AI 유전자 가위 한계 돌파…국내 연구진 '오픈ABE' 개발 성공

국내 연구진이 인공지능(AI)으로 만든 차세대 유전자 가위의 한계를 극복하고 효율과 안전성을 크게 높인 새로운 기술을 개발했다.

성균관대학교는 31일 의학과 김대식 교수 연구팀이 울산의대 김용섭 교수, 성균관대 의대 박재현 교수와 공동으로 차세대 아데닌 염기 교정 유전자 가위 '오픈ABE'(OpenABE)를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 AI가 설계한 초기 유전자 가위의 한계를 구조 기반 단백질 공학 기술로 극복했다는 점에서 의미가 크다.

아데닌 염기 교정 유전자 가위(ABE)는 DNA 염기서열에서 잘못된 아데닌(A)을 정상 구아닌(G)으로 교정하는 첨단 바이오 기술이다. 최근 AI를 활용해 자연에 존재하지 않는 새로운 유전자 가위를 신속하게 설계하는 연구가 주목받았지만, 초기 모델은 편집 효율이 낮고 표적 이탈 효과 등 안전성 문제가 있었다.

공동 연구팀은 '알파폴드' 예측을 통해 유전자 가위의 3차원 구조를 정밀 분석했다. 이를 통해 가위가 표적 DNA를 놓치지 않고 단단히 붙잡도록 돕는 핵심 영역을 찾아냈다. 연구팀은 이 부위에 맞춤형 돌연변이를 도입하고, 기존 최고 성능의 유전자 가위에서 유래한 특수 꼬리 구조를 붙이는 방식으로 구조를 정교하게 설계했다.

그 결과, 새롭게 개발된 '오픈ABE 1.1'과 '오픈ABE 1.2'는 기존 AI 유전자 가위보다 편집 능력이 최대 36배 강력한 것으로 나타났다. 이는 현재 표준 기술로 사용되는 'ABE8e'와 대등한 수준의 성능이다. 또한 표적 유전자 주변에서 발생하는 표적 이탈 효과를 획기적으로 줄여 원하는 유전자만 정확히 교정하는 높은 정밀도를 확보했다.

특히 이번 연구를 통해 세포핵 속 DNA뿐만 아니라, 구조적 특성상 편집이 어려웠던 세포 에너지 공장 '미토콘드리아'의 DNA까지 정밀하게 교정할 수 있음을 증명했다. 연구팀은 이 유전자 가위를 '공학적 바이러스 유사입자'(eVLP)에 담아 세포에 전달함으로써 치료가 필요한 유전자만 선택적으로 편집하는 안전성도 확보했다.

김대식 교수는 "인간 과학자가 AI가 설계한 유전자 가위의 한계를 구조 기반 단백질 공학으로 극복한 혁신적인 연구"라며 "세포핵과 미토콘드리아 유전질환의 원인을 안전하게 치료할 길을 열어 유전병 치료제 개발을 앞당길 것으로 기대한다"고 말했다.

한편, 연구팀은 최근 AI가 설계한 또 다른 차세대 유전자 가위 '오픈크리스퍼-1'(OpenCRISPR-1)이 기존 Cas9 대비 표적 이탈 돌연변이를 최대 553배 줄이면서도 편집 효율은 유지한다는 사실을 밝힌 바 있다. 이를 통해 고효율·고정밀 차세대 유전자 치료 플랫폼으로의 확장 가능성을 제시했다.