2023년 2학기 생명공학과인간의미래 기말시험 과제물2(크리스퍼 cas 9 기술)
분야
zip- 목 차 -
I. 서 론
II. 본 론
1. 크리스퍼 cas 9 기술이란
2. 크리스퍼 cas 9 기술의 발달
3. 크리스퍼 cas 9 기술의 전망
III. 결 론
참고문헌
2020년 노벨화학상들은 유전자 기술의 혁명을 가져온 ‘유전자 가위’ 기술인 ‘크리스퍼(CRISPR)’에 돌아갔다. ‘유전자가위’라는 개념은 DNA를 이루고 있는 특정 염기서열을 잘라내는 것이다. 유전자가위는 유전자재조합을 위한 필수조건이다. 크리스퍼는 크게 두 가지 구성 요소로 이뤄져 있다. 원하는 DNA를 찾을 수 있게 정보를 담고 있는 부위와 DNA를 실제로 잘라내는 절단 효소로 구성된다.
2020년 노벨화학상을 받은 수상자들은 절단효소로 ‘캐스9(CAS9)’을 쓰는 ‘크리스퍼-캐스9’을 개발했다. 이들이 크리스퍼-캐스9을 개발한 이후 유전자 교정 연구에서는 캐스9을 이용한 크리스퍼가 가장 많이 연구됐다. 크리스퍼는 가이드 RNA(gRNA) 역할을 해 일단 DNA에서 바꾸고 싶은 표적 DNA를 인식하면 캐스9과 복합체를 이뤄 DNA 이중가닥을 모두 자른다. 그런 다음 절단 부위에 원하는 DNA 시퀀서를 추가하면 유전자 교정이 완료된다.
크리스퍼-캐스9의 가장 큰 장점은 DNA에서 원하는 부위를 정확하게 잘라내는 능력이다. 다만 DNA 시퀀스를 별도로 넣어 교정한 크리스퍼-캐스9의 유전자 교정 성공률은 지금까지 10% 아래여서 사실상 유전자 치료에 적용하기 어렵다는 한계가 있었다. 이 때문에 과학자들은 크리스퍼-캐스9의 한계를 극복할 유전자 교정 기술을 계속 연구해왔고, 지난해에는 ‘프라임 에디팅’이라는 새로운 유전자 가위 기술도 등장했다.
이 레포트는 크리스퍼 cas 9 기술의 발달이 가져올 광범위한 결과에 대해 서술하였다.
II. 본 론
1. 크리스퍼 cas 9 기술이란
유전자가위는 그 정확성과 찾아서 자를 수 있는 염기서열의 수에 따라 분류된다. 1세대 유전자가위로 불리는 아연-손가락 핵산분해효소(Zinc-finger nuclease, ZFN)는 아프리카발톱개구리의 DNA에서 유래하였고 이것이 인식하는 염기는 열 개 내외이다. 따라서 원치 않는 곳을 잘라낼 가능성이 있다. 2세대 유전자가위는 탈렌(Transcription Activator-like Effector Nuclease, TALEN) 단백질이고 식물 병원균에서 발생하였다. 탈렌은 약 15개 정도의 염기서열을 인식할 수 있다. 그러나 여전히 복잡하고 효율도 그리 높지 않았다.
3세대 유전자가위로 각광받는 크리스퍼 유전자가위는 가벼울 뿐만 아니라 엄청난 정확성을 겸비한 RNA 단백질이다. 크기가 작으면서도 인식할 수 있는 염기서열의 숫자가 충분하다는 데에 큰 매력이 있다. 크리스퍼는 세균과 고세균에 존재하는 유전체의 특정한 염기서열을 의미한다. 그 유전자 샌드위치 주변에 비슷한 아미노산을 가진 단백질이 존재하는데 그것이 카스(Cas, CRISPR-associated)라는 단백질 군이다. CRISPR/Cas가 왜 DNA를 자르는지는 좀더 시간이 지난 후에 밝혀지는데, 세균이 바이러스가 침입하는 것을 막기 위한 면역계의 역할을 한다고 알려졌다. 즉, 처절한 생물계의 전쟁을 통하여 크리스퍼 유전자가위가 만들어진 것이다.
Cas-9 단백질은 언제나 공통이다. 합성해 놓으면 되고, gRNA 역시 palindromic repeats 구조이기 때문에 공통이므로 미리 합성해 놓으면 된다. 여기에 20bp로 이루어진 특정 염기서열만 만들어서 붙여주면 된다. 우리가 자르길 원하는 위치의 염기서열에 대응되는 서열(sequence)을 미리 붙여주면 되는 것이다. 이러한 과정을 통해 미리 합성해 놓은 단백질과 gRNA를 섞어서 형질주입(transfection) 과정을 통해서 세포, 조직 등에 전달하면 특정 염기서열인 20bp와 상보적으로 결합할 수 있게 된다. 이렇게 상보적으로 결합한 뒤, 그 부분만 특이적으로 Cas9이 자름으로써, 우리가 원하는 유전자 교정(gene editing)을 할 수 있게 되는 것이다.
크리스퍼 유전자가위는 인류가 새로 만든 것이 아니고 세균에서 이미 만들어져 있던 것을 인류가 발견하여 우리 인간의 생활과 건강에 유리하게 작용하게 만들 수 있다는 것이다. 이 새로운 발견에 과학계와 생식의학계는 매료되고 있다.
2. 크리스퍼 cas 9 기술의 발달
1) 3세대 유전자 가위
CRISPR(Clusters of Regularly Interspaced Palindromic Repeats, 크리스퍼)을 풀이해 보면, ‘주기적 간격으로 분포하는 짧은 회문구조 반복 서열을 의미한다. 이 서열은 세균의 면역체계 중 하나로, 세균을 공격하는 박테리오파지나 외부 DNA가 박테리아에 침입하게 되면, 박테리아에 존재하고 있는 DNase(DNA를 자를 수 있는 효소)가 외부 DNA를 약 50bp(base pair; 염기쌍) 자른다.
- 중략 -
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