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CRISPR/Cas 시스템이란 무엇입니까?
CRISPR/Cas의 이야기는 1980년대 후반과 1990년대 초반에 많은 박테리아와 거의 모든 고세균을 포함한 대부분의 원핵 생물이 게놈에 이상한 구조를 가지고 있다는 관찰 로 시작되었습니다. DNA의 일부는 다른 짧고 가변적인 "스페이서" 서열과 산재된 많은 짧고 뚜렷하게 반복적인 염기 서열로 구성됩니다. 생물학자들은 이 구조를 CRISPR(클러스터된 규칙적으로 간격을 두고 있는 짧은 회문 반복)이라고 불렀습니다. 그 옆에는 DNA를 절단할 수 있는 효소에 대한 유전자의 CRISPR 관련 시스템(Cas)이 있습니다. 나중에 과학자들은 스페이서 서열의 DNA가 바이러스 DNA의 단편과 동일하다는 것을 깨달았습니다.
이러한 배치로 인해 프랑스 연구원 팀은 2005년 에 박테리아의 경우 CRISPR/Cas 시스템이 지속적인 바이러스 공격자와 싸우기 위한 일종의 면역 시스템 역할을 할 수 있다고 제안했습니다. 그들은 박테리아가 바이러스 감염에서 살아남을 때 나중에 참조할 수 있도록 자신의 게놈의 CRISPR 부분에 소거된 바이러스 DNA의 작은 조각을 저장했다고 제안했습니다. 바이러스가 해당 박테리아 또는 그 후손을 다시 공격하면 박테리아는 파일에 있는 바이러스 DNA를 사용하여 침입자에게 Cas 효소를 지시하여 신속하게 제거할 수 있습니다.
Charpentier와 Doudna가 개발한 기술은 박테리아로부터 정확한 게놈 슬라이싱 기능을 차용하여 CRISPR 유전자 구조를 표적화 도구로 사용하고 Cas9 효소를 사용하여 절단하는 보다 일반적인 게놈 편집 도구로 전환했습니다.
유전자 편집을 위해 CRISPR을 어떻게 재활용했습니까?
Charpentier와 Doudna는 반복적인 바이러스 침입자에 대한 박테리아 CRISPR/Cas9 방어와 관련된 분자 기계의 개요를 설명하는 것으로 시작했습니다. 기본적으로 바이러스가 공격할 때 살아남은 박테리아는 바이러스 DNA 조각을 CRISPR 어레이에 통합합니다. 그 바이러스가 그들 또는 그들의 후손을 다시 공격하면, 박테리아는 바이러스 DNA를 포함하는 CRISPR의 일부를 RNA로 전사합니다. Charpentier가 이전에 식별한 두 번째 RNA 분자와 함께 RNA 분자는 Cas9 단백질을 표적으로 안내합니다. 다시 침입하려는 바이러스의 해당 DNA입니다. 그곳에서 분자 복합체는 바이러스 DNA를 절단하고 침입자를 무장해제시키는 유전 가위 역할을 수행합니다.
이것을 보다 일반화된 유전자 편집 도구로 바꾸기 위해 Charpentier와 Doudna는 다른 동료들과 함께 두 가지 유형의 RNA를 단일 "가이드 RNA"로 융합했습니다. 그들은 Cas9와 함께 이 보다 간소화된 시스템이 시험관에서 바이러스 DNA를 찾아 잘라낼 수 있음을 보여주었습니다.
CRISPR 편집은 일부 유전자 또는 DNA 스트레치를 제거하는 것만큼 적게 포함할 수 있습니다. 그러나 과학자들은 또한 세포의 자연적인 복구 메커니즘을 활용하여 외과적 절단 부위에 스스로 만든 DNA 서열을 도입하여 새로운 유전자 코드를 추가하거나 특정 돌연변이를 수정할 수 있는 방법을 알아냈습니다.
CRISPR가 게놈 편집을 위한 다른 기술보다 나은 점은 무엇입니까?
연구원들은 1970년대부터 세포를 수정하기 위해 "잘라내기 및 붙여넣기" 재조합 유전자 편집 기술을 사용할 수 있었습니다. 그러나 자연적으로 발생하는 박테리아 효소를 기반으로 한 이러한 방법은 CRISPR이 달성할 수 있는 정밀도 수준이 부족했습니다. 이는 부분적으로 그러한 재조합 접근 방식이 고유한 DNA 서열을 충분히 정확하게 표적화할 수 없었기 때문입니다. 즉, 게놈을 따라 의도하지 않은 위치에서 절단을 수행하여 예측할 수 없는 결과를 초래할 수 있기 때문입니다. 효소는 더 긴 서열을 더 특이적으로 표적화하도록 설계될 수 있었지만 이는 CRISPR보다 훨씬 더 힘들고 복잡한 과정이었습니다. 사용 용이성은 CRISPR을 유비쿼터스로 만드는 데 엄청난 도움이 되었습니다.
CRISPR이 어려움 없이 온다는 말은 아닙니다. 예를 들어, 여전히 우발적인 변화를 일으키거나 유기체에서 의도하지 않은 반응(면역 반응 포함)이 발생할 수 있습니다. 이러한 이유로 과학자들은 보다 정교한 CRISPR 버전을 개발하기 위해 계속 노력하고 있습니다.
또한 CRISPR이 모든 작업에 가장 적합한 도구 는 아니며 게놈 편집 기술의 마지막 단어도 아닙니다. 과학자들은 또한 RNA 간섭(RNAi) 및 전사 활성화제 유사 효과기 뉴클레아제(TALEN) 및 메가뉴클레아제와 같은 효소를 사용하여 게놈을 다시 작성하고 있습니다. 더욱이, 일부 연구자들은 현재 CRISPR 및 TALEN과 같은 방식으로 DNA를 복구하는 세포의 자연적 메커니즘을 이용하지 않는 게놈 편집 도구를 개발하고 있습니다. 대신 그들은 한 번에 한 염기씩 DNA를 다시 쓰는 후성 유전학 및 방법에 기반한 방법을 찾고 있습니다.
CRISPR의 사용을 둘러싼 논쟁은 무엇입니까?
의도적으로 게놈을 변경하는 기술은 윤리적 사용과 조작된 유기체에 의해 제기되는 잠재적 위험 모두에 대해 항상 논쟁의 수렁에 빠져 있습니다. CRISPR은 특히 과학자들이 유전 질환의 숙주에 대한 치료법을 모색함에 따라 인간 세포를 포함한 미생물, 식물 및 동물 세포를 편집하는 데 이미 사용되었기 때문에 다르지 않습니다. CRISPR의 사용 용이성은 발진 행동의 가능성을 고려할 가치가 있습니다.
2018년 연구원인 He Jiankui는 HIV에 내성을 갖도록 하기 위해 CRISPR을 사용하여 쌍둥이 아기의 게놈을 편집했다고 보고하여 세계를 놀라게 했습니다. 이는 유전자 편집의 윤리에 대한 오랜 논쟁을 재점화했습니다. 발표 직후 Doudna 자신 을 포함하여 과학계 전반 에서 이 작업을 끔찍하고 위험하며 시기상조라고 비난한 광범위한 비난이 뒤따랐습니다.
그러나 생식계열 편집의 윤리는 과학자들이 CRISPR의 잠재적인 용도에 대해 갖는 유일한 관심사가 아닙니다. 또 다른 하나는 연구자들이 관심 형질이 부모에서 자손으로 전달될 가능성을 극적으로 높일 수 있도록 하는 유전자 드라이브로 알려진 것을 생성하는 데 적용할 수 있는 방법과 관련이 있습니다.