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새로운 항바이러스 기능으로 확장되는 CRISPR의 가능성
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CRISPR 잠재력 확장 – CRISPR이란 무엇이며 왜 중요한가
CRISPR(“규칙적으로 간격을 둔 짧은 회문 반복 서열”)는 발견 이후 의학과 생명공학에 혁명을 일으켰으며, 그 공로로 2020년 노벨 화학상이 수여되었습니다.
출처: Nobel Prize
CRISPR은 특정 유전자 서열을 매우 정밀하게 표적화할 수 있는 최초의 유전자 편집법이기 때문입니다. 원치 않는 돌연변이 위험 없이 시험관 내 또는 생체 내에서 유전적 오류를 교정할 수 있습니다.
방향성이 없는 유전자 삽입은 암 위험을 비롯한 중대한 문제와 연관되어 치료 목적의 사용이 어렵고 논란이 되어 왔다는 점에서 이는 중요합니다.
CRISPR은 이미 존재하는 유전자의 기능을 중단하거나 특정 서열을 삭제하고, 올바른 유전자 서열을 편집하거나 삽입하는 등 여러 방식으로 사용할 수 있습니다.
이 기술은 유전성 혈액 질환을 위해 CRISPR Therapeutics (CRSP )가 개발한 치료제가 2023년 최초의 CRISPR 기반 치료제로 FDA 승인을 받으면서 의학적 돌파구가 되었습니다(CRISPR Therapeutics에 관한 자세한 보고서는 링크를 참조하세요).
그러나 인간이 통제하는 정밀 유전자 편집은 자연에서 CRISPR이 수행하던 본래 기능이 아닙니다. CRISPR은 무엇보다 박테리아가 바이러스의 공격에서 살아남기 위해 사용하는 항바이러스 도구입니다.
이제 CRISPR은 세포 대사를 바꾸어 바이러스 복제를 차단할 수도 있어 이전에 알려진 것보다 훨씬 다재다능한 것으로 보입니다. 이는 록펠러대학교와 메모리얼 슬론 케터링 암센터의 연구자 5명이 발견했습니다.
연구진은 권위 있는 과학 학술지 Science1에 “III형 CRISPR-Cas 항바이러스 반응에서 Cat1은 필라멘트 네트워크를 형성해 NAD+를 분해한다”라는 제목으로 연구 결과를 발표했습니다.
CRISPR의 박테리아에서의 자연적 기원
대부분의 박테리아는 자신을 공격하도록 특화된 박테리오파지, 즉 문자 그대로 “박테리아를 먹는 존재”라는 이름의 바이러스에 끊임없이 위협받습니다.
바로 이러한 이유로 파지는 증가하는 항생제 내성의 상당 부분을 우회할 수 있는 “살아 있는 항생제”가 될 가능성을 두고 현재 연구되고 있습니다.
개별 박테리아의 CRISPR에 존재하는 각 유전자 서열은 과거 그 원핵생물이나 조상을 감염시켰던 박테리오파지의 DNA 조각에서 유래합니다.
이 서열은 이후 감염에서 비슷한 박테리오파지의 DNA를 탐지하고 파괴해 파지에 대한 일종의 “후천 면역”을 형성합니다. CRISPR은 서열이 분석된 박테리아 유전체의 약 50%에서 발견됩니다.
CRISPR 체계가 널리 퍼져 있고 박테리아의 바이러스 감염 방어에 매우 중요하다는 점을 고려하면, 추가적인 항바이러스 기능이 있다는 사실은 그리 놀랍지 않을 수 있습니다.
CRISPR이 세포 기능을 중단시켜 바이러스를 차단할 수 있다
CRISPR, 박테리아의 집단 면역 시스템으로서
CRISPR 체계가 “유전자 가위” 외에 수행하는 기능도 점점 더 잘 밝혀지고 있습니다. 특히 루치아노 마라피니 교수가 이끄는 록펠러대학교 세균학 연구소의 노력이 큰 역할을 했습니다.
출처: Amacad
연구진은 특히 CRISPR-Cas10 체계에서 CARF 효과기라고 불리는 분자군에 주목했습니다. 이는 박테리아가 파지에 감염되면 활성화되는 단백질입니다.
CARF 효과기는 세포 활동을 멈춘다는 같은 목표를 이루기 위해 여러 방식을 사용합니다. 감염된 세포에서 DNA 복제와 단백질 생산이 멈추면 바이러스 생산도 중단됩니다.
“우리 연구실들이 함께 수행한 연구는 이 CARF 효과기들이 얼마나 효과적이면서도 서로 다른지 보여 줍니다. 분자 수준에서 나타나는 활동의 범위는 실로 놀랍습니다.”
이 효과는 주변의 다른 모든 박테리아를 간접적으로 보호합니다. 감염된 세포와 암세포를 제거해 바이러스 확산을 막는 포유류 면역계의 NK(자연살해) 림프구와 원리상 매우 비슷합니다.
Cat1 단백질: CRISPR의 새로운 트릭을 여는 열쇠
최근의 여러 생명공학 발견과 마찬가지로 연구진이 건초더미에서 바늘을 찾는 데 첨단 AI 도구가 도움을 주었습니다. 여기서는 단백질의 3차원 구조를 예측하는 Google (GOOGL ) AlphaFold를 기반으로 한 검색 프로그램 Foldseek가 사용되었습니다.
Foldseek는 단백질 서열 대신 3차원 구조를 비교하므로 아미노산 서열이 달라도 기능이 비슷한 단백질을 찾을 가능성을 높입니다. 기존 방법과 비교해 계산 시간을 1만 배에서 10만 배까지 줄입니다.
출처: ResearchGate
연구진은 Foldseek를 사용해 CARF 효과기로 추정되는 단백질을 찾아 Cat1이라고 명명했으며, 이 단백질에는 매우 정밀한 활성화 체계가 있음이 확인되었습니다.
이 단백질은 고리형 테트라아데닐레이트(cA4)라는 2차 전달 분자를 통해 바이러스의 존재를 감지합니다. 그러면 Cat1이 세포의 필수 대사물질인 NAD+를 분해합니다.
“충분한 양의 NAD+가 절단되면 세포는 성장이 멈춘 상태에 들어갑니다.
세포 기능이 정지하면 파지는 더 이상 증식하거나 나머지 박테리아 집단으로 퍼질 수 없습니다.”
크리스천 바카 – TPCB 대학원생
Cat1 구조가 밝히는 것
늘 그렇듯 과학적 발견이 늘어날수록 새로운 질문도 더 많이 생깁니다.
연구진은 Cat1의 실제 구조를 조사하면서 독특한 형태를 지녔다는 사실을 발견했습니다.
Cat1 두 분자는 cA4 신호 분자로 결합합니다. 바이러스에 감염되면 긴 필라멘트를 형성하고 끈적한 분자 주머니 안에 NAD+ 대사물질을 가둡니다. 세포 수준에서는 훨씬 더 복잡한 구조도 형성했습니다.
“필라멘트는 서로 상호작용해 삼각형 나선 다발을 만들고, 이 다발은 다시 확장되어 오각형 나선 다발을 형성할 수 있습니다.”
푸자 마줌더 – 파텔 연구실 박사후연구원
이러한 항바이러스 트릭이 인간에게도 적용될 수 있을까?
박테리아의 CRISPR 체계가 지닌 매우 복잡하고 폭넓은 항바이러스 능력은 한 가지 질문을 제기합니다. 인간에게도 작동할 수 있을까요?
물론 이미 논의되어 온 발상입니다. 항생제가 여전히 대체로 효과적인 박테리아 감염에 비해 바이러스 감염은 치료하기가 훨씬 더 어렵기 때문입니다.
한 가지 가능성은 유전체 편집으로 HIV, SARS‑CoV‑2, 간염 바이러스 같은 만성 바이러스 감염을 치료하는 것입니다. 천연두와 원숭이두창 같은 바이러스도 이런 방식으로 치료할 가능성이 있습니다.
CRISPR 체계에 대한 더 깊은 이해는 기존 CRISPR 기반 유전자 치료에 기능을 추가하거나 부작용을 줄여 더욱 유용한 치료 도구로 만드는 데도 도움이 될 수 있습니다.
CRISPR 기술에 투자하기
CRISPR Therapeutics
CRSP 가격 차트
CRISPR Therapeutics를 차별화하는 요소는 뛰어난 창업진입니다. 여기에는 CRISPR-Cas9 기술의 핵심 메커니즘을 밝힌 선구적 연구를 수행한 에마뉘엘 샤르팡티에 박사가 포함됩니다.
그 연구는 CRISPR-Cas9을 다재다능하고 정밀한 유전자 편집 도구로 사용하는 토대를 마련했습니다. 그녀의 연구는 2020년 노벨 화학상과 생명과학 분야 브레이크스루상을 비롯해 수많은 상을 받았습니다.
CRISPR Therapeutics는 혈색소병증, 암, 당뇨병 및 기타 질환을 치료하기 위한 효율적이고 다재다능한 CRISPR/Cas9 유전자 편집 플랫폼을 개발하고 있습니다.
회사가 처음 개발을 추진한 치료제는 혈액 질환인 β‑지중해빈혈과 겸상적혈구병을 표적으로 하는 치료제였습니다.
현재 두 적응증 모두 Casgevy라는 상품명으로 승인을 받았습니다. B세포 악성종양을 표적으로 하는 회사의 첫 동종 CAR‑T 프로그램도 임상시험 중입니다.
겸상적혈구병의 시장 규모는 비교적 작다고 볼 수 있지만, 기술이 성숙하면 다른 질병 표적을 향해 개발 범위를 넓힐 수 있습니다.
승인된 CRISPR 치료제를 보유한 최초의 기업인 CRISPR Therapeutics는 이 기술로 가장 먼저 양의 현금흐름을 창출하고 적용 범위를 더 넓힐 수 있는 유리한 위치에 있습니다.
이처럼 뛰어난 실적은 CRISPR 치료 분야를 따라잡으려는 다른 제약회사들이 이 회사를 선호하는 파트너로 선택하게 할 가능성이 큽니다.
최신 CRISPR Therapeutics (CRSP) 주식 뉴스 및 개발
연구 참조:
1. Christian F. Baca et al. Cat1 forms filament networks to degrade NAD+ during the type III CRISPR-Cas antiviral response. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045
