 유전자 교정에 대해 10년 가까이 논문을 다룬 생명과학 및 화학분야 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지(Nature biotechnology)’에는, 앞서 살펴보았던 3.5세대 CRISPR/Cpf1의 메커니즘을 활용한 연구성과 4편이 실렸는데, 공교롭게도 모두 우리나라 연구팀의 연구성과들이 3편, 그리고 하버드대 연구팀의 1편이 실렸다. 

기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단 김진수 단장(서울대 화학과 교수) 연구팀의 논문이 2편, 그리고 서울아산병원 아산생명과학연구원 및 울산의대의 연구팀의 논문이 1편, 하버드대의 논문 1편 등이다. 4편의 논문들 중 2편은 807~808페이지와 808~810페이지에 실린 2페이지의 논문들이었고, 863~868 페이지에 실린 논문은 김진수 교수 팀의 논문이었으며, 이어 869~874페이지에 실린 논문은 하버드 대학의 케이스 정(J Keith Joung) 박사 팀의 논문이었다. 

우리 나라 팀의 3편은 2016년 6월 6일에 온라인판에 공개되었던 논문들이었고, 하버드 대학의 케이스 정(J Keith Joung) 박사 팀의 논문은 2016년 6월 27일에 온라인판에 공개되었었다.

그런데 네이처 바이오테크놀로지 2016년 8월호의 표지(Cover)에는 김진수 교수 팀이 묘사한, 상기 논문에서 살펴본, Cpf1의 정확도를 나타내는 다트게임(Darts Game)이 표지논문으로 실렸다는 것이다. 

그리고 표지논문 소개에는 “예술가가 Cpf1 RNA가 가이드 하는 뉴클레아제의 특이성 패턴들을 연구를 통해 수립한 인상적 이미지로 그려냈다. Kim et al. (p 863)과 Kleinstiver et al. (p 869)은 인간 세포들과 in vitro에서의 표적과 비-표적의 특이성에 대한 전체 게놈을 분석했다. 이미지: 한국기초과학연구원(IBS), 서울, 대한민국(Artist's impression of an experiment establishing the specificity patterns of the Cpf1 RNA-guided nuclease. Kim et al. (p 875) and Kleinstiver et al. (p 881) analyze the genome-wide on-target and off-target specificities of Cpf1 in vitro and in human cells. Image credit: IBS, Institute for Basic Science, Seoul, South Korea)”이라고 되어 있다. 

알록달록한 과녁 한가운데 이중나선 모양의 DNA가 꽂혀 있다. 기초과학연구원(IBS) 유전체교정 연구단이 제작한 이 일러스트는 크리스퍼 유전자 가위의 정확성을 비교한 그림이다. 유전 정보를 담은 DNA를 자르고 교정하는 유전자 가위는 최근 생명과학계에서 가장 주목 받는 기술로 손꼽힌다. 

2012년에 처음 발표된 다우드나 교수 팀의 3세대 크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9)가 등장한 데 이어, 2015년과 2016년에 유전자 가위의 절단효소로 사용하는 Cas9을 대체할 새 단백질(Cpf1)을 찾아냈다. 이 신형 유전자 가위는 상기에서 살펴본 대로 2016년에 기존 유전자 가위보다 정확도가 훨씬 높다는 사실이 입증됐다. 정확도가 떨어지는 과녁 바깥쪽 둘레 노란색 영역이 기존 유전자 가위(Cas9)를 뜻하고, 과녁 중심에 가까운 빨간색(AsCpf1)과 파란색 영역(LbCpf1)은 새 유전자 가위의 정확도를 뜻한다. 중앙 가운데는 대조그룹이다. 김진수 교수 팀이 다트게임에 우뚝 서는 순간이다.

1▲<NBT의 그림 표지논문> 예술가가 Cpf1 RNA가 가이드 하는 뉴클레아제의 특이성 패턴들을 연구를 통해 수립한 인상적 이미지로 그려냈다. Kim et al. (p 863)과 Kleinstiver et al. (p 869)은 인간 세포들과 in vitro에서의 표적과 비-표적의 특이성에 대한 전체 게놈을 분석했다. 이미지: 한국기초과학연구원(IBS), 서울, 대한민국(Artist's impression of an experiment establishing the specificity patterns of the Cpf1 RNA-guided nuclease. Kim et al. (p 875) and Kleinstiver et al. (p 881) analyze the genome-wide on-target and off-target specificities of Cpf1 in vitro and in human cells. Image credit: IBS, Institute for Basic Science, Seoul, South Korea). 

단, 아쉬운 것은 NBT가 페이지를 잘 못 링크하여(p 863->875로 p 869-> 881로), 클릭하면 다른 논문으로 연결된다는 점이다. 유수한 학술지도 이런 오류를 범하고 있다.

 

크기변환_사본-10632695_637493523030856_2757249799481243589_n차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자

아스팩미래기술경영연구소(주) 대표, (전)국가과학기술심의회 ICT융합전문위원회 전문위원, 국토교통부 자율주행차 융복합미래포럼 비즈니스분과 위원, 전자정부 민관협력포럼 위원, 국제미래학회 과학기술위원장