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바이러스 질병 치료 한걸음 더 가까이…크리스퍼 유전자 가위 기술 활용한 새로운 스크리닝법 개발
작성일2018.06.28 17:49 조회수230

한국화학연구원 CEVI 융합연구단 바이러스 예방팀 김천생 박사와 기초과학연구원(IBS) 유전체
   교정연구단 김진수 단장 연구팀
은 바이러스 질병 치료와 관련해, 크리스퍼 유전자 가위* 기술을
   활용한 새로운 어레이 스크리닝법
**을 개발했다. 기존에 사용되던 스크리닝 방법보다 더 안정적이면서
   효율적으로 바이러스 숙주인자를 찾을 수 있어
향후 원천기술로 크게 활용될 것으로 기대된다.
   * 크리스퍼 유전자 가위 : 유전자에 결합해 특정 DNA 부위를 자르는 데 사용하는 인공 효소. 크리스퍼라는
   RNA가 표적 유전자를 찾아가 DNA 염기서열을 잘라내는 방식으로 작동함
   ** 스크리닝법 : 원하는 세포나 유전자의 기능 등을 선별하는 기술

 

 ○ 최근 기후변화 및 교역‧여행의 증가로 메르스, 지카 등 신‧변종 바이러스 질병이 인류의 생존을 위협하고
   있다. 이를 예방하고 진단‧치료하기 위한 기술이 전세계적으로 활발하게 진행되고 있다.

 

 ○ 바이러스 감염 치료법에는 바이러스 자체를 죽이는 방법과 바이러스 증식에 관여하는 숙주인자 기능을 억제
   하는 방법이 있다. 연구팀은 이중 두 번째 치료법과 관련하여, 바이러스 숙주인자를 찾아내기 위한
   스크리닝 기술
을 개발했다.

 

□ 바이러스가 우리 몸에 들어오면 세포 속 유전자에 의존해 생존하고 증식한다. 유전자는 세포 속 DNA 안에
   약 3만 개 정도 들어있으며 그 형태와 기능이 각각 다르다. 이중, 바이러스 증식에 관련 있는 특정
   유전자들을 숙주인자
라고 한다.

 

 ○ 따라서 숙주인자의 기능을 억제하는 치료약물이나 백신을 개발하기 위해서는, 3만개의 유전자 중 어떤
   유전자가 바이러스 증식과 관련이 있으면서 세포의 성장에는 큰 타격을 주지 않는 숙주인자인지 찾아내는
   과정이 필요
하다.

 

 ○ 이 과정에서 기존에는 ‘크리스퍼 유전자 가위를 이용한 혼합 스크리닝 방법’, 그리고 ‘에스아이
   알엔에이(siRNA)를 활용한 어레이 스크리닝법’
이많이 쓰였다.

 

 ○ 혼합 스크리닝법은 세포를 한꺼번에 모아놓고 세포 안의 각각 다른 유전자를 없앤 후 어떤 세포에서
   바이러스가 죽는지 살펴보는 기술이다. 여러 세포 변화를 동시에 스캔해 시간을 단축할 수 있고 유전자
   가위를 활용해 유전자를 효과적으로 자를 수 있다.
그러나 눈에 띄는 몇 개의 세포 변화만 편향적으로
   검출된다는 한계
가 있다.

 

 ○ 어레이 스크리닝법은 혼합 스크리닝과 달리 세포를 열과 행으로 배열해(어레이(array) 형태) 일일이
   검색하는 기술
이다. 개별 세포 변화를 정확하게 관찰할 수 있지만 에스알엔에이(siRNA)*를 활용하기
   때문에 유전자 가위에 비해 유전자의 발현을 완전히 억제하지 못한다는 한계가 있었다.
   * small(또는 short) interfering RNA의 약자로서, 특정한 유전자의 발현을 저해할 수 있음

 

□ 연구팀은 기존 두 스크리닝법의 한계를 극복하고 장점만 취해 ‘크리스퍼 유전자 가위를 활용한 어레이
   스크리닝법’을 개발
했다. 또한 본 기술을 적용해 콕사끼바이러스 증식에 관여하는 숙주인자를 밝혔다.
   콕사끼바이러스는 봄‧여름철 영유아에게 수족구병을 일으키는 엔테로바이러스의 대표적 바이러스다.
   이번 성과는 유전체(genome) 연구의 세계적인 권위지인 ‘지놈 리서치(Genome Research)’*의 2018년
   6월호에 게재되었다.
   * Genome research (지놈 리서치) : 미국 콜드 스프링 하버 연구소에서 발간하는 ‘genome’ 연구 분야의 권위
   있는 국제학술지 (2017년도 피인용지수 (IF) : 11.922)

 

 ○ 연구팀은 우선 세포를 96개의 홈이 있는 실험 접시(96-well plate)에 가지런히 놓고 크리스퍼 유전자
   가위를 활용해 각기 다른 세포 속 약 1,500개의 유전자를 표적해 잘랐다.
그 후 바이러스를 각 세포에
   넣어 어떤 세포에서 바이러스가 증식하고 어떤 세포에서 억제되는지 관찰했다. 이를 통해 억제된 세포에
   어떤 유전자가 잘려있는지 파악하는 바이오인포매틱스* 분석
으로 바이러스에 관여하는 숙주인자
   ACBD3 등 10여개를 찾았다.
   * 컴퓨터와 소프트웨어를 활용해 유전자의 염기서열 데이터를 분석하고 활용하는 것

 

 ○ 연구팀이 개발한 이 방법은 기존 혼합 스크리닝법과 어레이 스크리닝법의 장점만 취득했기 때문에
   바이러스 증식에 영향을 미치는 다양한 숙주인자를 효율적으로 정확하게 찾아낼 수 있다.

 

□ 본 기술은 신종바이러스를 포함해 다양한 바이러스 연구에 적용할 수 있다. 숙주인자 기능을 억제
   바이러스 증식을 막는 방식의 항바이러스 치료를 개발할 수 있으며 숙주인자의 기능을 밝혀 바이러스와
   숙주 세포의 상관관계
의 이해를 높일 수 있다. 연구팀은 개발 기술을 활용해 현재 메르스, 지카 바이러스
   등의 숙주인자를 밝히기 위해 연구 중
이다.

 

화학(연) 김천생 박사는 “전세계적으로 혁신적인 연구가 진행되고 있는 크리스퍼 유전자 기술을
   바이러스 연구에 적용
하여, 바이러스 치료제나 예방 백신 개발에 응용할 수 있는 있는 기반을
   마련
했다. 향후 적용 분야 확대를 위한 연구에도 박차를 가할 계획이다.”고 말했다.

 

 ○ 기초과학연구원(IBS) 김진수 유전체 교정 연구단 단장은 “기존의 두 스크리닝법의 장점만 취해 개발한
   새로운 어레이 스크리닝법은 규모가 큰 스크리닝에 응용성이 있으며 앞으로 바이러스 인자를 찾고
   연구하는 데 강력한 분석 도구
로 활용될 것”이라고 말했다.

 

 ○ 본 연구는 과학기술정보통신부 개인연구지원사업과 국가과학기술연구회융합연구사업, 기초과학연구원
   (IBS)의 지원을 받아 수행되었다.

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