유전자 편집 도구인 CRISPR는 전 세계에서 가장 치명적인 바이러스 중 하나인 2020년 이후 수억 명의 목숨을 앗아간 바이러스와 싸우는 데 결정적인 역할을 할 수 있다.

물론 코로나19는 아니다. 이 바이러스는 전 세계적으로 닭 개체수를 앗아가는 특히 공격적인 조류 독감의 일종이다. 가슴 아프게도 이 질병을 억제하기 위해 수많은 무리가 도태되었다. 계란 12개 가격이 치솟는다고요? 이 독감 변종은 부분적으로 책임이 있다.

식료품 비용은 제쳐두고, 가금류 사이에 확산된 이 바이러스의 산불은 인간을 포함한 다른 종으로 뛰어들 수 있다는 놀라운 전망을 불러일으킨다. 세계보건기구(WHO) 에 따르면 2022년 이후 3개 대륙 10개국에서 포유류에서 조류독감 바이러스의 징후가 보고돼 또 다른 대유행에 대한 우려가 촉발됐다.

몇몇 국가에서는 바이러스 퇴치를 위해 예방접종 캠페인을 시작했다. 하지만 만만치 않은 적이다. 인간 독감 변종과 마찬가지로 이 바이러스도 빠르게 돌연변이를 일으키고 시간이 지남에 따라 백신의 효과를 떨어뜨린다.

하지만 감염을 초기에 차단할 수 있다면 어떨까?

이번 주 영국 팀은 일반적인 조류 독감에 대한 회복력을 갖춘 "슈퍼 닭"을 설계했다. 정자와 난자로 발전하는 닭 원시 생식 세포에서 그들은 CRISPR-Cas9를 사용하여 바이러스 복제에 중요한 단일 유전자를 조정했다.

편집된 닭은 편집되지 않은 "대조군" 동료처럼 성장하고 행동했다. 그들은 건강했고, 평소대로 알을 낳았으며, 우리 안에서 행복하게 삑낑대고 있었다. 그러나 그들의 유전적 강화는 감염된 닭장에서 순환할 수 있는 것과 유사한 실제 독감에 노출되었을 때 빛을 발했다. 편집된 닭은 바이러스와 싸웠다. 통제된 새들은 모두 독감에 걸렸다.

이번 연구에 참여하지 않은 체코과학아카데미 분자유전학연구소의 Jiří Hejnar 박사는 이번 연구에 "오랫동안 기다려온 성과"라고 말했다. 2020년에 Hejnar는 CRISPR를 사용하여 암을 유발하는 바이러스에 저항하는 닭을 조작하여 조류의 효율적인 유전자 편집을 위한 길을 닦았다.

기술은 아직 갈 길이 멀다. 유전적 증가에도 불구하고 편집된 새의 절반은 다량의 바이러스에 감염되었을 때 병에 걸렸다. 실험의 이 부분에서는 위험 신호도 제기되었습니다. 바이러스는 새들 사이에서뿐만 아니라 인간에게 뛰어들 수 있는 돌연변이를 획득하여 더 나은 전파자가 되도록 하는 돌연변이를 통해 유전자 편집에 빠르게 적응했다.

연구 저자인 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 웬디 바클레이(Wendy Barclay) 박사는 기자회견에서 “이것은 우리가 닭을 바이러스에 저항하게 만드는 방향으로 나아갈 수 있다는 개념 증명을 보여주었다”고 말했다. "하지만 우리는 아직 거기까지 도달하지 못했습니다."

목표

2016년 바클레이는 조류독감 바이러스가 닭 세포 내부에서 감염하고 성장하는 데 사용하는 닭 유전자를 발견했다. ANP32A라고 불리는 이는 DNA 정보를 다른 생화학적 전달자로 변환하여 단백질을 만드는 유전자 계열의 일부이다. 일단 조류 세포에 들어가면 독감 바이러스는 유전자 산물을 선택하여 더 많은 복사본을 만들고 근처 세포로 퍼질 수 있다.

ANP32A는 세포와 바이러스 사이의 유일한 유전적 연결이 아니다. 이후 연구에서는 독감 바이러스가 세포에서 자라는 것을 차단하는 두 번째 "보호" 유전자가 발견되었다. 이 유전자는 ANP32A와 유사하지만 문을 닫는 것과 같이 바이러스와 세포의 연결을 끊는 두 가지 주요 변화가 있다. 바이러스가 번식하려면 숙주가 필요하기 때문에 장애물은 본질적으로 생명선을 차단한다.

Barclay는 "어떤 방식으로든 [유전자-바이러스] 상호작용을 방해할 수 있다면...아마도 이 유전자 편집을 통해 바이러스는 복제할 수 없을 것입니다."라고 말했다.

새로운 연구는 이러한 생각을 따랐습니다. CRISPR를 사용하여 그들은 보호 유전자에서 관찰된 두 가지 유전적 변화를 접합하여 닭 원시 생식 세포의 ANP32A를 변경했다. 이 세포를 닭 배아에 주입하면 건강한 성숙한 닭의 편집된 정자와 난자로 성장했고, 이 닭은 편집된 ANP32A 유전자를 가진 병아리를 낳았다.

이 과정은 기술적으로 들리지만 기본적으로 고대 농업 기술의 21세기 속도 향상이다. 원하는 특성(이 경우 바이러스에 대한 저항성)을 보존하기 위해 동물을 사육하는 것이다.

스탠드

연구팀은 편집된 닭을 여러 가지 바이러스 공격으로 테스트했다.

한 번은 조류 독감 바이러스를 2주 된 병아리 20마리의 코에 뿌렸다. 그 중 절반은 유전자 변형 병아리였고 나머지는 정상적으로 자란 병아리였다. 절차가 까다롭게 들리지만 바이러스의 양은 감염된 닭장에 일반적으로 존재하는 양에 맞춰 신중하게 조정되었다.

대조새 10마리 모두 병에 걸렸습니다. 반면 편집된 닭 중 한 마리만 감염됐다. 그럼에도 불구하고 다른 편집된 새들에게는 바이러스를 전염시키지 않았다.

두 번째 테스트에서 팀은 원래 코 스프레이보다 복용량을 약 1,000배 더 늘렸습니다. 유전적 구성에 관계없이 모든 새는 바이러스에 감염되었다. 그러나 편집된 새는 독감 증상이 나타나는 데 더 오랜 시간이 걸렸다. 그들은 또한 낮은 수준의 바이러스를 품고 있었고 유전적 구성에 관계없이 우리 안에 있는 다른 사람들에게 바이러스를 전염시킬 가능성도 적었다.

언뜻 보면 결과는 유망해 보입니다. 그러나 그들은 또한 위험 신호를 제기했다. 편집된 닭의 보호적인 "슈퍼 유전자"에도 불구하고 바이러스가 편집된 닭을 감염시킨 이유는 그 벌레들이 유전자 편집에 빠르게 적응했기 때문이다. 즉, 가축을 보호하기 위한 유전자 교환은 아이러니하게도 바이러스가 더 빠르게 진화하도록 만들 수 있다.

골든 트리오

왜 이런 일이 일어날까? 여러 테스트에서 바이러스 게놈의 돌연변이가 발견되어 바이러스가 ANP32A 계열의 다른 구성원을 붙잡을 수 있게 되었다. 이 단백질은 일반적으로 독감 바이러스 침입 중에 벤치에 앉아 조용히 바이러스 복제에 저항한다. 그러나 시간이 지나면서 바이러스는 각 유전자와 협력하여 번식력을 높이는 방법을 배웠다.

연구팀은 유사한 변화로 인해 바이러스가 인간을 포함한 다른 종을 감염시킬 수 있다는 점을 잘 알고 있다. Barclay는 "우리는 우리가 본 돌연변이에 놀라지 않았지만 획기적인 [감염]이 발생했다는 사실은 앞으로 더 엄격한 편집이 필요하다는 것을 의미합니다"라고 말했다.

포유류에 대한 조류 독감의 침입을 연구하는 에라스무스 대학 의료 센터의 샌더 허프스트(Sander Herfst) 박사도 이에 동의한다. “닭에서 더 이상 [바이러스] 복제가 일어나지 않는 방수 시스템이 필요합니다.”라고 그는 Science 에 말했다.

한 가지 잠재적인 해결책은 더 많은 유전자편집이다. ANP32A는 바이러스가 번성하도록 돕는 세 가지 유전자 구성원 중 하나일 뿐. 예비 테스트에서 팀은 페트리 접시의 세포에 있는 세 가지 유전자를 모두 비활성화했다. 편집된 세포는 매우 위험한 독감 바이러스에 저항했다.

하지만 아직 완벽한 해결책은 아니다. 이 유전자는 건강과 생식력을 조절하는 멀티태스커입니다. 세 가지를 모두 편집하면 닭의 건강과 번식 능력이 손상될 수 있다. 이제 과제는 바이러스를 막으면서도 여전히 정상적인 기능을 유지하는 유전자 편집을 찾는 것이다.

생명공학은 제쳐두고, 규제와 여론도 유전자 편집 세계를 따라잡기 위해 애쓰고 있다. CRISPR 처리된 동물은 현재 유럽 연합 법률에 따라 유전자 변형 유기체(GMO)로 간주되며 , 이는 많은 규제 수하물과 대중의 인식 문제를 수반하는 지정이다. 그러나 연구에서와 같은 유전자 편집은 한 유기체에서 다른 유기체로 유전자를 접합하는 것이 아니라 자연에서 자연적으로 발생할 수 있는 것을 모방하기 때문에 일부 CRISPR 처리된 동물은 소비자에게 더 수용될 수 있다.

30년 동안 독감 저항성 조류에 대해 연구해 온 전문가이자 연구저자인 헬렌 상(Helen Sang) 박사는 “세상이 변하고 있다고 생각합니다.” 라고 말했다. 식품용 유전자편집 동물에 대한 규정은 기술이 성숙해짐에 따라 바뀔 가능성이 높지만, 결국 허용되는 것은 다문화적 관점에 따라 달라진다.

이미지 출처:  Toni Cuenca / Unsplash