국내 연구진이 원하는 유전자만 골라 편집하는 크리스퍼 유전자가위 기술의 한계를 합성생물학 기술로 극복했다. 

24일 한국생명공학연구원 합성생물학연구센터 이대희 센터장 연구팀에 따르면, 여러 유전자를 동시에 편집할 때 발생하는 문제점을 해결하고 효율·안정성을 높인 새 다중 유전자 편집 기술 'RAMBE', 'NR-RAMBE'를 개발했다. 이 기술은 향후 의료용·산업용 미생물 개발 등 다양한 바이오 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

크리스퍼 유전자가위 기술은 특정 유전자만 정확하게 골라내 높은 정밀도로 교정한다. 크리스퍼 기반 유전자 교정 기술을 이용해 여러 유전자를 동시에 편집할 경우 카스 단백질이 목표 유전자들에게 도달하도록 가이드 역할을 하는 sgRNA를 편집하고자 하는 유전자 개수만큼 반복해서 배열해야 한다. sgRNA들의 서열이 매우 유사해 반복적으로 배열할 경우 DNA 합성 실패, 플라스미드 불안정성, 재조합 오류 등이 빈번하게 발생하는 한계점이 있다.

연구팀은 외부의 유도물질 없이도 스스로 RNA를 절단할 수 있고 주변 유전자의 영향을 받지 않으면서도 정확하고 안정적으로 sgRNA를 발현할 수 있는 리보자임 기술을 활용했다. 여러 개의 sgRNA를 효율적으로 처리하는 ‘RAMBE’ 시스템과 반복되는 유전자를 서열 없이 배열할 수 있는 ‘NR-RAMBE’ 시스템을 개발했다.

대장균에 적용해 실험한 결과 한 번에 6개 이상의 유전자를 동시에 교정하는 데 성공했다. 유전자 교정 효율을 높이는 화합물 부티르산의 생산량을 최대 7배 늘렸다. 아세트산 소비도 조절해 전체 대사경로 최적화에도 성공했다.

연구팀에 따르면 NR-RAMBE 시스템은 기존 RAMBE보다 더욱 개선된 방식으로 sgRNA의 반복 서열이 제거됐다. DNA 합성과 조립 과정이 훨씬 단순해졌고 유전자 합성의 복잡성이 약 7배 줄어 유전자 교정의 실패율도 대폭 감소했다.

연구팀은 “이번 실험에서 주목할 점은 유전자를 동시에 6개까지 교정했음에도 기존 시스템과 비슷한 수준의 높은 교정 효율을 보여줬다는 것”이라고 말했다.

개발된 NR-RAMBE 기술은 sgRNA를 코딩하는 DNA를 안정적으로 합성할 수 있어 바이오파운드리(유전자 설계부터 합성, 검증까지 자동화하는 시스템)와 같은 첨단 유전체 기술에 적합한 것으로 여겨진다. 다양한 의료용, 산업용 미생물 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구를 이끈 이대희 센터장은 "크리스퍼 유전자가위를 이용해 여러 개의 유전자를 동시에 편집할 때 가장 문제가 되었던 sgRNA의 합성과 배열 문제를 합성생물학 기술을 이용해 해결했다는 점에서 큰 의미가 있다"라고 밝혔다.