유전체 편집 기술은 지난 수십 년간 생명 과학 연구에서 급격한 발전을 이루었습니다.
특히, CRISPR 기술은 유전자 편집 분야에 혁명을 일으켰습니다.
그러나 최근 Arc 연구소의 과학자들이 발견한 브리지 재조합 메커니즘(Bridge Recombination Mechanism)은 설계의 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대됩니다.
유전체 브리지 재조합 메커니즘의 발견
Arc 연구소의 과학자들은 IS110 계열의 점핑 유전자에서 유래한 새로운 비암호화 RNA 가이드 시스템을 발견했습니다.
이 시스템은 브리지 RNA(Bridge RNA)라고 불리는 새로운 유형의 RNA 가이드를 사용합니다.
브리지 RNA는 두 개의 루프를 가지고 있으며, 하나는 재조합 효소를 표적 부위로 안내하고, 다른 하나는 기증자 DNA를 인식합니다.
작동 원리
브리지 RNA는 다음과 같은 방식으로 작동합니다:
- 재조합 효소 결합: 브리지 RNA는 두 DNA 기질에 결합하여 재조합 효소가 활성화 사이트를 형성합니다.
- 상부 가닥 교환: 재조합 효소가 상부 가닥을 교환하여 홀리데이 접합체 유사 중간체를 형성합니다.
- 하부 가닥 교환: 이어서 하부 가닥을 교환하여 두 DNA 분자를 완전히 재조합합니다. 이 과정은 원하지 않는 DNA 손상을 초래하지 않습니다.
이러한 과정을 통해 브리지 RNA는 유연하고 정밀한 유전체 조작을 가능하게 합니다.
또한, 브리지 RNA 루프는 독립적으로 재프로그래밍할 수 있어 원하는 두 DNA 사이트를 삽입, 제거 또는 반전할 수 있습니다.
이는 CRISPR 기술보다 더 유연한 유전체 조작을 가능하게 합니다.
기술적 혁신과 응용
브리지 RNA 시스템은 최초의 자연적인 RNA 가이드 재조합 효소를 사용하여 대규모 DNA 재배열을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
Arc 연구소의 연구진은 E. coli에서 60% 이상의 삽입 효율과 94% 이상의 특이성을 달성했습니다.
이는 유전체 편집 기술의 새로운 표준을 제시합니다.
유전체 연구 협력과 미래 방향
이번 연구는 Arc 연구소의 Dr. Patrick Hsu와 UC 버클리의 공학 석사 학생 Nicholas Perry, Dr. Silvana Konermann(스탠포드), Dr. Hiroshi Nishimasu(도쿄 대학교)와의 협력 연구로 진행되었습니다.
이 연구는 Nature에 발표되었으며, 브리지 RNA 시스템의 가능성을 더욱 널리 알리게 되었습니다.
브리지 재조합 메커니즘은 다음과 같은 미래 연구 방향을 가지고 있습니다.
- 인간 세포 적용: 브리지 RNA 시스템을 인간 세포에 적용하여 정밀도 및 효율성을 향상시키는 연구.
- IS110 요소의 추가 기능 탐구: IS110 요소의 추가 기능을 탐구하여 유전체 설계 도구로서의 잠재력을 확대.
- 유전체 연구: 브리지 RNA를 활용하여 유전체의 언어, 구문, 문법을 이해하고 조작하는 연구.
브리지 재조합 메커니즘은 유전체의 설계 및 생명 과학 연구에 새로운 지평을 열어줄 혁신적인 기술입니다.
이 기술은 유전체 편집의 유연성과 정밀성을 크게 향상시킬 것으로 기대되며, 앞으로 다양한 연구와 응용 분야에서 중요한 역할을 할 것입니다.
이번 연구를 통해 Arc 연구소의 과학자들은 유전체 편집 기술의 새로운 장을 열었으며, 이로 인해 생명 과학 분야에서의 혁신적인 발전이 기대됩니다. 앞으로의 연구와 발전이 더욱 기대되는 시점입니다.