유전자 가위. /사진=기초과학연구원(IBS) 제공
유전자 가위. /사진=기초과학연구원(IBS) 제공

국내 연구진이 만든 크리스퍼 유전자 가위(CRISPR Cas9)로 인간 배아의 돌연변이 유전자를 교정하는 데 성공했다.
기초과학연구원(IBS)은 3일 김진수 IBS 유전체교정연구단장 연구팀이 미탈리포프 미국 오리건 보건과학 대학(OHSU) 교수 연구팀 등과 인간 배아에서 비후성 심근증의 원인이 되는 돌연변이 유전자를 크리스퍼 유전자 가위로 교정하는 데 성공했다고 밝혔다.

비후성 심근증은 선천적으로 좌심실의 벽이 두꺼워지는 심장 질환으로, 심부전 증상이 나타나며 돌연사의 원인 중 하나로 알려졌다. 부모 중 한 명이 변이 유전자를 보유했을 경우 자녀에게 유전될 확률은 50%에 이른다.


미국 연구팀은 유전적 난치병인 비후성 심근증의 치료를 위해 인간 배아 상태에서 유전자 교정을 시도했다. 연구팀은 이 과정에서 정교한 유전자 가위 제작 기술 등을 보유하고 있는 김 단장 연구팀에 크리스퍼 가위 제작을 요청했다.

김 단장 연구팀은 배아 실험에 사용할 크리스퍼 유전자 가위를 제작해 제공했다. 미국 연구팀은 미국 국립과학원과 국립의학원의 가이드라인 등 미국이 정한 절차에 따라 인간 배아 유전자 교정 실험을 수행했다.

정상인 난자에 변이된 유전자를 갖고 있는 정자와 크리스퍼 유전자 가위를 주입한 결과 정상 대립유전자를 이용한 유전자 교정이 일어났다. 이는 외부 DNA 도입 없이도 세포 내 존재하는 정상적인 대립 유전자를 이용해 망가진 유전자를 교정할 수 있음을 보여준 것이다.


특히 이번 연구에서는 정자와 유전자 가위를 동시에 난자에 주입하는 방법으로 모자이크 현상을 극복해 유전자 교정의 성공률을 높였다. 기존에는 수정 후 유전자 가위를 주입해 유전자가 교정되지 않은 세포가 같은 배아에 섞여 있는 모자이크 현상이 발생했다. 모자이크 현상이 일어난 배아는 변이된 유전자를 후세대로 물려주게 된다.

김 단장 연구팀은 실험 후 DNA 분석을 통해 유전자 가위가 제대로 작동했다는 사실도 확인했다. 연구팀은 이번 연구를 통해 유전자 가위를 이용해 인간 배아의 유전자 변이를 교정하는데 성공, 유전병을 예방할 수 있는 새로운 가능성이 열렸다고 평가했다.

단일 유전자 변이로 인한 유전 질환은 1만 가지 이상으로 환자 수는 수백만명에 달하는 것으로 알려져 있는데,  유전자 가위를 이용해 배아 상태에서 유전자 변이를 교정할 수 있으면 질병의 발현을 사전에 차단할 수 있기 때문이다.

김 단장은 "이번 연구는 돌연변이를 가지고 있는 인간 배아에서 유전자 가위의 효과와 정확성을 입증했다는데 큰 의미가 있다"라며 "앞으로 크리스퍼 유전자 가위를 이용한 유전 질환 연구가 진행될 경우 유전 질환을 지닌 부모들이 건강한 아이를 가질 수 있는 길이 열릴 것으로 보인다"고 설명했다.

논문 제목은 'Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos'다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처'(Nature) 8월3일 온라인판에 게재됐다.