<p>CRISPR/Cas\(9\)은 RNA-guided DNA cleavage라는 박테리아의 면역체계를 유전자 교정에 활용한 시스템이다. 박테리아는 외래 DNA로부터 protospacers를 수집해서 자신의 유전체 내에 삽입시킨 후, 짧은 guide RNA를 발현시켜 protospacer와 서열이 맞는 모든 DNA를 파괴시킴으로써 외부의 침입으로부터 자신을 보호한다. 박테리아 Streptococcus pyogenes가 가진 CRISPR/Cas type Ⅱ-A에는 CRISPR RNA (crRNA), transactivating crRNA (tracrRNA), Cas\(9\) protein 등 \(3\)개의 유전자가 coding되어있다. 박테리아 유전체의 CRISPR loci에 삽입된 외래 DNA 단편(spacer)의 전사와 process에 의해 CRISPR RNA (crRNA)가 생산된다. 이 후 crRNA annealing에 의해 transactivating crRNA (tracrRNA)가 만들어지며 tracrRNA-Cas\(9\)이 crRNA와 매칭되는 서열의 외래 DNA를 절단한다. Cas\(9\)의 타겟 인식에는 crRNA의 seed sequence와 crRNA 결합 부위 위쪽에 보존된 \(2\)개의 nucleotide를 포함하는 protospacer adjacent motif가 필요하다. 유전자교정의 효율성을 제고하기 위해 개발된 simplified version은 Cas\(9\)과 단일 guide RNA로 구성된다. tracrRNA와 short, mature crRNA를 결합한 형태인 guide RNA는 타겟 부위를 인식하고 결합하는 역할을 담당한다. ZFN, TALEN과 달리 CRISPR/Cas\(9\)은 유전자교정 타겟에 따라 결합 도메인을 디자인할 필요 없이 guide RNA 중 \( 20 \mathrm{~bp} \)만 재설계하면 된다. 따라서 다양한 타겟에 대한 적용성이 우수하고 효율이 높으며 다중 guide RNA를 사용할 경우 한 번에 다수의 타겟을 교정할 수 있다는 장점이 있다.</p><p>유전자교정에서의 변이는 SDN에 의해 절단된 타겟 DNA의 복구 과정 중에 발생한다. 동식물 등 진핵세포의 일반적인 복구 과정인 '비상동말단연결'(Non-homologous end joining)은 repair template 없이 절단된 DNA 사슬을 연결하는 것으로, 이 과정에서 무작위적으로 변이가 발생할 수 있으며 이러한 변이를 SDN-\(1\)로 분류한다. 복구에 repair template가 필요한 '상동유도수선'(Homology-directed repair)은 절단부위와 염기서열 상동성을 갖지만, 일부 서열을 변경시킨 repair (혹은 donor) DNA를 의도적 변이 창출의 가이드로 이용한다. Repair DNA를 어떻게 제작하느냐에 따라 변이 산물을 SDN-\(2\) (SDN-\(1\) 변이체와 동일하거나 유사)와 SDN-\(3\) (Repair DNA에 수 \( \mathrm{kb} \)에 달하는 단편을 삽입하여 새로운 유전자를 도입)로 구분할 수 있다.</p><p>유전자교정 기술의 개발이 활발해짐에 따라 이를 활용한 제품의 개발도 점차 늘어나고 있다. 미국 USDA에서 수행하고 있는 유전자변형 생물체 규제 시스템의 하나인 'Am I regulated' 프로그램에 따르면, \(2015\)년 이후 \(2018\)년 \(10\)월까지 규제대상여부에 대한 문의가 진행된 유전자교정 산물의 숫자는 \(26\)건에 달한다. 이 중 Calyxt사에서 개발한 저온저장성 개선 감자, 오일성분 개선 콩은 TALEN 기술이 적용된 예이며, Corteva사에서 waxy\(1\) 유전자를 knock-out시킨 옥수수에는 CRISPR기술이 적용되었다. 이외에도 갈변저항 버섯, Powdery mildew 병 저항성 밀, 제초제 저항성 담배 등 도 각각 CRISPR, TALEN, ZFN 등의 유전자교정 기술을 적용하여 육성한 제품이다.</p>
박테리아가 DNA를 파괴시키는 이유는 무엇인가?
외부의 침입으로부터 자신을 보호