연세대, 차세대 유전자 가위 '프라임 편집기' 설계 기술 개발

"프라임 편집기를 이용한 유전자 교정을 손쉽게 활용 가능할 것"

(왼쪽부터) 김형범 연세대학교 교수(교신저자), 유규상 박사과정(제1저자), 김희권 조교수(제1저자) 이름을 올렸다. (과학기술정보통신부 제공) 2023.04.28 /뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 차세대 유전자 가위를 효율적으로 설계할 수 있는 인공지능(AI) 모델이 개발됐다.

과학기술정보통신부는 김형범 연세대학교 교수 연구팀이 차세대 유전자 가위인 '프라임 편집기' 설계에 쓰이는 AI 모델을 개발했다고 29일 밝혔다.

널리 쓰이고 있는 유전자 가위 '크리스퍼 카스9'(CRISPR-Cas9)는 원하는 유전자 부위를 손쉽게 절단할 수 있다. 프라임 편집기는 크리스퍼 카스9에 역전사 효소를 연결해 절단뿐만 아니라 절단 부위를 채워줄 새로운 유전정보까지 포함해 줄 수 있다.

프라임 편집기는 DNA 이중가닥을 완전히 자르지 않고 한 가닥만 자르기 때문에 기존 유전자 가위보다 안전한 기술로 여겨진다.

기존의 크리스퍼 카스9 유전자가위는 유전자를 완전히 잘라내는 효소이기 때문에 이를 회복하는 과정 중에 돌연변이가 일어날 가능성이 높다. 프라임 편집기는 유전자 이중가닥 중 한 쪽만 잘라내기 때문에 안전하며 원하는 유전자 교정 정보를 프라임 정확하게 유도할 수 있다는 장점이 있다. (김형범 연세대학교 의과대학 교수 연구팀 제공) 2023.04.28 /뉴스1

문제는 프라임 편집기가 기존 유전자 가위보다 구조적으로 복잡해 설계 난도가 높은 것.

연구팀은 2020년부터 약 3년 동안 프라임 편집기 데이터 33만개 이상을 확보하고 각각의 프라임 편집기 효율을 실험적으로 측정했다. 연구팀에 따르면 이는 학계에 보고된 측정 데이터 중 가장 규모가 큰 결과이다.

측정한 데이터를 분석한 결과 연구팀은 프라임 편집기의 성능을 결정하는 주요 기전과 그 영향을 밝혀내는 데 성공했다.

추가로 연구팀은 분석한 데이터를 인공지능 학습과정을 거쳐 교정을 원하는 유전자 서열정보 등을 입력하면 프라임 편집기의 효율을 예측하는 모델을 제작했다. 이 모델은 인터넷을 통해 공개된다.

기존에는 프라임 편집기를 설계할 때마다 매번 실험해봐야 했다. 이번에 연구팀이 구현한 기술을 이용하면 빠르게 프라임 편집기를 설계할 수 있다.

프라임 편집이 일어나는 유전자의 서열과 유전자 가위의 정보를 입력하면 프라임 편집 효율을 예측해주는 모델의 구조를 나타낸 그림. (김형범 연세대학교 의과대학 교수 연구팀 제공) 2023.04.28 /뉴스1

김형범 교수는 "지금까지 밝혀진 프라임 편집기의 모든 요소를 반영한 가장 뛰어난 예측 모델"라며 "이제 프라임 편집기를 이용한 유전자 교정을 손쉽게 활용하게 됐다"고 의미를 밝혔다.

과기정통부 기초연구사업(리더연구 및 선도연구센터) 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 '셀'(Cell)에 게재됐다. 제1저자로는 유규상 연세대학교 박사과정과 김희권 조교수가 이름을 올렸다.

seungjun241@news1.kr