2020년 노벨 화학상 'CRISPR-Cas9' 유전자가위 개발한 女과학자 2명 공동수상
유전자가위는 동물·식물·미생물 DNA를 정밀하게 바꿔..."생명과학에 혁명적인 영향"
중국 연구팀, 기술로 유전자 편집된 쌍둥이 여아들 만들어 국제적 충격 안겨
이어지는 인간 배아 유전자편집 실험에 규제와 윤리 중요성 부각
[메디칼업저버 주윤지 기자] 여성 과학자 두 명이 올해 '크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9)' 유전자 가위를 개발한 기여로 노벨 화학상을 공동 수상하면서 유전자 편집기술에 대한 관심이 쏠리고 있다.
지난 7일(현지시간) 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 "유전자 편집법을 개발한 공로로" 2020년 화학상 수상자를 프랑스 출신인 독일 막스플랑크연구소 에마누엘 샤르팡티에(Emmanuelle Charpentier)와 미국 캘리포니아대 버클리(UC Berkeley) 제니퍼 다우드나(Jennifer A. Doudna)를 선정했다고 밝혔다.
위원회는 "Charpentier와 Doudna는 유전기술의 가장 유의미한 도구 중 하나인 CRISPR-Cas9 유전자 가위를 발견했다"면서 "유전자 가위로 연구자들은 동물, 식물, 미생물의 DNA를 매우 정교하게 바꿀 수 있다"고 밝혔다.
이들은 "유전자 가위 기술은 생명과학에 혁명적인 영향을 미쳤고 새로운 암 치료제 개발에 기여하고 있으며 유전질환 치료의 꿈을 현실화할 수 있다"고 밝혔다.
현재 몇몇 연구팀은 암을 치료하기 위해 CRISPR-Cas9을 사용한 CAR-T 면역항암제를 개발하고 있다.
유전자를 편집하는 CRISPR-Cas9이란?
인간을 포함해 거의 모든 생명체는 DNA(deoxyribonucleic acid)를 가지고 있다. DNA로 구성된 유전자는 생명체의 유전정보를 보관하고 보존하며 사람의 눈·피부 색깔과 같은 육체적인 특징부터 특정 질환의 발병위험까지 광범위게 영향을 끼친다.
CRISPR-Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR-associated protein 9)와 같은 유전자 편집 기술은 DNA를 가위로 자르듯이 특정 부위를 잘라서 식물·동물의 육체적인 특징을 바꿀 수 있다. 기술을 통해 잘린 특정 DNA 부분에 유전정보를 삭제, 추가, 또는 대체할 수 있다.
CRISPR 역사는 1990년대부터...Cas9 단백질은 유전자편집 간소화
CRISPR에 대한 개념과 발견은 1990년대로 기록된다.
1987년 일본 오사카대학교 연구팀은 현재 CRISPR로 알려지게 될 '반복되는 DNA 클러스터(clustered DNA repeats)'를 발견한 이후 처음 논문을 발표했지만, 이들은 발견의 기능을 규명하지 못했다.
이어 1993년 네덜란드 연구팀은 결핵균(Mycobacterium tuberculosis)에서 DNA의 연속반복(direct repeats)이 끊기는 현상을 두 차례 보고했다.
이로 인해 비슷한 시료의 유전자 염기서열(DNA sequence)의 차이점을 알아낼 수 있는 새로운 지노타이핑법인 '스포리고타이핑(spoligotyping)'을 개발했다.
2000년대 스페인 알리칸테대학교 프란치스코 모히카(Francisco Mojica) 연구팀은 Haloferax과 Haloarcula 세균에서 반복되는 DNA 클러스터를 관찰했으며 이를 'Short Regularly Spaced Repeats(SRSR)'로 지정했다.
모히카와 루드 얀센(Ruud Jansen) 연구팀은 중단된 반복의 전사(transcription)도 최초로 완전하게 특성화하면서 CRISPR라는 이름을 최초로 붙였다.
이후 2012년 Charpentier·Doudna 과학자들은 Cas9 단백질에 기반해 DNA 편집을 수월하게 만드는 CRISPR-Cas9 기술을 개발하고 특허받았다. CRISPR-Cas9 기술이 개발되기 전에 유전자 편집은 많은 시간을 소모했고 고난도 기술이었으며 시행이 불가능할 때가 많았다.
CRISPR-Cas9은 이전 편집기술보다 간단하고, 빠르고, 저렴하고 정확해 과학계에서 환호를 받았다. 대부분의 유전자 편집을 시행하는 과학자들은 CRISPR-Cas9 기술을 사용한다.
CRISPR-Cas9 기술은 현재 농업계와 의료계에 큰 영향을 미치고 있다. 농업계에서는 식물 연구원들이 곰팡이, 해충, 가뭄을 견디는 농작물을 만들 수 있었으며 선호되는 특성을 가진 가축을 만들면서 전 세계 식량생산 기능을 바꿨다.
신기술로 '유전자편집 인간' 만들어 윤리적 논란
2010년대부터 중국 과학자들이 유전자 편집 실험을 시행하고 있다는 소문이 퍼지고 있었다.
결국 2015년 중국 준쥬황(Junjiu Huang) 연구팀이 세계 최초로 인간 배아의 유전체를 편집했다면서 결과를 의학저널 Protein&Cell에 발표하면서 논란을 일으켰다.
황 연구팀은 생존 불가능 배아(non-viable embryos) 86개를 사용했다며 치명적인 혈액질환을 일으키는 유전체 편집을 시도했지만 예상치 못한 변이들(off-target mutations)이 많이 발생했다며 성공적으로 편집된 배아는 소수였다고 밝혔다.
또 황에 따르면 세계 최고급 의학저널들인 Nature와 Science는 이번 논문을 윤리적인 문제로 거부했다.
하지만 중국 루유(Lu You) 연구팀은 인간의 유전자 편집 시도를 이어갔다. 2016년 중국 연구팀은 세계 최초로 CRISPR-Cas9 기술을 사용해 유전편집 세포를 폐암 환자에게 투여하면서 의료계에 최초로 적용했다.
이어 2018년 중국 허지안쿠이(He Jiankui) 연구팀은 쌍둥이 여아들이 에이즈(AIDS)를 일으키는 HIV(인간면역결핍바이러스) 저항성이 있도록 출생 전 인간 배아의 유전자를 편집하면서 세계 최초 유전자편집 인간을 만들어 전 세계에 충격을 줬다.
연구팀은 인간의 DNA를 수정했을 뿐만 아니라 수정된 유전자를 대대로 전할 수 있도록 '인간 생식세포계열을 편집(human germline editing)'한 것이다. 이에 중국 법원은 2019년 허지안쿠이에 3년 징역형을 선고했다.
이런 윤리적 논란에도 불구하고 전 세계 과학자들은 인간 배아에 CRISPR 유전편집을 지속해서 시도했다. 지난 6월 Nature에 따르면 영국과 두 미국 연구팀은 독립적으로 인간 배아의 유전자를 편집한 연구결과들을 발표하면서 이를 편집하는 과정에서 원치 않은 결과가 발생할 가능성이 컸다고 밝혔다.
이들을 종합해 검토한 Nature는 CRISPR-Cas9 편집의 위험성이 크고 현재 정확하게 규명되지 않았다고 지적했다.
과학자들은 인간 배아의 유전자편집에 대한 윤리적 토론을 이어갈 전망이다. 노벨 위원회가 이번 화학상에 CRISPR-Cas9 개발자들을 선정하고 유전자 가위를 "인생을 다시 쓰는 도구(tool for rewriting the code of life)"로 지칭한 듯이 이번 신기술은 강력한 만큼 위험할 수 있다는 해석이다.