이정록 교수 연구팀, 유전자 가위의 반응성 정밀측정 기술 개발
이정록
휴먼기계바이오공학과
생체유사환경에서의 유전자 절단 효소 반응성 정밀측정 기술 개발
바이오센서 분야의 세계적 학술지 <Biosensors and Bioelectronics> 게재
휴먼기계바이오공학과 이정록 교수 연구팀이 그동안 기존 기술로 측정하기가 어려웠던 생체유사환경에서의 유전자 가위 등 유전자 절단 효소의 반응성을 측정하는 데에 성공했다.
유전자 절단 효소는 유전자 편집 기술 및 유전자 치료제의 핵심 요소로서 원하는 유전자 서열을 찾아 절단해 줄 수 있는 물질이다. 유전자 절단 효소를 효과적으로 사용하기 위해서는 물질의 반응성 또는 절단 속도를 정확히 파악해야 한다. 버퍼 용액에서 광학 기술을 이용하여 그 특성을 파악하는 기존의 기술로는 혈액·혈청·타액 등 생체유래물 내에서의 반응성을 확인하기에는 어려움이 있었다.
본교 연구팀은 자성 바이오센서(Magnetic Biosensors)를 이용하여 유전자 절단 효소가 특정 유전자 서열을 절단할 때 절단 신호를 발생하도록 고안했다. 이를 통해 EcoRI 등 초창기의 유전자 절단 효소뿐만 아니라 현재 주목받고 있는 CRISPR-Cas12a의 반응성을 정밀하게 측정하는데 성공했다. 자성 바이오센서는 외부 환경 변화에 둔감하여 이온 농도, 염도, pH, 온도가 다른 다양한 환경에서도 정확히 절단 신호만을 측정할 수 있어 CRISPR-Cas12a의 반응성을 다양한 시료 내에서 측정할 수 있었다. 측정 결과 CRISPR-Cas12a의 혈청 내에서 반응성은 버퍼 용액의 반응성에 비해 10배 정도 느려짐을 확인하였고, 타액과 세포배양액 등의 다른 용액에서도 반응성이 감소하는 것을 확인함으로써 기술의 유용성을 검증했다.
연구팀이 개발한 기술은 범용성 기술이기 때문에 다양한 환경에서 다양한 유전자 서열에 대해 다양한 유전자 가위의 반응성을 확인할 수 있다. 이를 통해 부작용을 최소화하고 효과적으로 치료 특성이 발현될 수 있는 유전자 가위를 이용한 유전자 치료제 설계가 가능하며, 개인맞춤형 치료법 개발에도 기여할 것으로 기대된다.
(왼쪽부터) 제1저자 임지수 씨, 공동저자 김송은·박수현 씨, 교신저자 이정록 교수
임지수 석사과정 졸업생 (1저자), 김송은 박사과정생, 박수현 석사과정생이 참여한 이번 연구는 미국 스탠포드 대학교(Stanford University)와의 공동연구를 통해 진행됐으며, 그 결과는 세계적인 학술지인 <Biosensors and Bioelectronics>에 2024년 4월에 게재됐다. 본 연구는 우수신진연구, 중견연구, 원천기술개발 등 한국연구재단의 지원을 통해 진행되었으며, BK21 (스마트팩토리융합전공)의 지원을 받아 수행되었다.