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1. 크리스퍼 유전자 가위
1.1. 정의 및 개념
크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위는 세균의 면역 체계에서 유래된 유전자 편집 기술이다. CRISPR는 "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat"의 약자로, 규칙적으로 배열된 짧은 반복서열을 의미한다. 세균들은 바이러스의 공격을 방어하기 위해 바이러스의 DNA 조각을 자신의 유전체에 저장하고, CRISPR-Cas9 시스템을 사용하여 바이러스 DNA를 인식하고 절단한다.
인간은 이러한 세균의 면역 기작을 모방하여 CRISPR-Cas9 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 RNA 가이드와 Cas9 단백질로 구성되어, 표적 DNA 서열을 인식하고 정확하게 절단할 수 있다. 이를 통해 유전자 편집이 보다 효율적이고 정확하게 이루어질 수 있게 되었다.
즉, CRISPR 유전자 가위는 특정 표적 유전자의 염기서열을 인식하고 절단할 수 있는 인공 효소 시스템이라고 정의할 수 있다.
1.2. 역사 및 발전
크리스퍼 유전자 가위의 역사 및 발전은 다음과 같다.
유전자 조작 기술이 처음 시작된 것은 1970년대로, DNA의 특정 서열을 인지해 절단하는 '제한효소'가 발견되면서부터이다. 제한효소를 활용한 유전자 재조합 기술이 개발되었지만, 인식할 수 있는 서열의 길이가 너무 짧아 한계가 있었다. 이를 극복하기 위한 시도로 아연집게(ZFNs)와 탈렌(TALENs)과 같은 새로운 종류의 유전자 가위가 연구되었다. 하지만 이들 역시 인식 서열이 10개 내외로 짧았고, 긴 서열을 자르기 위해 수천 개가 넘는 유전자 가위 DNA를 새로 이식해야 했다.
이런 상황에 종지부를 찍은 것이 바로 2012년 개발된 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위이다. 크리스퍼는 세균이 바이러스를 막기 위해 진화시킨 면역시스템에서 유래된 것으로, RNA를 이용해 특정 DNA 부위를 정교하게 인식하고 절단할 수 있다는 장점이 있다. 특히 크리스퍼는 기존 유전자 가위와 달리 단일의 Cas9 단백질과 약 20개의 가이드 RNA만으로도 작동이 가능해, 설계와 대량 생산이 훨씬 용이하다.
크리스퍼 유전자 가위 기술은 발견 이후 단기간에 비약적인 발전을 거듭했다. 2013년에는 인간 배아 세포에서 성공적인 유전자 편집이 처음 보고되었고, 이후 지속적인 연구를 통해 편집 효율 및 정확도가 크게 향상되었다. 또한 Cas9 단백질 외에도 다양한 유전자 가위 효소들이 개발되어 적용 범위가 확대되었다.
특히 최근에는 RNA 서열을 표적으로 하는 CRISPR-Cas13 시스템이 개발되면서, RNA 바이러스 질환 치료에도 활용될 수 있게 되었다. 이처럼 크리스퍼 유전자 가위 기술은 지속적으로 진화하며 생명공학 분야의 혁신을 이끌어 가고 있다.
1.3. 크리스퍼 유전자 가위의 작동 원리
크리스퍼 유전자 가위의 작동 원리는 다음과 같다.
크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9)는 세균의 적응 면역 시스템에서 유래된 정교한 유전자 가위 기술이다. 세균은 바이러스의 DNA를 기억하고 있다가 바이러스가 다시 침입하면 이를 인식하여 Cas9이라는 절단 효소로 바이러스의 DNA를 잘라내는 방식으로 방어한다.
인간이 크리스퍼 유전자 가위를 활용하는 방식은 이와 유사하다. 먼저 가이드 RNA(guide RNA)를 제작하는데, 이는 크리스퍼 RNA(crRNA)와 트랜스-활성 crRNA(tracrRNA)가 결합된 형태이다. 가이드 RNA에는 ...
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