크리스퍼 유전자 가위는 사용자가 원하는 DNA 염기서열을 골라서 잘라내는 기술이다. 이는 정확도가 99%에 달하는 기술로, 자르고 싶은 염기서열과 결합하는 RNA를 빠르고 저렴하게 합성할 수 있다는 장점이 있다. 인간을 포함한 모든 생물체가 자신의 고유한 유전정보를 가지고 있는데 이를 DNA라고 부른다.

 DNA 염기는 ▲아데닌(A) ▲구아닌(G) ▲사이토신(C) ▲티민(T)의 네 가지 종류가 있다. A와 T, C와 G가 항상 결합하는데, 이 염기의 배열 순서에 따라 유전정보에 차이가 생기는 것이다. 크리스퍼 유전자 가위는 바로 이런 염기서열을 정확하게 인식해 DNA를 자른다. 염기서열을 자르고 이 자리에 다른 염기를 넣으면 유전정보가 달라지면서 다양한 효과를 얻을 수 있다.

 최근에는 크리스퍼 유전자 가위의 정확도를 높이거나 다양한 기능을 할 수 있는 새로운 기술도 등장하고 있다. 4세대 유전자 가위로도 불리는 ‘프라임 에디팅’이 대표적이다. 프라임 에디팅은 2019년 미국 브로드연구소에서 개발한 유전자 가위다. 기존 유전자 가위보다 정확도가 높다는 장점이 있다.

 유전자 치료를 하려면 크리스퍼 유전자 가위로 고장난 염기서열을 잘라 편집하고, 정상적인 염기서열을 끼워 넣는 교정도 해야 한다. 프라임 에디팅은 유전자 편집과 교정을 한번에 할 수 있게 해 교정 성공률을 최대 89%까지 끌어 올렸다. 국제 학술지 『사이언스』는 지난 2019년 10월 21일 “새로운 프라임 유전자 교정 기술이 크리스퍼를 능가할 것”이라는 평가를 했다.

 이외에도 DNA 대신 RNA를 편집할 수 있는 유전자 가위도 최근 주목받고 있다. DNA 편집 과정에서 오류가 생기면 예상치 못한 부작용이 발생할 수 있고, 다시 고치는 것도 불가능하다. 그러나 RNA 편집 과정에서는 오류가 있더라도 일시적인 부작용만 나타난다. 이에 DNA 편집보다 안전성이 높아 유전자 치료제 개발에 활용할 수 있을 것으로 주목받고 있다.

 유전자 가위 기술은 현재 실험에 필요한 동물이나 세포를 만들기 위한 유전자 편집에 가장 많이 쓰인다. 유전자의 기능을 찾거나, 유전자의 이상으로 발생하는 질병을 연구하기 위해서다.

 유전자 가위 기술을 통해 ▲골다공증 ▲헌팅턴병 ▲근육위축증 ▲알츠하이머병처럼 특정 인체 부위에서만 나타나는 질병이 있는 실험동물을 만들 수 있게 돼 치료제 개발이 본격적으로 시작되고 있다. 실제로 알츠하이머병 치료제는 지난해 처음으로 미국식품의약국(FDA)의 허가를 받았고, 뚜렷한 치료법이 없던 유전병 근육위축증 치료제도 지난 2020년 처음 먹는 약으로 승인받기도 했다.

 의학 분야에서는 다른 동물의 장기를 사람에게 이식하는 이종 장기이식에 활용할 수 있다. 이종 장기이식은 장기 부족 문제의 해결책 중 하나로 꼽히지만, 안전성의 문제로 아직 실험 단계에 있다. 지난해에는 유전자 편집 돼지의 심장을 이식받은 환자가 2달가량 살아 이종 장기이식의 성공 가능성을 높였다. 당시 사용된 돼지는 총 6개의 유전자가 편집·교정된 상태였다.

 최근에는 유전자 가위를 통해 발암물질을 없앤 ‘슈퍼 밀’이 성공적으로 개발됐다. 우리가 먹는 토스트의 탄 부위에는 발암물질인 ‘아크릴아마이드’가 함유돼 있다. 이는 ‘아스파라긴’이라는 아미노산이 과한 열을 받게 되면 아크릴아마이드로 변질된다. 하트퍼드셔 로담스테드 연구소에서 유전자를 교정한 새 밀 품종을 개발해 일반 밀보다 ‘아스파라긴’ 함유량을 낮춰 발암 위험성을 상당히 낮춘 성과를 보였다.

 이외에도 갈수록 심해지는 식량 문제도 크리스퍼 유전자 가위로 해결할 수 있을 것으로 보고 있다. 특히 지구 온난화로 인한 이상기후로 식량 생산량이 줄어드는 것을 막기 위해 환경 변화에 저항성을 갖는 작물이 개발되고 있다. 이는 작물에 온도 변화, 가뭄, 병충해에 저항성을 갖는 유전자를 넣는 방식이다. 일본은 지난 2021년 유전자 교정으로 영양 성분을 4~5배 많이 갖는 토마토를 만들어 세계 최초로 상용화했다.

 크리스퍼 유전자 가위 기술이 안전성과 정확도를 높이며 꾸준히 발전해 온 만큼, 앞으로는 우리 삶에 밀접한 기술을 개발하는 연구로 이어질 전망이다. 지난 10년이 크리스퍼 유전자 가위 기술 자체를 발전시키는 시간이었다면, 앞으로 10년은 사람들을 위한 기술로 만드는 시간이다. ▲인공지능(AI) ▲현미경 ▲염기서열 분석 기술 등과 함께 유전자 가위를 사용해 생명과학의 발전 속도는 더 빨라질 전망이다.