10년 전, 잘 알려지지 않은 박테리아 방어 메커니즘이 강력한 게놈 편집자로 명성을 떨치기 시작했다. 이후 10년 동안 CRISPR-Cas9은 여러 변종을 분리하여 생명의 유전 코드를 편집할 수 있는 포괄적인 도구 상자로 확장되었다.

 

상아탑 추구와는 거리가 먼 연구, 의료 및 농업에서의 실용적인 사용은 빠르고 격렬했다.

 

당신은 헤드라인을 보았다. FDA는 겸상 적혈구 질환에 대한 근본적인 유전적 돌연변이를 다루는 데 사용을 승인했다. 일부 연구자들은 어린이의 치료 불가능한 혈액암과 싸우기 위해 면역 세포를 편집했다. 다른 사람들은 기증자 장기의 부족을 완화하기 위해 꿈에서 현실로 돼지에서 인간 장기 이식을 했다. 최근 작업은 단 한 번의 주사로 심장 질환의 가능성을 낮춤으로써 콜레스테롤이 높은 수백만 명의 사람들을 돕고 잠재적으로 대중에게 CRISPR 기반 유전자 요법을 제공하는 것을 목표로 한다.

 

그러나 CRISPR 개발에 기여한 공로로 2020년 노벨상을 수상한 Jennifer Doudna 박사에게 우리는 그 잠재력의 표면을 긁는 것일 뿐이다. Doudna는 대학원생인 Joy Wang과 함께 Science의 기사에서 기술의 향후 10년에 대한 로드맵을 제시했다.

 

2010년대가 CRISPR 도구 상자를 구축하고 그 효과를 입증하는 데 집중했다면 이 10년은 기술이 최대 잠재력에 도달하는 시기이다. 저자들은 CRISPR 기반 치료법과 질병 진단을 위한 대규모 스크린에서 수확량이 많은 작물과 영양가 있는 식품 공학에 이르기까지 이 기술과 그 잠재적 영향은 아직 초기 단계에 있다고 말했다.

 

하이라이트의 10년

 

우리는 CRISPR 발전에 많은 잉크를 쏟았지만 과거를 다시 방문하여 미래를 예측하고 잠재적으로 그 과정에서 문제를 찾아내는 것이 좋다.

 

초기 하이라이트 중 하나는 질병의 동물 모델을 신속하게 조작하는 CRISPR의 놀라운 능력이었다. 그것의 원래 형태는 매우 초기 배아에서 표적 유전자를 쉽게 잘라내어 자궁에 이식할 때 이전 방법을 사용할 때 1년에 비해 단 한 달 만에 유전자 변형 생쥐를 생성할 수 있다. 기본 편집(하나의 유전 문자를 다른 문자로 교체) 및 두 가닥을 자르지 않고 DNA를 자르는 프라임 편집과 같은 추가 CRISPR 버전은 유전적으로 변형된 오가노이드(미니 뇌를 생각하라) 및 동물을 엔지니어링할 때 툴킷의 유연성을 더욱 향상시켰다. CRISPR은 다양한 암, 알츠하이머병, 근육이 서서히 쇠약해지는 퇴행성 질환인 뒤시엔 근이영양증을 포함하여 가장 파괴적이고 당혹스러운 질병에 대한 수십 가지 모델을 신속하게 확립했다. 수십 개의 CRISPR 기반 시험이 현재 진행 중이다.

 

CRISPR은 또한 빅 데이터 시대로 유전자 스크리닝을 가속화했다. 한 번에 하나의 유전자를 표적으로 삼는 대신 이제 수천 개의 유전자를 병렬로 침묵시키거나 활성화하여 유전적 동요를 생물학적 변화로 변환하는 일종의 로제타석을 형성할 수 있다. 이것은 우리가 이전에 알지 못했던 암이나 노화와 같은 유전적 상호 작용을 이해하고 약물 개발을 위한 새로운 탄약을 얻는 데 특히 중요하다.

 

그러나 CRISPR의 최고의 성과는 다중 편집이었다. 여러 피아노 건반을 동시에 두드리는 것과 같이 이러한 유형의 유전 공학은 여러 특정 DNA 영역을 대상으로 하여 한 번에 게놈의 유전 구성을 빠르게 변경한다.

 

이 기술은 식물과 동물에서 작동한다. 영겁의 시간 동안 사람들은 색상, 크기, 맛, 영양 또는 질병 회복력과 같은 바람직한 특징을 가진 작물을 힘들게 길렀다. CRISPR은 여러 특성을 선택하거나 단 한 세대 만에 새로운 작물을 길들이는 데 도움이 될 수 있다. CRISPR로 생성된 뿔 없는 황소, 영양이 풍부한 토마토, 근육질의 농장 동물과 물고기는 이미 현실이다. 2022년에 세계 인구가 80억 명에 이르고 수백만 명이 굶주림에 시달리고 있는 상황에서 CRISPRed-crop은 생명줄을 빌려줄 수 있다. 즉, 사람들이 기꺼이 기술을 받아들인다면 말이다.

 

앞으로 나아가는 길

 

여기서 어디로 가야 할까?

 

저자에게 우리는 CRISPR의 효과를 더욱 높이고 신뢰를 구축해야 한다. 이것은 도구의 편집 정확도와 정밀도를 높이기 위해 기본으로 돌아가는 것을 의미한다. 여기에서 CRISPR 기계의 "가위" 구성 요소인 Cas 효소를 빠르게 진화시키는 플랫폼이 중요하다.

 

이미 성공한 사례가 있다. 예를 들어 하나의 Cas 버전은 표적 구성 요소인 sgRNA "bloodhound"의 가드레일 역할을 한다. 고전적인 CRISPR에서는 sgRNA가 단독으로 작동하지만 이 업데이트된 버전에서는 Cas의 도움 없이 바인딩하는 데 어려움을 겪는다. 이 트릭은 편집을 특정 DNA 사이트에 맞추는 데 도움이 되며 절단이 예상대로 작동하도록 정확도를 높인다.

 

유사한 전략은 또한 더 적은 부작용으로 정밀도를 높이거나 더 이상 분열하지 않는 뉴런 및 다른 세포와 같은 세포에 새로운 유전자를 삽입할 수 있다. 프라임 편집으로 이미 가능하지만 효율성은 기존 CRISPR 메커니즘보다 30배 낮을 수 있다.

 

"향후 10년 동안 프라임 편집의 주요 목표는 편집 제품의 순도를 손상시키지 않으면서 효율성을 개선하는 것이다. 이는 프라임 편집을 정밀 편집을 위한 가장 다재다능한 도구 중 하나로 전환할 수 있는 잠재력이 있는 결과이다."고 저자는 말했다.

 

그러나 아마도 더 중요한 것은 전달인데, 이는 특히 치료제의 병목 현상으로 남아 있다. 현재 CRISPR은 일반적으로 CAR-T의 경우와 같이 다시 주입되거나 경우에 따라 바이러스 운반체에 묶이거나 지방 거품으로 캡슐화되어 체내에 주입되는 체외 세포에 사용된다. 2021년에 FDA는 유전적 혈액 질환인 트랜스티레틴 아밀로이드증을 해결하기 위한 최초의 CRISPR 기반 주사를 승인했다.

 

그러나 두 전략 모두 문제가 있다. 많은 유형의 세포가 CAR-T 치료에서 살아남을 수 없으며(신체에 다시 도입될 때 죽는다), 특정 조직과 기관을 표적으로 삼는 것은 주사 가능한 치료법이 거의 도달하지 못한다.

 

저자들은 향후 10년 동안의 핵심 발전은 CRISPR 화물을 손상 없이 표적 조직으로 이동시키고 유전자 편집기를 의도된 지점에 방출하는 것이라고 말했다. 이러한 각 단계는 겉보기에는 단순해 보이지만 극복하기 위해 생명공학과 혁신이 모두 필요한 고유한 일련의 과제를 제시한다.

 

마지막으로 CRISPR은 다른 기술 발전과 시너지 효과를 낼 수 있다고 저자는 말했다. 예를 들어, 세포 이미징 및 머신러닝을 활용하여 곧 훨씬 더 효율적인 게놈 편집자를 엔지니어링할 수 있다. 더 빠르고 저렴한 DNA 시퀀싱 덕분에 유전자 편집 결과를 쉽게 모니터링할 수 있다. 그런 다음 이러한 데이터는 선순환에서 훨씬 더 강력한 게놈 편집자를 엔지니어링하는 일종의 피드백 메커니즘을 제공할 수 있다.

 

실제 영향

 

CRISPR 도구 상자를 더 확장하는 것이 의제에 있지만 이 기술은 20년 동안 실제 세계에 영향을 미칠 만큼 충분히 성숙했다고 저자는 말했다.

 

가까운 장래에 우리는 "임상 시험의 후기 단계로 이동하는 CRISPR 기반 치료법의 수가 증가"하는 것을 보게 될 것이다. 더 멀리 내다보면 이 기술 또는 그 변종은 돼지에서 인간으로의 장기 이종이식을 실험적이 아닌 일상적으로 만들 수 있다. 노화 또는 퇴행성 뇌 또는 심장 질환(오늘날 최고의 살인자)을 유발하는 유전자에 대한 대규모 스크리닝은 예방적 CRISPR 기반 치료법을 제공할 수 있다. 그것은 쉬운 일이 아니다. 우리는 다면적 유전병의 기저에 있는 유전학, 즉 여러 유전자가 작용할 때 유전학에 대한 지식과 편집 도구를 목표에 전달하는 방법이 모두 필요하다. "그러나 잠재적 이점은 오늘날 가능한 것 이상으로 이러한 영역에서 혁신을 주도할 수 있다."고 저자는 말했다.

 

그러나 더 큰 힘에는 더 큰 책임이 따른다. CRISPR는 엄청난 속도로 발전했으며 규제 기관과 대중은 여전히 따라잡기 위해 고군분투하고 있다. 아마도 가장 악명 높은 예는 CRISPR 아기의 경우일 것이다. 여기서는 글로벌 윤리 지침에 반하는 실험을 통해 국제 컨소시엄이 인간 생식 세포 편집에 한계를 설정했다.

 

유사하게, 유전자 변형 유기체(GMO)는 논란의 여지가 있는 주제로 남아 있다. CRISPR은 이전의 유전자 도구보다 훨씬 더 정확하지만 식물과 동물 모두에서 인간이 진화한 식품의 새로운 세대를 환영할지 여부를 결정하는 것은 소비자에게 달려 있다.

 

CRISPR이 두 번째 10년에 들어서면서 글로벌 담론이 필요한 중요한 대화이다. 하지만 저자에게는 미래가 밝아 보인다.

 

"CRISPR 게놈 편집이 출현했을 때와 마찬가지로 과학적 호기심과 사회에 도움이 되고자 하는 욕구가 결합하여 CRISPR 기술의 향후 10년 혁신을 주도할 것이다."고 그들은 말했다. "계속해서 자연 세계를 탐험함으로써 우리는 상상할 수 없는 것을 발견하고 지구를 위해 실생활에 사용할 것이다."

 

이미지 출처: NIH