바이오테크
예일, 다중 유전자 CRISPR 편집을 위한 Cas12a 기반 혁신 발표
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
CRISPR 잠재력 확대
발견 이후, CRISPR(“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”)는 2020년 화학 분야 노벨상을 수상하며 의학과 바이오테크놀로지를 혁신시켰습니다.
출처: Nobel Prize
CRISPR은 특정 유전 서열에 대한 목표 변경을 가능하게 하지만, 원치 않는 돌연변이 위험을 없애지는 못합니다. FDA 지침은 오프 타깃 편집 및 기타 의도치 않은 게놈 변화를 평가할 것을 요구합니다.
이는 무작위 유전자 삽입이 주요 문제와 연관되어 있으며, 특히 암 위험과 연결돼 치료용 사용을 어렵고 논란이 되게 하기 때문에 중요합니다.
CRISPR은 이미 존재하는 유전자를 차단하거나, 특정 서열을 삭제하거나, 올바른 유전 서열을 편집·삽입하는 등 다양한 방식으로 사용할 수 있습니다.
이 연구는 FDA 승인첫 번째 CRISPR 기반 치료제 (2023년)으로 이어진 의료 혁신이며, CRISPR Therapeutics가 유전성 혈액 질환을 위해 개발했습니다 (CRISPR Therapeutics에 대한 전용 보고서는 링크를 따라가세요).
CRISPR은 한 번에 하나의 유전자만 편집하는 데 제한되지 않습니다: 2013년에 다중 Cas9 편집이 시연되었습니다. 신뢰할 수 있는 다중 유전자 개입을 설계하고 전달하는 일은 여전히 어려운 과제입니다.
예일 연구는 여러 유전자를 동시에 연구하기 위한 Cas12a 기반 마우스 툴킷을 추가했지만, 최초의 다중 CRISPR 방법을 확립하거나 인간에 대한 치료를 입증한 것은 아닙니다.
이 연구는 방대한 연구팀을 모은 획기적인 연구였으며: Nature Biomedical Engineering에 게재된 연구의 저자로 37명 이상이 언급되었습니다1 (제목: “다중 게놈 편집, 질병 모델링 및 면역 세포 엔지니어링을 위한 Cas12a-knock-in 마우스”).
이는 간의 유전 질환, 폐암, 피부암 등 새로운 질병 및 치료 모델을 생성하고 해당 분야의 연구를 가속화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
다양한 CRISPR 시스템
CRISPR가 논의될 때, 최초의 노벨상 수상 발견이든 이미 FDA 승인을 받은 치료법이든 실제로 논의되는 것은 CRISPR-Cas9입니다.
시스템의 “Cas” 부분은 DNA 가닥을 절단하고 유전자 편집을 수행하는 단백질이며, RNA 가닥에 의해 안내됩니다. 현재 많은 다른 Cas 단백질이 연구 중이며, 앞으로도 더 많은 단백질이 발견될 가능성이 있습니다.
출처: YourGenome
장기적으로는 연구자들이 맞춤형 Cas 시스템을 설계하는 것이 일반화될 수도 있으며, 특히 “OpenCRISPR-1”, 특정 상황에 맞는 맞춤형 CRISPR 시스템을 설계하기 위해 만든 오픈소스 AI가 주목받고 있습니다. CREME (Cis-Regulatory Element Model Explanations)라는 컴퓨터 시뮬레이션도 CRISPR 시스템을 최적화하는 방법을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Cas12a는 다중 편집에 유용한 특성을 가진, 널리 연구된 또 다른 CRISPR 시스템입니다.
CRISPR-Cas12a
2023년에 처음 논의한 이후, Cas12a 기술이 크게 발전했습니다.
CRISPR-Cas12a는 Cas9과 몇 가지 측면에서 다른 시스템입니다:
- Cas9이 할 수 있는 것과는 다른 대체 절단 부위를 제공합니다.
- Cas9으로 해결하기 어려운 문제들이 Cas12로는 해결 가능할 수 있습니다.
- DNA를 절단할 때 Cas9의 무딘 절단과 달리 “끈적이는” DNA 부분을 남기며, 여러 번 절단될 수 있습니다.
- 이는 유전자 편집 가능성을 높입니다.
- Cas12a는 Cas9과 달리 전사 활성화 crRNA (tracrRNA)가 필요하지 않습니다. 크기가 작아 다중 게놈 편집이 더 용이합니다.
- Cas12a를 사용하면 한 번에 여러 유전자를 수정할 수 있습니다.
출처: Wikipedia
이러한 최신 특성이 생물학자들의 가장 큰 관심을 끌고 있습니다. 많은 질병이나 유전공학에서는 다중 유전자 편집, 삽입 및/또는 삭제가 필요하기 때문입니다.
Cas9와 Cas12a 모두 다중 편집을 지원할 수 있습니다. 특정 질병에 대한 적합성은 전달 방식, 편집 효율 및 안전성에 따라 달라지며, Cas9이 다중 유전자를 수정할 수 없다는 절대적인 한계 때문이 아닙니다.
한편, CRISPR은 희귀 유전 질환 치료를 넘어 신경학, 암(종양학), 대사 질환 등 수천만 명의 삶을 개선하거나 구할 가능성이 가장 높은 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있음이 점점 명확해지고 있습니다.
출처: ARK Invest
일부 제안된 치료법은 여러 유전자를 수정함으로써 이점을 얻을 수 있지만, 필요한 접근 방식은 질병 및 치료 설계에 따라 달라집니다.
예일의 Cas12a 연구
다양한 표적
인간에게 다중 유전자 편집을 수행하기 전에, 이러한 공격적인 개입이 게놈에 미치는 영향을 보다 잘 이해해야 합니다.
예일 연구팀은 실험용 마우스를 이용해 면역 세포(CD4+ 및 CD8+ T 세포, B 세포, 골수 유래 수지상 세포)를 유전적으로 조작했습니다. 또한 암 관련 유전자와 생체 내 간 조직도 수정했습니다.
CRISPR 유전자 편집 물질은 각각 레트로바이러스, 아데노관련바이러스, 지방 나노입자를 통해 각 표적에 전달되었습니다.
방법의 가능성을 확대하기 위해, 연구팀은 Cas12a의 두 가지 변형도 사용했습니다.
효율성 확인
먼저, 연구자들은 돌연변이를 형광 단백질과 연결하여 올바르게 수행되는지 확인했습니다.
그들은 이어서 목표 장기에 따라 유전자 편집 효율이 어떻게 달라지는지 확인했습니다. 간, 뇌, 신장, 폐가 생체 내 높은 수준의 유전자 편집을 달성하기 가장 쉬운 장기로 나타났습니다.
이는 매우 유망한 결과이며, 이러한 장기는 향후 CRISPR 치료의 핵심 의료 목표에 가장 중요한 장기이기 때문입니다.
실용적 잠재력
개념이 잠재력을 입증하자, 연구자들은 면역 세포와 암 세포를 수정하는 사용 사례를 테스트했습니다.
면역 세포의 경우, 전체 노출된 세포 중 유전적으로 변형된 비율을 나타내는 변환 효율이 놀라울 정도로 높아 90-100%에 달했습니다.
또 다른 주목할 만한 결과이자 모든 잠재적 적용에 절대적인 요구 사항은 높은 온-타깃 변이 비율입니다. 이는 의도된 유전자만이 수정되고, 오프-타깃 유전자 편집은 매우 적게 발생한다는 의미입니다.
DAKO
CRISPR-Cas12a 기술의 가능성을 한 단계 더 확장하여, 연구진은 새로운 이중 유전자 활성화 및 억제(DAKO)를 개발했습니다.
이는 하나의 치료가 나중에 분리되어 한 유전자의 활성화와 다른 유전자의 억제를 동시에 생성할 수 있음을 의미합니다.
이는 복잡한 생화학적 메커니즘을 가진 세포를 수정하는 중요한 단계이며, 예를 들어 한 단백질이 메커니즘을 활성화하고 다른 단백질이 이를 억제하는 경우에 해당합니다. DAKO 유전자 편집을 수행함으로써 원하는 활성을 정상 수준 이상으로 높이고, 이를 억제하는 시스템을 제거할 수 있게 됩니다.
원치 않거나 관리되지 않은 레트로컨트롤이 종종 유전자 편집이 기대대로 작동하지 않는 주요 원인인 만큼, DAKO 시스템은 특히 종양학, 신경학 및 대사 치료 분야에서 혁신이 될 수 있습니다.
동물 모델
Cas12a를 이용한 이 새로운 유전자 편집 시스템은 Cas9만큼 정밀하면서도 동시에 여러 편집을 수행할 수 있으며, 이러한 편집은 유전자의 활성화와 억제 모두를 포함할 수 있습니다.
이는 생물학자들이 가설을 테스트할 수 있는 새로운 생물학적 모델을 만들기에 완벽한 시스템입니다.
“이 마우스는 생체 내 치료용 유전자 타깃팅, 질병/종양 모델링 및 1차 면역 세포 엔지니어링을 위한 빠르고 원활한 워크플로를 촉진할 수 있습니다.”
이러한 동물 모델은 잠재적 치료를 테스트하거나 복잡한 질병을 더 잘 이해하는 데 매우 중요합니다. 따라서 Cas12a를 이용한 치료제가 시장에 출시되지 않더라도, 이 자체만으로도 해당 CRISPR 변형이 미래 바이오테크 연구에 큰 영향을 미칠 것임을 의미합니다.
앞으로 나아가기
연구에서 유전자 편집 강도가 장기에 따라 크게 달라질 수 있음이 입증되었으므로, 추가적인 개선이 가능할 것으로 보입니다.
핵심 요소는 새로운 벡터(다른 바이러스 또는 다른 지방 나노캡슐)를 테스트하는 것이 될 가능성이 높습니다. 특히, 영향을 가장 적게 받는 장기에 대한 더 나은 벡터가 특정 연구나 질병에 필요합니다.
장기적으로는 암 및 신경계 질환과 같은 복합 질환에 대한 유전자 편집 치료가 전통적인 단일 유전자 Cas9보다 이 Cas12a 시스템에 더 가까운 방식을 사용할 가능성이 높습니다.
Cas12a 기업
Editas
EDIT 가격 차트
Editas는 CRISPR-Cas9 공동 발견자인 Jennifer Doudna에 의해 설립되었습니다. Editas는 처음에 Cas9을 사용했지만 현재는 자체 개발한 독점적인 Cas12a 버전인 AsCas12a에 집중하고 있습니다.
당사의 전용 기사 “CRISPR‑Cas12a2란 무엇이며 왜 중요한가?”에서 Cas12a의 독특한 특성에 대해 더 읽어보실 수 있습니다.
출처: Editas
해당 기사 “주목할 Jennifer Doudna 기업 Top.”에서 Jennifer Doudna의 모든 기업에 대한 개요를 읽어볼 수 있습니다.
Editas는 겸상 적혈구 질환(SCD)와 베타-지중성 빈혈에 집중하고 있으며, 첫 치료 승인 경쟁에서 경쟁사 CRISPR Therapeutics와 BlueBirdBio에 뒤처진 두 질환입니다.
전반적으로 SCD 프로그램(최근 reni‑cel로 명칭 변경)은 여러 차례 지연되어 투자자들의 우려를 불러일으켰으며, 이후 이미 승인된 SCD 치료와 차별화하기 위해 생체 내 치료에 재초점이 맞춰졌습니다.
그럼에도 불구하고 Editas는 CRISPR‑Cas12에 대한 중요한 특허를 보유하고 있으며, 이는 호주 뉴사우스웨일스 대학교 연구진이 COVID‑19 스트립 테스트를 개발하는 데 활용되어 유전자 편집을 넘어선 기술 잠재력을 보여줍니다.
또한 2023년에 Vertex와 $5천만 계약을 체결하여 회사가 Editas의 Cas9 IP를 사용하도록 했습니다.
Editas는 “고전적인” CRISPR‑Cas9 외의 다른 CRISPR 버전에 집중하고 있으며, 연구 IP는 FDA 승인 제품 없이도 파트너십을 구축하고 수익을 창출하는 데 유용할 수 있습니다. 또한 현금 운용 기간은 2026년까지 이어집니다.
Cas12a가 다중 유전자 편집을 위한 최고 수준의 방법으로 점점 입증됨에 따라, Editas의 전문성과 파이프라인이 이 CRISPR 변형에 집중하는 것은 장기적으로 성공적인 선택이 될 수 있습니다.
(CRISPR 기업에 대해 더 읽고 싶다면 해당 기사 “Top 5 CRISPR Companies To Invest In”를 참고하세요.)
Editas 최신 소식
참고 연구:
1. Tang, K., Zhou, L., Tian, X. et al. 다중 게놈 편집, 질병 모델링 및 면역 세포 엔지니어링을 위한 Cas12a-knock-in 마우스. Nat. Biomed. Eng (2025). https://doi.org/10.1038/s41551-025-01371-2
