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서울대 김진수 교수가 개발한 '유전자가위 기술'이 세계 최고 과학전문지 '네이처'의 자매지인 'Nature Methods'로부터 '올해의 기술(Method of the Year 2011)'에 선정됐습니다.

'Nature Methods'는 네이처 출판그룹(NPG)에서 발행하는 생명과학과 화학 분야 최고 권위의 학술지(IF=20.7)로, 매년 한 해 동안 전 세계에서 개발된 실험방법과 기술 중에서 가장 혁신적이고 중요한 것을 선정하여 '올해의 기술'로 소개하고 있습니다.
 
 2011년 'Nature Methods'에 게재된 유전자가위 기술 논문은 총 7편으로, 그 중 서울대 김진수 교수팀이 2편의 논문을 발표했습니다.

유전자가위(zinc finger nuclease, ZFN)는 특정 염기서열을 인식해 절단하도록 고안된 인공 제한효소로, 인간세포를 포함한 모든 동식물세포에서 특정 유전자를 절단해 돌연변이를 일으키거나 교정하는데 사용되는 도구로 최근 생명과학자들 사이에서 주목 받고 있는 신기술입니다.

김진수 교수는 지난 1월 세포 내에 존재하는 유전자의 특정 위치를 선별해 절단하는 유전자가위 대량 합성기술 개발에 성공하였고(Nature Methods, 2011. 1월호), 10월에는 유전자가위를 이용해 특정 유전자에 돌연변이를 일으킨 동식물 세포를 쉽게 선별하는 방법을 개발했습니다(Nature Methods, 2011. 10. 9).

또 최근에는 뒤집어진 혈우병 유전자를 다시 뒤집어서 원상 복구하는 기술을 개발한 바 있다(Genome Research, 2011. 12. 19). 

<관련 글 : 뒤집어진 유전자 원상복구 http://daedeokvalley.tistory.com/262>

<김진수 교수 약력>

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 서울대학교 화학부
 
2. 학력
  1983 - 1987    서울대학교 이학사
  1987 - 1989    서울대학교 이학석사
  1990 - 1994    University of Wisconsin-Madison, Ph.D.
 
3. 경력사항
  1994 - 1997  美 MIT/Howard Hughes Medical Institute, Associate
  1997 - 1999 삼성생명과학연구소, 연구책임자
  1999 - 2005   (주)툴젠 대표이사/연구소장
  2005 - 현재     서울대학교 화학부 조교수/부교수
  2010 - 현재     교과부?연구재단 지정 창의연구단장

4. 전문 분야 정보

수상실적
- 서울대 자연과학 연구상 (2010)
- 교육과학기술부/과학재단 이달의 과학자상 (2004)
- Best Poster Award, Drug Discovery Technology (2001)

<대표 연구논문>
 
1) Kim HJ, Kweon J. et al. and Kim JS (2011) Targeted Chromosomal Duplications and Inversions in the Human Genome Using Zinc Finger Nucleases. Genome Research, in press.
2) Kim H et al. and Kim JS (2011) Surrogate reporters for enrichment of cells with nuclease-induced mutations. Nature Methods 8, 941-943. (Featured in News of the Week, Chemical & Engineering News 89, 11.)
3) Kim S et al. and Kim JS (2011) Preassembled zinc-finger arrays for rapid construction of ZFNs. Nature Methods 8, 7. (Featured in News and Views, Nature Methods 8, 53.)
4)Kim JS, Lee HJ, Carroll D (2010) Genome editing with modularly assembled zinc finger nucleases. Nature Methods 7, 91.
5) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. 28, 445-446.
6) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases. Genome Res. 20, 81-89.
7) Kim HJ, Lee HJ, Kim H, Cho SW and Kim JS (2009) Targeted genome editing with zinc finger nucleases constructed via modular assembly. Genome Res. 19, 1279-1288.
8) Bae, KH et al. and Kim JS (2003) Human zinc fingers as building blocks in the construction of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 275-280. (Featured in News and Views, Nature Biotechnol. 21, 242.)
9) Park, KS et al. and Kim JS (2003) Phenotypic alteration of eukaryotic cells using randomized libraries of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 1208-1214.


<참 고 자 료>
[참고자료 - Nature Methods, 2011. 1월호]

유전자가위 대량 생산기술 개발
- 인간 유전자 2만여 개에 대한 유전자가위 맞춤 제작 가능할 듯 -

□ 연구자 : 김진수 교수 (화학부 유전체공학 창의연구단)

□ 공동 연구자 : 김석중 박사 외 2명

□ 내용 및 의의 :


○ 유전자가위 대량생산 기술의 개발

-유전자가위 기술은 세포 안에 존재하는 유전자를 대상으로 특정 위치만을 인식·절단함으로써 유전자를 교정하거나 제거하는 획기적인 생명공학 신기술임. -하지만 유전자가위를 만드는 과정이 매우 까다롭고 오랜 기간을 요구하여 널리 활용되는데 제약이 있었음. -이번 연구를 통해 개발된 유전자가위 대량생산 기술을 통해 이러한 문제점에 대한 해결책을 제시함.

○ 유전자가위 기술의 다양한 생명공학 및 관련분야에 응용에 큰 도움
-유전자가위 기술의 다양한 생명공학 및 산업분야에 있어서의 효용에 비해 접근성 및 긴 개발 기간의 제약으로 널리 사용 되어오지 못하고 있었음. -이번에 개발된 기술을 이용해 인간 유전자 2 만여 개, 각종 동물, 식물에 존재하는 수만 개의 유전자 각각에 대한 맞춤 유전자가위를 손쉽고 빠르게 만들 수 있게 되었음. -유전자가위는 유전자 및 세포치료제 개발, 농작물, 가축, 어류의 개량 등 다양한 생명공학 분야에 활용될 수 있음.

○ 유전자가위 대량생산 연구결과는 네이처 메쏘드(Nature Methods) 1월호에 게재되었음.

[참고자료 - Nature Methods, 2011. 10. 9]

돌연변이 세포 선별법 개발

□ 연구자 : 김진수 교수 (화학부 유전체공학 창의연구단)

□ 공동 연구자 : 김형범 교수 (한양대학교 의생명공학전문대학원)


□ 내  용 :

   국내 연구진이 유전자가위를 이용해 특정 유전자에 돌연변이를 일으킨 동식물 세포를 손쉽게 선별하는 방법을 세계 최초로 개발했다. 유전자가위는 줄기세포를 비롯한 동식물 세포에 맞춤형 돌연변이를 도입하는데 사용되는 인공 DNA절단효소로서 생명공학의 새로운 도구로 주목 받고 있으나 유전자가위를 사용해 만든 돌연변이 세포와 정상 세포를 구별할 수 없기 때문에 폭 넓은 활용에 제약이 있었다. 서울대 화학부 김진수 교수팀과 한양대 김형범 교수팀은 형광단백질 유전자를 리포터로 활용해서 세포 내 정해진 유전자에 돌연변이가 일어난 세포들을 선별해 내는 방법을 개발했다. 즉 돌연변이를 도입하여 형광단백질이 발현하지 않도록 고안된 대리 유전자와 유전자가위를 동시에 세포에 도입하면 일부 세포에서 유전자가위의 작용으로 돌연변이가 고쳐져서 형광단백질이 발현되는데 이들 세포를 분리하면 세포 내 유전자에도 높은 효율로 돌연변이가 도입되어 있음을 확인하였다(참고사항 그림 참조). 김진수 교수에 의하면 이 방법은 유전자가위를 이용한 유전자치료의 효율을 획기적으로 개선할 수 있으며 줄기세포를 비롯한 모든 동식물 세포에 맞춤형 돌연변이를 도입할 수 있다고 한다. 이 연구결과는 생명공학 분야의 권위 있는 학술지 Nature Methods(저널 임팩트 팩터, 20.7)에 게재되었다.
   유전자가위 기술은 세포 안에 존재하는 유전자를 대상으로 특정 위치만을 인식해 절단함으로써 유전자를 교정하거나 제거하는 새로운 방법으로, 시험관에서 DNA 단편을 조작하는 데 국한되는 기존 유전공학 기술의 단점과 제약을 획기적으로 보완, 극복하는 생명공학 신기술이다. 김형범 교수에 의하면 유전자가위 기술은 에이즈와 같은 바이러스 질환과 여러 유전질환에 활용할 수 있으며 특히 줄기세포를 이용한 세포치료제 개발에 크게 기여할 것이라고 한다.

□ 참고 사항

1. 돌연변이 선별법 개념도


 대리 유전자는 유전자 가위가 작용하기 전에는 적색 형광단백질(RFP)이 발현되고 유전자 가위가 작용한 경우에는 적색 형광단백질(RFP)과 녹색 형광단백질(GFP)이 함께 발현된다. 이 대리 유전자와 유전자가위를 동시에 세포에 전달한 후 적색, 녹색 두 종류의 형광 단백질이 둘 다 발현되는 세포들을 분리하면 세포 내 염색체 상의 특정 유전자(직사각형으로 표시)에도 돌연변이(검정색 점)가 도입되어 있는 맞춤형 돌연변이 세포들을 높은 효율로 선별할 수 있다.    
2. 왜 돌연변이를 일으키나?
  생물학자, 생명공학자, 의과학자들이 돌연변이를 일으키는 이유는 매우 다양하다.
첫째, 유전학자들은 모델 동식물에서 각각의 유전자 기능을 파악하기 위해 유전자를 망가트리고 그 결과를 관찰한다. 이때 유전자가위를 사용해서 특정 유전자에 돌연변이를 유도한다.
둘째, 생명공학자들은 병충해에 강하거나 고부가가치의 농작물, 가축, 어류, 화훼, 애완동물 등을 만들기 위해 특정 유전자에 돌연변이를 도입한다.
셋째, 의과학자들은 질병의 원인이 되는 유전자에 변이를 일으켜 그 질병을 치유하는 세포치료제를 개발하기 위해 유전자가위를 사용한다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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