신형 유전자가위 Cpf1를 크리스퍼RNA(crRNA)와 복합체 형태로 대두와 야생담배 세포에 직접 주입하면 DNA를 매개로 사용하지 않고 단백질과 RNA 만으로 유전자 교정이 가능하다. /사진=기초과학연구원국내 연구진이 유전물질(DNA)을 사용하지 않고 신형 크리스퍼 유전자가위기술(CRISPR-Cpf1)을 이용해 대두에 들어 있는 불포화지방산(올레산)의 함량을 높이는 데 성공했다.
기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단(단장 김진수 서울대 교수) 식물연구팀은 16일 크리스퍼-Cpf1으로 대두에서 불포화지방산 합성에 중요한 역할을 하는 유전자(FAD2)를 교정, 올레산 함량을 증가시켰다고 밝혔다.
이 연구 결과는 이날 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 온라인판에 게재됐다.
3세대 유전자가위로 꼽히는 크리스퍼 유전자가위는 특정 DNA 염기를 찾아가는 가이드인 크리스퍼RNA(crRNA)와 그곳을 자르는 절단효소로 구성된다. 크리스퍼-Cpf1 유전자가위는 최근 널리 활용되고 있는 ‘크리스퍼-Cas9’에서 사용되는 절단효소인 Cas9 대신 Cpf1을 사용한 것으로 Cpf1은 Cas9보다 결합하는 RNA 길이가 짧아 조작이 간편하고 정확도가 더 높은 것으로 증명됐다. 하지만 크리스퍼-Cpf1 유전자가위는 식물세포에서는 DNA 형태로 유전자가위를 주입하면 Cpf1이 잘 작동하지 않아 새로운 방법을 찾는 연구가 진행돼 왔다.
연구진은 이 연구에서 DNA 형태 대신 Cpf1을 크리스퍼RNA와의 복합체 형태로 직접 대두와 야생담배 식물세포에 주입, 목표 유전자를 정확하게 교정할 수 있음을 입증했다. 이 방법은 기존 방식과 달리 DNA를 매개로 사용하지 않기 때문에 외부 DNA 주입 가능성을 원천적으로 배제하므로 유전자변형작물(GMO)과는 차별된다고 연구진은 설명했다. 불포화지방산 합성에 중요한 유전자 FAD2가 교정된 대두는 올레산(oleic acid) 함량이 교정 전보다 2배 가까이 증가하는 것으로 나타났다. 올레산은 올리브유의 주성분인 불포화지방산으로 혈압 저하와 콜레스테롤 수치를 낮추는 기능이 있다.
연구진은 또 크리스퍼-Cpf1 유전자가위를 야생담배에도 적용해 식물 생장과 발달, 호르몬 합성에 주된 역할을 한다고 알려진 AOC 유전자를 교정하는 데도 성공했다.
공동교신저자인 김상규 유전체교정연구단 연구위원은 “Cpf1 유전자가위를 직접 주입하는 방식이 향후 다양한 식물 유전자 교정에 널리 활용될 수 있을 것으로 전망한다”고 말했다.
IBS 유전체 교정 연구단 식물팀 김상규(왼쪽부터), 김혜란, 김상태 연구위원/사진=기초과학연구원
