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2020.10

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행복한 숲춘식이의 탐구생활
주의 이 글은 무척 깁니다. 하지만 끝까지 읽으신다면 숲에 대한 당신의 상식이 한 단계 업그레이드될 것입니다. 1년을 읽으면 당신도 나무박사!!

DNA를 자르고 붙여 새로운 품종 만드는
유전자 가위 기술

‘유전자 가위’라고 들어보셨나요? ‘유전자를 가위로 자르듯이 잘라내는 건가?’ 생각이 떠올랐다면, 맞습니다. 유전자 가위는 인간과 동식물 세포의 유전체를 교정하는 데 해당 부위의 DNA를 정교하게 잘라내는 기술입니다. 찢어진 옷의 특정 부위를 잘라내고 그 부위를 새로운 천으로 바꾸는 것을 연상하면 이해하기 쉬우실 거예요. 한 마디로 ‘유전자 짜깁기’라고 할 수 있지요. 알수록 신비한 유전자 가위 기술에 대해 더 알아볼까요?

모든생명체는 유전자를 지니고 있습니다. 유전자마다 고유한 기능이 있는데, 각 생명체가 지닌 고유한 형질이 세대 간에 전달되는 것은 모두 유전자 덕분입니다. 유전자는 DNA 조각인데요, DNA는 특정 단백질을 합성할 수 있는 유전 암호를 갖고 있습니다. 유전체 특정 부위에 DNA를 삽입, 제거 및 치환을 유도하여 교정하는 기술을 ‘유전자 가위’ 기술이라고 합니다. 유전자 가위 기술을 이용하면 본래 생명체가 지닌 유전 형질을 변형시키는 게 가능합니다. 산림과학 연구 분야에서도 유전자 가위 기술을 이용하여 새롭고 안정적인 형질을 가진 품종을 개발하고자 노력하고 있습니다.

유전자 가위 기술의 작동 원리는 무엇일까요? ‘가위’라는 말 자체에서 유추해 볼 수 있는데요. 유전자 가위 기술은 특정 표적 위치의 DNA를 정확하게 자르는 것에서 시작합니다. 절단한 DNA는 수선이 가능해지는데, 수선 과정에서 정밀한 변이가 일어납니다. 한 개 혹은 여러 개의 염기를 삽입하거나 혹은 제거할 수도 있습니다. 유전자 가위 기술은 유전자 편집·교정에서 가장 핵심 역할을 담당합니다. 이를 응용해 새로운 품종을 만들거나, 더 건강한 DNA로 교체할 수도 있습니다.

유전자 가위 기술의 현주소

현재 개발된 유전자 가위로는 1세대 징크핑거 뉴클레아제(Zinc Finger Nuclease), 2세대 탈렌(Transcription Activator-like Effector Nuclease), 3세대 크리스퍼(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)가 있습니다.

가장 최근 기술인 3세대 크리스퍼 유전자 가위는 현존하는 유전자 가위 중 가장 정확하고 효율적이라고 평가됩니다. 크리스퍼 유전자 가위는 DNA를 절단하는 기능의 Cas9 단백질과 표적 DNA에 결합하는 가이드 RNA가 복합체를 이뤄 작용합니다. 기존 징크핑거 뉴클레아제나 탈렌과 비교해 저비용으로 쉽게 제작할 수 있으며 정확도도 높아 난치성 질병 치료, 동식물 품종 개량에 이용되고 있습니다. 이로 인해 유전자 가위 시스템 중 생명공학 연구와 산업 분야에서 가장 활발하게 적용되고 있습니다.

성장하는 유전자 가위 기술 시장 규모, 2023년 약 8조 원 전망

전 세계의 다국적 기업들은 유전자 가위 기술을 이용해 작물 품종 육성 사업에 활용하고 있습니다. 다우 아그로사이언스社는 1세대 유전자 가위인 징크핑거 뉴클레아제 기반 기술을 적용해 IPK 효소를 제거한 옥수수를 개발했고, 중국에서는 2세대 유전자가위인 탈렌을 이용해 흰가루병에 저항성을 가진 밀을 개발했습니다. 3세대 유전자 가위 기술인 크리스퍼 카스9를 활용하여 미국 듀폰社에서는 아밀로펙틴 옥수수를 개발했습니다. 또한 미국의 펜실베이니아 주립대는 3세대 유전자 가위 기술로 양송이에 문제가 되는 갈변 현상을 억제하는 데 성공했습니다.

글로벌 유전체 교정 시장 현황 및 전망

국립산림과학원에서는 현재 유전자 가위를 이용한 임목 유전체 교정 기술 개발 연구(2018년~2022년)를 수행하면서 포플러 나무를 이용해 임목 유전체 교정을 위한 다양한 기술을 개발하고 있습니다. 그 외에 서울대학교에서도 상추의 유전체 교정에 성공한 후 콩, 토마토, 쌀 등의 작물에 적용해 활발히 연구를 수행하고 있습니다.

유전자 가위 기술을 활용한 시장은 점차 확대되고 있습니다. 생명공학정책연구센터에 의하면 글로벌 유전자 교정 시장 규모는 2018년 36억 2,000만 달러였으며 연평균 14.5% 성장해 2023년에는 71억 2,000만 달러로 확대될 전망이라고 합니다. 원화로 환산하면 약 8조 4,493억에 달하는 어마어마한 규모입니다. 특히 크리스퍼 기술의 시장 규모는 2018년 19억 5,000만 달러로 전체 유전체 교정 시장의 53.8%를 차지하고 있으며 2023년까지 연평균 14.7% 성장할 것으로 내다봤습니다. 식물 유전체 교정 시장은 2018년 8억 6,000만 달러에서 2023년 16억 8,000만 달러로 1.67배 성장할 전망입니다.

▲식물 유전체 교정시장이 2018년 8.6억 달러에서 2023년 16.8억 달러로 성장할 전망이다.

▲식물 유전체 교정시장이 2018년 8.6억 달러에서 2023년 16.8억 달러로 성장할 전망이다.

유전자 가위 기술은 DNA를 정교하게 잘라내어 새로운 가능성을 열어준 기술입니다. 한편에서는 부작용이나 생명 윤리 측면에서 문제가 있다고 주장하지만, 돌연변이 유전자를 정상 유전자로 교정하고 새로운 품종을 개발할 수 있게 해 우리의 삶에 새로운 가능성을 열어준 긍정적인 측면도 있습니다. 유전체 교정으로 새로운 품종이 개발되더라도 상업적 이용을 위해서는 해결해야 할 문제들이 남아있습니다. 최근 국제사회에서는 유전자 가위 기술이 적용된 산물 관련 안전관리를 위한 정책 논의가 활발히 이뤄지고 있습니다. 우리나라는 아직 관련 정책 방향이 정해지지 않았지만, 향후 국내의 정책 방향이 확립되면 수목을 포함하여 유전자 가위 기술을 이용한 연구 및 관련 산업의 증가가 예상됩니다. 날로 진화하는 유전자 가위 기술, 산림과학 분야에서는 어떤 활약을 보여줄지 앞으로 지켜봐 주세요!

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