1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

모든 생명체가 유전자를 가지고 있고 각 생명체의 기본 정보가 유전자에 담겨있다는 사실을 발견한 이후로, 수많은 과학자들이 유전자를 자유자재로 편집하는 기술에 대해서 관심을 가져왔습니다. 유전자 재조합 기술부터 시작해서 복잡한 유전체를 가진 고등생물을 편집할 수 있는 1세대 징크 핑거 뉴클레어제 (ZFN)와 2세대 탈렌 (TALEN) 기술을 개발하면서 유전자 교정 분야는 계속해서 발전하고 있었습니다. 특히 2020년에 노벨 화학상을 받은 연구인 3세대 크리스퍼 (CRISPR) 유전자가위의 등장 이후로 유전자 교정 분야는 폭발적으로 성장했습니다. 크리스퍼 유전자가위는 원하는 유전자만을 타겟할 수 있는, 특이성도 높고 작동 효율도 높으면서 매우 편리하게 사용할 수 있는 기술입니다. 크리스퍼 유전자가위는 단백질 메커니즘을 밝히는 기초 연구나 세포 이미징 기술에도 쓸 수 있고 질병 치료에도 응용할 정도로 생명공학 분야 전반에 영향을 미치고 있습니다.

그러나 크리스퍼 유전자가위도 완벽한 기술이라고 할 수는 없습니다. 크리스퍼 유전자가위에 대한 폭발적인 관심과 함께 크리스퍼 유전자가위가 일으키는 이중나선절단 이후에 발생하는 염색체 전좌 (translocation)와 대량 결실 (Large deletion)등이 보고되었습니다. 그래서 크리스퍼 유전자가위의 장점을 살리면서 이중나선절단 때문에 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 방안이 등장했습니다. 크리스퍼 유전자가위의 절단 기능을 없애고 대신 데아미나제를 연결한 염기교정 유전자가위 (Base editor)가 개발된 것입니다.

염기교정 유전자가위는 매우 높은 효율로 유전자에 있는 단일 뉴클레오티드를 교정할 수 있고, 이중나선절단을 일으키지 않기 때문에 안정성도 보장할 수 있는 기술입니다. 이 기술은 금방 전세계적으로 도입되어서 수많은 과학자들이 염기교정 유전자가위가 실제 동물이나 식물 모델에서 잘 작동하는 결과들을 보여주고 있습니다.

모든 기술이 그렇듯이 염기교정 유전자가위 또한 완벽한 기술은 아닙니다. 저희 연구진은 염기교정 유전자가위의 오작동 효과 중 하나인 시토신 치환 효과를 최초로 밝히고 시토신 치환 효과를 현저히 줄인 새로운 염기교정 유전자가위를 개발하는 데에 힘써왔습니다. 이번에 소개된 논문에는 오작동 효과를 줄인 초정밀 유전자 염기교정 기술을 개발한 내용이 담겨있습니다.

연구를 한창 진행하고 있을 때에도 계속해서 새로운 유전자가위들이 개발되었습니다. 그래서 저희 연구진들은 끊임없이 새로운 유전자가위들의 특징을 정리하고, 각 특징들이 개발중인 유전자가위에 적용될 수 있는 지 계속 고민해야 했습니다. 이 과정이 힘들기도 했지만, 많은 과학자들이 관심을 가지고 있는 분야에서 경쟁한다는 뿌듯함도 있었습니다. 그리고 결과적으로 다른 유전자가위들의 장점들을 도입했기 때문에 가장 좋은 유전자교정 기술을 개발했다고 생각합니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

이 연구는 한양대 자연과학대학 화학과 분자유전공학연구실에서 배상수 교수님의 지도 아래에 이루어졌습니다. 한양대 분자유전공학연구실은 크리스퍼 유전자가위를 기반으로 한 여러 가지 연구들을 진행하고 있습니다. 먼저, 크리스퍼 유전자가위 자체 혹은 크리스퍼 기반 유전자 교정 기술인 염기교정 유전자가위 (Base editor)나 프라임 에디팅 유전자 교정기술 (Prime editor) 등이 가진 문제점이나 한계점을 밝히는 연구를 하고, 이를 개량해서 한계를 극복하거나 장점을 극대화시키는 연구를 하고 있습니다. 그리고 다른 연구실과 공동연구를 진행해서 유전자 교정 기술을 실제 치료에 응용하는 연구도 활발히 진행하고 있습니다. 이 모든 기술에는 우리 연구실에서 자체적으로 개발한 프로그래밍 분석 도구들이 사용되고 있습니다. 가장 최근에는 독자적인 유전자 교정 분석 기술을 만드는 연구에 가장 중점을 두고 있습니다. 우리 연구실은 유전자 교정 분야 전반에 걸쳐서 다양한 주제의 연구를 하고 있기 때문에 소속된 대학원생 한 명 한 명이 시키는 대로 하던 연구만 하는 것이 아니라 주도적으로 각자의 프로젝트를 가지고 이끌어 간다는 특징을 가지고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

유전자 교정 분야가 현재 굉장히 활발하게 발전하는 분야이기 때문에 매일 새로운 논문을 접할 수 있습니다. 그렇기 때문에 이 분야에서 연구활동을 하면 속도경쟁도 치열하고 이전까지 밝혀진 내용을 매번 다시 정리해야 한다는 부담감이 있습니다.

하지만 그렇기 때문에 우리가 정적인 연구실에 앉아 있어도 치열하게 발전하는 학문의 중심에 버티고 서 있다는 느낌을 받을 수 있습니다. 우리가 짧은 시간 내에 다른 연구자의 논문을 참고해서 실험을 해내는 것처럼 다른 연구자들도 우리의 논문이 나오자마자 우리 연구활동을 참고해서 실험을 하는 것을 금방 확인할 수 있습니다. 다른 연구자들이 우리 논문을 참고하고 실제 연구에 반영하는 것을 볼 때마다 우리의 연구가 의미 있다는 것을 느낄 수 있어서 힘들지만 보람차게 연구활동을 하고 있습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

제가 연구하면서 가장 도움이 됐던 말은 “일단 해봐”라는 말이었습니다. 많은 사람들이 연구 분야를 선택하거나 혹은 연구를 할 지 자체를 선택할 때에도 정답을 갖고 있지는 않습니다. 저도 진학을 선택하기까지 많이 방황했고 제 시작은 일단 해보는 것이었습니다. 겪어보지 않으면 알 수 있는 게 없으니 아직 진학 결정을 하지 못하신 분께서는 일단 인턴 생활을 해보는 것을 추천 드립니다.

그리고 진학 이후에도 뭐든지 기회가 주어지면 일단 해본다는 생각으로 임하는 것도 좋은 방법입니다. 연구활동 중에는 정말 어렵고 아무도 답을 알려주지 않는 실험과 연구들이 발목을 잡는 일이 아주 많습니다. 저는 모든 연구가 실패하는 것이 당연하고 실패하다 보면 한번쯤은 성공하는 것이라고 생각합니다. 연구가 실패했다고 해서 모든 연구활동이 실패하는 것은 아닙니다. 결국에 잘 안되었던 경험들이 쌓여서 앞으로의 좋은 연구를 만들어나간다고 생각합니다. 실적에 집중하지 않고 경험을 쌓는 일에 집중하는 것이 도움이 될 거라고 생각합니다.

마지막으로 제 멘토 역할을 많이 해주신 김헌석 박사님께서는 늘 간단한 프로그램 언어는 알아두는 게 좋다고 말씀하셨습니다. 저도 이 말에 깊이 동감합니다. 프로그램 언어를 자유자재로 다루지는 못하더라도 분석 프로그램이 어떻게 작동하는 지 정도는 알 수 있을 정도로 공부해두면 연구에 아주 많은 도움이 될 것입니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재까지 개발된 유전자 교정 기술들이 아주 많지만, 아직까지는 편리하고 범용성이 넓으면서 작동 효율이 좋고 안정성까지 보장된 유전자 교정 기술이 개발되지는 않았습니다. 저희 연구실에서는 다른 유전자 교정 기술과 차별화된 독자적인 유전자 교정 기술을 개발하는 데에 힘을 쏟고 있습니다. 저는 특히 현재까지도 세포의 유전자 수선 기작들이 새롭게 밝혀지고 있다는 점에 주목해서 세포 자체의 수선 기작을 응용한 유전자 교정 기술을 개발하려고 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

이번 연구를 통해서 저 자신이 발전했다는 것과 저 혼자서는 어떤 것도 해내지 못했을 거라는 것을 느꼈습니다. 제게 수많은 기회를 주고 올바른 방향과 해결책을 제시해주신 배상수 교수님께 가장 큰 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 그리고 이번 연구에도 핵심적인 아이디어를 제공해주셨고 그 외에도 항상 세심하게 지도해주셨던 고려대 우재성 교수님께도 감사하는 마음을 전하고 싶습니다. 이번 연구는 우리 랩 구성원들이 없었다면 마무리 지을 수 없었을 것입니다. 이 연구에서 가장 많이 고생하고 잘 따라와준 석훈이와 분석할 때마다 스스로 해낼 수 있도록 참을성 있게 도와준 규호, 실험이 막힐 때 도움을 많이 준 성아 언니와 말로 다 할 수 없을 정도로 많은 도움을 준 랩 구성원들 정말 감사합니다. 또, 직접적으로 이번 연구를 도와주지 않았더라도 연구활동 전반을 해내는 데 있어서 김헌석 박사님과 유지현 박사님께 도움을 많이 받았습니다. 마지막으로 저희 가족에게 제 연구 생활을 깊이 지지해주고 힘이 되어 준 것에 감사를 드립니다.