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1. 크리스퍼 유전자가위
1.1. 크리스퍼 유전자가위의 정의
CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat)는 세균의 적응 면역 시스템에서 유래된 유전자 편집 도구이다. CRISPR는 규칙적으로 배열된 짧은 반복 서열로 구성된 DNA를 말한다. 세균은 바이러스에 감염되면 바이러스의 DNA 일부를 자신의 유전체에 기억해 두었다가 차후 바이러스가 침입하면 그 정보를 이용해 바이러스 DNA를 찾아서 절단하는 방어 시스템을 가지고 있다. 이러한 세균의 적응 면역 시스템이 CRISPR 유전자 가위의 기반이 되었다. CRISPR-Cas 시스템에서 Cas 단백질은 DNA나 RNA를 절단하는 역할을 하며, CRISPR RNA는 표적 유전자를 인식하여 Cas 단백질을 특정 염기 서열로 유도한다. 이를 통해 특정 DNA 부위를 정확히 절단할 수 있게 된다. 따라서 CRISPR 유전자 가위는 세균의 면역 시스템에서 유래된 정교하고 프로그램 가능한 유전자 편집 기술이라고 할 수 있다.
1.2. 크리스퍼 유전자가위의 역사
지금까지 크게 1세대 징크핑거 뉴클레이즈(ZFNs), 2세대 탈렌(TALENs), 3세대 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 유전자가위가 개발되었다"". 유전자 조작이 처음 시작된 것은 1970년대로 DNA의 특정 서열을 인지해 자르는 '제한효소'가 발견된 것을 시작으로 DNA를 자르고 붙이고 삽입하는 유전자 조작 기술이 탄생했다"". 그러나 제한효소를 활용한 유전자조작기술은 인식할 수 있는 서열의 길이가 너무 짧았기에 한계가 명확했다"". DNA의 염기는 A,C,G,T 등 4가지이기 때문에 만약 염기 여섯 개를 인지하는 제한효소를 쓰면 약 4,096개의 순서쌍밖에 구분하지 못했다"". 이에 따라 제한효소는 플라스미드 같이 염기서열이 수천 개 내외인 곳에서만 사용됐다"". 이런 상황을 종식시킨 새롭고 강력한 유전자 가위가 2012년 개발된 크리스퍼이다"".
1.3. 크리스퍼 유전자가위의 활용
크리스퍼 유전자가위의 활용은 다양한 분야에서 이루어지고 있다. 첫째, 크리스퍼 유전자가위는 유전질환 치료에 활용될 수 있다. 예를 들어 윔 증후군이라는 질병은 조혈모세포에서 유전자 결함으로 인해 발생하는데, 크리스퍼 유전자가위로 유전자 결함 부위를 교정하면 건강한 백혈구로 바꿀 수 있다. 또한 크리스퍼 유전자가위를 통해 암 관련 유전자를 제거하거나 변형시킴으로써 암 치료에 활용할 수 있다. 둘째, 농업 분야에서도 크리스퍼 유전자가위가 활용되고 있다. 유전자 가위를 통해 농작물의 특성을 개선하거나, 병해충에 강한 품종을 개발할 수 있다. 셋째, 크리스퍼 유전자가위는 모기를 비롯한 해로운 생물체의 유전자 편집에 사용될 수 있다. 유전자 드라이브 기술을 통해 모기의 번식을 억제하거나 질병 전파 능력을 낮출 수 있다. 넷째, 크리스퍼 유전자가위는 바이러스 치료에도 활용된다. RNA 유전자 가위인 CRISPR-Cas13을 이용하면 코로나19 바이러스와 같은 RNA 바이러스의 증식을 억제할 수 있다. 이처럼 크리스퍼 유전자가위는 다양한 분야에서 활발히 연구되고 활용되고 있다.
2. 유전자 변형 생명체
2.1. 유전자 변형을 위한 크리스퍼 유전자가위 ...
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