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연세 의대,유전자 치료를 위한 AI 기반 유전자가위 선별 모델 개발

김형범교수팀,소형 Cas9 대량 검증 통해 유전자가위 효율 최적화 조건 확립

생체 내 유전자 치료를 위한 유전자가위 선별 모델이 개발됐다. 

연세대학교 의과대학 약리학교실 김형범 교수와 서상연 연구원 연구팀은 생체 내 전달에 유리한 소형 유전자가위를 선별할 수 있는 인공지능 기반의 모델을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 메서드’(Nature Methods, IF 47.99)에 게재됐다.

유전자가위는 타깃 DNA를 손쉽게 바꿔줄 수 있는 특성이 있어 유전자 치료 분야에서 널리 사용된다. 현재 유전자 치료 분야에서 가장 많이 사용되는 유전자가위는 박테리아의 한 종류인 화농연쇄상구균에서 발견된 SpCas9이다. 

이러한 유전자가위를 각 신체 부위로 이동시키는 데는 아데노부속바이러스가 많이 사용된다. 아데노부속바이러스는 전달 효율이 높고 면역반응과 세포독성이 낮을 뿐만 아니라 특정 조직이나 세포에 유전자가위를 전달할 수 있기 때문이다. 하지만 SpCas9은 상대적으로 큰 단백질이기 때문에 아데노부속바이러스를 통한 전달이 불리하다. 소형 유전자가위의 경우 크기가 작아 아데노부속바이러스를 통한 전달이 유리하다. 

이러한 이점으로 다양한 연구에서 소형 유전자가위들이 발견·개발돼 왔다. 하지만 실제 임상에서 최적화된 소형 유전자가위를 적용하는데 적절한 가이드라인이 없었다.

연구팀은 소형 유전자가위의 사용에 있어 유용한 가이드를 제시하고자 선별모델을 개발하기 위한 연구를 진행했다. 먼저 다양한 소형 유전자가위 중 유전자 연구에 응용 가능성이 높은 소형 유전자가위(Cas9)들을 선별하고 총 17개의 Cas9의 활성도와 특이도를 수만개의 표적·비표적 DNA에서 측정하고 이를 비교분석했다. 

유전자가위의 활성도는 표적으로 하는 DNA를 얼마나 잘 절단하는지 보여주는 지표이고, 특이도는 해당 유전자가위가 얼마나 부작용(원하지 않는 DNA의 절단)이 적은지를 보여주는 지표이다.

분석 결과, 기존의 널리 사용되고 있던 유전자가위 SpCas9보다 크기는 작으면서 활성도와 특이도가 높은 2개의 소형 Cas9(sRGN3.1, SlugCas9)을 확인했다. SpCas9의 평균 활성도와 특이도는 각각 42%, 0.35인데 반해, sRGN3.1은 각각 58%, 0.63, SlugCas9은 각각 51%, 0.74로 더 높게 나타났다.

이어서 분석 데이터를 바탕으로 인공지능을 이용해 소형 Cas9의 활성도와 특이도를 예측할 수 있는 인공지능 모델‘DeepSmallCas9’을 개발하고 유용성을 검증했다. 

연구팀이 개발한 DeepSmallCas9은 소형 유전자가위의 활성도와 특이도를 동시에 검증할 수 있다. 기존 유전자가위 활성 예측 모델들은 활성도와 특이도 중 하나만을 검증할 수 있어 각각을 다른 모델을 이용해 예측해야하는 번거로움이 있었다. 

해당 모델을 통해 분석을 진행했을 때 실제 임상에서 적용할 수 있는 유전자가위 선별에 유용함을 보여줬다. 

실제 미국 국립생물공학정보센터의 ClinVar 데이터베이스에 공개된 1만 3145개의 우성 단일염기변이에 해당 모델을 적용해 본 결과, 82%(1만 844개) 이상의 돌연변이 DNA를 효율적으로 제거할 수 있는 유전자가위를 선별할 수 있는 것을 확인했다. 

김형범 교수는 “이번 연구를 통해 소형 Cas9 대량 검증을 진행함으로써 기존에 사용되던 유전자가위보다 더 효과적인 소형 유전자가위들을 발견할 수 있었다”면서 “새롭게 개발한 인공지능 기반의 유전자가위 선별 모델 또한 통해 추후 기초연구, 유전자 치료제 개발의 속도와 효율을 높일 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 
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금연보조제 구매 시, 허위·과대광고에 현혹되지 말고 ...의약품·의약외품 표시 확인 후 구입해야 식품의약품안전처(처장 오유경)는 5월 31일 ‘세계 금연의 날’을 계기로 금연을 계획하고 있는 흡연자들을 위해 금연보조제의 올바른 사용방법과 주의사항을 안내한다고 밝혔다. 금연보조제는 금연을 보조할 수 있는 금연보조 의약외품(흡연욕구저하제품, 흡연습관개선제품)과 의약품 등으로 분류되며 각 제품의 종류별 특성, 올바른 사용법 및 주의사항 등은 다음과 같다 금연보조 의약외품은 니코틴이 함유되지 않은 것(연초[잎담배] 함유 제품 제외)으로, 담배의 흡연욕구를 저하시킬 목적으로 사용하는 ‘흡연욕구저하제’와 담배와 유사한 형태로 공기를 흡입하여 흡연 습관 개선에 도움을 줄 목적으로 사용하는 ‘흡연습관개선보조제’로 구분된다. 금연보조 의약품은 체내 니코틴 농도가 낮아지면서 나타나는 흡연욕구와 갈망, 불안·초조, 우울 등 니코틴 금단증상을 완화하여 금연에 도움을 준다. 담배를 대신해 니코틴을 공급하여 흡연 욕구와 금단증상을 줄일 수 있는 일반의약품(주성분: 니코틴)과 니코틴 의존성을 완화해 흡연량을 감소시키는 전문의약품(주성분: 바레니클린, 부프로피온)으로 구분된다. 의약외품 금연보조제는 흡연욕구를 참기 힘들거나 흡연습관 개선이 필요할 때 불을 붙이지 않고 담배 피우듯이

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고려대학교 안암병원 김훈엽 교수, 경구로봇갑상선수술 2천례 돌파 고려대학교 안암병원 갑상선센터 김훈엽 교수가 최근 세계최초로 경구로봇갑상선수술(TORT: TransOral Robotic Thyroidectomy) 2,000례를 돌파하고 기념식을 가졌다. 김훈엽 교수의 2,000례는 세계 최초로 달성된 경구로봇갑상선수술 개인기록이다. 김 교수는 현재까지 경구로봇갑상선수술을 포함하여 약 3천례의 로봇수술을 집도해온 로봇수술의 세계적 명의다. 경구로봇갑상선수술은 입안을 통해 수술용 로봇팔이 갑상선으로 접근하여 절제하는 수술법으로서, 김 교수가 이 수술법의 창시자다. 김 교수는 2016년 세계 최초로 경구로봇갑상선수술을 성공적으로 시행한 이후 지속적인 연구와 임상 적용을 통해 수술의 안정성과 효과를 입증해왔다. 외부에 흉터를 남기지 않고 수술 후 통증과 회복 기간을 최소화하는 가장 발전된 수술법으로 인정받고 있으며 개발 당시부터 세계 의료계에 큰 주목을 받아왔다. 경구로봇갑상선수술은 로봇외과학이나 갑상선수술외과학 등 세계적인 유수의 여러 외과학 교과서에 등재돼 있다. 이 수술법의 우수성이 알려지면서 일본, 중국, 싱가포르, 태국 등 아시아 국가뿐 아니라 미국 존스홉킨스병원, 클리블랜드클리닉, 이탈리아 인수브리아 대학 등 의료선진