도전 과제:

CRISPR-Cas9가 유전자 편집 도구로 활용될 수 있다는 것을 알게 된 것은 불과 10년 전이며, 그 짧은 시간에 분자 가위가 질병 저항성 과일에서 네안데르탈인 미니 뇌에 이르기까지 모든 것을 만드는 데 사용되었다.  

그러나 이 기술의 가장 강력한 응용 프로그램은 의료 분야이다. 6,000개 이상의 인간 질병이 유전적 돌연변이로 인해 발생하고 CRISPR은 연구자에게 이러한 돌연변이를 교정하여 질병을 영구적으로 치료할 수 있는 방법을 제공한다.

그러나 CRISPR는 완벽한 도구가 아니다. 질병을 유발하는 돌연변이를 수정하는 동안 다른 돌연변이("표적을 벗어난" 변화라고 함)를 생성할 수 있다. 또한 너무 적은 수의 세포를 성공적으로 편집하여 질병을 효과적으로 치료하는 것은 비효율적일 수 있다.

새로운 CRISPR 시스템:

인간은 일반적으로 모든 유전자에 대해 두 개의 사본(각 부모로부터 하나씩 유전됨)을 가지고 있지만, 때로는 한 사본의 돌연변이만으로도 질병을 유발하기에 충분하다.

UC 샌디에이고 연구원들은 "nickases"로 알려진 Cas9 변종을 사용하여 건강한 유전자는 남겨두고 돌연변이된 유전자만 표적으로 삼는 새로운 CRISPR 시스템으로 우리의 유전자 백업 복사본을 활용했다.

이는 DNA 이중 나선의 한 면을 "자르기"하여 양쪽 가닥을 절단하는 대신에 수행한다.

CRISPR-Cas9를 새로운 HTR 시스템과 비교하는 다이어그램. 이미지출처: UC 샌디에이고

그런 다음 세포의 자연 복구 시스템은 손상된 가닥을 복구할 때 다른 염색체의 복사본을 지침으로 사용하여 돌연변이된 유전자를 건강한 버전으로 효과적으로 복사한다.

연구원 Ethan Bier는 "매우 적은 수의 구성 요소에 의존하고 DNA 닉은 종종 돌연변이를 동반하는 완전한 DNA 파손을 생성하는 Cas9와 달리 '부드러움'이다."라고 말했다.

파리의 눈:

새로운 CRISPR 시스템을 테스트하기 위해 초파리에게 눈을 완전히 하얗게 만드는 돌연변이가 주어졌다. CRISPR-Cas9가 돌연변이를 수정하는 데 사용되었을 때 곤충 세포의 20-30%를 편집했다. 눈의 일부는 정상적인 붉은 색을 되찾았지만 여전히 대부분은 흰색이었다.

새로운 CRISPR 시스템은 세포의 50-70%를 편집하고 대부분의 눈을 붉게 만들었다. 또한 CRISPR-Cas9 시스템보다 표적 외 돌연변이가 훨씬 적다.

수석 저자인 시타라 로이(Sitara Roy)는 “nickase가 얼마나 잘 작동했는지 믿을 수 없었다. 전혀 예상하지 못한 일이었다.”라고 말했다.

앞을 내다보기:

지금까지 우리가 알고 있는 것은 이 새로운 CRISPR 시스템이 파리의 특정 돌연변이를 수정하는 데 더 좋고 더 안전하다는 것뿐이며 사람에게 시험하기 전에 더 많이 알아야 한다.

연구원인 Annabel Guichard는 "우리는 이 과정이 인간 세포로 어떻게 번역될지, 어떤 유전자에도 적용할 수 있는지 아직 알지 못한다."라고 말했다.

그러나 원칙적으로 연구원들은 몇 가지 조정으로 작동할 수 있다고 생각한다. "인간 염색체에 의해 운반되는 질병을 유발하는 돌연변이에 대한 효율적인 [복구]를 얻기 위해서는 약간의 조정이 필요할 수 있다."

이 시스템이 파리와 마찬가지로 사람에게도 잘 작동한다면 CRISPR-Cas9로의 큰 업그레이드가 될 수 있으며 유전자 편집이 단지 소수의 질병 이상을 치료하는 미래에 도달하는 데 도움이 될 수 있다.