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2017/01/02 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자 중요기사

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[이달의 연구자] 배상수 교수(화학과)

크리스퍼 유전자가위 작동원리 분자 수준에서 관찰해

최연재

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/X0RE

내용

생명체의 DNA를 자유자재로 변형해 유전자의 특성을 변화시키는 유전자가위 기술은 ‘꿈의 기술’이라 불리며 30여년 전부터 관련 연구가 진행됐다. 유전자가위의 여러 종류 중 '크리스퍼'(CRISPR Cas9) 유전자가위는 가장 발전된 형태다. 하지만 생명공학 분야에서의 중요성에도 불구, 분자 수준에서의 작동 원리는 규명되지 못하고 있었다. 2017년 1월 이달의 연구자로 선정된 배상수 교수(화학과)는 크리스퍼 유전자가위의 작동 방식을 단일분자 수준에서 관찰하는데 성공했다. 생명공학 분야에 한 획을 그은 발견이라는 평가다.



DNA를 자유자재로 변형할 수 있다고?
 
모든 생명체는 고유의 DNA를 갖고 있다. DNA에는 성격이나 외형을 비롯한 모든 특성이 담겨 있어 DNA의 구조를 바꾸면 한 생명체의 특성도 변한다. DNA 변형 기술은 오랜 기간 인간의 능력 밖에 있는 일이었다. 그러나 1990년대 '유전자가위'가 발명되며 인간도 생명체의 DNA를 변형시킬 수 있게 됐다. 유전자가위는 말 그대로 유전물질인 DNA의 구조를 자유자재로 잘라내거나 이어붙여 그 구조를 변형시킬 수 있는 도구다. 생명체의 특성을 결정짓는 것이 더이상 '신의 영역'만은 아니게 된 것이다.
 
1세대 유전자 가위인 ‘징크핑거 뉴클레아제(ZFN)’와 2세대인 ‘탈렌(TALEN)’은 이미 오래 전부터 활용돼 왔지만 그 사용법이 어려워 쉽게 쓰일 수 없었다. 이에 더욱 쉽게 사용 가능하면서도 저렴한 3세대 유전자가위인 크리스퍼(CRISPR Cas9) 유전자가위가 2012년 발명됐다. 이는 유전자 교정에 획기적인 발전으로 평가 받으며 각종 동식물의 질병 치료, 해충 퇴치를 비롯해 인간 난치병 치료, 배아 유전자 교정 실험 등 여러 방면의 연구에 사용됐다.
 
DNA 상에서의 아주 작은 변화도 생명체에 큰 변화와 부작용을 수반할 수 있기 때문에 유전자가위는 정확성이 가장 중요하다. 다른 부분을 변형시키지 않고 의도한 부분만 자르는 것이 핵심. 때문에 이 부분에 대한 기초 연구가 필요하다. 하지만 크리스퍼 유전자가위는 발명 이후에도 오랫동안 그 작동 원리가 규명되지 않고 있었다. 배상수 교수 연구팀은 이 작동 방식을 단일분자 수준에서 관찰했다. 레이저를 이용해 크리스퍼 유전자가위가 DNA에 달라붙어 원하는 곳을 자르는 모습을 관측한 것. 이 결과는 유전자가위 조작의 정확성을 높힐 수 있단 점에서 기대를 모은다.
 
▲ 2017년 첫 번째 이달의 연구자로 선정된 배상수 교수(화학과, 앞줄 왼쪽). 크리스퍼 유전자가위의 작동 방식을 분자 수준에서 관찰했다.

화학으로 전향한 물리학도, '융합'의 밑거름 돼

 
배 교수는 학사, 석사, 박사 과정에서 계속 물리학을 전공했다. 그러나 한 논문을 통해 유전자가위 기술을 접하곤 흥미를 느꼈고, 박사 후 과정에서 생화학으로 연구 분야를 바꿨다. 박사 과정까지 마친 이후 연구 분야를 바꾸는 것이 쉽지는 않았지만 남들보다 더 큰 노력을 쏟았다. 이제는 두 분야를 공부한 것이 배 교수의 장점이 됐다. 융합적인 시각에서 문제에 접근할 수 있기 때문. "같은 주제도 어떤 분야를 전공했는지에 따라 관점이 완전히 달라요. 연구할 때 궁금한 점도 다르고, 사용할 수 있는 도구에도 차이가 있죠." 

물리학에 기초를 둔 화학 연구를 진행하는 배 교수. 이번 연구에도 화학 분야에선 잘 쓰이지 않지만, 물리학에서 흔히 사용되는 '레이저'를 이용해 작동 원리를 관찰했다. 또 유전자가위는 생명체의 DNA를 다루는 기술이기 때문에 의사와 수의사, 생물학자를 비롯한 여러 분야의 전문가들과도 공동 연구를 진행했다. 배 교수는 “이번 연구결과는 융합연구가 없이는 불가능했다”며 융합의 중요성을 역설했다.
 
▲ 배상수 교수가 지난 30일 연구실에서 진행된 인터뷰에서 크리스퍼 유전자가위 기술에 대해 설명하고 있다.

강력한 기술인 만큼 명확한 법 규제 있어야
 
수많은 장점에도 불구하고 유전자가위 기술의 사용 여부는 여전히 윤리적 논쟁거리다. 생명체의 특성을 변화시키는 기술을 사용해도 되는지에 대한 의견이 분분하고, 사용된다 하더라도 악용을 확실히 규제할 수 있는 규율이 필요하단 지적이 많다. “원자력 발전처럼 처음에는 생명체에게 이로움을 강화시키기 위해서 사용됐지만 나중에는 악용돼 큰 피해로 돌아올 수 있어요. 때문에 이런 부분에 있어서는 신중하게 적용해야 합니다.” 유전자 가위는 이미 동식물에게는 사용됐지만 관련 법규의 미비로 아직 인간에게는 사용되지 않고 있다. 배 교수는 “유전병을 치료하고 멸종위기 동식물을 보호하는 등 유전자 가위의 가능성은 무궁무진하다”며 “기술에 대한 정확한 이해를 바탕으로 적절한 규제를 통해 장점을 극대화하는 사용 방법을 터득해야 한다”고 말했다.
 
▲ 배상수 교수가 자연과학대학에 위치한 자신의 연구실에서 연구를 하는 모습
 
 
글/ 최연재 기자              cyj0914@hanyang.ac.kr
사진/ 김윤수 기자          rladbstn625@hanyang.ac.kr
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