출처 : BioINwatch(BioIN+Issue+Watch)

장내 박테리아의 유전자를 바로 그 자리(in situ)에서 편집하는 Base editing 시스템

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 24-47

■ 최근 염기 편집기(base editor)를 활용하여 살아있는 마우스의 장 속에 있는 박테리아의 유전자를  그 자리에서 직접(in situ) 편집했다는 연구 결과가 발표

○ 기존에 여러 연구팀이 CRISPR-Cas 편집 시스템을 사용하여 마우스의 장에 있는 유해 박테리아 집단 전체를 사멸시키는 연구결과를 얻었으나,

  - 이번 연구는 특정 유전자만 정밀하게 편집하여 박테리아 집단을 사멸시키기 보다는 유해한 기능만 억제하는 방식을 취하여 장내 미생물 군집 구성에 큰 변화를 일으키지 않음

  - 이를 위해 연구팀은 DNA를 절단 하지 않고 하나의 염기쌍만 바꿔 비교적 안전하다고 평가되는 염기 편집기(base editor)*를 사용

    * 표적 DNA 절단 없이 아데닌(A)을 구아닌(G) 또는 사이토신(C)을 티민(T)으로 단 하나의 염기를 치환

○ 그러나 살아있는 동물 체내에 있는 박테리아를 표적으로 염기 편집기를 전달해야하는 도전과제에 직면

  - 이러한 문제를 극복하기 위해 연구팀은 박테리아를 감염시키는 바이러스인 박테리오파지를 이용

   ※ 지금까지 박테리아를 표적으로 한 염기 편집기는 실험실에서 배양한 박테리아에서 흔히 찾아볼 수 있는 수용체를 통해서만 전달되어 왔음

○ 박테리오파지 λ를 엔지니어링하여 살아있는 마우스의 장 속에 있는 특정 박테리아 집단을 표적화

  - λ 파지가 대장균(E. coli)의 외막 단백질(OmpC)*을 인식하고, 더 잘 결합할 수 있도록 변형

    * 세포 내외로 물질을 이동시키는 통로로, 특정 박테리오파지의 감염 경로로 이용되기도 하고, 특정 항생제의 경우에 OmpC를 통해 세포 내로 들어가기 때문에 OmpC의 발현 수준과 구조 변화는 항생제 감수성에 영향을 미친다고 알려져 있음

< 박테리오파지 λ의 엔지니어링 >

  - 엔지니어링된 λ 파지는 gpJ 키메라*와 STF 키메라**로 변형하여 원래 수용체가 아닌 다른 수용체와 결합할 수 있도록 설계

    * 원래 gpJ는 LamB와 결합하나, 장내와 같이 높은 삼투압 조건에서 발현이 증가하는 OmpC를 인식하여 결합할 수 있도록 변형

   ** 파지가 세포 표면에 더 쉽게 부착할 수 있도록 지원

  - 이는 다양한 세균에 유전자 편집 도구를 전달할 수 있는 유연성을 제공하여 연구 및 치료 목적에 맞게 사용 가능

  - gpH 단백질은 파지가 세균의 외막에 부착한 후, 파지의 DNA가 박테리아 내로 주입되는 과정을 촉진

   ※ 파지 감염 과정에서 필수적인 단계로, gpH는 gpJ 단백질과 협력하여 박테리아의 외막을 뚫고 파지 DNA를 세포질로 전달

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