유전자 편집

유전자 편집은 유전체 상의 원하는 위치에 특정한 이중가닥 절단(Double-stranded break, DSB)을 일으키는 것으로 시작된다. 절단된 DNA는 세포의 자체적인 수선 기작에 의해 복구된다.

• 비상동 말단 연결(NHEJ): 절단된 부위를 단순히 연결하는 과정에서 염기의 삽입이나 결실이 발생하여 유전자의 기능을 무력화(녹아웃)시킨다.
• 상동 재조합(HDR): 외부에서 제공된 템플릿 DNA를 바탕으로 절단된 부위를 수선하여 정확한 서열 교정이나 새로운 유전자 삽입을 가능하게 한다.

유전자 편집 기술은 사용하는 핵산 분해 효소의 발전에 따라 세대별로 구분된다.

1. 1세대 (ZFNs): 징크핑거 뉴클레이즈를 사용하며, 특정 DNA 서열을 인식하는 단백질 도메인과 절단 효소를 결합한 형태이다.
2. 2세대 (TALENs): 탈렌은 ZFN보다 설계가 용이하고 인식 정확도가 높다.
3. 3세대 (CRISPR/Cas9): 세균의 적응 면역 체계에서 유래한 기술로, 가이드 RNA(sgRNA)가 표적 서열을 찾아가고 Cas9 단백질이 해당 부위를 절단한다. 제작이 간편하고 효율이 높아 가장 널리 사용된다.

기존의 절단 방식에서 나아가 DNA를 자르지 않고 정밀하게 교정하는 기술들이 개발되었다.

• 베이스 에디팅(Base Editing): DNA 이중가닥을 절단하지 않고 단일 염기를 직접 치환하는 기술이다. 시토신 베이스 에디터(CBE)는 C를 T로, 아데닌 베이스 에디터(ABE)는 A를 G로 변환한다.
• 프라임 에디팅(Prime Editing): 보다 정밀한 유전자 교정을 가능하게 하는 차세대 기술로 주목받고 있다.

유전자 편집은 적용 방식에 따라 체외 편집과 체내 편집으로 나뉜다.

• 체외 편집(Ex vivo): 환자의 세포를 몸 밖으로 꺼내 유전자를 편집한 뒤 다시 주입하는 방식이다. 혈액 질환 치료 등에 사용된다.
• 체내 편집(In vivo): 유전자 가위를 몸속으로 직접 전달하여 질환 부위에서 편집이 일어나게 하는 방식이다. 전달체의 정확성과 면역 반응 제어가 중요하다.

이 기술은 난치성 유전병 치료뿐만 아니라, 근육량이 많은 가축이나 병충해에 강한 작물을 만드는 등 농축산업 분야에서도 활발히 연구되고 있다.

유전자 편집 기술은 의도하지 않은 부위가 절단되는 오프 타겟(Off-target) 효과로 인해 예기치 못한 돌연변이가 발생할 위험이 있다. 또한 인간 배아 편집과 같은 윤리적 문제와 생태계 영향에 대한 신중한 접근이 요구된다.