과학자들이 ‘CRISPR(유전자가위)’로 암, 당뇨병 등 여러 질병을 치료할 수있는 가능성을 제시했다.

미국 MIT와 하버드대의 새로운 연구에 따르면 CRISPR 유전자가위를 질병 진단 도구로 활용하거나 치료를 위한 약물 전달 과정에서 다양한 작동이 가능하다.

관련 연구는 23일(현지시각) 과학학술지 사이언스(Science)에 발표됐다.

CRISPR은 짧은 RNA 가이드에 결합하는 특정 효소를 사용해 게놈의 정확한 부분에서 DNA를 자르도록 지시한다. 이 도구를 사용하면 질병을 유발할 수 있는 유전자와 같은 특정 유전자를 잘라 내고 더 유용한 것으로 대체 할 수 있다.

특정 생물학적 신호가 감지 될 때 DNA를 절단하는 이 같은 기본 메커니즘을 통해 하버드와 MIT연구원들은 몇 가지 프로토타입을 만들고 테스트했다. 첫 번째 유형은 약물 입자를 품고 특정 DNA 서열의 촉발이 있을 때만 방출 할 수 있는 젤이다. 다른 두 가지는 CRISPR을 사용해 질병의 바이오 마커 또는 박테리아 또는 바이러스의 DNA에 대한 샘플을 스캔하는 진단 장치다.

세 가지 경우 모두에서 연구팀은 ‘Cas12a’ 효소를 절단 메커니즘으로 사용했다. 첫 번째 프로젝트를 위해 이 팀은 폴리에틸렌글리콜(PEG) 겔을 만들었다. DNA 가닥으로 특정 효소나 생체 분자를 부착했다. 특정 서열의 DNA가 존재하는 경우, Cas12a는 이들 DNA 앵커를 잘라내고 분자 페이로드를 방출하도록 한다.

이를 변형, 연구원들은 또한 구조의 핵심 부분을 형성하는 단일 가닥의 DNA를 갖는 아크릴아미드(acrylamide) 겔을 만들었다. 이 경우, 트리거 DNA가 감지되면 전체 겔이 분해돼 나노 입자 또는 살아있는 세포와 같은 더 큰 페이로드를 방출 할 수 있다.

한 가지 응용 사례는 위장병 치료를 돕기 위해 장내에서 요구되는 특정 박테리아를 전달하는 겔이다.

또한 다른 전자(electronic) 기반과 미세유체(microfluidic) 기반의 두 가지 진단장치를 만들었다. 두 경우 모두, 장치는 DNA의 특정한 서열이 검출 될 때 반응한다. 즉, 혈액 샘플에서 에볼라와 같은 특정 바이러스의 DNA를 검색하도록 칩을 프로그래밍 할 수 있다.

전자 장치에는 전기를 전도하는 단일 가닥 DNA와 카본 블랙을 사용하는 또 다른 젤이 들어 있다. 이 겔은 전극의 표면에 연결, 회로를 완성한다. 표적이 감지되면 Cas12a는 DNA를 절단해 겔을 전극에서 분리하고 회로를 차단한다.

미세유체 센서는 DNA 가닥을 포함하는 유사한 겔로 만들어진 유사한 방식으로 작동한다. 이 겔은 밸브와 같은 역할을 한다. 정상 상태에서는 용액이 채널을 통해 자유롭게 흐를 수 있다. 반응을 유도하는 DNA 특정 서열 가 감지되면 겔 밸브가 닫히고 유량이 멈춘다.

이 센서는 에볼라 바이러스 RNA를 촉발 장치로 사용해 테스트됐다. 다른 전염병이나 혈류에서 순환하는 암 세포를 감지하는 데에도 사용될 수 있다.

*논문 : Programmable CRISPR-responsive smart materials