AI로 유전자 치료법 가속화... 면역 거부無

1세대 개량형... 3세대 크리스퍼 가위와 달리 '박테리아 단백질' 의존X

1세대 유전자가위인 징크 핑거의 장점을 극대화하기 위해 무수한 유전자 조합 별로 그에 딱 들어맞는 징크 핑거를 생산할 수 있는 인공지능(AI) 프로그램이 개발됐다. [자료=게티이미지뱅크]

'아연 집게'로 많이 번역되는 징크 핑거(Zinc Finger)는 1세대 유전자 가위다. 요즘 유전자편집기술로 각광받는 크리스퍼(CRISPR) 유전자가위(3세대)나 프라임 에디터(4세대)의 조상 격이다. 정확한 명칭은 아연-손가락 핵산분해효소(ZNF)다. 내부 구조가 아연 이온을 손가락 내지 집게로 잡고 있는 형태라고 해 '아연 집게'로 불리게 됐다.

징크 핑거는 기본적으로 3개의 염기만 인식할 수 있다. 여러 개를 이어 붙인다 해도 9~18개 정도만 인식 가능하다. 반면 다른 유전자가위는 인식할 수 있는 염기서열의 숫자가 훨씬 더 많다. 대신 징크 핑거는 결함 있는 DNA코드만 잘라내 DNA를 복구하는 효율성은 가장 뛰어나다.

이 장점을 극대화하기 위해 무수한 유전자 조합 별로 그에 딱 들어맞는 징크 핑거를 생산할 수 있는 인공지능(AI) 프로그램이 개발됐다. 26일(현지시간) 《네이처 생명공학》에 발표된 연구진의 논문을 토대로 건강의학 웹진 '헬스데이'가 보도한 내용이다.

미국 뉴욕대(NYU)와 캐나다 토론토대 연구진이 공동으로 개발한 'ZF디자인'이란 이 프로그램은 약 500억 개의 징크 핑거-DNA 상호작용 데이터베이스를 토대로 다양한 단백질구조에 맞춰 그에 맞는 맞춤형 징크 핑거를 생산할 수 있게 해준다. 논문의 제1저자인 NYU 랭곤의대의 데이비드 이치카와 박사과정 연구원은 "우리 프로그램은 어떠한 변형에 대해서도 그에 맞는 징크 핑거 그룹을 식별해낼 수 있으며 이러한 유형의 유전자 편집을 이전보다 더 빠르게 만들 수 있다"라고 말했다.

이 기술은 모든 인간세포의 작동명령을 암호화하는 DNA 문자서열의 오류로 인해 발생하는 낭포성 섬유증, 테이-삭스병, 겸상적혈구 빈혈 같은 질병에 대한 유전자 치료법 개발을 가속화할 수 있다고 연구진은 밝혔다. 특히 암세포를 죽이는 것부터 더 영양가 있는 작물을 설계하는데 쓰이고 있는 크리스퍼 유전자가위보다 잠재적으로 더 안전한 대안을 제공할 수 있다고 강조했다.

기존 1세대 유전자 가위의 구조도와 이번 연구 결과를 적용한 개량형 구조. [자료=식약처, «유전자 가위기술 연구개발 동향 보고서»·«nature biotechnology», 'A universal deep-learning model for zinc finger design enables transcription factor reprogramming']

징크 핑거는 전적으로 인간 단백질에서 유래하지만 크리스퍼 유전자 가위는 박테리아 단백질에 의존한다. 박테리아 단백질은 인간의 면역체계에서 거부반응을 유발할 수 있다. 면역체계가 이질적 단백질의 침입과 그로 인한 감염으로 간주해 공격할 수 있다는 뜻이다.

게다가 징크 핑거는 CRISPR에 비해 더 작고 더 유연한 유전자 치료 기술을 제공할 수 있다고 연구진은 강조했다. 연구책임자인 NYU의 마커스 노예스 교수(생화학 및 분자약리학)는 "ZFD의 속도를 높이고 더 작은 크기를 결합함으로써 우리 시스템은 이러한 단백질을 사용하여 여러 유전자를 동시에 제어할 수 있는 길을 열었다"라고 밝혔다. 그는 "미래에 이 접근법은 심장병, 비만 및 많은 자폐증 사례와 같은 여러 유전적 원인을 가진 질병을 고치는 데 도움이 될 것"으로 전망했다.

그러나 노예스 교수는 징크 핑거가 여전히 제어하기 어렵다고 밝혔다. 징크 핑거는 단일 유전자에만 특정되지는 않기 때문에 의도한 목표치를 넘어 다른 유전코드에 의도하지 변화를 초래할 수 있다는 설명이다. 따라서 다음 단계의 목표는 ZFD를 개선해 원하는 유전자 편집만 촉진할 수 있게 보다 정밀한 징크 핑거 그룹을 구축하는 것이라고 그는 밝혔다.

해당 논문은 다음 링크(https://www.nature.com/articles/s41587-022-01624-4)에서 확인할 수 있다.

세대별 유전자가위 비교 [자료=식약처, «유전자 가위기술 연구개발 동향 보고서»]

한건필 기자 (hanguru@kormedi.com)