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작성일 : 17-02-01 14:52
유전자드라이브 연구
 글쓴이 : biostem
조회 : 1,356  

 

 

이탈리아 중부의 테르니라는 소도시에서, 연구자들은 세계에서 가장 정교한 모기장들을 마지막으로 손질하고 있다. 각각 150세제곱미터를 차지하는 모기장들은 아프리카산 말라리아모기(Anopheles gambiae)들이 창궐하는 후텁지근한 서식지를 시뮬레이션하고 있다. 좀 더 자연스러운 상태에서 모기들을 연구함으로써, 과학자들은 최근 부상하고 있는 유전공학기술, 즉 유전자드라이브(gene drive)를 이용하여 A. gambiae와 말라리아병원충을 박멸하는 방법을 좀 더 잘 이해할 수 있기를 바라고 있다.

 

유전자드라이브는 모기의 자손들을 통해 유전적 변형(genetic modification)을 야생집단에 신속히 전파할 수 있으므로, 일부 행동가들은 "유전자드라이브의 실시를 보류하라"고 요구하고 있다.

그러나 유전자드라이브는 행동가들이 생각하는 것만큼 효과적이지 않은 것 같다. 최근 발표된 논문들에 의하면, 유전자드라이드를 이용하여 질병과 병원충을 박멸하는 데 강력한 장애물이 등장했기 때문이다. 그것은 바로 진화(evolution), 다시 말해서 저항성 생물체(resistant organism)의 출현이다.

 

실험실에서 실시된 여러 개념검증 실험에서, 유전자드라이브를 이용하여 변형된 생물체들(모기 포함)은 전망이 밝은 것으로 입증되었다. 그러나 야생생물 집단은 거의 예외 없이 변형에 대해 저항성을 진화시키기 마련이다. 따라서 연구자들은 이 문제점을 해결하기 위해, 저항성의 진화과정을 확인하는 작업에 착수했다.

 

유전자드라이브는 유성생식 생물의 유전법칙(rule of inheritance)을 파괴한다. 일반적으로 자손들은 부모들의 유전자를 50:50의 비율로 물려받게 된다. 그러나 유전자드라이브는 이러한 비율을 변형시켜, 한 가지 버전의 자손만을 선별적으로 전파시킨다. 따라서 이론적으로, 개체군에 속하는 모든 개체들이 특정 유전자를 보유하게 된다.

 

이처럼 이기적인 유전요소(selfish genetic element)는 쥐, 딱정벌레, 그밖의 많은 생물에서 저절로 발견되지만, 연구자들은 지금껏 이것을 차용(借用)하여 해충을 박멸하는 데 큰 재미를 보지 못했다. 그러나 CRISPR-Cas9이라는 유전자편집기술이 등장하면서 상황이 완전히 달라졌다. CRISPR-Cas9을 이용하여 하나의 염색체에서 다른 염색체로 변이를 복사할 수 있게 됨으로써, 유전자드라이브에 대한 관심이 급상승하게 된 것이다.

2015년 후반, 연구자들은 "CRISPR를 이용한 유전자드라이브가 암컷모기의 불임변이(infertility mutation)를 자손들 전체에게 퍼뜨렸다"고 보고했다. 그러나 곧 문제점이 드러났다. 실험실 연구에서, 몇 세대를 거치면 변이의 빈도가 기대했던 것만큼 증가하지만 유전자드라이브에 대한 저항성도 등장하여, 일부 모기들은 변형된 유전체를 상속받지 못하는 것으로 나타난 것이다.

 

"유전자드라이브에 대해 저항성을 지닌 모기가 탄생하는 것은 그리 놀랍지 않다. 항생체가 약물내성세균의 등장을 초래하는 것처럼, 개체군을 억제하는 유전자드라이브는 저항성 생물이 등장할 수 있는 이상적 상황을 조성하기 때문이다"라고 코넬 대학교의 필립 메서 박사(개체군유전학)는 말했다.

 

저항성의 원천 중 하나는 CRISPR 시스템 그 자체다. CRISPR는 효소를 이용하여 특정 DNA 시퀀스를 절단한 다음, 연구자가 원하는 유전자 코드를 삽입한다. 그러나 간혹 세포들은 무작위적인 DNA 글자를 추가하거나 삭제한 다음 절단된 부위를 꿰매는데, 그 결과 CRISPR를 이용한 유전자드라이브 시스템이 인식할 수 없는 시퀀스가 탄생함으로써 변형된 코드의 전파가 중단된다.

 

이탈리아에서 타깃 말라리라(Target Malaria)라는 프로젝트의 일환으로 모기장을 만들고 있는 연구자들은 일부 모기에서 이러한 형태의 저항성을 발견했다. 그리고 메서 박사가 이끄는 연구진도 작년 12월에 발표된 논문에서, 이러한 변이가 성행할 수 있다고 보고한 바 있다.

저항성이 나타나는 두 번째 경로는 자연적인 유전자 돌연변이다. CRISPR를 기반으로 한 유전자드라이브는 짧은 유전자 시퀀스를 인식함으로써 작동하는데, 이 부위에 상이한 시퀀스를 보유한 개체들은 유전자드라이브에 대한 면역성을 띄게 된다. 최근 발표된 논문에 의하면, "아프리카의 야생 아노펠레스 모기 765마리의 유전체를 분석한 결과, 극단적인 유전적 다양성이 발견되었다"고 한다. 저자들에 의하면, 이러한 돌연변이들이 유전자드라이브의 표적을 제한할 것으로 보인다고 한다.

 

"저항성은 개체군을 박멸하는 데 있어서 걸림돌이 될 것으로 보인다"라고 인디애나 대학교의 마이클 웨이드 박사(진화유전학)는 말했다. 그에 의하면, 변형된 유전자코드의 상속을 회피하는 데 성공한 그룹들 사이에 유전적 격리(genetic isolation: 같은 유전적 변이를 가진 개체군이 다른 집단과 격리되어, 그들 사이에서만 교배하고 번식하는 것)가 발생할 수 있다고 한다. 그리고 근친교배 성향을 증가시키는 유전적 변이(예: 곤충의 비행능력을 제한하는 변이)는 유익하므로, 자연선택을 통해 전파될 수 있다고 한다.

유전자드라이브에 대한 저항성은 불가피하므로, 연구자들은 원하는 변이가 집단 전체에 퍼질 수 있도록 하기 위해 저항성의 효과를 오랫동안 둔화시키는 방법을 강구하고 있다. 일각에서는 복수의 유전자들을 겨냥하거나, 동일한 유전자 안에서 여러 개의 부위를 겨냥함으로써, 저항성이 진화하는 속도를 늦추는 방안을 제시하고 있다. 한 종의 유전적 다양성을 조사함으로써, 모든 개체들이 공통적으로 갖고 있는 유전자를 겨냥할 수도 있을 것이다.

 

"타깃 말라리아 팀은 2세대 유전자드라이브 모기를 개발하여, 저항성의 진화를 지연시킬 수 있기를 바라고 있다"라고 임페리얼칼리지런던(ICL)의 안드레아 크리산티 박사(분자기생충학)는 말했다. 그들은 올해 말 이탈리아의 새로운 시설에서 실험을 수행할 계획이며, 이를 통해 그 모기들이 야생에서 얼마나 잘 해낼 수 있는지 가늠해 보려고 한다. 그러나 ICL의 토니 놀란 박사(분자생물학)는 진화가 몇 가지 놀라운 사건을 일으킬 거라고 예상하고 있으며, 그가 가장 우려하는 것은 유전자드라이브를 무용지물로 만드는 거라고 한다.