살아있는 쥐의 장내 박테리아 유전자를 성공적으로 편집

합성 생물학자이자 바이오 기술 회사인 엘리고 바이오사이언스의 공동 창립자인 자비에르 뒤포르테가 이끄는 연구팀은 살아있는 쥐의 장내 미생물군에 존재하는 박테리아 개체수를 변형할 수 있는 유전자 편집 도구를 성공적으로 설계했습니다.

초기 실험 결과에 따르면, 이 도구는 살아있는 쥐의 장 내에 있는 대장균 군집의 90% 이상에서 표적 유전자를 수정하는 데 도움이 됐습니다. 대장균은 일반적으로 사람과 동물의 장에 서식하는 박테리아의 일종입니다. 대부분의 대장균 균주는 일시적이고 가벼운 설사를 유발하거나, 설사, 복통, 발열을 동반한 더 심각한 질병으로 이어지는 심각한 장 감염을 유발하는 것으로 알려져 있습니다.

이전 연구에서는 CRISPR-Cas 유전자 편집 시스템을 사용하여 쥐의 장에 있는 유해 박테리아를 죽였습니다. 하지만 듀포르테와 동료들은 장내 미생물 군집의 박테리아 유전자를 죽이지 않고 편집하고 싶어했습니다.

이를 위해 과학자들은 DNA 이중 가닥을 끊지 않고 하나의 뉴클레오티드 염기를 다른 염기로 바꾸는 방법(예: A를 G로 변환)을 사용했습니다. 현재까지 대부분의 기존 방법은 목표 박테리아 개체군을 효과적으로 변형하는 데 실패했습니다. 이는 도입된 벡터가 실험실에서 배양된 박테리아에서 일반적으로 발견되는 수용체만을 표적으로 삼기 때문입니다.

이러한 장애물을 극복하기 위해 Duportet와 동료들은 박테리오파지(박테리아를 감염시키는 바이러스의 일종)의 구성 요소를 사용하여 장 환경에서 발현되는 여러 대장균 수용체를 운반하는 전달 수단을 설계했습니다. 벡터는 특정 대장균 유전자를 표적으로 삼는 "기본 유전자 편집 도구"를 담고 있습니다. 또한 연구팀은 공급된 유전 물질이 박테리아 내부로 들어간 후 복제되어 퍼지는 것을 막기 위해 시스템을 개선했습니다.

연구팀은 기본적인 유전자 편집 도구를 쥐에 삽입하여 β-락타마제를 생성하는 대장균 유전자의 A를 G로 바꾸었습니다. β-락타마제는 박테리아가 특정 항생제에 내성을 갖게 하는 효소입니다. 동물들에게 치료를 실시한 지 약 8시간 후, 표적 박테리아의 약 93%가 유전자 편집되었습니다.

연구진은 편집 도구를 조정해 일부 신경퇴행성 질환과 자가면역 질환에 역할을 하는 것으로 생각되는 단백질을 생성하는 대장균 유전자를 수정할 수 있도록 했습니다. 쥐에게 치료를 시작한 지 3주 만에 편집된 박테리아의 비율이 70% 정도로 맴돌았습니다. 연구실에서 과학자들은 이 도구를 사용하여 폐렴 감염을 일으킬 수 있는 대장균과 클렙시엘라 뉴모니아균의 균주를 편집할 수도 있습니다. 이는 편집 시스템이 다양한 박테리아 균주와 종을 표적으로 삼도록 맞춤화될 수 있음을 시사합니다.

이번 성과는 장 내부의 박테리아를 직접 변형할 수 있는 도구를 개발하는 데 있어 "큰 도약"을 의미하며, 유해한 DNA 확산을 막는 동시에 질병과 싸울 가능성을 열어줍니다.

Duportet와 동료 연구진의 다음 단계는 미생물군에 의한 질병의 마우스 모델을 개발하여 특정 유전자 편집이 건강에 유익한 영향을 미치는지 측정하는 것입니다.