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연세소식

[연구 프론티어] 김형범 교수 연구팀, 13가지 유전자가위 대용량 비교 및 검증 연구 성공

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2020-06-10

김형범 교수 연구팀, 13가지 유전자가위 대용량 비교 및 검증 연구 성공

연구자들에게 최적의 유전자가위 선정을 돕는 인공지능 기술 개발


[사진: 고등과학원에서 Science Talk을 진행하는 김형범 교수]


우리 대학교 의과대학 약리학교실 김형범 교수(고등과학원 IBS 연구위원) 연구팀은 유전자가위의 대용량 검증기술을 이용해 13가지 유전자가위 비교 및 검증 가능한 연구를 성공했다. 연구의 우수성을 인정받아 국제 저명 학술지인 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology) 2020년 6월 8일 자에 논문이 게재됐다.


크리스퍼(CRISPR, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) 유전자가위는 유전자 특정 부위를 절단해 유전자 편집을 가능하게 하는 인공 제한효소다. CRISPR 유전자가위가 개발된 뒤 유전자치료, 질병 모델 구축, 유전자 기능 규명 등 많은 분야에서 폭넓게 쓰이고 있다. 현재 가장 널리 쓰이는 CRISPR 유전자가위는 화농성연쇄상구균(Streptococcus pyogenes)에서 유래한 Cas9(SpCas9)다.


SpCas9이 표적을 절단하는 데 필요한 피에이엠(PAM) 서열과 원치 않는 표적을 자르는 오프 타겟(off-target) 효율이 높은 것이 문제가 되어 왔고, 이를 해결하기 위해 여러 PAM 변이체 및 high-fidelity 변이체들이 발표됐다. 하지만 지금껏 발표된 여러 변이체 중 어떤 것을 사용해야 하는지에 관해 정확히 비교된 바가 없어 연구자들에게 혼선을 빚어 왔다.


연구팀은 대용량 검증기술을 이용해 여러 SpCas9 변이체의 가이드 RNA 표적 염기서열에 따른 교정 효율을 측정했다. 이를 통해 특정 PAM 서열에서 어떠한 변이체를 사용해야 하는지와 여러 high-fidelity variant의 정확성 차이를 밝혀냈다. 또한 다양한 변이체에 대한 가이드 RNA 효율을 예측하는 알고리즘을 개발해 연구자들이 사용해야 할 변이체를 정확히 선택할 수 있도록 했다.


본 연구는 13가지 종류의 변이체들을 동시다발적인 대용량으로 비교했기 때문에 실험 과정을 모두 동일한 조건으로 유지하는 것이 중요했다. 서로 다른 변이체 간 차이가 나지 않도록 동시에 실험해 실험 간 차이를 최소화하고, 실험 시간을 동일하게 맞추는 등 여러 실험 조건을 일정하게 유지하기가 쉽지 않았다.


이번 연구로 구축된 시스템을 기반으로 가장 효율적인 가이드 RNA와 정확하게 원하는 유전자만 교정할 수 있는 variant를 선정해 최상의 조건 아래 실험할 수 있게 됐다. 선정된 가이드 RNA 및 variant로 다양한 유전적 질환을 교정하는 연구를 진행해, 유전질환 치료에 적용될 예정이다.


우리 대학교 고등과학원은 세계 최고의 기초과학 연구와 교육을 목표로 나노의학 융합연구를 수행하며, 100년을 바라보는 세계 초일류 수준의 대학 내 기초과학연구소를 지향한다. 연세 연구를 퀄리티 중심으로 전환하며 융합 분야 선도자(First Mover) 및 거대과학(Big Science) 창출을 목표로 나노과학과 의학을 융합한 나노바이오메디컬엔지니어링 전공으로 미래과학을 선점하는 데 기여할 예정이다. 


 

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