화학연-IBS, 기존 기술 장점 모은스크리닝법 개발

바이러스에 필요한 숙주인자를 크리스퍼 유전자 가위로 잘라주면 녹색으로 염색된 바이러스 감염세포가 줄어든 결과의 예시.<사진=한국화학연구원 제공>
바이러스에 필요한 숙주인자를 크리스퍼 유전자 가위로 잘라주면 녹색으로 염색된 바이러스 감염세포가 줄어든 결과의 예시.<사진=한국화학연구원 제공>
유전자 가위 기술을 활용, 바이러스 질병 치료에 한걸음 더 다가갈 수 있을 전망이다.

한국화학연구원은 김천생 CEVI 융합연구단 바이러스 예방팀 박사와 김진수 IBS 유전체 교정연구단장 연구팀이 바이러스 질병 치료와 관련해 크리스퍼 유전자 가위 기술을 활용한 새로운 어레이 스크리닝법을 개발했다고 28일 밝혔다.

바이러스 감염 치료법에는 바이러스 자체를 죽이는 방법과 바이러스 증식에 관여하는 숙주인자 기능을 억제하는 방법이 있다. 연구팀은 이중 두 번째 치료법과 관련해 바이러스 숙주인자를 찾아내기 위한 스크리닝 기술을 개발했다.

바이러스는 우리 몸에 들어오면 세포 속 유전자에 의존해 생존하고 증식한다. 유전자는 세포 속 DNA 안에 약 3만개 정도 들어 있고 그 형태와 기능이 각각 다르다. 이중 특정 유전자가 바이러스 증식과 관련이 있으면서 세포 성장에 타격을 주지 않는 숙주인지 찾아내는 과정이 필요하다.

이 과정에서 기존에는 크리스퍼 유전자 가위를 이용한 혼합 스크리닝 방법, 에스아이 알엔에이(siRNA)를 활용한 어레이 스크리닝법이 많이 쓰였다.

혼합 스크리닝법은 세포를 한꺼번에 모아놓고 세포 안의 각각 다른 유전자를 없앤 후 어떤 세포에서 바이러스가 죽는지 살펴보는 기술이다. 여러 세포 변화를 동시에 스캔해 시간을 단축할 수 있고 유전자 가위를 활용해 유전자를 효과적으로 자를 수 있다. 그러나 눈에 띄는 몇 개의 세포 변화만 편향적으로 검출된다는 한계가 있다.

어레이 스크리닝법은 혼합 스크리닝과 달리 세포를 열과 행으로 배열해(어레이(array) 형태) 일일이 검색하는 기술이다. 개별 세포 변화를 정확하게 관찰할 수 있지만 에스알엔에이(siRNA)를 활용하기 때문에 유전자 가위에 비해 유전자의 발현을 완전히 억제하지 못하는 문제가 있다.

연구팀은 기존 두 스크리닝법의 한계를 극복하고 장점만 취해 '크리스퍼 유전자 가위를 활용한 어레이 스크리닝법'을 개발했다.

또 기술을 적용해 콕사끼바이러스 증식에 관여하는 숙주인자를 밝혔다. 콕사끼바이러스는 봄‧여름철 영유아에게 수족구병을 일으키는 엔테로바이러스의 대표적 바이러스다.

연구팀은 이번 개발을 위해 세포를 96개의 홈이 있는 실험 접시(96-well plate)에 가지런히 놓고 크리스퍼 유전자 가위를 활용해 각기 다른 세포 속 약 1500개의 유전자를 표적해 잘랐다.

그 후 바이러스를 각 세포에 넣어 어떤 세포에서 바이러스가 증식하고 어떤 세포에서 억제되는지 관찰했다. 이를 통해 억제된 세포에 어떤 유전자가 잘려있는지 파악하는 바이오인포매틱스 분석으로 바이러스에 관여하는 숙주인자 ACBD3 등 10여개를 찾았다.

이번 성과는 기존 스크리닝 방법보다 더 안정적이면서 효율적으로 바이러스 숙주 인자를 찾을 수 있어 향후 원천기술로 활용될 것으로 평가된다.

김천생 박사는 "전세계적으로 혁신적인 연구가 진행되고 있는 크리스퍼 유전자 기술을 바이러스 연구에 적용해 바이러스 치료제나 예방 백신 개발에 응용할 수 있는 있는 기반을 마련했다"면서 "향후 적용 분야 확대를 위한 연구에도 박차를 가할 계획"이라고 말했다.

김진수 유전체 교정 연구단 단장은  "기존의 두 스크리닝법의 장점만 취해 개발한 새로운 어레이 스크리닝법은 규모가 큰 스크리닝에 응용성이 있으며 앞으로 바이러스 인자를 찾고 연구하는 데 강력한 분석 도구로 활용될 것"이라고 강조했다.

이번 연구는 연구는 과학기술정보통신부 개인연구지원사업과 국가과학기술연구회융합연구사업, IBS의 지원을 받아 수행됐다. 성과는 유전체(genome) 연구지인 '지놈 리서치(Genome Research)' 6월호에 게재됐다.

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