'게놈 편집 작물' 유전자 변형인가?①

과학 기술의 발전에 따라 사회가 어떻게 변화 해 나갈 것인가에 농업인은 물론이고 국민들의 관심이 쏠리고 있다. 그중에서 최근 주목 농업 분야에서도 화제가되고있는 '게놈 편집 기술'에 대해 짚어보겠다.

2012 년에 'CRISPR / Cas9'이라는 새로운 게놈 편집 기술이보고 된 이후 게놈 편집 기술은 생명 과학 연구에 널리 사용되게됐다.

그 응용 범위는 농작물의 육종(=품종개량 )에 달하는 게놈 편집을 활용하여 육종 효율을 크게 개선하고 소비자와 생산자에게 유용한 작물 품종의 개발이 가속화 될 것으로 예상된다.

식품이라는 매우 친숙한 제품에 응용 될 수있는 신기술 인만큼, 기술의 응용에 있어서는 기술로 생산자와 소비자의 이해와 신뢰가 필수적이다. 그래서 학자들은 '게놈 편집 기술이 작물 육종에 적용되는 초기 단계에서 이 기술이 충분한 사회적 이익을 제공하면서도 신뢰성있게 운영되기 위해서는 어떤 규칙 제정이 요구 될까'라는 문제 의식에 따라 작물의 게놈 편집 기술의 응용에 대한 규제 방향에 대해 열띤 논의를 하고 있다.

작물 육종의 게놈 편집은 한마디로 말하면 '게놈의 노린 위치에 원하는 DNA 서열의 변화를 일으켜 새로운 품종을 만들어내는' 기술이다.

생물의 유전 정보는 A, T, G, C의 4 개의 염기로 구성된 DNA의 배열에 의해 기록되고, 그 DNA 서열의 집합체 전체를 '게놈'이라고한다. 게놈은 이른바 '생물의 설계도'이며 그 설계도는 A, T, G, C의 4 문자로 기술되어 있다고 비유 할 수있다. 예를들어 벼의 설계도 한인 벼의 게놈은 약 3 억 9000 만 염기로 이루어진다.

최근 게놈 과학 및 분자 생물학 연구의 진전에 따라 작물의 게놈의 어느 위치에 어떤 형질 (=생물의 특징 · 성격. 식물의 키 높이 실제 크기 등)를 제어하는 DNA 서열이 있느냐는 것이 밝혀져왔다 (= 생물의 설계도 해독이 진행되어왔다). 그리고 같은 작물 종의 게놈에서 약간의 DNA 서열의 차이가 큰 형질의 차이, 즉 품종 간의 성격 차이를 만들 수 있다는 것도 밝혀왔다.

예를들어 쌀 끈적 유무 (=훌훌 한 인디카와 끈적 끈적한 자포니카 쌀의 차이)는 약 3 억 9000 만 염기 벼의 게놈에 단 하나의 염기 차이에 크게 좌우된다 것을 알 수 있다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 농작물이 인간에게 바람직한 형질을 갖도록 작물 게놈 내의 노린 DNA 서열을 높은 정밀도로 디자인 할 수 있다면 육종의 효율은 향상된다. 그것을 가능하게 한 것이 게놈편집이다.

게놈 편집 기술 중 가장 광범위하게 이용되고 있다. CRISPR / Cas9시스템을 간단하게 설명하면 식물 세포 내에 가이드 RNA와 Cas9이라는 단백질 복합체 또는 이들을 생성하는 필요한 DNA 나 RNA를 도입하여 게놈 편집은 이루어진다. 가이드 RNA는 Cas9를 게놈에서 편집하고자하는 DNA 배열 (표적 DNA 서열)까지 유도하는 역할을한다. 그리고 Cas9는 가이드 RNA에 의해 유도 된 앞의 표적 DNA 서열을 절단하는 작용이있다.

표적 DNA 서열은 Cas9 의해 절단 된 후 식물 세포에 타고난 제공되는 메커니즘을 통해 복구된다. 그 복구시 염기의 소실과 덧붙여 대체 등의 염기 서열의 변화가 생겨 Cas9 의한 절단 전에 다른 DNA 배열에 복구된다. 이렇게 무작위로 가까운 DNA 복구 메커니즘에 의존 한 게놈 편집 양식은 SDN-1 형의 편집이라고한다.

식물 세포는 위의 임의에 가까운 DNA 수선 메커니즘뿐만 아니라 템플릿(복구 견본)이되는 DNA 서열을 복사하는 형태로 절단 된 DNA 서열을 복구하는 메커니즘을 이용할 수있다. 이 복구 메커니즘을 이용하여 가이드 RNA와 Cas9 함께 '템플릿 DNA'를 세포 내에 도입하여 Cas9 의한 절단 위치에 템플릿대로의 DNA 서열을 삽입 할 수도있다.

이러한 템플릿 DNA를 이용한 편집 양식은 삽입 염기 서열의 길이에 따라 SDN-2 형의 편집 (20 염기 미만)과 SDN-3 형의 편집 (20 염기 이상)으로 분류된다.

또한 Cas9 속에도 다양한 부가 기능을 가진 것이 표적 DNA 서열을 완전히 절단하지 않고, 표적 서열의 염기를 핀 포인트로 다른 염기로 대체 작용 (예 : C에서 T 에 A에서 G에 염기를 대체 작용)을 가진 것도있다. 이러한 Cas9 변종의 활용에 의한 정확한 게놈 편집 '단일 염기 편집'이라고 한다.

CRISPR Cas9 의한 게놈 편집은 표적 이외의 DNA 서열을 편집 할 수도 있다. 오프 대상의 편집 확률을 낮추는 방법으로 특이성이 높은 (표적 DNA 이외에는 Cas9을 안내) 가이드 RNA의 설계 및 가이드 RNA와 Cas9 세포에서의 작용 시간을 단축하는 등 대응책이 보고 되고있다.

다음은 현재 작물 육종에서의 응용이 가장 앞서있다 'SDN-1 형의 게놈 편집'과 향후 사용이 벌어 질 것이다. '단일 염기 편집 형의 게놈 편집'을 짠다. 왜냐하면 SDN-2 형, SDN-3 형의 편집에 의해 개발 된 작물은 게놈에서 외래 DNA 서열을 갖고 있기 때문에 규정상의 유전자 변형 생물 등 재조합 DNA 기술 응용 식품에 해당된다.

따라서 다음보다 단순히 '게놈 편집 "라고했을 경우, SDN-1 형과 단일 염기 편집 형 편집 양식을 가리키는 것으로한다.



김철호 기자 news@smartfn.co.kr