국내 연구진이 생명과학 분야 첨단 기술인 유전자 가위의 정확도를 높이고 바이러스 검출 같이 초고감도 유전자 검출기술에 활용할 수 있는 방법을 찾아냈다.

광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구소 연구진은 크리스퍼-캐스12a 유전자가위가 단일 촉매 활성부위만으로 이중 가닥의 DNA를 부작용 없이 완전히 잘라낼 수 있는 분자 메커니즘을 6일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’에 실렸다.

유전자 특정 부위를 절단해 유전체 교정을 가능케 하는 기술을 유전자 가위라고 한다. 특히 3세대 크리스퍼 유전자가위는 간편하게 대량으로 만들 수 있다는 장점이 있다. 크리스퍼 가위는 표적을 안내해주는 가이드RNA와 표적을 잘라내는 절단효소로 구성돼 있다. 크리스퍼 가위에 캐스9이라는 절단효소가 많이 쓰여 크리스퍼-캐스9이 많이 알려져 있지만 최근에는 캐스12a라는 절단효소의 장점이 크다는 것이 알려져 연구가 활발하다. 특히 캐스12a는 극미량의 특정 염기서열의 핵산을 검출하는 기술에도 활용돼 코로나19 진단키트 개발에도 활용됐다. 그럼에도 DNA 절단부위를 정교하게 제어하는 기술이 부족해 유전체 교정에까지는 활용되지 못하고 있다.

이에 연구팀은 캐스12a 유전자 가위의 활용도를 높이기 위한 연구를 실시했다. 연구팀은 단일분자 형광이미징 기술을 활용해 캐스12a는 표적 유전자(DNA) 이중가닥을 순차적으로 절단하고 그 과정에서 캐스12a 유전자 가위-DNA 복합체가 연속적 구조 재배열을 한다는 것을 최초로 관찰했다. 또 표적 DNA 절단을 위해서는 절단 부위의 유전자가 부분적으로 풀려야 하며 마그네슘 이온이 이 구조를 안정화시키는데 결정적 역할을 한다는 것도 확인했다.

연구를 이끈 이상화 GIST 박사는 “이번 연구는 마그네슘 이온이 크리스퍼 유전자 가위 작동에 필수적인 구조변화에도 영향을 미친다”라며 “추가연구를 통해 정교하게 DNA 절단 활성이 조절된 다양한 유전자 가위 발굴을 추진할 것”이라고 말했다.