농촌진흥청은 돼지생식기호흡기증후군 감염에 관여하는 유전자 역할을 밝히는 데 활용할 돼지 폐 면역세포주를 개발했다고 밝혔다. 돼지생식기호흡기증후군은 어미돼지의 유산 사산과 새끼돼지의 호흡기 질환 및 폐사를 일으켜 양돈농가에 큰 피해를 주는 질병이다. 돼지생식기호흡기증후군 원인 바이러스는 돼지 폐의 면역세포를 감염시킨다. 이 과정에 어떤 유전자가 관여하는지 알아보려면, 특정 유전자가 작동하지 않도록 제어한 세포와 원래 세포에서 바이러스 감염 정도를 비교해야 한다. 만약 어떤 유전자가 작동하지 않을 때 감염이 줄어든다면, 그 유전자가 감염에 결정적인 영향을 끼친다는 것을 알 수 있는 근거가 된다. 이러한 연구를 하려면 목표 유전자가 작동할 수 없도록 편집할 수 있어야 한다.
기존에는 유전자를 편집할 때 유전자를 자르는 단백질 카스나인과 자를 위치를 안내하는 물질을 세포 안에 함께 넣어야 했다. 이번에 개발한 세포주는 카스나인을 스스로 만들어 위치를 안내하는 물질만 넣으면 유전자를 편집할 수 있도록 했다. 연구진은 이렇게 개발한 세포주가 실제로 유전자 편집에 활용될 수 있는 지 확인했다. 위치를 안내하는 물질을 넣은 결과, 목표 유전자 일부가 잘려 나간 것을 알 수 있었다. 또한, 기존 세포의 주요 특성도 유지되는 것으로 나타나 감염 관련 유전자 역할을 살펴보는 연구에 활용할 가능성을 확인했다. 농촌진흥청 국립축산과학원 동물바이오유전체과 이경태 과장은 이번 연구는 유전자 역할을 확인하는 실험 과정을 줄일 수 있는 세포주를 마련했다는 데 의미가 있다 라며, 앞으로 돼지생식기호흡기증후군 감염과 관련된 유전자 연구에 활용하겠다 라고 밝혔다.
돼지생식기호흡기증후군과 유전자 연구의 배경
돼지생식기호흡기증후군은 양돈농가에 큰 피해를 주는 질병으로 어미돼지의 유산과 사산, 새끼돼지의 호흡기 질환 및 폐사를 유발한다. 원인 바이러스는 돼지 폐의 면역세포를 감염시키며, 감염 과정에 관여하는 유전자를 파악하는 것이 방역과 치료 연구의 핵심 과제로 꼽힌다. 유전자의 역할을 규명하기 위해서는 특정 유전자의 작동을 멈춘 세포와 일반 세포의 바이러스 감염 정도를 대조하는 실험이 필수적이다. 이를 위해 목표 유전자를 정확히 제어할 수 있는 유전자 편집 기술과 그에 적합한 세포 실험 모델의 확보가 선행되어야 했다.
기존의 유전자 편집 방식은 유전자를 절단하는 단백질인 카스나인과 절단 위치를 지시하는 가이드 RNA를 동시에 세포 내부로 주입해야 하는 복잡성이 있었다. 농촌진흥청이 이번에 개발한 돼지 폐 면역세포주는 이러한 한계를 극복하기 위해 설계됐다. 세포주 자체가 카스나인을 스스로 합성해 내기 때문에, 연구자는 절단 위치를 안내하는 물질만 세포에 투입해도 곧바로 유전자를 편집할 수 있는 환경이 조성된다. 연구진은 이 세포주에 안내 물질을 주입하는 실험을 거쳐 실제 목표 유전자의 특정 부위가 원활하게 절단되는 결과를 확인했다.
신규 세포주의 특성과 연구 활용 가능성
이번에 개발된 돼지 폐 면역세포주는 유전자 편집 효율을 높이는 동시에 기존 세포가 지니고 있던 고유의 생물학적 특성을 온전하게 유지하는 것으로 나타났다. 세포의 본래 성질이 변하지 않아야 바이러스 감염 과정에서 나타나는 유전자의 실제 반응을 왜곡 없이 관찰할 수 있기 때문에 이는 연구의 신뢰성을 높이는 핵심 요인이다. 농촌진흥청 연구진은 이러한 검증 과정을 통해 해당 세포주가 감염 관련 유전자의 기능을 규명하는 기초 연구에 매우 적합하다는 점을 입증했다.
연구 과정에서 확인된 세포주의 주요 특징과 실험 관련 지표는 다음과 같다. 기존 방식과 비교했을 때 실험 절차가 간소화되었으며, 바이러스 감염 과정에 개입하는 유전자를 탐색하는 기반이 마련됐다.
| 구분 | 내용 |
|---|---|
| 개발 기관 | 농촌진흥청 국립축산과학원 |
| 대상 질병 | 돼지생식기호흡기증후군 |
| 주요 특징 | 카스나인 자체 생성 폐 면역세포주 |
| 게재 학술지 | 한국산학기술학회논문지 제27권 제1호 |
향후 연구 계획과 학술적 게재 성과
이번 연구 결과는 국내 학술지인 한국산학기술학회논문지 제27권 제1호에 공식 게재되며 학술적 가치를 인정받았다. 농촌진흥청은 이번에 확보한 폐 면역세포주를 바탕으로 후속 연구를 본격적으로 추진할 방침이다. 연구진은 세포주의 유전자를 하나씩 개별적으로 편집한 뒤, 바이러스 감염 양상에 어떠한 변화가 생기는지 면밀하게 추적할 계획이다. 이를 통해 감염에 직접적으로 관여하는 핵심 유전자를 최종 확인하고, 나아가 질병 저항성을 갖춘 우수 품종 개발을 위한 유전자 발굴 연구로 범위를 넓혀갈 예정이다.
농촌진흥청 국립축산과학원 동물바이오유전체과 이경태 과장은 이번 연구는 유전자 역할을 확인하는 실험 과정을 줄일 수 있는 세포주를 마련했다는 데 의미가 있다 라며, 앞으로 돼지생식기호흡기증후군 감염과 관련된 유전자 연구에 활용하겠다 라고 밝혔다.
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