CRISPR-Cas9: 인류가 처음으로 손에 넣은 유전자 가위

자연에서 발견된 ‘유전자 가위’

CRISPR(크리스퍼)는 원래 박테리아의 면역 시스템에서 발견되었습니다. 박테리아는 바이러스에 감염된 후 그 유전자 서열을 자신의 DNA에 저장해두었다가, 같은 바이러스가 다시 침입하면 Cas9 단백질을 이용해 바이러스 DNA를 정확히 잘라냅니다.

2012년 제니퍼 다우드나(UC버클리)와 에마뉘엘 샤르팡티에(막스플랑크)는 이 시스템을 범용 유전자 편집 도구로 개량하는 데 성공했습니다. 2020년 노벨화학상은 이 업적에 수여되었습니다.

어떻게 작동하는가

CRISPR-Cas9의 원리는 단순합니다:

가이드 RNA: 표적 DNA 서열과 상보적인 짧은 RNA를 설계합니다.
탐색: Cas9 단백질이 가이드 RNA와 함께 DNA를 훑으며 표적 서열을 찾습니다.
절단: 표적 서열을 찾으면 DNA 이중나선을 정확히 잘라냅니다.
편집: 세포의 자체 복구 메커니즘을 이용해 원하는 유전자를 삭제·변형·삽입합니다.

기존 기술과의 차이: 이전의 유전자 편집 기술(ZFN, TALEN)도 있었지만 설계가 복잡하고 비쌌습니다. CRISPR는 RNA만 새로 설계하면 되므로 비용이 수십 배 저렴하고 훨씬 빠릅니다.

의학적 응용

낫 모양 적혈구 빈혈증 치료

2023년, 미국 FDA가 CRISPR 기반 치료제 Casgevy를 승인했습니다. 낫 모양 적혈구 빈혈증(겸상 적혈구 빈혈증) 환자의 줄기세포에서 돌연변이 유전자를 교정하는 방식입니다. 임상시험에서 환자의 약 95%에서 통증 위기가 완전히 사라졌습니다.

암 면역치료

T세포를 채취해 CRISPR로 유전자를 편집한 후 다시 체내에 주입해 암세포를 더 효과적으로 공격하게 만드는 치료법이 임상시험 중입니다.

유전 질환 예방

헌팅턴병, 근이영양증 등 수천 가지 단일 유전자 질환의 근본적 치료 가능성이 열렸습니다.

논란: 맞춤아기와 윤리

2018년, 중국 과학자 허젠쿠이가 인간 배아에 CRISPR를 적용해 에이즈 내성 쌍둥이를 출생시켰다고 발표했습니다. 전 세계 과학계가 경악했습니다.

인간 생식계열(germline) 편집은 그 변화가 다음 세대에 그대로 전달됩니다. 예측하지 못한 부작용, 사회적 불평등(“맞춤아기는 부자만 가능?”), 유전적 다양성 감소 등 심각한 문제가 있습니다. 허젠쿠이는 중국 법원에서 징역 3년을 선고받았습니다.

농업과 생태계

CRISPR는 가뭄에 강한 쌀, 갈변되지 않는 버섯, 글루텐이 적은 밀 등을 만드는 데 사용되고 있습니다. 일부 국가는 CRISPR 작물을 GMO와 다르게 분류해 규제를 완화했습니다.

더 나아가, 멸종된 매머드를 복원하거나 말라리아를 전파하는 모기의 유전자를 바꾸는 연구도 진행 중입니다.

인류 역사의 새 챕터

CRISPR가 등장하기 전, 생명의 설계도(DNA)는 읽을 수는 있어도 쉽게 수정할 수 없었습니다. 이제 우리는 생명의 알파벳을 자유롭게 편집할 수 있습니다. 이것은 페니실린 발견, 분자생물학의 탄생과 같은 반열의 혁명입니다. 그리고 그만큼 신중하게 다루어야 할 기술입니다.