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[바이오토픽] CRISPR, 더 빠르고 우수하고 저렴한 질병탐지기로 거듭나
의학약학 양병찬 (2019-02-20 09:33)

강력한 유전자편집 도구는 라사열(Lassa fever)과 같은 질병을 조기에 진단함으로써 감염의 확산을 억제하는 데 사용될 수 있다.

브로드 연구소

@ 브로드 연구소

올해 벽두부터 69명의 목숨을 앗아간 나이지리아의 라사열(Lassa fever)은 사상 최악의 기록을 세울 전망이다. 향후 몇 년 동안 라사열로 인한 사망자 수를 줄이기 위해, 나이지리아의 연구자들은 유전자편집 도구인 CRISPR에 기반한 새로운 진단법을 개발하려 노력하고 있다.

새로운 진단법은 CRISPR의 유전자 정보(이 경우에는 라사 바이러스의 RNA 정보) 색출능력에 의존한다. 만약 이 접근방법이 성공적이라면, 광범위한 바이러스 감염을 조기에 진단함으로써 효과적 치료와 확산방지에 기여할 것으로 보인다.

온두라스와 캘리포니아의 과학자들은 CRISPR를 이용한 뎅기 바이러스, 지카 바이러스, 인유두종바이러스(HPV) 진단방법을 테스트하고 있다. 그리고 콩고민주공화국에서는 CRISPR를 이용한 에볼라 바이러스 진단방법의 테스트가 곧 진행될 예정이다.

"믿음직하고 사용자 친화적인 진단방법은, 무려 60%에 달하는 라사열의 치사율을 감소시킬 수 있을 것이다"라고 나이지리아 리디머 대학교의 제시카 우와니베(분자생물학)는 말했다. "나는 수많은 생명을 살릴 수 있는 방법을 연구하고 있다."

임상시험

대부분의 감염병을 진단하는 데는 특화된 전문가, 정교한 장비, 충분한 전기가 필요한데, 라사열과 같은 질병이 발생하는 장소에서는 이 모든 것이 부족하다. CRISPR는 전통적 방법과 같은 정확성으로 감염을 진단할 수 있으며, 가정용 임신진단법만큼이나 간단하다는 장점이 있다. 그리고 CRISPR는 특이적인 유전자 시퀀스를 겨냥하도록 설계되므로, 연구자들은 어떤 바이러스주(株)가 유행하든 일주일 이내에 확인할 수 있는 도구를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

"이것은 CRISPR가 지향할 만한 매우 흥미로운 방향이다"라고 UC 버클리의 제니퍼 다우드나(생화학)는 말했다. 그녀는 CRISPR를 이용한 질병진단 방법을 개발하고 있다.

우와니베가 이끄는 연구팀은 브로드 연구소의 연구진이 CRISPR와 Cas13라는 단백질(참고 1)을 결합하여 개발한 CRISPR 진단법의 임상시험을 진행하고 있다. CRISPR에서 본래 사용되었던 유전자편집 Cas9과 달리, Cas13은 (겨냥하라고 지시받은) 유전자 시퀀스를 절단한 다음 무차별적으로 RNA 썰기(slicing up)를 시작한다. 유전자를 편집할 때는 이런 행동이 문제가 되지만, 질병을 진단할 때는 되레 요긴하다. 왜냐하면 모든 절단이 신호로 작용할 수 있기 때문이다.

2018년, 브로드의 연구팀은 Cas13에 의해 난도질될 때 신호를 전달하는 RNA 분자를 첨가함으로써 셜록(SHERLOCK, 참고 2)이라는 진단법을 업데이트했다. 절단된 RNA는 검사지(paper strip)에 어두운 밴드(임신진단법에서 나타나는 시각적 신호를 생각하면 된다)의 형성을 촉발함으로써, CRISPR가 찾고 있는 유전자 시퀀스의 존재를 알려준다(참고 3).

나이지리아의 연구팀은 현재 라사 바이러스를 찾도록 설계된 셜록의 성능을 테스트하고 있는데, '전통적인 실험실기반 접근방법인 PCR(polymerase chain reaction)로 감염이 확인된 사람들을 얼마나 정확하게 진단할지' 귀추가 주목된다.

"셜록의 가격은 PCR의 반값이며, 시간도 절반(PCR은 4시간, 셜록은 2시간)밖에 안 걸린다"라고 나이지리아 팀과 함께 임상시험을 진행하고 있는 브로드의 케일라 반스(유전학)는 말했다. 셜록과 PCR은 모두 샘플 처리를 위해 전기가 필요하지만, 셜록은 (나이지리아 전역에서 흔히 볼 수 있는) 정전에 PCR만큼 예민하지 않다. "승용차 발전기를 가동할 수 있는 히트블록(heat block)에 의존할 수 있으면 좋겠다"라고 반스는 말했다.

도구상자 확장

다우드나가 이끄는 UC 버클리의 연구팀이 개발한 다른 CRISPR 진단법은 속성과 주특기가 다른 Cas 단백질을 이용하여 다양한 질병을 겨냥한다. 그들의 HPV 진단법은 Cas13 대신 Cas12a를 이용하는데, Cas12a도 표적을 추격한 후 난도질을 시작하지만 RNA 대신 DNA를 절단한다. 그 진단법은 (자궁경부암이나 항문암과 관련된 것으로 알려진) 두 가지 종류의 HPV를 구별한다(참고 4).

"자궁경부암이 너무 늦게 진단되어 손을 쓸 수 없게 되기 일쑤인 아프리카 국가에서, 늘어나는 사망자를 줄일 수 있으면 좋겠다"고 다우드나는 말했다. 그녀는 작년에 샌프란시스코에 본사를 둔 매머드 바이오사이언시즈(Mammoth Biosciences)라는 스타트업을 공동 창업하여(참고 5), HPV 진단법을 계속 개발하고 있다. 매머드는 캘리포니아 주민들에게서 채취한 혈액샘플을 이용하여 테스트를 진행하고 있다.

버클리와 매머드의 연구자들은 새로 발견된 Cas14와 CasX를 첨가함으로써 CRISPR 도구상자를 확장할 계획인데, 이 두 가지 단백질은 크기가 작아 진단기술에 통합하기가 쉽다는 장점이 있다(참고 6, 참고 7).

시장요인들(market forces)

"이것은 흥미로운 혁신이다"라고 나이지리아에 주재하는 세계보건기구(WHO)의 기술 담당관 다마리 나이두는 말했다. "그러나 CRISPR 검사법이 저개발 국가에 영향을 미치려면, 라이센스료·제조비·가격이 적당해야 한다."

"연구자들은 종종 이런 점을 간과한다. 예컨대, 현재까지 10여 가지 에볼라 진단법이 개발되었지만, 콩고 민주공화국에 보급된 것은 두 개에 불과하고 나머지는 경제적 걸림돌 때문에 보류되어 있는 상태다(참고 8). 그도 그럴 것이, 시장규모가 작아서 제조업자들이 제조 및 보급에 필요한 비용을 감당할 수 없기 때문이다.

현재 진행되고 있는 버클리와 브로드의 특허전쟁을 감안하면(참고 9), CRISPR 기반 진단법은 특히 경제적 관점에서 난항이 예상된다. 그러나 다우드나와 (브로드에서 셜록 프로젝트를 지휘하는) 파디스 사베티는 "진단법을 필요로 하는 사람들이 사용할 수 있도록, 지원과 협조를 아끼지 않겠다"고 밝혔다.

그러나 우와니베는 그들의 말을 곧이곧대로 믿지 않는다. "그런 날이 빨리 왔으면 좋겠어요"라고 그녀는 말했다.

※ 참고문헌
1. Gottenberg, J.S. et al. Science 356, 438-442 (2017); https://doi.org/10.1126%2Fscience.aam9321
2. http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=282308&SOURCE=6
3. Gootenberg, J.S. et al. Science 360, 439–444 (2018); http://science.sciencemag.org/content/360/6387/439.abstract
4. Chen, J.S. et al. Science 360, 436-439 (2018); https://doi.org/10.1126%2Fscience.aar6245
5. https://www.nature.com/articles/nbt0618-479
6. Harrington, L.B. et al. Science 362, 839-842 (2018); https://doi.org/10.1126%2Fscience.aav4294
7. Liu, J. J. et al. Nature 566, 218–223 (2019); https://doi.org/10.1038%2Fs41586-019-0908-x
8. https://www.nature.com/articles/d41586-019-00212-y
9. https://www.nature.com/articles/d41586-018-06656-y (한글번역 http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=297623&SOURCE=6)

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-019-00601-3

 

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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