살아있는 사람의 세포에서 DNA를 수정하는 방법을 찾는 것은 많은 유전병을 치료하거나 예방하는 데 도움이 될 수 있다. 또한 암을 사냥하거나 비유전적 상태를 치료할 수 있는 치료 분자를 생산하기 위해 세포의 용도를 변경하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 우리의 유전자 편집 도구는 점점 더 정교해지고 있지만 사람들의 몸에 넣는 것은 복잡하다.

오늘날 몇 가지 유전자 요법이 존재하며 대부분 변형된 바이러스를 사용하여 DNA를 숙주의 세포에 몰래 넣는 데 탁월하다. 이로 인해 이러한 소위 바이러스 벡터는 환자 세포 내부의 유전자를 편집하는 데 필요한 도구 및 유전 물질을 위한 완벽한 화물 운반선이 된다. 그러나 가장 일반적으로 사용되는 아데노 관련 바이러스(AAV)와 렌티바이러스는 운반 능력이 매우 작아서 해결할 수 있는 문제의 범위가 심각하게 제한된다.

미국 가톨릭 대학의 새로운 연구에 따르면 박테리아를 감염시키는 바이러스인 박테리오파지의 일종은 훨씬 더 큰 화물칸을 가지고 있으며 유전자 치료를 제공하기 위해 용도가 변경될 수 있다. 또한 제작 비용이 저렴하고 안정적이며 더 복잡한 임무를 수행하도록 프로그래밍하기 쉽다.

이 연구를 이끈 베니갈라 라오(Venigalla Rao)는 보도 자료에서 "실제 치료법은 몇 년 후이지만 이 연구는 생명을 구하는 치료법과 치료법을 개발하기 위한 모델을 제공한다"고 말했다. "우리가 연구하고 있는 것은 결함을 안전하고 정확하게 교정하고 치료 결과와 언젠가 완치할 수 있는 분자 수술과 같다."

더 유능한 전달 수단을 찾기 위해 연구자들은 스트라보바이러스 과에 속하고 대장균 박테리아를 감염시키는 T4라는 파지로 눈을 돌렸다. 그것은 훨씬 더 큰 캡시드(유전 물질이 저장되는 주요 구획), 거의 100%의 감염 효율, 단 20~30분 만에 복제할 수 있는 능력을 포함하여 많은 유망한 특성을 가지고 있다.

게다가 연구원들은 이미 파지의 주요 구성 요소의 원자 구조를 연구하여 리엔지니어링 프로세스를 훨씬 간단하게 만들었다. 이를 통해 그룹은 DNA, 단백질 및 RNA와 같은 화물 분자를 빈 캡시드 껍질에 순차적으로 추가하고 외부에도 부착하는 "조립 라인 접근법"을 설정할 수 있었다. 생성된 바이러스 벡터는 지질 분자의 외피로 코팅되어 인간 세포에 더 쉽게 침투할 수 있다.

네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)의 논문에서 연구원들은 그들의 조작된 파지가 최대 171,000 염기쌍 길이의 DNA를 보유할 수 있음을 보여주었는데, 이는 현재 유전자 치료에 사용되는 바이러스가 보유할 수 있는 것보다 약 20배 더 많은 것이다. 잠재력을 입증하기 위해 그들은 단백질 디스트로핀에 대한 전체 유전자를 인간 세포에 전달하기 위해 이 운반 능력을 사용했다. 이 유전자의 돌연변이는 뒤센느 근이영양증이라는 유전 질환의 원인이 된다.

일련의 실험에서 연구원들은 바이러스 벡터가 게놈 편집, 유전자 재조합, 유전자 교체, 유전자 발현 및 유전자 침묵을 수행하는 데 사용될 수 있음을 보여주었다. 그들은 또한 다양한 단백질 및 RNA 서열과 함께 서로 다른 유전자를 겨냥한 여러 가닥의 DNA로 구성된 복잡한 화물을 운반할 수 있음을 보여주었다. 연구원들은 이것이 궁극적으로 많은 암, 신경퇴행성 장애 및 심혈관 질환과 같은 여러 유전자를 포함하는 복잡한 질병을 치료할 수 있는 문을 열 수 있다고 말한다.

이러한 초기 결과는 확실히 유망하지만, 시애틀에 있는 워싱턴 대학의 제프리 체임벌린(Jeffrey Chamberlain)은 New Scientist에 바이러스가 단순히 페트리 접시에 있는 인간 세포가 아니라 실제로 신체에 유전자를 전달할 수 있음을 보여주지 못했다고 New Scientist에 말했다. 그리고 라오(Rao)는 연구실 벤치에서 병원으로 도약하기 위해 해야 할 일이 여전히 많다는 것을 인정한다.

그러나 조립 라인을 사용하여 광범위한 응용 분야를 위해 바이러스 벡터를 맞춤 설계하는 능력은 매우 유망하다. 그리고 상당한 비용을 들여 인간 세포 배양에서 길러야 하는 기존의 바이러스 벡터와 달리, 팀의 새로운 조작된 파지는 박테리아에서 훨씬 더 간단하게 성장할 수 있다.

이러한 아이디어를 실현하려면 더 많은 연구가 필요하겠지만 성공한다면 미래 유전자 치료의 범위를 크게 확장할 수 있다.

이미지 제공: Venigalla B. Rao; Victor Padilla-Sanchez, Andrei Fokine, Jingen Zhu. 박테리오파지 T4 인공 바이러스 벡터의 구조 모델.