전공자가 작성한 글이 아닙니다. 투자자가 공부를 위해 작성한 글입니다.
인간의 면역계가 그렇듯이 박테리아도 면역계를 가지고 있습니다. 선천면역계와 후천면역계가 있는데, 선천면역계는 바로 제한효소입니다. 1978년 노벨생리학상의 업적이기도 합니다. 제한효소는 DNA의 특정 염기서열을 인식해 이를 절단하는 효소로, 특정 서열을 가진 바이러스를 무찌를 수 있습니다.
[강석기의 과학카페] 바이러스의 창 막는 박테리아의 방패
박테리아 세포 표면에 박테리오파지가 부착해 있는 전자현미경 이미지다. 박테리아는 단단한 세포벽으로 둘러싸여 있어 파지가 통째로 들어가지 못하고 대신 구멍을 뚫어 게놈만 투입한다. 위
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CRISPR은 박테리아의 후천면역계입니다. 세포에 침입한 바이러스의 유전자 중 일부를 자신의 DNA에 저장하고, 이 DNA 조각을 이용해 향후 바이러스가 들어오는 경우 해당 유전자를 인식하고 잘라내 무력화시킵니다.
노벨 화학상의 주인공 CRISPR, 너의 정체는?
유전자 조작은 공상과학 영화에서부터 GMO 식품에 대한 논란, 감자와 토마토를 결합한 ‘포마토’ 등 대부분의 사람들이 한 번쯤은 접했을 법한 주제입니다. 특히 ‘유전자 가위’라고도 불리어
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CRISPR는 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats의 약자로, 한글로 굳이 번역하자면 "규칙적으로 간격이 벌어진 짧은 회문의 반복 군집" 입니다. Palindromic은 앞으로 읽으나 뒤로 읽으나 반복된다는 뜻의 단어입니다. (마치 TENET 처럼)
유전자가 회문이라는 뜻은 반대로 말하면 해당 DNA 가닥을 반 접으면 서로 붙는다는 뜻이기도 합니다. 아래 사진의 하얀 부분이 회문 부분이고, 바이러스에서 가져온 가닥이 Spacer 역할을 합니다. 그래서 아래에 Cas9 유전자 부분(청록색 부분) 과 흰색/주황색이 반복되는 부분이 크리스퍼 유전자이고, 이를 합쳐 CRISPR-Cas9이라고 부릅니다.
위의 유전자 서열이 아래와 같이 잘리고 crRNA, CRISPR RNA가 만들어집니다.
이 crRNA는 Cas9 단백질과 결합해 DNA 서열을 검사하는데 쓰입니다. Cas 단백질은 CRISPR associated 단백질로 CRISPR를 전사해 얻은 RNA를 이용해 DNA 조각을 식별하고 이를 잘라내는 역할을 합니다. 아래 tracrRNA는 trans-activating CRISPR RNA로 crRNA를 고정하는 역할을 합니다.
종합하면 아래와 같은 방식으로 작동하게 됩니다.
이런 CRISPR-Cas9 유전자가위는 기존의 1, 2세대 유전자가위 대비 큰 장점을 가지고 있습니다. 1,2세대 유전자가위들은 단백질이 DNA의 염기서열을 직접 인지하기 때문에 새로운 염기서열을 인지할 때 마다 복잡한 구조를 가지는 단백질을 다시 만들어야 하기 때문에 비용과 시간이 많이 들어가게 됩니다. 그러나 CRISPR-Cas9 은 염기서열만 변경하면 다른 DNA 부위를 수정할 수 있기에 더욱 유용합니다.
이러한 CRISPR-Cas9을 통해 크게 세 종류의 DNA 조작을 가할 수 있습니다.
첫 번째는 DNA Disruption입니다. DNA를 잘라내고 나면 세포에서 DNA를 수리하기 위한 시도를 하는데, 많은 경우 이 과정에서 변이가 발생하며 DNA가 비활성화됩니다.
두 번째는 DNA 삭제입니다. DNA의 두 영역에서 유전자를 잘라내면, 사이의 DNA가 아예 삭제되는 효과를 기대할 수 있습니다. 역시나 특정 영역의 비활성화입니다.
마지막으로 DNA에 수정을 가할 수도 있는데, 절단 부위에 유사한 DNA 템플릿을 넣어, 세포가 삭제된 DNA 부분을 DNA 템플릿에 맞게 수정하도록 하는 것입니다.
글에 정리된 링크와 아래 동영상들에서 도움을 받았습니다.
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