3.5세대 유전자 가위 '베이스 에디터', 3D 지도로 정확도 높인다

데이비드 리우, 제니퍼 다우드나 등 유전자 가위 석학 대거 참여
베이스 에디터 성능 향상될 것으로 기대돼

3D로 구현한 베이스 에디터의 모습. 표적 DNA를 찾는 카스9 단백질(하얀색, 회색)과 가이드 RNA(보라색), 탈아미노효소(빨간색, 분홍색) 등으로 이뤄져 있다. UC버클리 제공.

염기를 하나씩 편집하는 유전자 가위 ‘베이스 에디터’의 성능을 향상시킬 연구 결과가 나왔다.

미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 연구진은 베이스 에디터의 3D 지도를 세계 최초로 제작해 국제학술지 ‘사이언스’ 31일자에 발표했다.

연구진은 초저온전자현미경(Cryo-EM) 기술로 베이스 에디터를 면밀히 관찰했다. 초저온전자현미경은 2020년 10대 바이오미래유망기술로도 꼽힌 최신 기술이다. 베이스 에디터는 2016년 데이비드 리우 미국 브로드연구소 박사팀이 개발한 3.5세대 유전자 가위로, 염기 ‘한 개’를 바꿀 수 있어 큰 주목을 받았다. 예를 들어 시티딘(C)을 티민(T)으로 바꾸는 식이다. 유전 질병의 60% 가량을 치료할 수 있는 데다 교정 시간이 15분 이내로 무척 빨라 유용하다.

하지만 염기 하나하나를 교정할 만큼 정밀하지만 표적하는 염기 이외의 염기도 교정한다는 단점이 있었다. 베이스 에디터는 표적 유전자를 찾는 카스9 단백질, 시티딘을 티민으로 바꾸기 위해 필요한 탈아미노 효소 등으로 이뤄져 있다. UC버클리 연구진은 3D로 베이스 에디터를 분석한 결과 탈아미노 효소가 계속 활성화 상태로 있어 카스9 단백질이 표적 유전자를 찾기도 전에 여러 염기들을 바꾸기 때문이라는 것을 발견했다.

아드론 라피나트 UC버클리 연구원은 “베이스 에디터의 정확도를 높이기 위해서는 효소의 활성화 자리(catalytic site)가 카스9 단백질의 일부가 될 수 있는 방법을 찾아야 한다”며 “이번 연구로 베이스 에디터의 정확도를 높일 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다.

이번 연구에는 유전자 가위의 대가인 데이비드 리우 박사와 제니퍼 다우드나 UC버클리 교수 등이 참여했다. 리우 박사는 2019년 DNA의 이중 가닥 중 한쪽 가닥만을 자른 뒤 원하는 염기서열을 넣는 4세대 유전자 가위 기술인 '프라임 에디터'를 국제학술지 '네이처'에 발표한 바 있다.

최지원 기자 jwchoi@hankyung.com