CRISPR의 다음 단계: 프라임 에디팅(Prime Editing)이란? 유전자 편집의 정확성과 안전성을 높이는 차세대 기술

 

유전자 편집 기술, 왜 더 정교해야 할까?

이전 글에서 다루었던 CRISPR-Cas9 기술은 유전체 편집 분야에서 혁신을 불러온 도구로 평가받고 있다. 간단한 구조와 높은 효율 덕분에 생명과학, 의학, 농업 등 다양한 분야에서 빠르게 응용되었지만, 그 이면에는 여전히 정확성 부족, 비의도적 변이 발생, 유전자 절단(DNA double-strand break) 등 치명적인 한계가 존재한다. 이러한 한계를 보완하기 위해 등장한 것이 바로 프라임 에디팅(Prime Editing)이다. 이 기술은 기존 CRISPR 시스템을 기반으로 하면서도, DNA 가닥을 절단하지 않고 보다 정밀하게 염기서열을 교정할 수 있는 차세대 편집 도구로 주목받고 있다.

프라임 에디팅의 작동 원리: 자르지 않고 고친다

프라임 에디팅은 CRISPR-Cas9과 유사한 메커니즘을 사용하지만, 핵심적으로는 ‘절단’이 아닌 ‘교체’를 기반으로 작동한다.
이를 위해 세 가지 주요 요소가 필요하다:

1. Cas9 nickase (nCas9)
   → DNA 이중가닥을 모두 절단하는 일반 Cas9과 달리, 한 가닥만 자를 수 있도록 변형된 단백질
2. 역전사효소(Reverse Transcriptase)
   → RNA 정보를 바탕으로 DNA 염기를 새롭게 합성하는 효소
3. 프라임 가이드 RNA (pegRNA)
   → 타깃 DNA 위치를 지정하면서, 동시에 수정할 유전정보까지 포함한 특수 RNA

이 세 구성 요소가 함께 작동하면, DNA 이중가닥 절단 없이 특정 염기서열을 삽입, 삭제, 혹은 교체할 수 있다. 이는 기존 CRISPR의 off-target effect(비의도적 변이) 문제를 크게 줄이면서, 염기 하나까지도 정밀하게 조작할 수 있는 기반을 제공한다.

 

프라임 에디팅의 기술적 특성 및 장점

 

구분	CRISPR-Cas9	프라임 에디팅
DNA 절단 방식	이중가닥 절단	단일가닥 절단 (nick)
복구 메커니즘	NHEJ, HDR 의존	자체 삽입 RNA 이용
편집 가능 형태	주로 유전자 제거 또는 파괴	염기 교체, 삽입, 삭제 모두 정밀 수행 가능
정확성	오프타깃 발생 가능성 존재	오프타깃 현저히 낮음
필요 보조 요소	Donor DNA, 복잡한 수선 경로	별도 복구 경로 없이 pegRNA 내장 정보 사용

 

 

특히 프라임 에디팅은 기존 방법으로는 수정이 어려웠던 ‘단일 염기 돌연변이’에도 효과적으로 대응할 수 있어, 유전 질환 중 단일 염기 이상(missense mutation)이 원인인 경우에 매우 유망한 치료 플랫폼으로 평가된다.

 

프라임 에디팅의 응용 가능 분야: 희귀 질환부터 암까지

프라임 에디팅은 이미 여러 연구에서 다음과 같은 적용 가능성을 보이고 있다:

• 낭포성 섬유증, 겸상 적혈구 빈혈증 등 특정 염기 이상에 의한 유전 질환 교정
• 암세포 내 돌연변이 유전자 정밀 교정을 통한 항암 전략 개발
• 신경계 질환 모델링을 위한 동물 세포 편집

2021년 Nature Biotechnology에 실린 한 연구에서는 인간 유래 세포주에서 프라임 에디팅을 통해 SNP (단일염기다형성) 교정에 성공했으며, 이는 기존 HDR 기반 CRISPR보다 10배 이상 정확한 편집을 달성했다는 평가를 받았다.

 

프라임 에디팅 현재 기술의 한계와 앞으로의 과제

 

프라임 에디팅은 분명 기대를 모으고 있는 기술이지만, 아직 상용화에는 다음과 같은 과제가 남아 있다:

• 세포 내 전달 효율: 복합적인 단백질·RNA 복합체를 안정적으로 세포 내에 도입하기 어려움
• 편집 효율 문제: 세포 종류나 위치에 따라 편집 성공률이 달라질 수 있음
• 대규모 임상 시험 부족: 현재까지는 주로 실험실 수준의 연구에 한정됨

그럼에도 불구하고, 프라임 에디팅은 기존 유전자 편집 기술의 한계를 넘어서기 위한 매우 강력한 도구로 자리매김하고 있다.

 

정밀성과 안정성을 향한 진화

프라임 에디팅은 유전 정보를 보다 정밀하고 안전하게 수정할 수 있는 ‘3세대 유전자 편집 기술’로 불리며, 생명과학의 새로운 패러다임을 열고 있다. 이 기술이 본격적으로 임상과 산업 현장에 적용되는 날이 머지않았다면, 우리는 더 이상 유전자를 '자르는' 기술이 아니라, '수정하고 재설계하는' 기술의 시대로 나아가고 있는 것이다.

유전자의 문장을 오타 없이 편집하는 기술— 그 가능성과 책임은, 이제 과학자와 사회 전체가 함께 짊어져야 할 몫이다.

 

 

 

 

추가 탐구 주제

• CRISPR-Cas9과 프라임 에디팅의 구조적 차이는 무엇인가?
• 프라임 에디팅이 실제 의료현장에 적용되기 위해 필요한 조건은 무엇일까?