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CRISPR이 H5N1 및 인플루엔자와 같은 바이러스를 식별하는 새로운 기술에서 핵심 역할을 할 수 있다

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CRISPR은 유전자 편집 이상의 역할을 할 수 있다

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)은 유전공학 도구로 가장 잘 알려져 있으며, 최근에는 겸상 적혈구와 같은 유전 질환을 치료하는 데 사용되고 있습니다. 우리는 이러한 응용 사례들을 우리 기사 “실명 치료에서 육류 대체품까지: CRISPR 유전자 편집이 계속 유망한 결과를 내놓다”에서 살펴봅니다.

CRISPR이 유전 도구로서 독특한 점은 정확한 유전 서열을 정밀하게 매칭하고 식별할 수 있는 능력입니다.

이 정확성은 이제 질병 검사를 위해 재활용되고 있으며, 일반적인 PCR 검사보다 사용이 더 간단하고 비용 효율적일 수 있습니다.

Broad Institute, MIT, 그리고 Princeton University의 연구원들이 CRISPR 기술을 이용한 종이 스트립 검사 연구 결과를 발표했습니다, 이는 계절성 독감의 두 주요 유형인 인플루엔자 A와 B, 그리고 H1N1 및 H3N2와 같은 계절성 독감 아형을 구별할 수 있습니다.

작동 원리는 무엇인가?

이 기술은 2020년에 SHINE(Streamlined Highlighting of Infections to Navigate Epidemics)이라는 이름으로 처음 개발되었습니다. 앞서 개발된 CRISPR 기반 검사법인 SHERLOCK(Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing)을 토대로 합니다. SHERLOCK은 효과적이지만 여러 단계를 거쳐야 하므로 처리 과정에서 오류가 발생하거나 결과를 잘못 판독할 위험이 있었습니다.

출처: Nature

SHINE은 종이 스트립의 색 변화나 시험관 내 형광 신호로 바이러스를 검출할 수 있습니다. 형광 판독 결과는 연동된 스마트폰 앱으로 자동 해석할 수도 있습니다.

왜 중요한가?

PCR 검사에는 비용과 전문 장비가 필요합니다. 따라서 팬데믹과 같은 특별한 상황을 제외하면 검사를 받는 환자는 제한적이며, 일반 진료소보다 병원에서 검사가 이루어지는 경우가 많습니다.

항원 검사는 PCR의 대안으로 흔히 사용되지만 일반적으로 민감도가 낮습니다.

비용과 절차의 부담을 줄이면서 바이러스 아형을 정확히 식별하면 의료진의 치료 판단에 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 오셀타미비르와 같은 항바이러스제에 대한 감수성은 바이러스 계통에 따라 달라질 수 있습니다.

현장에서 신속하게 검사하여 연구진이 유행 상황을 더 잘 추적하도록 돕는 용도로도 활용할 수 있습니다.

CRISPR 기반 검사의 가능성

2024년 연구에서는 SHINE을 여러 인플루엔자 유형과 아형으로 확장했습니다. 이는 검사실 중심의 기존 진단법, 특히 PCR을 보완하거나 일부 용도에서 대체할 가능성을 탐색하는 연구입니다.

중합효소 연쇄반응(PCR)과 같은 일반적인 진단법은 처리 시간, 숙련된 인력, 전문 장비 및 시약 보관 설비를 필요로 합니다. 연구진이 발표한 SHINE 검사는 약 90분 만에 결과를 얻을 수 있으며, 반응을 가열하는 저렴한 가열 블록을 사용합니다. 연구진은 검사 시간을 15분으로 단축하는 것을 목표로 절차를 개선하고 있습니다.

CRISPR 기반 검사는 현장 활용성과 비용 측면에서 장점이 있을 수 있습니다. 다만 인플루엔자나 코로나바이러스처럼 변이가 잦은 바이러스의 검사에서 PCR을 얼마나 대체할지는 추가 검증과 실제 도입 결과에 달려 있습니다.

다음 대상 바이러스

연구진은 CRISPR 기반 스트립 검사를 확장하여 인플루엔자 바이러스의 유형과 아형을 확인하고, 인플루엔자와 코로나바이러스처럼 비슷한 증상을 일으키는 바이러스를 구별하는 방안을 연구하고 있습니다.

조류 및 돼지 인플루엔자도 중요한 연구 대상입니다. 이 질병들은 축산업에 큰 피해를 줍니다. 일부 동물 인플루엔자 바이러스가 사람에게 적응하면 새로운 팬데믹을 일으킬 가능성도 있어 공중보건상 위험이 됩니다.

코로나19와 인플루엔자 연구 결과는 SHINE 같은 CRISPR 기반 검사를 새로운 바이러스에 맞게 조정할 수 있음을 보여줍니다. 서로 다른 변이와 아형의 확산을 추적하는 데 유용할 수 있지만, 향후 보급 규모는 아직 확정되지 않았습니다. 일반 항원 스트립만으로는 이러한 세부 구분이 어려운 경우가 많습니다.

CRISPR 기업

1. Ginkgo Bioworks

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이 회사는 특정 용도에 맞춘 생물체를 개발합니다. 생의학 분야뿐 아니라 산업 및 재료과학 분야의 프로그램도 운영합니다.

팬데믹 기간에 크게 성장한 생물보안 사업 부문도 있습니다.

Ginkgo Bioworks (DNA )는 다양한 연구 프로그램과 제휴를 통해 적용 분야를 넓혀 왔습니다.

개발 과정에서 선불 수수료를 받고, 완성된 제품에 대한 로열티를 통해 추가 수익을 얻는 사업 모델입니다.

Ginkgo의 제휴 사례에는 다음이 포함됩니다.

Ginkgo Bioworks는 주요 농업 기업들과도 협력합니다. 이들 중에는 바이오연료 생산과 미생물학에 관심을 가진 기업도 있습니다. Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta 등이 그 예입니다.

유전 서열의 맞춤 설계 및 생물보안 감시 경험은 Ginkgo가 새로운 핵산 기반 검사법 분야에 참여하는 데 도움이 될 수 있습니다.

CRISPR 기반 검사는 PCR을 보완할 잠재력을 보여 주고 있습니다. Ginkgo가 이러한 신흥 시장에 진출할 경우 기존 경험과 제휴를 활용할 수 있겠지만, 해당 검사 시장에서의 상업적 성과가 보장되는 것은 아닙니다.

2. Editas Medicine, Inc.

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Editas의 공동 창업자에는 CRISPR-Cas9 연구의 선구자인 제니퍼 다우드나가 포함됩니다. 이 회사는 Cas9으로 연구를 시작했으며, 이 기사 작성 당시에는 자체적으로 개량한 Cas12 효소인 AsCas12a에 중점을 두고 있었습니다.

Cas12a의 특성에 대해서는 별도 기사 “CRISPR-Cas12a2란 무엇이며 & 왜 중요한가?”.

Cas12a의 주요 특징을 간단히 정리하면 다음과 같습니다.

  • Cas9으로 해결하기 어려운 문제들을 Cas12a로 해결할 수 있습니다.
  • 특정 표적과 조건에서는 Cas9보다 유전자 편집 효율이 높을 수 있습니다.
  • Cas12a를 사용하면 한 번에 여러 유전자를 수정할 수 있습니다.

제니퍼 다우드나가 참여한 기업들에 대한 개요는 관련 기사 “주목해야 할 Jennifer Doudna 기업들”에서도 확인할 수 있습니다.

이 기사 작성 당시 Editas는 겸상적혈구병(SCD)과 베타 지중해빈혈에 집중하고 있었습니다. 이 두 질환에서는 경쟁사인 CRISPR Therapeutics와 bluebird bio가 먼저 치료제 승인을 받았습니다 (CRSP ).

그럼에도 Editas는 CRISPR-Cas12 관련 중요한 특허를 보유하고 있습니다. 호주 뉴사우스웨일스대학교 연구진은 Cas12를 이용한 코로나19 스트립 검사를 개발했습니다. 위에서 소개한 Broad Institute 연구진의 검사는 CRISPR-Cas13을 사용했습니다.

Editas가 기존의 CRISPR-Cas9 이외 효소를 연구해 온 경험은 향후 CRISPR 스트립 검사 분야를 검토하는 데 도움이 될 수 있습니다. 다만 대학 연구진이 개발한 검사를 자체적으로 또는 제휴를 통해 상용화할지는 별도의 기술적·사업적 판단과 검증이 필요합니다.

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Jonathan은 유전 분석 및 임상 시험을 수행한 전직 생화학 연구원입니다. 그는 현재 주식 분석가이자 금융 작가이며, 혁신, 시장 주기 및 지정학에 초점을 맞춘 출판물 'The Eurasian Century'을 운영하고 있습니다.