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DNA 사용않고 유전자가위로 '식물 유전자' 교정

김진수 IBS 단장 "대두 유전자와 야생 담배 성공…다양한 식물 가능"
신형유전자가위로 식물 유전자 교정.<사진=연구팀 제공>신형유전자가위로 식물 유전자 교정.<사진=연구팀 제공>

국내 연구팀이 DNA를 사용하지 않고 신형 유전자가위로 '야상담배' 유전자 교정에 성공했다.

IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 김진수 유전체교정연구단 단장 연구팀이 신형 '크리스퍼 Cpf1 유전자가위'(CRISPR Cpf1)로 야생담배 유전자 교정에 성공했다고 16일 밝혔다.

유전자가위는 특정 DNA 염기를 찾아가는 가이드인 크리스퍼RNA와 그곳을 자르는 절단 효소로 구성된다.

'크리스퍼 Cpf1 유전자가위'(이하 Cpf1)는 최근 널리 활용되고 있는 '크리스퍼 Cas9 유전자가위'(이하 Cas9)에서 사용되는 절단 효소인 Cas9 대신 Cpf1 이라는 절단 효소를 사용한다.

Cpf1은 구조적 차이로 Cas9보다 결합하는 RNA 길이가 짧아 조작이 간편하다. 실험적으로 Cas9에 비해 정확도가 더 높다고 증명된 바 있어 3.5세대 유전자가위로 주목받고 있다.

지난 2015년 학계에 보고된 이래 Cpf1 유전자가위는 DNA 형태로 인간배양세포와 동물세포에 적용돼 왔다. 하지만 식물세포에서는 DNA 형태로 유전자가위를 주입할 경우 Cpf1이 작동하지 않았다.

연구팀은 DNA 형태 대신 신형유전자 가위 Cpf1를 직접 식물세포에 주입해 야생담배 유전자 교정에 성공했다.

또 연구팀은 지난해 인간배양세포와 동물세포 유전자 교정에 성공한 데 이어 식물세포에도 Cpf1을 크리스퍼RNA 형태로 직접 주입하는 방식이 활용 가능함을 증명했다.

기존 방식과 달리 DNA를 사용하지 않으므로 외부 DNA 주입 가능성을 원천적으로 배제한다.

연구팀은 흔히 먹는 작물인 대두 유전자를 교정했다. 대두에서 분리한 원형질체에 Cpf1을 주입해 불포화 지방산 합성에 중요한 유전자 'FAD2'를 교정했다.

FAD2는 올레산을 리놀레산으로 전환한다. FAD2 유전자에 변화를 주면 올레산이 증가한다. 올레산은 올리브유 주성분이며 불포화지방산으로 혈압 저하와 콜레스테롤 수치를 낮추는 기능이 있다.

또 연구팀은 야생담배에서 AOC 유전자도 교정했다. AOC 유전자는 식물 생장·발달과 호르몬 합성에 주된 역할을 한다고 알려져 있다.

김진수 단장은 "DNA를 사용하지 않고 신형 유전자가위로 주요 작물인 대두의 유전자를 정확하게 교정할 수 있음을 밝혔다"라며 "Cpf1 유전자가위를 직접 주입하는 방식이 향후 다양한 식물 유전자 교정에 널리 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 연구 결과는 생명과학 및 화학분야 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications, IF 11.329) 온라인판에 16일 게재됐다.
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