서울아산병원 아산생명과학연구원 이상욱(사진,좌), 성영훈(사진,우)교수팀이 유전자가위를 통한 국내 자체 기술로 암, 면역부전 생쥐를 첫 생산했다.

최근 암이나 에이즈 등 난치성 질환 극복을 위해 유전자변형 동물모델을 이용한 연구가 급속도로 증가하는 가운데, 전 세계적으로 새로운 병에 걸린 동물모델을 개발하는 연구에 관심이 높아지고 있다.

하지만 국내 대부분의 실험실에서는 시설이나 기술 부족으로 인해 유전자변형 생쥐를 만들 수 없거나 특허로 인해 같은 종류의 실험동물을 생산할 수 없어 대부분의 유전자변형 쥐를 미국이나 일본에서 수입해서 사용하고 있었다.  

이런 상황에서 교수팀은 지난 해 말 발견된 최신의 4세대 유전자가위인 ‘씨피에프1(Cpf1)’을 이용해 유전자를 자유자재로 자르고 편집해 암과 면역부전 생쥐를 생산하는 데 처음으로 성공했다.

이번 연구 성과는 한 마리에 수십만 원부터 수백만 원에 이르는 연구용 유전자변형 쥐를 앞으로는 수입에 의존하지 않고 국내 기술로 자체 생산할 수 있는 길을 열어 외화낭비를 줄일 수 있게 됐고 기초연구의 성과가 산업으로 연결됐다는 데 큰 의미가 있다.

그림. Cpf1 유전자 가위를 이용한 유전자변형 쥐 생산 과정

특히 이번 연구결과는 생명공학 분야에서 가장 권위 있는 학술지이며 임상 저널을 제외한 기초 생명공학 분야에서 가장 인용지수가 높은 ‘네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology, 인용지수 41.514 )’ 온라인 판에 7일 게재되는 영예를 안았다.

또한 기존 배아줄기세포를 이용했을 때 최장 2년까지 걸리던 생산 기간을 이 4세대 유전자가위를 이용해 6개월 이내로 줄여 유전자변형 쥐의 생산을 획기적으로 향상시킴으로써 향후 생체 내 유전자의 기능 연구나 질환동물모델의 개발로 이어져 질병의 심층적 연구와 신약 개발에 새로운 가능성을 제시했다. 

이상욱 교수팀은 2015년 말 미국의 한 의학자에 의해 발견된 4세대 유전자가위인 ‘Cpf1’을 이용해 특정 유전자의 기능을 없애는 ‘유전자 녹아웃(Knock-out)'을 통해 암이 생기는 쥐와 면역이 억제된 쥐를 생산했다.

특히 ‘Cpf1’를 통한 유전자편집의 활성 효과가 70% 이상으로 매우 높아, Cpf1 기술이 유전자변형 쥐를 생산하는 데에 효율적인 방법이 될 수 있음을 증명했다.

아직까지 개념만 알려져 있던 ‘Cpf1’을 처음으로 활용해 유전자변형 쥐를 생산했고, 그동안 수년 간 쌓아온 이 교수팀의 2세대와 3세대 유전자가위의 경험을 통해 생산 기간을 획기적으로 줄였다는 데 의미가 크다.

유전자가위는 유전자 염기서열을 인식해 절단하는 효소로 유전자가위에 의해 절단된 DNA는 세포 내에서 재빨리 수리되는데, 이때 다양한 기술을 적용해 DNA의 염기서열을 원하는 대로 편집할 수 있게 된다.

이러한 특성 때문에 유전자가위가 유전자치료제로써 중요한 역할을 하고 있으며, 전 세계적으로 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

이상욱 서울아산병원 아산생명과학연구원 질환중심동물자원센터장(방사선종양학과 교수)은 “그동안 서울아산병원 실험동물연구실이 2세대와 3세대 유전자 가위 기법을 활용해 정확도를 높이고 생산 기간도 단축해 지난해에만 국내 최대 규모인 30종의 유전자변형 동물을 생산했다.”며,

“이러한 경험과 노하우를 바탕으로 4세대 유전자가위를 이용한 유전자변형 쥐의 생산 연구에서도 좋은 성과를 얻을 수 있었다.”고 밝혔다.

또한 이상욱 교수는 “특히 이번 연구 성과로 생산된 질환모델 동물을 통한 국제적 연구경쟁력 구축을 기대하고 있으며, 생명과학 분야의 연구자들이 사용하는 연구비 가운데 적지 않은 비율을 차지하는 동물 모델 수입 비용으로 인한 외화 낭비를 줄이고 기초 의학 분야의 연구가 산업으로 연결될 수 있다는 의의를 갖고 있다.”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 아산생명과학연구원의 인프라구축 정책 지정사업과 미래창조과학부의 신진연구자지원사업(후속연구), 이공학개인기초연구지원사업 및 바이오․의료기술개발사업(국가마우스표현형 분석기반 구축사업)의 지원으로 진행됐다.