염기교정 유전자가위 효율 예측할 인공지능 기술 개발

연세대 의대 "유전자가위 안전하게 사용할 수 있는 유전질환 예측"

한국연구재단은 연세대 의대 김형범 교수 연구팀이 염기교정 유전자가위의 효율을 예측할 수 있는 인공지능 프로그램을 개발했다고 9일 밝혔다.

유전자가위는 인간·동식물 세포의 특정 염기서열을 찾아내 해당 부위 DNA를 절단함으로써 유전체를 교정하는 기술이다.

2016년 학계에 처음 보고된 염기교정 유전자가위는 '크리스퍼 유전자가위'(CRISPR-Cas9)를 변형해 아데닌(A)·티민(T)·시토신(C)·구아닌(G)으로 된 DNA 염기서열에서 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 혹은 시토신(C)을 티민(T)으로 염기 한 개만 변형시킬 수 있는 기술이다.

DNA 두 가닥 모두를 자르는 크리스퍼 가위와 달리, 특정 단일 염기만 교체할 수 있어 유용하다.

하지만 교정 범위 내 같은 종류의 표적 염기가 여럿 존재할 경우 원치 않는 염기가 편집될 수 있다.

염기교정 유전자가위를 안전하게 사용하려면 편집 효율이 일정 수준 이상이어야 하며, 원치 않는 다른 염기의 편집이 일어나지 않도록 정확성을 높여야 한다.

특히 '점 돌연변이'(DNA 염기서열 중 하나가 변이된 형태) 유전질환 중 상당수(1만9천505개)가 교정 부위에 같은 염기가 두 개 이상 자리하고 있어 편집 확률을 미리 예측하는 것이 중요하다.

연구팀은 다양한 염기교정 유전자가위를 만든 뒤 각각의 효율과 결과물의 빈도를 바탕으로 빅데이터를 구축했다.

이어 이를 딥러닝 기법으로 분석, '염기교정 결과 예측 프로그램'(DeepBaseEditor)을 개발했다.

연구팀은 이 프로그램을 적용해 표적 염기가 두 개 이상 있는 점 돌연변이 유전질환 중 4천274개의 유전질환은 편집 효율이 5% 이상으로 높고 추가적인 염기 변이가 일어날 가능성도 작다고 예측했다.

김형범 교수는 "선별한 염기교정 유전자가위를 활용해 질환 동물모델 연구를 추가로 진행할 계획"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 바이오테크놀로지'(Nature Biotechnology) 지난 7일 자에 실렸다.

/연합뉴스