CRISPR-Cas12a2란 무엇인가? & 왜 중요한가?

CRISPR의 간략한 역사

CRISPR는 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats의 약자로, 짧은 염기 서열이 반복되는 원핵생물 DNA의 구간을 의미합니다. 이는 CRISPR 연관(Cas) 단백질과 함께 박테리아 방어 시스템의 일부이며, CRISPR‑Cas9 유전체 편집 기술의 기반을 형성합니다. 본질적으로 바이러스의 유전 물질을 표적으로 하여 그 전파를 차단합니다.

CRISPR 분자는 Cas9 단백질(Cas는 CRISPR Associated Protein의 약자)과 함께 사용되어 CRISPR‑Cas9 기술을 형성합니다. 이 기술은 CRISPR 서열을 변형하여 editing genes inside living cells and organisms에 활용됩니다.

이 기술의 주요 장점은 편집되는 DNA 영역을 매우 정밀하게 표적화할 수 있다는 점이며, 이는 이전 기술로는 불가능했습니다. CRISPR‑Cas9의 발명자들은 2020년 화학 분야 노벨상을 수상했습니다.

하지만 Cas‑9가 CRISPR를 활용하는 유일한 방법은 아닙니다. RNA 편집에 사용할 수 있는 Cas13도 있습니다. 그리고 이 기사와 관련된 Cas12a가 있습니다.

Cas12a vs Cas9

이 글에서는 비생화학자도 이해할 수 있도록 Cas12a를 가능한 한 자세히 설명하고, 일부 세부 사항은 다소 단순화하며, 먼저 CRISPR‑Cas12a가 무엇인지 살펴보겠습니다.

CRISPR‑Cas12a는 Cas9와 몇 가지 측면에서 다른 시스템입니다:

• Cas9가 할 수 있는 것과는 다른 절단 부위를 제공합니다.
  • 비전문가용 번역: Cas9로 해결하기 어려운 문제들을 Cas12a로 해결할 수 있습니다
• Cas12a는 DNA를 절단할 때 Cas9의 “무딘” 절단과 달리 “끈적이는” DNA 조각을 남기며, 여러 번 절단할 수 있습니다.
  • 비전문가용 번역: 유전자 편집이 일어날 가능성이 높아집니다
• Cas9와 달리 Cas12a는 전활성 crRNA(tracrRNA)가 필요하지 않습니다. 크기가 작아 다중 유전체 편집이 더 용이합니다.
  • 비전문가용 번역: 한 번에 여러 유전자를 수정할 수 있습니다

출처: Wikipedia

Cas12a2 고유 특성

CRISPR‑Cas12a를 이용하면 연구자들은 이제 막 이해가 깊어진 CRISPR‑Cas9과 약간 다른 새로운 버전을 얻었다고 생각했습니다. 이러한 변형 덕분에 흥미로운 활용 가능성이 있었지만, 기본 메커니즘은 여전히 동일했습니다.

그리고 Cas12a2가 등장했습니다.

마지막 숫자 “2”는 매우 다른 특성을 가진 Cas12a 변이를 의미합니다. 실제로 이는 일반 Cas12a가 Cas9와 다른 것처럼, Cas12a2는 “보통” Cas12a와는 전혀 다른 방식으로 작동합니다.

CRISPR‑Cas 시스템은 외래 유전자를 공격하고 박테리아를 바이러스로부터 보호하도록 설계되었습니다. 연구자들은 이 능력을 유전자 편집에 재활용했습니다. Cas12a2가 하는 일은 매우 다릅니다. 바이러스 RNA를 감지하면,세포 내부의 모든 핵산을 공격합니다. 대부분의 경우, 영향을 받은 세포를 죽여 박테리아 집단의 나머지를 보호하고 바이러스 복제를 차단합니다.

이 완전히 새로운 메커니즘은 2023년 1월 초에 두 편의 논문으로 Nature라는 권위 있는 학술지에 게재되어 발견자들에게 큰 경력을 안겨주었습니다.

Cas12a2 적용 분야

Nature 리뷰어들의 열광 이유는 매우 간단합니다. Cas12a2 메커니즘은 “프로그래밍 가능한 세포 사멸” 도구를 만들 수 있게 해줍니다.

첫 번째 적용은 다른 CRISPR 방법을 이용한 훨씬 더 효율적인 편집일 수 있습니다. Cas12a2를 다른 CRISPR‑Cas 시스템과 결합하면 반선택을 통해 CRISPR 유전자 편집 효율을 높일 수 있습니다.

또한 바이러스 RNA를 감지하는 데 매우 효율적일 수 있습니다. 따라서 두 번째 적용은 Cas12a2를 거의 완벽한 바이러스 검출 테스트로 전환하는 것입니다. 발표된 논문은 이미 이 아이디어의 개념 증명을 보여주었습니다.

Cas12a2 기반 테스트는 PCR 테스트의 매우 높은 민감도와 가정용 테스트의 간편함 및 저비용을 결합합니다. 복잡한 장비가 필요하지 않습니다.

가장 좋은 점은 거의 모든 RNA 바이러스를 감지하도록 조정할 수 있다는 것입니다. 이 바이러스군에는 COVID-19, 인플루엔자, 에볼라, 지카 등과 초기 테스트를 회피하는 변이도 포함됩니다.

새로운 테스트를 설계하려면 바이러스 유전체를 알고 맞춤형 crRNA 서열을 설계하면 됩니다. 팬데믹이 보여주듯 몇 주 안에 가능합니다.

따라서 현재 Cas12a2에 대한 이해 수준에서는 테스트가 가장 직관적인 적용 분야로 보입니다.

세 번째 가능한 적용은 CRISPR‑Cas12a2를 암 치료에 활용하는 것입니다. 이론적인 예로는 암 세포에만 특이적인 유전 서열에 반응하도록 Cas12a2를 프로그래밍하여 암 세포를 “자살”하도록 유도하는 것이 있습니다. 그러나 암 세포 유전학의 복잡성 때문에 이 적용은 다른 것들보다 더 뒤에 실현될 가능성이 있습니다.

투자 요약

CRISPR 기술은 아직 초기 단계이며, 아직 밝혀야 할 완전히 새로운 메커니즘이 존재합니다. Cas12a2를 연구한 연구자는 7년이 걸려야 충분히 이해할 수 있는 결과를 얻었습니다. CRISPR‑Cas12a2는 최근에 발표되었으며 상용화까지는 아직 멀었습니다. 전 세계 다른 연구팀의 예비 결과에 아직도 다른 CRISPR‑Cas 변이가 숨겨져 있을 가능성은 놀랍지 않습니다.

Cas12a2는 테스트 기술 분야에서 면밀히 연구해야 할 영역이며, 장기적으로는 항원 검사와 PCR 검사에 위협이 될 수 있습니다.

또한 다른 CRISPR 기술과 결합하여 효율성을 높이거나 기술적 장애물을 해결할 수도 있습니다. 전반적으로 Cas12a2는 CRISPR 기술 전반과 의료 혁신 가능성에 대해 더 낙관적으로 바라볼 수 있는 좋은 이유가 됩니다. 특히 테스트 분야에서는 2023년 1월까지는 상상도 못했던 일입니다.

Editas Medicine (EDIT)는 현재 이 기술을 개발하고 있습니다.