성균관대 연구팀, 인공지능(AI) 유전자 가위의 혁신적 진화 성공… 차세대 유전자 치료의 길 개척
- 의학과 김대식 교수 연구팀, AI 설계 유전자 가위의 효율을 최대 36배 높인 ‘오픈ABE’ 개발
- 세포 핵과 미토콘드리아 유전자 모두 정밀 교정 가능… 오작동 획기적으로 낮춰 치료 안전성 확보

□ 성균관대학교(총장 유지범) 의학과 김대식 교수 연구팀이 울산대 의대 김용섭 교수, 성균관대 의대 박재현 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 인공지능(AI)이 설계한 차세대 염기교정 유전자 가위를 구조기반 단백질 공학 기술로 정밀하게 개량하여, 유전자 교정 효율을 기존보다 최대 36배까지 끌어올린 ‘오픈ABE(OpenABE)’ 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 그동안 치료가 어려웠던 다양한 유전 질환을 안전하게 치료할 수 있는 새로운 발판을 마련했다는 평가를 받는다.  

□ 유전자 가위 기술 중 하나인 ‘아데닌 염기교정 유전자 가위(ABE)’는 생명체의 설계도인 DNA 서열에서 잘못된 글자(아데닌)를 찾아내어 바른 글자(구아닌)로 고쳐주는 최첨단 바이오 기술이다. 최근 과학계에서는 인공지능을 활용해 자연계에 없는 새로운 형태의 유전자 가위를 빠르게 디자인하는 연구가 주목받아 왔다. 그러나 인공지능이 처음 만든 초기 모델들은 유전자를 교정하는 효율이 많이 떨어지고, 목표로 삼은 곳 외에 엉뚱한 유전자의 글자까지 바꾸어 버리는 ‘오작동’이 자주 발생해 실제 환자 치료에 쓰기에는 안전성이 부족하다는 한계가 있었다.  

□ 김대식 교수 공동 연구팀은 알파폴드 기반 예측을 통해 염기교정 유전자 가위의 입체 구조를 마치 3D 지도를 보듯 정밀하게 분석하였다. 이를 통해 유전자 가위가 타깃 DNA를 놓치지 않고 더 단단하게 붙잡을 수 있도록 도와주는 핵심 부위를 찾아냈다. 연구팀은 이 부위에 맞춤형 돌연변이를 도입하고, 기존에 가장 뛰어난 성능을 가졌던 염기 교정 유전자 가위의 특수한 꼬리 구조를 이어 붙이는 등의 정밀 구조 개량 작업을 진행했다.  

□ 이 과정을 거쳐 탄생한 차세대 유전자 가위 ‘오픈ABE 1.1’과 ‘오픈ABE 1.2’는 기존 인공지능 유전자 가위와 비교해 교정 능력이 최소 16배에서 최대 36배까지 강력해졌다. 이는 현재 전 세계 연구실에서 표준으로 사용되는 가장 완벽한 유전자 가위(ABE8e)와 어깨를 나란히 하는 수준이다. 그러면서도 인공지능 유전자 가위의 고질적인 문제였던 주변 유전자 오작동 현상을 획기적으로 낮춰, 내가 고치고자 하는 유전자만 깨끗하게 고치는 높은 정확도를 달성했다.  

□ 특히 이번 연구는 세포의 중심인 ‘핵’ 안의 DNA뿐만 아니라, 세포의 에너지를 만드는 공장이지만 구조가 독특해 유전자 교정이 까다로웠던 ‘미토콘드리아’의 DNA까지 정밀하게 교정할 수 있음을 증명했다. 또한 연구팀은 이 유전자 가위를 안전한 바이러스 유사 입자(eVLP)에 담아 세포에 전달하는 방식을 적용해, 치료가 필요한 유전자를 딱 한두 개만 골라 교정하는 높은 안전성까지 확보했다.  

□ 성균관대 김대식 교수는 “이번 연구는 인공지능이 설계한 초기 유전자 가위의 한계를 인간 과학자의 구조 기반 단백질 공학 기술로 극복해 낸 대표적인 혁신 사례”라며 “핵과 미토콘드리아 속 유전병 원인을 모두 안전하게 고칠 수 있는 길을 연 만큼, 향후 유전 질환 치료제 개발을 크게 앞당길 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 밝혔다. 본 연구 성과는 세계 최고 권위의 유전학 및 분자생물학 국제 학술지에 게재되어 전 세계 과학계의 큰 주목을 받고 있다.  

□ 본 연구진은 또한 최근 인공지능이 설계한 차세대 유전자 가위 ‘OpenCRISPR-1’이 기존 Cas9과 유사한 수준의 유전자 교정 효율을 유지하면서도 비표적 유전자 변이를 최대 553배까지 줄일 수 있음을 규명하였다. 나아가 OpenCRISPR-1을 프라임 교정 기술과 바이러스 유사 입자 (eVLP) 전달 시스템에 적용하여, 높은 교정 효율과 정밀성을 동시에 갖춘 차세대 유전자 치료 플랫폼으로 확장할 수 있음을 입증한 바 있다.

※ 논문명: Structure-guided engineering of AI-derived adenine base editors for nuclear and mitochondrial DNA editing / High-fidelity genome and prime editing enabled by the AI-designed openCRISPR-1
※ 학술지: Nucleic Acids Research / Genome Medicine
※ 논문링크: https://doi.org/10.1093/nar/gkag737 / https://doi.org/10.1186/s13073-026-01682-2

붙임: 1. 연구자 사진
      2. 연구그림  

26년 7월 29일 수요일자 보도자료 - 첨부파일 참조