배경: 면역 체계에는 이전에 접한 바이러스를 기억하고 다시 나타날 경우 방어하는 데 도움이 되는 방법이 있다. 놀랍게도 일부 단세포 박테리아도 그렇다.

이 미생물은 파지라고 불리는 박테리아를 감염시키는 바이러스로부터 자신을 보호하기 위해 CRISPR 시스템을 진화시켰다. 박테리아는 바이러스의 DNA 서열 중 일부를 취하여 과거 감염에 대한 기억처럼 자신의 게놈에 추가한다. 그런 다음 RNA로 작성된 바이러스 유전자 서열의 복사본을 포함하는 CRISPR 관련(Cas) 단백질을 생성한다.

그런 다음 Cas 단백질은 박테리아를 순찰하면서 일치하는 DNA 서열을 가진 바이러스가 다시 나타날 때까지 기다린다. 그렇다면 CRISPR 시스템은 바이러스의 DNA를 잘라서 비활성화한다.

과제: 이것이 바로 CRISPR가 자연에서 작동하는 방식이지만 연구자들은 원하는 유전자 서열과 일치하도록 시스템을 프로그래밍하는 방법을 배웠다. 그런 다음 이를 배포하여 질병 치료, 작물 개선 등을 위해 모든 종류의 DNA를 정밀하게 편집할 수 있다.

하지만 CRISPR를 유전자 편집 도구로 최대한 활용하려면 이를 제어할 수 있는 더 나은 방법을 찾아야 한다. 이상적으로는 시스템을 배포한 다음 충분한 셀을 편집한 후(또는 편집이 허용되지 않는 위치에서 편집을 시작하는 경우) 시스템을 끌 수 있기를 원할 것이다.

새로운 항 CRISPR: 오타고 대학과 코펜하겐 대학의 연구원들은 이제 파지가 박테리아의 방어를 우회하도록 진화한 새로운 "항 CRISPR" 시스템을 발견했다.

공동 제1저자인 데이비드 마요-무뇨즈(David Mayo-Muñoz)는 “이것은 진화적인 군비 경쟁과 같다.”라고 말했다. "박테리아에는 CRISPR-Cas가 있으므로 파지는 항-CRISPR을 개발하여 박테리아의 면역 복합체를 차단할 수 있다."

연구자들은 이전에 발견된 항-CRISPR 시스템을 CRISPR 유전자 편집 시스템의 오프 스위치로 사용하는 방법을 찾았지만, 이러한 항-CRISPR는 모두 박테리아의 CRISPR 시스템이 작동하는 것을 방지하기 위해 단백질을 사용했다.

이것은 바이러스가 숙주의 CRISPR 시스템에서 RNA를 모방하는 RNA를 생성하는 최초의 항 CRISPR 시스템이다. 그런 다음 바이러스 RNA는 박테리아의 Cas 단백질에 직접 결합하여 이를 비활성화한다.

“이 분자 모방은 박테리아의 방어와 시스템의 기능을 파괴한다. 그것은 기본적으로 미끼이다.”라고 공동 연구원인 피터 피네란(Peter Fineran)이 말했다.

미래 전망: 연구원들은 단백질 기반 항CRISPR보다 새로운 RNA 기반 항CRISPR을 찾고 사용하는 것이 더 쉬울 것이라고 믿는다. 더 많이 연구할수록 시스템을 사용하여 CRISPR 유전자 편집 기술을 위한 오프 스위치를 개발할 수 있는 능력이 더 높아질 것이다.

이러한 항CRISPR에 대한 연구는 또한 항생제 내성 박테리아로 인한 감염을 죽이기 위해 사람에게 해롭지 않은 바이러스를 사용하는 새로운 파지 치료법을 만드는 데 도움이 될 수 있다.

연구원 라파엘 피닐라-레돈도는 네이처 팟캐스트에서 "파지에 항-CRISPR 전략을 장착할 수 있다면 박테리아 개체군을 장악하고 불쾌한 벌레를 죽이는 데 더 효과적일 것이다."고 말했다.