CRISPR-Cas 시퀀스 모델링을 통한 고기능성 게놈 에디터 설계

유전자 편집 기술은 농업, 생물공학 및 인체 건강 분야에서 근본적인 과제를 해결할 잠재력을 지닌다. 미생물에서 유래한 CRISPR 기반 유전자 편집기는 강력한 도구이지만, 인간 세포와 같은 비자연적 환경으로 이식될 경우 종종 기능적 희생이 발생한다. 인공지능 기반 설계는 진화적 제약을 회피하고 최적의 특성을 갖춘 편집기를 개발할 수 있는 강력한 대안을 제공한다. 본 연구에서는 생물 다양성의 대규모 데이터를 기반으로 훈련된 대규모 언어 모델을 활용하여, 인공지능으로 설계된 프로그래머블 유전자 편집기를 통해 인간 게놈의 정밀 편집을 성공적으로 수행하였다. 이를 위해, 26테라바이트에 달하는 어셈블된 게놈 및 메타게놈 데이터를 체계적으로 탐색하여 100만 개 이상의 CRISPR 오페론 데이터셋을 구축하였다. 본 모델의 능력을 입증하기 위해, 자연계에서 발견된 CRISPR–Cas 가족의 단백질 클러스터 수의 4.8배에 달하는 새로운 단백질 클러스터를 생성하고, Cas9 유사 효소 단백질에 적합한 단일가이드 RNA 서열을 맞춤형으로 설계하였다. 생성된 일부 유전자 편집기들은 SpCas9(대표적 유전자 편집 효소)와 비교해 동등하거나 향상된 활성과 특이성을 보였으며, 시퀀스 기준으로는 SpCas9에서 400개의 변이가 떨어져 있었다. 마지막으로, 인공지능으로 생성된 유전자 편집기인 OpenCRISPR-1이 베이스 편집과 호환됨을 입증하였다. 본 연구는 OpenCRISPR-1을 공개함으로써 연구 및 상용 응용 분야에서 포괄적이고 윤리적인 활용을 촉진하고자 한다.