국내 첫 유전자가위 영상화…"체내 이동·효과 즉시 확인"

한국원자력연구원

국내 연구진의 크리스퍼 유전자 가위 영상화 성과를 표현한 국제학술지 '저널 오브 컨드롤드 릴리스'의 표지 이미지. 간경화된 부위가 콜라겐 발현 억제 크리스퍼 단백질로 치유가 된 모습을 나타냈다. 한국원자력연구원 제공

국내에선 처음으로 크리스퍼 유전자 가위가 체내에서 작동하는 모습을 영상으로 만드는 데 성공했다. 의료용 방사성동위원소를 활용해 유전자 가위의 체내 이동과 효과가 작용하는 모습을 즉시 파악할 수 있다. 신약 기술 개발이나 연구 등에 활발히 사용될 것으로 기대된다.

한국원자력연구원은 방사성동위원소 지르코늄-89(Zr-89)를 이용해 국내 최초로 크리스퍼 유전자 가위 영상화에 성공했다고 23일 밝혔다.

이번 연구를 이끈 박정훈 첨단방사선연구소 가속기동위원소연구실 실장 연구팀은 유전자 가위 중 하나인 카스12a(Cas12a) 단백질과 의료용 방사성 동위원소인 지르코늄-89를 접목한 새로운 바이오 소재를 개발했다. 

이 소재는 지르코늄-89에서 나오는 감마선을 추적해 유전자 가위가 어디로 이동하는지 영상으로 확인할 수 있다. 특정 DNA로 찾아가는 유전자 가위의 정확한 위치를 파악해 치료 효과를 높일 수 있다.
 
의료용 동위원소 지르코늄-89는 반감기가 3.3일로 체내에서 오래 머물지 않아 안전하다. 생체물질을 추적하는 데 적합하고 다른 물질과 결합하기 쉬운 특징이 있다. 유전자 가위는 분자 크기가 크고 구조가 복잡해 다른 물질과 결합하는 것이 어려웠다. 연구진은 적절한 배양 온도, 시간 등 최적의 조건을 찾아 유전자 가위의 기능을 유지하면서 지르코늄-89와 합성하는 데 성공했다.

이번 연구는 특히 간경화 치료를 목적으로 진행됐다. 간경화에 악영향을 주는 콜라겐의 증식을 억제하도록 고안된 크리스퍼 유전자 가위를 활용했다. 이 유전자 가위와 지르코늄-89를 합성한 후 체내에서 잘 전달되도록 지질 나노입자로 둘러싸 캡슐화해 정맥주사로 간에 전달했다. 이 과정을 양전자단층촬영(PET) 영상으로 확인하면 유전자 가위의 작용 여부를 알 수 있다.

박정훈 실장은 “앞으로도 의료용 방사성동위원소와 바이오 소재 기술을 기초연구 분야와 접목해 국민이 체감할 수 있는 연구 성과를 계속해서 도출해 내겠다”고 밝혔다. 연구 결과는 ‘저널 오브 컨트롤드 릴리즈’의 1월 표지 논문으로 게재됐다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]