연세대 연구팀, "AI로 프라임 편집기 효율적 설계 가능"
전세계에 공개, 누구나 마음대로 활용
우리나라 연구진이 인공지능(AI)을 이용해 유전자 돌연변이 등 부작용 가능성을 없앤 차세대 유전자 가위를 효율적으로 설계할 수 있는 기술을 개발했다.
과학기술정보통신부는 김형범 연세대 교수 연구팀이 차세대 유전자 가위인 프라임 편집기를 정밀하고 안전하게 설계할 수 있는 AI 모델을 개발했다고 29일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '셀(Cell)'에도 이날 게재되는 등 국제적인 관심을 모았다.
이 기술은 널리 알려진 유전자 편집기술 중 하나인 유전자 가위 크리스퍼 카스9 (CRISPR-Cas9)의 단점을 보완할 수 있는 차세대 유전자 가위 기술로 주목받고 있다.
유전자 가위는 효소를 활용해 원하는 유전자 부위를 손쉽게 절단할 수 있는 도구다. 최근에는 유전자 절단뿐만 아니라 절단 부위를 채워줄 새로운 유전정보까지 포함하여 교정이 가능한 차세대 유전자 가위 프라임 편집기가 개발됐다. 프라임 편집기는 디엔에이(DNA) 이중가닥을 완전히 자르지 않고 한 가닥만 자르기 때문에 기존 유전자 가위보다 훨씬 안전한 기술로 주목받고 있다.
문제는 프라임 편집기는 새로운 유전정보를 포함하는 등 이전의 다른 유전자 가위보다 구조적으로 복잡하고 경우의 수도 다양하기 때문에 정밀하고 안전한 유전자 가위를 설계하는 데에 어려움이 있다. 임상 연구와 치료 목적으로 사용하려면 어떤 조건에서 오류 없이 최적의 유전자 교정이 일어나는지 정확히 파악하는 것이 필요하며, 이를 위해서 대규모 실험데이터 확보 및 분석이 필수적이다.
연구팀은 2020년부터 약 3년 동안 프라임 편집기 데이터 33만개 이상을 확보하고 각각의 프라임 편집기 효율을 실험적으로 측정했다. 이는 그동안 학계에 보고된 측정 데이터 중 가장 규모가 큰 결과이다. 이를 통해 프라임 편집기의 성능을 결정하는 주요 기전과 그 영향을 밝혀내는 데 성공했다. 여기에 분석한 데이터를 인공지능을 통한 학습 과정을 거쳐 교정을 원하는 유전자 서열정보 등을 입력하면 활용 가능한 프라임 편집기의 효율을 예측하는 모델을 제작하였다.
이번에 제작한 모델은 세계 최고 수준으로 프라임 편집기의 정밀성 및 안전성에 대한 예측 성능을 보이며, 인터넷을 이용해 전 세계 연구자들이 이 모델을 이용할 수 있다. 기존에는 프라임 편집기를 설계할 때마다 매번 수십~수 백개 이상의 프라임 편집기를 실험해봐야 했으나, 이번에 연구팀이 구현한 기술을 이용하면 빠르고 정확하게 프라임 편집기를 설계할 수 있어 향후 유전자 치료 분야에서 높은 활용도가 기대된다.
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김형범 교수는 “지금까지 밝혀진 프라임 편집기의 모든 요소를 반영한 가장 뛰어난 예측 모델”라며 “이제 프라임 편집기를 이용한 유전자 교정을 손쉽게 활용하게 되었다”고 의미를 밝혔다.
김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr
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