상세한 참고 자료 :: http://blog.naver.com/hyouncho2/220729629452

(스크랩이 안되는 관계로 링크만..)

출처 :: http://blog.naver.com/zihyunzzang/220629128303

1. CRISPR

 

CRISPR는 약자입니다.

누가봐도 약자죠.

사실 약자가 아니면 큰일 날 이름이거든요.

그 풀네임은 Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats...???

번역하면 '주기적 간격으로 분포하는 짧은 회문구조의 반복서열' 쯤 되겠군요.

 

 

‘크리스퍼’는 세균이 바이러스로부터 자기자신을 지키기 위해 가지고 있는 면역체계와 관련된 단어입니다.

 

세균이 바이러스로부터 자신을 보호한다는 말이 이상하게 들리시는 분들을 위해 먼저 간단한 설명을 드리자면,

세균은 단세포 이상의 크기를 가진 생물로 소모할 에너지원이 있다면 스스로 성장하고 번식할 수 있죠.

반면 바이러스는 스스로 번식을 할 수 없는 단백질과 유전자의 덩어리인 반(半)생명체 이죠.

바이러스는 스스로 번식을 할 수 없기에 숙주의 몸에 기생해 번식을 하는데요.

그 숙주는 우리와 같은 큰 동물이 될 수도 있고 세균과 같이 매우 작은 단세포체도 될 수 있습니다.

 

바이러스가 한 세포를 감염시킬 때는 자신의 DNA를 세포에 주입합니다.

그리고 숙주의 DNA 서열에 자신의 DNA를 끼워넣죠.

숙주는 자신의 생명활동에 필요한 물질들을 만들어 내기 위해 자신의 DNA를 ‘번역’해야 하는데,

바이러스의 DNA가 끼워 넣어진 숙주가 DNA를 번역하는 경우에는

자신이 필요한 물질을 만들어내는 것이 아니라 바이러스를 만들어내게 되는 것이죠.

밑의 그림은 바이러스가 세균을 감염시키는 것을 나타낸 그림입니다.

 

바이러스가 세균에 침투하게되면 그 세균은 시한폭탄이 되어버립니다.

제 시간 안에 바이러스의 DNA를 제거하지 못하면 세균의 세포는 끝없이 만들어지는 바이러스로 가득 차게 되고

결국엔 빵!! 하고 터지고, 바이러스를 주변에 퍼트리면서 죽어버리죠.

시한폭탄을 제거하기 위해 세균에게 주어지는 시간은 단지 몇 분에 불과하죠.

그래서 많은 세균들은 세포 안에 ‘크리스퍼’라는 적응면역체계를 가지며,

이것은 세균 자신의 DNA 내에 끼워 넣어진 바이러스의 DNA를 추적하여 파괴시킵니다.

여기서부터가 중요합니다!!

 

바이러스가 세균 내에 침투하면 세균은 크리스퍼 시스템을 이용하여

바이러스의 DNA로부터 일부를 뽑아내어 세균 자신의 DNA 일부분에 넣어 둡니다.

이 바이러스 DNA의 모든 정보가 저장되는 염색체 내의 영역이 '크리스퍼'입니다.

일종의 ‘바이러스 유전자 도서관’이라고 볼 수 있죠.

만약에 세균이 새로 침투한 바이러스라는 시한폭탄을 제 시간 안에 해체해서 살아남는다면

이 도서관에는 새로운 바이러스에 대한 책이 한 권 추가되는 것입니다.

이 책 한권 한권은 spacer DNA라고 불립니다.

놀라운 점은 이것이 유전자 내에서 일어나는 일이기 때문에 다음 세대의 세균들도

아버지 세대의 세균들이 겪었던 바이러스에 대해서 면역력을 갖게 된다는 것이죠!!

 

 

 

 

2. Cas9

 

그렇다면 Cas9이란 무엇일까요?

간단히 말하면 Cas9은 크리스퍼 영역에 저장된 정보를 토대로 세균의 DNA에 침입한 바이러스의 DNA를

분해시키는 역할을 하는 실질적인 전투병입니다. DNA가 이중 나선 구조인 것은 다들 잘 알고 계실 거라 생각해요.

DNA가 번역될 때 RNA라는 핵 밖으로 이동하는 한 가닥의 유전정보를 만들어내는데요,

이것은 DNA의 한쪽 가닥과 지퍼 맞물리듯이 정확히 매칭됩니다.

 

 

 

Cas9은 크리스퍼 영역에 저장된 바이러스의 DNA가 RNA로 번역되면, 그 RNA에 달라붙습니다.

그리고 세포 내에서 감시병과 같은 기능을 하는 복합체를 형성하죠.

감시해서 보고만 하는 감시병과 다른 것이 있다면 발견한 외부 DNA를 스스로 제거한다는 것이죠.

 

 

 

 

 

크리스퍼에서 번역된 RNA는 정확하게 짝을 이루는 바이러스 DNA를 찾아내고,

Cas9이 가위처럼 바이러스의 DNA를 세균의 DNA로부터 깔끔하게 잘라냅니다.

그래서 우리는 감시병 역할을 하는 이 복합체를 ‘유전자 가위’ 라고 부릅니다.

 

 

 

CRISPR-Cas9 의 활용

 

지금까지 저는 세균이 체내에 침입한 바이러스를 물리치기 위한 면역체계인 크리스퍼 시스템을

소개해 드렸습니다. 그렇다면 이 면역체계가 도대체 왜 생명과학계의 핫이슈가 된 것일까요?

 

그것은 위에서 언급한 복합체를 사람이 임의로 설계 할 수 있기 때문입니다.

쉽게 말하면 Cas9 복합체의 RNA를 인간이나 동물의 것으로 바꿈으로써 그들의

DNA 서열 중 특정부분을 인지하여 잘라내도록 프로그램화할 수 있다는 것이죠.

 

물론 잘라내기만 한다면 그저 세포를 죽이는 일밖에 되지 않겠죠.

하지만 세포들은 잘리거나 분리된 DNA를 스스로 찾아내고 치유하는 능력이 있습니다.

그렇기에 만약 Cas9에 의해(다른 요인들에 의해 잘릴때도) DNA 가닥이 잘리면

세포는 그 잘린 부위를 스스로 이어 붙이려고 하죠.

DNA 가닥의 가운데 한 부분이 잘리고 나머지 부분이 붙는 사이.

그 사이에는 엄청난 유전공학의 가능성이 존재합니다.

 

가장 먼저, 유전질병을 일으키는 돌연변이가 존재하는 DNA 부분을 제거함으로써 유전질병을 치료할 수 있습니다.

예를 들면 낭포성 섬유증을 유발하는 자리나 세포의 암을 유발하는 돌연변이 자리의 DNA 서열을 파악한 후,

크리스퍼 시스템을 통하여 염색체로부터 그 서열을 잘라냄으로써 질병을 치료할 수 있죠.

유전질환이란 유전자 자체에 오류가 있어 발생하는 질병입니다.

유전자 내의 문제이기에 말 그대로 아래세대로 유전되는 질병이죠.

겸형 적혈구 빈혈증이나 헌팅턴 증후군, 혈우병 등 수많은 유전질환이 치료될 수 있다면 정말 놀라운 기술이겠죠??

 

 

 다음으로는 잘려진 유전자 사이에 새로운 유전정보를 끼워 넣을 수도 있습니다.

그러기 위해서는 Cas9 단백질에 의해 DNA가 절단되는 부위의 양쪽부분이 어떻게 생겼는지 정확히 파악해야합니다.

그 후 잘려진 부분의 양쪽 끝과 일치하는 양쪽 끄트머리를 갖는 새로운 DNA 가닥을 세포내에 넣어줍니다.

DNA가 이어 붙여질 때 잘려졌던 부위에 새로 넣어준 DNA가닥이 들어가게 되는 거죠.

고급지게 말하면 ‘꼽사리’ 라고 할 수 있겠군요. 새로 넣어주는 DNA 가닥에는 어떠한 유전정보라도 담길 수 있습니다.

 

왼쪽 그림은 크리스퍼 기술을 이용해 유전자의 오류를 치료하는 것이고,

오른쪽 그림은 잘린 부위에 새로운 DNA를 삽입하는 것입니다.

워드프로세서와 비유하자면 왼쪽은 문서내의 오류를 찾아내 자동으로 맞춤법에 맞게 수정하는 것이고,

오른쪽은 문서내의 특정 단어나 문장을 검색해 그 부분에 원하는 단어나 문장을 끼워 넣는 것이겠군요.

 

 

다음은 크리스퍼 기술을 이용해 DNA를 수정한 실례입니다.

쥐가 검은 털을 갖도록 하는 특정 유전자의 DNA 내에 교란을 줘서

그 형질이 발현되지 않도록 하는 데에 크리스퍼 기술이 사용되었습니다.

털의 색이 다르다는 점을 제외하고는 같은 부모에게서 태어난 검은 털의 쥐들과 완전히 동일한 특징들을 가지고 있죠.

연구원들은 이 쥐들의 DNA 염기서열을 확인해 크리스퍼 기술로

변화를 유도한 곳에서만 DNA 변화가 정확히 일어났음을 알 수 있었습니다.