“AI로 유전자 가위 주문제작”…크리스퍼 창시자의 새 돌파구

크리스퍼 유전자 가위 공동 개발자인 노벨상 수상자 제니퍼 다우드나 교수가 인공지능(AI)을 이용해 자연에 존재하지 않는 새로운 유전자 편집 효소를 만드는 데 성공했다.

바이오 전문매체 피어스바이오텍은 16일(현지시간) 다우드나 교수 연구팀이 학술지 '사이언스'에 AI 기반 단백질 설계 플랫폼을 이용해 새로운 유전자 편집 효소를 개발했다는 내용의 논문을 발표했다고 보도했다. 이 플랫폼으로 DNA에 결합하고 절단할 수 있는, 이전에 발견된 적 없는 단백질을 설계했다.

새로운 효소는 'TnpB'로, 다우드나 교수가 개발한 크리스퍼-캐스(CRISPR-Cas) 시스템의 진화적 조상으로 여겨지는 RNA 유도 핵산분해효소의 일종이다. 연구팀은 자연에 존재하는 효소를 개량하는 기존 방식과 달리, 완전히 새로운 단백질을 만들어냈다.

연구를 주도한 제니퍼 다우드나 교수는 "인간, 식물, 박테리아 세포에서 활성을 보이는 비자연적 핵산분해효소를 개발할 수 있었다"며 "이 접근법은 유전 질환 치료나 기후 변화에 적응하는 농작물 개발 등 특정 문제에 맞춰 효소를 주문형으로 설계할 가능성을 열어준다"고 밝혔다.

이번 연구는 UC버클리 혁신유전체학연구소의 페트르 스코핀체프 박사의 아이디어에서 시작됐다. 그는 메타(Meta)의 AI 연구 부문이 개발한 AI 모델을 활용했다. 이 모델은 단백질의 3D 구조를 바탕으로 아미노산 서열을 예측하는 '역방향' 방식으로 작동한다.

연구팀은 이 모델에 TnpB의 기본 구조를 입력하고 알려진 DNA 결합 부위를 포함하도록 제한함으로써 수많은 잠재적 신규 효소를 생성할 수 있었다. 이 효소들은 기존 유전자 편집 도구보다 크기가 훨씬 작다는 장점이 있다.

연구에 참여한 이사벨 에사인-가르시아 박사는 "이 단백질들의 핵심 장점 중 하나는 크기가 매우 작다는 것"이라며 "편집 도구를 포장하기가 매우 쉬워 특정 장기로의 전달에 매우 유리할 것"이라고 설명했다.

외부 전문가인 벤자민 클라인스티버 하버드의대 교수는 "새로운 점은 또 다른 작은 핵산분해효소를 만들었다는 사실 자체가 아니라 그들이 택한 접근 방식에 있다"며 "TnpB의 특정 영역에 많은 돌연변이를 일으키면서도 핵산분해효소 활성을 유지했다는 점이 인상적"이라고 평가했다.

특히 클라인스티버 교수는 이번 연구가 유전자 편집 분야의 주요 쟁점인 지식재산권(IP) 문제에 흥미로운 시사점을 던진다고 지적했다. 그는 "이 새로운 방법들은 기존 특허의 임계치를 넘어설 만큼 서열을 충분히 다양화할 수 있다면, IP를 회피하는 효소를 만들어낼 수도 있다"고 분석했다.

한편, 다우드나 교수는 이번 신규 플랫폼 기술에 대한 특허를 출원했지만, 이를 기반으로 한 새로운 스타트업 설립 가능성에 대해서는 입을 열지 않았다.