유전자가위 넘어 '생명 설계'로…CRISPR, 합성생물학 판을 바꾸다

크리스퍼(CRISPR) 유전자가위 기술이 단순 편집 도구를 넘어 생명 시스템을 설계하는 핵심 플랫폼으로 진화하며 합성생물학(Synthetic Biology) 분야의 혁신을 이끌고 있다.

12일 공개된 'CRISPR/합성생물학 융합 설계 전략' 보고서에 따르면, 크리스퍼 기술의 발전이 유전체 설계의 패러다임을 바꾸고 바이오 시스템 재설계를 가속화하고 있다. 해당 보고서는 중앙대학교 생명공학대학 이상준 교수가 작성했다.

합성생물학은 공학적 원리를 적용해 생명 시스템에 새로운 기능을 부여하거나 원하는 물질을 생산하도록 만드는 학문이다. 하지만 과거에는 징크핑거 뉴클레이즈(ZFN)나 탈렌(TALEN)과 같은 유전자 편집 기술이 시간과 비용 부담이 커 연구 확장에 한계가 있었다.

보고서는 크리스퍼 기술의 등장이 이러한 판도를 바꿨다고 분석했다. 특정 단백질 구조를 매번 새로 설계해야 했던 기존 기술과 달리, 크리스퍼는 가이드 RNA(gRNA)의 염기서열만 바꾸면 돼 유전체 편집의 중심을 '단백질 설계'에서 '염기서열 설계'로 전환시켰다는 것이다.

특히 크리스퍼 기술은 DNA 절단을 넘어 다양한 기능으로 확장되고 있다. 핵산분해 활성을 제거한 'dCas' 단백질은 특정 유전자의 발현을 조절하는 스위치 역할을 하며, 염기 자체를 바꾸는 '염기 교정(base editing)'이나 원하는 서열을 삽입하는 '프라임 교정(prime editing)' 기술로 발전했다.

이러한 크리스퍼의 기능적 확장은 합성생물학의 핵심 과정인 '설계(Design)-구축(Build)-시험(Test)-학습(Learn)' 전반에 활용될 수 있다. 정교하고 유연한 설계가 가능해지면서 유전자 회로나 대사경로를 재구축하는 등 복잡한 바이오시스템을 프로그래밍하는 연구를 앞당길 수 있다는 분석이다.