<김홍표의 크리스퍼 혁명>
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2015년 최대의 과학적 성과라고 일컬어지는 크리스퍼는 세균의 유전체 분석을 통해 실체가 드러났습니다.
김홍표 교수님은 ‘크리스퍼 혁명‘에서 크리스퍼 혁명을 이해하려면 유전체의 일반적인 특성과 문법, DNA, RNA, 단백질로 이어지는 중심 도그마와, 유전자의 기원과 패턴도 알아야하지만, 크리스퍼 유전자 가위는 바이러스와 세균 사이의 경쟁의 산물이기에 세균과 고세균, 진핵생물의 기원과 패턴도 분자 유전학적 관점에서 함께 보아야 제대로 이해할 수 있다고 합니다. 분자 유전학적 관점으로 게놈 편집의 메커니즘과 기원, 패턴을 최신의 논문을 중심으로 소개하기에 깊이가 있습니다.
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“크리스퍼는 유전자의 특정한 서열을 인식해서 자르고 유전자를 ‘편집’할 수 있다고 말한다. 크리스퍼는 유전자 가위와 함께 일을 한다. 다시 말하면 크리스퍼와 유전자 가위는 문장의 틀린 글자를 도려내고 고치는 역할을 한다. 이뿐만 아니라 한 문장을 통째로 집어넣거나 뺄 수도 있다....
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크리스퍼(인식하고)-카스(자르는 단백질)도 제한효소도 DNA를 자르는 일을 한다. 그런데 DNA의 어떤 부위를 어떻게 알고 자르는 것일까? 인트론을 잘라내는 스플라이세오좀은 자신들이 잘라낼 부위를 어떻게 인식하는 것일까? 이런 분자기계들은 기본적으로 세균, 혹은 고세균 시절부터 이미 존재하고 있었다. 그들에게는 왜 이런 능력이 필요했을까? 이 분자기계들은 유전체와 유전자 사이의 투쟁, ‘나’와 ‘내가 아닌 것’과의 투쟁의 산물이다.....
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자르고 이어 붙이기
제한 효소는 주로 네 개에서 여덟 개 정도의 짧은 DNA서열을 인식하고 잘라낸다. ‘인식하고 잘라낸다’라는 의미에서 크피스퍼 유전자가위도 제한효소의 범주에 들어간다. 유전공학 분야에서는 제한효소를 이용하여 특정서열의 DNA를 잘라내고 그 사이에 새로운 유전요소를 집어넣는다. 어떻게 그런 일이 가능할까?
세포는 끊임없이 자신의 유전체를 관리한다. DNA의 이중나선이 깨지는 경우가 자주 발생하기 때문이다. 깨진 부위를 수선하지 않아서 유전체가 불안정해지면 세포는 자살하거나 늙어간다. 이중나선이 깨지는 경우는 활성 산소나 외부의 방사선, 항암제과 같은 화학요법이 DNA손상의 원인이다.....
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선천성 유전병들은 유전자들연변이에 의해 발병한다.
이들 질병을 유발하는 유전자 돌연변이는 잘 알려져 있기 때문에 이 부위를 인식하고 잘라낼 수 있다면 유전병을 치료할 수 있다.
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유전자 가위들
자신을 침범한 바이러스의 유전자를 자르기 위해 세균이 가위를 발명한 것은 길게 잡으면 40억 년은 되었을 것이다.
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유전자가위는 우선 자를 부위를 인식하여 잘라내는 공통된 작업방식을 택한다. 세균에서 이 두 요소는 DNA에 새겨져 있다. 해당 DNA가 전사되면 두 요소는 생성된다. 하나는 RNA이고 그 자체가 외부 DNA의 인식 도구로 사용된다. 바로 크리스퍼에 해당하는 부위이다. 또 하나는 RNA에서 번역까지 마친 유전자 가위단백질이다. 이 RNA와 단백질이 크리스퍼 유전자가위의 실체이다.
따라서 바이러스의 DNA를 자르기 위해서는 세 가지 요소가 필요하다. 바이러스DNA조각을 인식하는 상보적인 크리스퍼 RNA, 카스 유전자 가위, 이 둘을 연결하는 활성화RNA 세 가지다.....
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결국 유전자 가위의 세대는 이들이 인식할 수 있는 염기의 숫자를 늘리려는 노력과 맞닿아 있다. 1세대 유전자 가위는 아연-손가락 핵산분해효소이다.
2세대 유전자도 아연-손가락 핵산분해효소와 기본적 특성을 공유한다. 15개정도의 염기서열을 인식할 수 있다. 탈렌 핵산 분해효소다. 1,2세대의 DNA서열을 인식하는 부위는 단백질이다. 3세대 유전자가위는 이전 세대의 유전자가위에 비해 첫째 RNA-단백질 하이브리드이고, 둘째 제작이 간편하기 때문에 그 효용성이 엄청 크다“...<김홍표의 크리스퍼 혁명> 중에서
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