㈜이지놈, CRISPR-Cas9 기술 적용한 차세대 치료용 프로바이오틱스 개발 성공!

혁신 유전자 편집 기술과 프로바이오틱스의 결합…자연계에는 존재하지 않는 프로바이오틱스 창조

질환에 필요한 효능 인위적으로 올릴 수 있어 차세대 치료용 프로바이오틱스 개발 가능성 UP

㈜이지놈(대표이사 조서애)은 CRISPR-Cas9 기반의 유전체 편집 기술을 사용한 차세대 치료용 프로바이오틱스 개발에 성공했다고 발표했다.

이 개발은 혁신적인 유전자 편집 기술과 프로바이오틱스의 결합을 통해 자연계에는 존재하지 않는 높은 효능을 갖는 프로바이오틱스를 창조하는 기술이다. 다양한 질환들에 필요한 효능을 인위적으로 올릴 수 있어 차세대 치료용 프로바이오틱스 개발의 가능성을 열었다.

CRISPR-Cas9은 현재 가장 널리 연구되고 있는 유전자 편집 기술 중 하나다. 이 기술은 세포나 생물체의 유전자를 특정 부분에서 잘라내고, 새로운 DNA 염기서열을 삽입하거나 기존의 유전자를 수정할 수 있도록 하는데, 이 기술은 원래 세균의 '적응면역과정'을 응용한 것으로, 세균이 특정 바이러스에 한 번 감염되면, 그 경험을 '기억'하고, 다음 번에 같은 바이러스가 침입하려 할 때 이를 효과적으로 방어하는데, 이런 세균의 방어기전을 응용하여, 특정 유전자를 정확하게 잘라내거나 수정할 수 있는 것이다.

이러한 혁신성을 인정받아 CRISPR-Cas9 유전자 가위를 발견한 여성과학자 Emmanuelle Charpentier와 Jennifer A. Doudna에게 2020년 노벨화학상을 수여하기도 했다.

그러나 그동안 프로바이오틱스 유산균에 CRISPR-Cas9 기반의 유전체 편집 기술을 적용하는 데에는 여러 어려운 점들이 있었다.

첫 번째로 유전체 편집기술의 중요한 부품이라고 할 수 있는 유도 RNA 및 Cas9 단백질을 주로 두꺼운 세포벽으로 이루어진 프로바이오틱스 유산균 내로 운반하는 것이 쉽지 않았기 때문이다. 또한 Cas9 단백질이 프로바이오틱스 내에서 올바르게 발현이 된다고 해도, 프로바이오틱스 내에서 원래 갖고 있지 않던, 즉 자연적이지 않은 단백질이 세포 내에서 발현되는 것이라 세포 내에서 독성을 갖을 수밖에 없기 때문에 결국 프로바이오틱스가 분열하는 과정에 프로바이오틱스가 사멸될 가능성이 높았다. 마지막으로 가이드 RNA가 편집을 원하는 유전자가 아닌, 엉뚱한 유전자에 붙어 엉뚱한 유전자가 편집되어버리는 오프-타겟 현상(Off-target effect)을 예로 들 수 있다.

하지만 이지놈은 이 세 가지의 어려움을 모두 극복했고, 이번에 개발한 차세대 치료용 프로바이오틱스는 Gamma-aminobutyric acid(GABA) 생합성 유전자 클러스터에 있는 특정 유전자를 편집해 GABA를 더 많이 세포외부로 분비하는 기능을 갖도록 개발했다.

GABA는 포유류의 중추신경계에서 주로 존재하는 억제성 신경 전달 물질로, 뇌의 흥분을 조절하는 역할을 한다. 이 물질은 흥분으로 인해 활성화된 뇌를 진정시키고, 혈압을 낮추는 효과가 있다고 알려져 있다. 이런 특성 때문에 GABA는 스트레스와 관련된 여러 건강 문제를 완화하는데 도움이 될 수 있고, 고혈압, 2형 당뇨와 같은 대사증후군을 치료하는데 잠재적인 가능성을 가지고 있다.

또한 GABA에 관한 효과에 관하여 여러 동물 실험을 수행한 논문들에 의하면 GABA를 직접 섭취한 경우보다 GABA를 세포 밖으로 분비하는 프로바이오틱스의 형태로 섭취한 경우, 2형 당뇨와 같은 질병을 치료하는데 효과가 더 큰 것으로 나타났다.

이지놈은 프로바이오틱스 유산균에 CRISPR-Cas9 기술을 접목하는데 발생하는 난제를 해결하고 프로바이오틱스의 유전체 편집기술을 정립했다. 기술정립을 위한 첫 걸음으로 GABA 분비가 특히 뛰어난 프로바이오틱스 유산균을 만들었다.

앞으로는 이지놈이 정립한 기술을 활용해 각종 질환에 필요한 어떠한 효능이라도 자연계에서 발견되는 프로바이오틱스들 보다 훨씬 뛰어난 효능을 보이는 어떠한 프로바이오틱스라도 창조가 가능하다.

이번 차세대 치료용 프로바이오틱스 개발에 대해 이지놈의 조서애 대표는 "프로바이오틱스 유산균 치료제 개발에 CRISPR-Cas9 기술을 활용할 수 있게 된 이번 이지놈의 개발은, 자연계 프로바이오틱스의 효능을 훨씬 상회하는 차세대 치료용 프로바이오틱스 개발의 막을 연 것이며, 이지놈의 마이크로바이옴 연구에 대한 열정과 능력을 증명한 쾌거"라고 설명하며, "이를 통해 개발될 다양한 마이크로바이옴 치료제는 인류의 건강하고 행복한 삶에 기여할 것"이라고 말했다.

한편 이지놈은 국내 최초로 3세대 마이크로바이옴 NGS 분석 플랫폼을 개발하고 상용화에 성공했다. 마이크로바이옴을 종 수준으로 분석할 수 있는 기술로 유익균/유해균을 정확히 판별해 마이크로바이옴 관련 질병 예측이 가능한 분석 서비스를 제공하고 있다. 마이크로바이옴 관련 다양한 연구를 수행하고 있으며 최근 수행한 결핵 치료 보조물질 연구는 질병관리청 우수 과제로 선발되는 등 국내 마이크로바이옴 기술 개발을 선도하고 있다.