AI가 만든 초소형 유전자 가위…노벨상 수상자팀 '사이언스' 발표

노벨상 수상자가 이끄는 연구팀이 인공지능(AI)을 이용해 자연계에 존재하지 않는 새로운 초소형 유전자 가위를 설계하는 데 성공했다. 이는 기존 유전자 편집 기술의 한계를 뛰어넘는 성과로 평가된다.

22일 중국 바이오 전문매체 바이오온에 따르면, 제니퍼 다우드나 교수가 이끄는 미국 캘리포니아대 버클리(UC 버클리) 연구팀은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 지난 16일 발표했다.

연구팀은 크리스퍼-Cas12(CRISPR-Cas12) 핵산분해효소의 조상 격인 'TnpB' 단백질을 기반으로 새로운 유전자 가위를 설계했다. 목표 구조로부터 아미노산 서열을 예측하는 AI 기반 '구조 역접힘 모델'로 초기 서열을 생성한 뒤, 진화 데이터를 기반으로 최적화하는 방식을 사용했다.

이렇게 탄생한 인공 효소 'SynTnpBs'는 박테리아, 식물, 인간 세포에서 진행된 고속대량스크리닝(high-throughput screening) 결과, 기존 자연계 TnpB와 동등하거나 더 뛰어난 유전자 편집 활성을 보였다. AI로 설계한 효소가 실제 작동할 뿐만 아니라 성능도 우수함을 입증한 것이다.

연구팀은 극저온전자현미경(Cryo-EM) 분석을 통해 설계 원리도 규명했다. 인공 효소는 RNA-DNA 경계면에서 자연 효소보다 더 안정적인 상호작용을 형성하는 것으로 확인됐다. 이는 AI 설계 전략이 단백질의 구조적 안정성을 최적화했음을 시사한다.

이번 연구는 자연계에 존재하는 Cas9, Cas12 등 특정 단백질에 국한됐던 유전자 편집 도구의 한계를 극복할 새로운 설계 전략을 확립했다는 점에서 의미가 크다. 앞으로 더 작고, 특이성이 높으며, 면역원성은 낮은 맞춤형 유전자 편집기 개발이 가능해질 전망이다.