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유전자 편집도구 CRISPR, 카사바 질병 바이러스 편집 실패해
등록일 : 2019-06-20 15:01 | 최종 승인 : 2019-10-02 17:33
김효은
▲세계 여러 지역에서 카사바가 재배되고 있다(사진=ⓒ게티 이미지)

[메디컬리포트=김효은 기자] 카사바(Cassava)는 그 영양가 때문에 세계적으로 널리 재배되고 있는 1차 농작물이다. 그러나 이 농작물이 농가에 전염병을 유발할 수 있는 특정한 질병에 취약하다는 사실이 밝혀졌다. 한 연구팀은 유전자 편집 도구를 사용해 이 질병을 근절할 수 있는지 조사했지만 이 방법이 심각한 결과를 초래할 수 있다는 사실을 발견했다.

앨버타대학과 벨기에 리에주대학, 스위스 취리히 연방공과대학의 생물학자들은 바이러스 내성인 카사바를 만든 유전자 편집 도구를 조사했다. 그리고 연구 결과, 제한된 조건에서 돌연변이 바이러스가 증식된다는 사실을 확인했다.

카사바 모자이크병

카사바는 아프리카와 아시아, 남미에서 재배하고 있는 매우 중요한 농작물로, 약 10억 명의 인구가 매일 이 작물을 섭취해 칼로리를 얻고 있다. 그리고 세계 여러 지역에서 증가하는 인구를 위해 카사바를 재배하고 있다.

일반적으로, 카사바 농가는 카사바를 재배하기 위해 가뭄과 해충만 조심하면 됐다. 그러나 최근 카사바 모자이크병(cassava mosaic disease, CMD)이 농가를 강타하면서 상황이 악화됐다. 이 질병에 감염된 카사바 재배지는 약 20% 가량 손실을 입게 되기 때문이다.

카사바 모자이크병은 제미니바이러스과(Geminiviridae)에 속한 바이러스로 유발된다. 학자들은 10종의 CMD를 확인할 수 있었지만 한 종은 여전히 조사 중에 있다.

▲카사바를 지나치게 많이 먹거나 잘못 조리하면 부작용이 나타날 수 있다(사진=ⓒ123RF)

카사바 식물이 번식한 이후, CMD에 감염된 식물의 나뭇가지가 어떤 방식으로든 이동하기 시작하면서 CMD가 확산되기 시작했다. 예를 들어, 카사바 나뭇가지를 다른 곳에 옮겨 심게 되면 해당 지역에 바이러스가 자동적으로 확산되는 것이다. CMD 감염으로 인한 손실 정도는 12~82%가량 되며 감염 유형과 카사바 종에 따라 그 편차가 있다.

크리스퍼는 CMD에 효과가 없었다

여러 전문가들이 크리스퍼 카스9(CRISPR-Cas9)이라는 유전자 편집 도구를 사용해 CMD에 내성이 있는 카사바 종을 만들어내길 원했다. 이 실험은 농가와 작물 생산을 위한다는 취지를 가지고 있었지만, 일부 생물학자들은 유전자 편집 기법 사용에 찬성하지 않았다. 크리스퍼가 식물마다 다르게 작용할 수 있다는 것이 이유였다.

"유전자 편집기술이 카사바 모자이크병 바이러스에 선별적 압력을 가해 보다 빠르게 진화하게 하거나 바이러스가 진화할 수 있는 수단을 제공한다는 사실을 알게 됐다. 그리고 그 결과 실험적 개입에 내성이 생긴 바이러스 돌연변이가 만들어졌다"고 선임저자인 드방 메흐타 박사는 설명했다.

결론적으로 말하자면, 연구팀은 카사바를 CMD로부터 보호할 수 있는지 확인하기 위해 유전자 편집 도구인 크리스퍼를 적용했다. 그리고 조작된 카사바가 바이러스 DNA를 잘라내고 부작용에도 내성이 생길 수 있는지 테스트했다. 그러나 조작된 카사바는 긍정적인 결과를 내지 못했고 결과적으로 바이러스에 완전히 감염된 상태가 됐다.

연구팀은 유전자 편집 실험 실패의 메커니즘을 조사하기 위해 모든 카사바 식물에 들어있는 수백 가지 바이러스성 게놈을 염기 서열 분석했다. 그리고 그 결과는 다음과 같다.

- 유전자 편집 도구는 바이러스를 돌연변이 하게 만드는 잠재 요인이라는 사실이 밝혀졌다. 그리고 기능적 개입에도 내성이 생기게 만든다.

- 크리스퍼 사용 결과, 편집된 게놈의 33~48%가 돌연변이 됐고 도구의 절단 효과에 내성이 생겼다.

- 연구에 사용된 담배식물 (Nicotiana benthamiana) 모델은 야생종 바이러스가 존재할 경우 돌연변이가 발생했다. 이 식물은 담배과에 속하며 새로운 접근법 복제에 활용되고 있다.

연구팀은 식물의 바이러스 내성 연구에 같은 편집 도구를 사용하고 있는 학자들에게 이번 연구 결과를 제공했다. 그리고 유사한 바이러스성 돌연변이가 나타나는지 테스트해볼 것을 촉구했다.

카사바의 영양 정보

나이지리아는 2017년 기준 카사바 재배 1위 국가로써 5,900만 톤 이상을 생산했다. 그리고 그 다음으로 카사바를 많이 생산한 국가는 콩고민주공화국으로써 3,100만 톤을 생산했다.

카사바는 섭취량과 조리 방법에 따라 장점과 단점이 있다. 먼저, 삶은 카사바 100g 당 112칼로리를 낸다.

그리고 삶은 카사바 100g에는 탄수화물 27g이 함유돼 있다. 그 외에, 식이섬유와 티아민, 인, 칼슘, 리보플라빈이 적량 들어있으며 다음으로 비타민C와 철, 니아신이 소량 들어있다. 카사바에 들어있는 비타민과 무기질은 극소량이지만, 일반적인 영양가는 뛰어난 편이다.

한편, 카사바를 지나치게 많이 섭취하거나 부적절한 방법으로 조리해 먹을 경우 부작용이 발생한다. 조리하지 않는 카사바를 먹게 되면 발암물질인 시안배당체(cyanogenic glycoside)가 체내에 시안화물을 배출하게 된다. 즉, 위험을 줄이기 위해서는 반드시 조리해서 섭취해야 한다는 의미다.

그리고 조리했다고 해도 지나친 양을 먹게 되면 시안화물에 중독될 가능성이 높아진다. 그리고 그 결과 갑상선과 신경이 손상된다.

[메디컬리포트=김효은 기자]

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