'유전자가위' 몸 속 어디까지 갔지?…실시간으로 확인한다

유전자가위에 방사성동위원소 지르코늄(Zr)-89 합성
지르코늄서 나오는 '감마선' 추적해 실시간 위치 파악

한국원자력연구원 연구진이 크리스퍼 유전자가위에 지르코늄(Zr)-89를 합성하는 데 성공했다. 이 새로운 물질을 간경화 질환을 지닌 실험용 쥐에 투약했고 72시간 추적한 결과. 유전자가위 위치를 실시간 파악해 치료 효과 등을 파악할 수 있다. / 사진=한국원자력연구원

국내 연구진이 몸속에 투입한 '크리스퍼 유전자가위'를 실시간 추적할 수 있는 기술을 개발했다. 유전자가위는 특정 부위를 절단하는 효소단백질과 길잡이 역할을 하는 가이드 RNA(리보핵산)가 결합된 형태로 유전체를 교정하는 기술이다. 최근 미국식품의약국(FDA)도 유전자가위를 치료제로 승인한 상황에서 초정밀 위치 추적 기술까지 나와 향후 기술 진보가 가능할 전망이다.

한국원자력연구원은 박정훈 가속기동위원소연구실장 연구팀이 최근 방사성동위원소 지르코늄(Zr)-89를 이용해 국내 최초로 크리스퍼 유전자가위 영상화에 성공했다고 23일 밝혔다. 우수성을 인정받은 이번 연구는 올해 1월 국제학술지 JCR(Journal of Controlled Release) 표지 논문으로 게재됐다.

연구팀은 유전자가위 중 하나인 카스12a(Cas12a) 단백질과 의료용 방사성동위원소인 Zr-89를 합성해 새로운 바이오 소재를 개발했다. 이 소재는 Zr-89에서 나오는 감마선을 추적해 유전자가위가 표적 DNA(유전자정보)로 잘 이동하는지 실시간 파악할 수 있다. 이를 분석하면 치료가 잘 이뤄졌는지, 이뤄지지 않았다면 그 이유는 무엇인지 알 수 있다.

의료용 Zr-89는 반감기가 3.3일에 불과해 체내에 오래 머물지 않는다. 반감기는 방사선량이 절반으로 줄어드는 시간이다. 특히 Zr-89는 생체물질 추적에 적합하고 다른 물질과 결합하기 쉽다. 통상 유전자가위는 분자가 크고 구조가 복잡해 다른 물질과 결합이 어려웠으나, 연구팀이 적절한 배양 온도와 시간 등 최적의 조건을 찾았다. 이를 통해 유전자가위 기능을 유지하며 Zr-89를 합성시켰다.

연구팀은 간경화를 앓는 동물을 대상으로 전(前)임상시험도 진행했다. 간경화는 간세포 손상(간염)이 장기간 지속되면서 간에 흉터가 쌓여 '간섬유화증'이 진행되는 질병이다. 연구팀은 간경화에 악영향을 주는 콜라겐 증식을 억제하는 유전자가위를 만들었다. 여기에 Zr-89를 나노입자로 합성한 후 캡슐화해 정맥주사로 간에 전달했다.

그 결과 PET(양전자방출단층촬영) 영상으로 유전자가위 위치와 작용 여부를 실시간 확인할 수 있었다. 유전자가위 이동과 치료 효과를 즉시 파악할 수 있는 만큼 향후 기술 고도화 연구 등에 활발히 쓰일 것으로 예상된다. 또 암과 같은 여러 질환의 진단과 치료에 이번 기술이 쓰일 전망이다. 연구팀은 우선 후속연구를 진행하고 향후 국내 기업 등에 기술을 이전해 상용화에 나설 예정이다.

박정훈 실장은 "이번 연구는 특정 DNA로 찾아가는 유전자가위의 정확한 위치를 파악해 치료 효과를 높일 수 있어 활용도가 높을 것"이라며 "앞으로도 의료용 방사성동위원소와 바이오 소재 기술을 기초연구 분야와 접목해 국민이 체감할 수 있는 연구성과를 도출하겠다"고 밝혔다.

노란색 덩어리가 크리스퍼 유전자가위이고, 하늘색 원형이 지르코늄-89다. 한국원자력연구원 연구진이 두 가지 물질을 합성해 실시간 위치 추적이 가능하도록 했다. 실시간 위치 추적이 가능한 배경은 지르코늄-89에서 빛(노란색 직선) 때문이다. / 사진=한국원자력연구원

김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr