박테리아 방어 메커니즘을 활용한 혁신적 유전체 편집 가능성 발견

Seoul과학자들은 박테리아가 자신을 방어하는 방법을 연구하여 유전체 편집을 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 발견했습니다. 이 연구에서는 두 단백질, DdmD와 DdmE가 어떻게 협력하여 플라스미드를 비활성화하는지를 탐구합니다. 플라스미드는 박테리아가 유전 정보를 공유하는 작은 DNA 조각입니다. 이는 박테리아의 진화를 도울 수 있는 반면, 해로울 수도 있습니다.

오하이오 주립대학교 연구진은 극저온 전자현미경을 이용해 방어 기작의 세부적인 부분을 연구했습니다. 이 기작은 DdmE가 가이드 DNA라고 불리는 짧은 DNA 조각에 결합하면서 시작됩니다. 이를 통해 DdmE는 표적 플라스미드를 찾아내어 플라스미드의 이중 나선 중 하나를 열 수 있게 됩니다. 그 후 DdmD는 남은 단일 가닥에 결합하여 두 분자로 나뉘고, 플라스미드를 잘라내어 조각으로 분해합니다.

이 연구의 주요 요소들은 다음과 같습니다:

• 가이드 DNA: 가이드 RNA에 비해 더 안정적이며 합성이 저렴하다.
• DdmD 및 DdmE 단백질: 포유류 세포에 전달할 수 있을 만큼 작다.
• 크라이오 전자 현미경: 이러한 단백질의 기능을 관찰하는 데 필수적이다.
• 피드백 루프: 플라스미드 조각이 가이드 DNA로 계속 기능하는 과정이다.

이 연구는 유전자 편집을 통해 질병 예방 도구 개발에 도움이 될 수 있습니다. 가이드 DNA는 유전체의 특정 부위를 정확하게 겨냥하는 데 사용됩니다. 가이드 RNA를 사용하는 Argonaute 단백질과는 달리, DdmE는 가이드 DNA를 사용하며, 이는 제조가 더 쉽고 더 안정적이며 정밀할 가능성이 있습니다.

CRISPR/Cas9과 같은 유전자 편집 도구는 생물학의 패러다임을 바꾸었지만 몇 가지 단점이 있습니다. 가장 큰 문제 중 하나는 때때로 잘못된 유전체 부분을 편집하는 것입니다. DdmDE 시스템은 가이드 DNA를 사용하여 더 정확하게 목표 지점을 설정할 수 있으며, 이를 통해 이러한 원치 않는 변화를 줄일 수 있습니다.

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과학자들은 이 시스템이 다양한 목적에 어떻게 활용될 수 있는지를 탐구하고 있습니다. 그들은 현재 질병을 유발하는 유전적 결함을 수정하기 위해 이 시스템이 포유류 세포에서 얼마나 잘 작동하는지를 시험하고 있습니다.

플라스미드 DNA 조각은 더 많은 플라스미드의 분해를 유도할 수 있으며, 이는 내재된 방어 메커니즘을 나타냅니다. 이 과정은 숙주의 보호 능력을 강화하며 시간이 지나도 더 일관된 방식으로 작용하게 합니다.

이러한 특성들은 개인 맞춤형 의학 분야의 발전을 이끌 수 있으며, 여기에서는 유전자 편집 기술이 각 개인의 독특한 유전적 특성에 맞춰져, 낭포성 섬유증, 근이영양증, 일부 암과 같은 질병의 치료 결과를 향상시킬 수 있습니다.

국립 보건원의 지원으로, DdmDE 시스템은 유전체 편집을 크게 향상시킬 잠재력이 있습니다. 박테리아가 자신을 방어하는 방식을 연구함으로써, 우리는 인간 건강을 개선하는 새로운 방법을 발견할 수 있을 것이며, 이는 한때 불가능하다고 생각되었던 것입니다.