취리히 대학교가 이끄는 연구진은 인공지능을 활용하여 유전자 편집의 정확도를 향상시키는 새로운 방법을 발표했습니다. 이 혁신은 질병 모델링에 혁명을 일으키고 더욱 안전하고 효과적인 유전자 치료의 길을 열 것으로 기대됩니다.
취리히 대학교(UZH)의 과학자 팀은 겐트 대학교, 취리히 연방 공과대학교(ETH Zurich)와 협력하여 유전 공학 분야에서 중요한 돌파구를 마련했습니다. 인공지능과 CRISPR/Cas9 기술을 결합한 이 혁신적인 기술은 DNA 편집의 정밀도를 한 단계 끌어올렸습니다.
이 개발은, 출판 Nature Biotechnology 저널에 게재된 이 연구는 인간 질병 모델링을 혁신하고 차세대 유전자 치료를 위한 튼튼한 기반을 마련할 것으로 기대됩니다.
현재 CRISPR/Cas 기술은 DNA를 정밀하고 표적화하여 편집할 수 있기 때문에 생명공학 및 유전자 치료 분야에서 큰 잠재력을 보여주고 있습니다. 그러나 이러한 "유전자 가위"가 의도치 않은 유전자 돌연변이를 유발하지 않도록 하는 것은 유전체 무결성을 유지하고 부작용을 예방하는 데 매우 중요합니다.
당시 UZH에 있었고 현재 겐트 대학교 박사후 연구원인 주저자 토마스 나르트가 주도한 이 새롭게 개발된 방법은 "피티아(Pythia)"라는 도구를 활용합니다. 이 AI 기반 시스템은 유전자 편집 후 세포가 DNA를 어떻게 복구할지 예측하여 더욱 정밀한 개입을 가능하게 합니다.
나르트는 보도자료를 통해 "저희 팀은 분자 접착제처럼 작용하여 세포가 정확한 유전적 변화를 만들도록 안내하는 작은 DNA 복구 템플릿을 개발했습니다."라고 밝혔습니다.
AI가 설계한 이러한 템플릿은 인간 세포 배양에서 테스트되었으며, 매우 정확한 유전자 편집 및 통합이 이루어졌습니다.
연구자들은 또한 모델 생물을 포함한 다른 생물에서도 이 접근 방식을 검증했습니다. 제노 푸스생물의학 연구에 널리 사용되는 작은 열대 개구리와 살아있는 쥐를 대상으로 실험하여 뇌 세포의 DNA를 성공적으로 편집했습니다.
"DNA 복구는 무작위가 아닌 패턴을 따릅니다. 피티아는 이러한 패턴을 우리에게 유리하게 활용합니다."라고 나르트는 덧붙였다.
기존의 CRISPR 방법은 세포의 자연적인 복구 메커니즘에 의존하는데, 이는 때때로 의도치 않은 유전적 변형을 초래할 수 있습니다. 연구진은 머신러닝을 활용하여 수백만 가지의 잠재적 편집 결과를 시뮬레이션하여 특정 유전적 변형을 일으키는 가장 효율적인 방법을 파악했습니다.
이 방법은 게놈 편집뿐만 아니라 특정 단백질의 형광 표지도 가능하게 합니다.
나르트 박사는 "이것은 정말 강력한 기술입니다."라고 덧붙였습니다. "건강한 조직과 질병에 걸린 조직에서 개별 단백질이 어떤 역할을 하는지 직접 관찰할 수 있기 때문입니다."
이러한 다양성은 모든 세포 유형에 적용되며, 뇌와 같이 분열하지 않는 기관의 세포에도 적용됩니다.
피티아는 델포이의 아폴로 신전에서 신탁을 맡았던 대사제의 이름을 따서 명명되었는데, 그녀는 예언 능력으로 유명했습니다. 마찬가지로, 이 새로운 도구는 연구자들이 유전자 편집 결과를 매우 정확하게 예측할 수 있도록 해줍니다.
"기상학자들이 AI를 사용하여 날씨를 예측하는 것처럼, 우리는 AI를 사용하여 세포가 유전자 변형에 어떻게 반응할지 예측하고 있습니다. 유전자 편집이 안전하고 신뢰할 수 있으며 임상적으로 유용하려면 이러한 예측 능력이 필수적입니다."라고 취리히 대학교(UZH)와 취리히 연방 공과대학교(ETH Zurich)의 교수이자 수석 저자인 쇠렌 리엔캄프(Soeren Lienkamp)는 덧붙였습니다.
"우리가 가장 기대하는 것은 기술 자체뿐만 아니라 그것이 열어주는 가능성입니다. Pythia는 대규모 AI 예측과 실제 생물 시스템을 결합합니다. 배양된 세포부터 전체 동물에 이르기까지, 모델링과 실험 지점 간의 긴밀한 연결 고리는 정밀 유전자 치료와 같은 분야에서 점점 더 유용해지고 있습니다."라고 Lienkamp는 덧붙였습니다.
이 연구는 유전 질환에 대한 심층적인 이해부터 신경계 질환 및 기타 질병에 대한 유전자 치료법 개발에 이르기까지 심오한 의미를 지닙니다. 향상된 안전성과 효능을 갖춘 이 첨단 유전자 편집 기술은 생물의학 연구 및 치료 의학 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.
출처: 취리히 대학교