TED2019
David R. Liu: Can we cure genetic diseases by rewriting DNA?
데이비드 알 류(David R. Liu): DNA를 수정해서 유전 질환을 고칠 수 있을까요?
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생화학자인 데이비드 알 류가 획기적인 과학적 발견에 대하여 강연합니다. 그의 팀은 DNA를 수정할 수 있는 염기편집기를 개발하였습니다. 유전자 편집 과정에서 중요한 이 단계는 크리스퍼의 꿈을 다음 단계로 끌어올리는 것입니다. 크리스퍼 단백질을 특정 DNA 구조를 자를 수 있는 분자 가위라고 한다면 염기 편집기는 DNA 성분 하나 하나를 수정할 수 있는 연필에 비유할 수 있습니다. 이들 분자 기계들이 어떻게 작동하는지, 그리고 유전질환을 치료하는 분야에서 발휘할 잠재력에 대해서 더 알아보시기 바랍니다.
David R. Liu - Chemical biologist
David R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines. Full bio
David R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines. Full bio
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00:13
The most important gift
your mother and father ever gave you
your mother and father ever gave you
0
1286
4031
여러분의 부모님이 물려주신
가장 중요한 선물은
가장 중요한 선물은
00:17
was the two sets
of three billion letters of DNA
of three billion letters of DNA
1
5341
2720
여러분의 유전자를 구성하는
DNA 염기쌍 30억 개입니다.
DNA 염기쌍 30억 개입니다.
00:20
that make up your genome.
2
8085
1564
00:22
But like anything
with three billion components,
with three billion components,
3
10014
2477
하지만 구성품이 30억 개나 되는 것은
다른 것들과 마찬가지로 부서지기 쉽습니다.
다른 것들과 마찬가지로 부서지기 쉽습니다.
00:24
that gift is fragile.
4
12515
1400
00:26
Sunlight, smoking, unhealthy eating,
5
14815
3540
햇빛, 흡연, 건강하지 않은 식단,
00:30
even spontaneous mistakes
made by your cells,
made by your cells,
6
18379
2992
심지어는 세포 자체에서 발생하는
자연스러운 오류조차
자연스러운 오류조차
00:33
all cause changes to your genome.
7
21395
1923
여러분의 유전자에 영향을 미칩니다.
00:36
The most common kind of change in DNA
8
24942
3278
DNA 에 가장 흔하게
영향을 미치는 것은
영향을 미치는 것은
00:40
is the simple swap of one letter,
or base, such as C,
or base, such as C,
9
28244
4229
염기 하나, 예를 들어 C를
00:44
with a different letter,
such as T, G or A.
such as T, G or A.
10
32497
3241
T, G 나 A 같은 다른 염기로
바꾸는 것입니다.
바꾸는 것입니다.
00:48
In any day, the cells in your body
will collectively accumulate
will collectively accumulate
11
36744
3373
언제든 여러분 몸에 있는 세포는
점 돌연변이라고도 부르는
점 돌연변이라고도 부르는
00:52
billions of these single-letter swaps,
which are also called "point mutations."
which are also called "point mutations."
12
40141
4836
이런 단일 염기 변이 수십억개를
집합적으로 축적합니다.
집합적으로 축적합니다.
00:58
Now, most of these
point mutations are harmless.
point mutations are harmless.
13
46147
2531
대부분의 점 돌연변이는 무해합니다.
01:00
But every now and then,
14
48702
1158
하지만 때때로
01:01
a point mutation disrupts
an important capability in a cell
an important capability in a cell
15
49884
3993
한 점 돌연변이가 세포의 중요한 부분에
말썽을 일으키거나
말썽을 일으키거나
01:05
or causes a cell to misbehave
in harmful ways.
in harmful ways.
16
53901
3355
세포가 해로운 방향으로
오작동하도록 만들기도 합니다.
오작동하도록 만들기도 합니다.
01:10
If that mutation were inherited
from your parents
from your parents
17
58099
2999
그런 돌연변이가 여러분 부모로부터
전해 내려온 것이거나
전해 내려온 것이거나
01:13
or occurred early enough
in your development,
in your development,
18
61122
2660
여러분의 임신 초기에 발생한 것이라면
01:15
then the result would be
that many or all of your cells
that many or all of your cells
19
63806
2966
결과적으로 다수의 혹은 모든 세포가
01:18
contain this harmful mutation.
20
66796
1912
그러한 해로운 돌연변이를
포함하고 있을 수 있습니다.
포함하고 있을 수 있습니다.
01:21
And then you would be one
of hundreds of millions of people
of hundreds of millions of people
21
69153
3270
그렇다면 여러분은 유전 질환이 있는
01:24
with a genetic disease,
22
72447
1611
수 억명 중 한 명이 되는 것입니다.
01:26
such as sickle cell anemia or progeria
23
74082
3003
겸상적혈구빈혈증, 조로증,
01:29
or muscular dystrophy
or Tay-Sachs disease.
or Tay-Sachs disease.
24
77109
3121
근위축증이나
테이-삭스증 같은 것입니다.
테이-삭스증 같은 것입니다.
01:34
Grievous genetic diseases
caused by point mutations
caused by point mutations
25
82225
3182
점 돌연변이로 인한 심각한 유전 질환은
01:37
are especially frustrating,
26
85431
1993
큰 좌절감을 줍니다.
01:39
because we often know
the exact single-letter change
the exact single-letter change
27
87448
2904
우리는 어떤 염기때문에
질환이 발생하는지 정확히 알 수 있고
질환이 발생하는지 정확히 알 수 있고
01:42
that causes the disease
and, in theory, could cure the disease.
and, in theory, could cure the disease.
28
90376
4200
이론적으로는 그 병을
치료할 수도 있기 때문입니다.
치료할 수도 있기 때문입니다.
01:47
Millions suffer from sickle cell anemia
29
95268
2849
수 백만 명이 겸상적혈구빈혈증을
앓고 있는데
앓고 있는데
01:50
because they have
a single A to T point mutations
a single A to T point mutations
30
98141
3071
적혈구 유전자 두 개 모두에서
A가 T로 바뀐
A가 T로 바뀐
01:53
in both copies of their hemoglobin gene.
31
101236
2361
점 돌연변이를 갖고 있기 때문입니다.
01:57
And children with progeria
are born with a T
are born with a T
32
105529
3132
조로증이 있는 어린이들은
02:00
at a single position in their genome
33
108685
2168
여러분의 유전자에서는 C의 자리에
T를 갖고 태어났습니다.
T를 갖고 태어났습니다.
02:02
where you have a C,
34
110877
1399
02:05
with the devastating consequence
that these wonderful, bright kids
that these wonderful, bright kids
35
113125
3439
그로 인해서 놀랍고 총명한 아이들이
매우 빨리 노화하여
매우 빨리 노화하여
02:08
age very rapidly and pass away
by about age 14.
by about age 14.
36
116588
3976
불과 14살 정도에 사망하는
불행한 결과를 가져 옵니다.
불행한 결과를 가져 옵니다.
02:14
Throughout the history of medicine,
37
122358
1683
의학의 역사를 통틀어
02:16
we have not had a way
to efficiently correct point mutations
to efficiently correct point mutations
38
124065
3060
살아있는 생명체에서 점 돌연변이를
효과적으로 치료하는 방법,
효과적으로 치료하는 방법,
02:19
in living systems,
39
127149
1769
02:20
to change that disease-causing
T back into a C.
T back into a C.
40
128942
3200
즉 질환을 일으키는 T를 다시
C로 되돌리는 방법은 없었습니다.
C로 되돌리는 방법은 없었습니다.
02:25
Perhaps until now.
41
133482
1968
아마도 지금까지는요.
02:27
Because my laboratory recently succeeded
in developing such a capability,
in developing such a capability,
42
135474
4190
왜냐하면 우리 연구팀이 최근에
그런 기술을 개발하는데 성공했거든요.
그런 기술을 개발하는데 성공했거든요.
02:31
which we call "base editing."
43
139688
1800
그 기술을 "염기편집"이라 부릅니다.
02:35
The story of how we developed base editing
44
143277
2024
염기편집의 개발 역사는
02:37
actually begins three billion years ago.
45
145325
2674
사실 30억 년 전에 시작되었습니다.
02:41
We think of bacteria
as sources of infection,
as sources of infection,
46
149055
2660
우리는 세균을
감염의 원인으로 생각합니다.
감염의 원인으로 생각합니다.
02:43
but bacteria themselves are also
prone to being infected,
prone to being infected,
47
151739
3314
하지만 세균 자신도 쉽게 감염됩니다.
02:47
in particular, by viruses.
48
155077
1907
바로 바이러스에게요.
02:49
So about three billion years ago,
49
157871
2151
약 30억 년 전에
02:52
bacteria evolved a defense mechanism
to fight viral infection.
to fight viral infection.
50
160046
3880
바이러스 감염에 대항하여
세균이 방어 체계를 개발하였습니다.
세균이 방어 체계를 개발하였습니다.
02:57
That defense mechanism
is now better known as CRISPR.
is now better known as CRISPR.
51
165649
2785
그 방어 체계는 "크리스퍼"로
더 잘 알려져 있습니다.
더 잘 알려져 있습니다.
03:01
And the warhead in CRISPR
is this purple protein
is this purple protein
52
169008
2825
크리스퍼의 탄두는
이 보라색 단백질입니다.
이 보라색 단백질입니다.
03:03
that acts like molecular
scissors to cut DNA,
scissors to cut DNA,
53
171857
3778
DNA를 자르는 가위처럼 작동합니다.
03:07
breaking the double helix into two pieces.
54
175659
2428
이중나선을 두 조각으로 자릅니다.
03:11
If CRISPR couldn't distinguish
between bacterial and viral DNA,
between bacterial and viral DNA,
55
179323
3976
만약 크리스퍼가 세균이나 바이러스의
DNA를 구분할 수 없다면
DNA를 구분할 수 없다면
03:15
it wouldn't be a very useful
defense system.
defense system.
56
183323
2239
별로 유용한 방어 체계가
될 수 없었을 것입니다.
될 수 없었을 것입니다.
03:18
But the most amazing feature of CRISPR
57
186315
2785
크리스퍼의 가장 놀라운 점은
03:21
is that the scissors can be
programmed to search for,
programmed to search for,
58
189124
5037
그 가위가 특정한 DNA 순열만을 찾아
03:26
bind to and cut
59
194185
2423
거기에 붙은 다음 자르도록
프로그램되어 있다는 것입니다.
프로그램되어 있다는 것입니다.
03:28
only a specific DNA sequence.
60
196632
2738
03:32
So when a bacterium encounters
a virus for the first time,
a virus for the first time,
61
200911
3397
따라서 세균이 바이러스에
처음 감염되었을 때
처음 감염되었을 때
03:36
it can store a small snippet
of that virus's DNA
of that virus's DNA
62
204332
3373
향후에 감염이 있을 경우
크리스퍼 가위가
크리스퍼 가위가
03:39
for use as a program
to direct the CRISPR scissors
to direct the CRISPR scissors
63
207729
3644
바이러스 DNA 순열을 잘라내게 하는
프로그램으로 사용하기 위해
프로그램으로 사용하기 위해
03:43
to cut that viral DNA sequence
during a future infection.
during a future infection.
64
211397
3536
그 바이러스의 작은 DNA 조각을
저장할 수 있습니다.
저장할 수 있습니다.
03:47
Cutting a virus's DNA messes up
the function of the cut viral gene,
the function of the cut viral gene,
65
215778
4913
바이러스의 DNA를 잘라내면
절단된 바이러스 유전자의
절단된 바이러스 유전자의
03:52
and therefore disrupts
the virus's life cycle.
the virus's life cycle.
66
220715
2702
기능을 방해하여 바이러스의
수명주기를 방해합니다.
수명주기를 방해합니다.
03:58
Remarkable researchers including
Emmanuelle Charpentier, George Church,
Emmanuelle Charpentier, George Church,
67
226059
4801
에마누엘 샤펜티에, 조지 처치,
04:02
Jennifer Doudna and Feng Zhang
68
230884
2653
제니퍼 다우드나, 펑 장 같은
유명한 연구자들은
유명한 연구자들은
04:05
showed six years ago how CRISPR scissors
could be programmed
could be programmed
69
233561
3969
6년 전에 어떻게 크리스퍼 가위를
04:09
to cut DNA sequences of our choosing,
70
237554
2587
세균이 선택한
바이러스의 DNA 순열이 아니라
바이러스의 DNA 순열이 아니라
04:12
including sequences in your genome,
71
240165
2369
여러분의 유전자에 들어있는
순열을 포함해서
순열을 포함해서
04:14
instead of the viral DNA sequences
chosen by bacteria.
chosen by bacteria.
72
242558
3343
우리가 선택한 DNA 순열을 잘라내도록
프로그램할 수 있는지 밝혔습니다.
프로그램할 수 있는지 밝혔습니다.
04:18
But the outcomes are actually similar.
73
246550
2534
그러나 사실 결과는 비슷합니다.
04:21
Cutting a DNA sequence in your genome
74
249606
2468
일반적으로 여러분의 유전자에 들어있는
04:24
also disrupts the function
of the cut gene, typically,
of the cut gene, typically,
75
252098
4127
DNA 순열을 자르는 것은
절단된 자리에
절단된 자리에
04:28
by causing the insertion and deletion
of random mixtures of DNA letters
of random mixtures of DNA letters
76
256997
4467
무작위로 구성된 DNA 순열을 넣거나
뺌으로써 절단된 유전자의 기능을 방해합니다.
뺌으로써 절단된 유전자의 기능을 방해합니다.
04:33
at the cut site.
77
261488
1153
04:36
Now, disrupting genes can be very
useful for some applications.
useful for some applications.
78
264625
3881
그런데 유전자의 기능을 방해하는 것은
때로는 매우 유용합니다.
때로는 매우 유용합니다.
04:42
But for most point mutations
that cause genetic diseases,
that cause genetic diseases,
79
270005
4301
그러나 유전 질환을 유발하는
대부분의 점 돌연변이에서
대부분의 점 돌연변이에서
04:46
simply cutting the already-mutated gene
won't benefit patients,
won't benefit patients,
80
274330
4357
단순히 변이 유전자를 제거하는 것은
환자에게 도움이 되지는 않습니다.
환자에게 도움이 되지는 않습니다.
04:50
because the function of the mutated gene
needs to be restored,
needs to be restored,
81
278711
3968
왜냐하면 변이된 유전자의 기능을
더 방해하는 것이 아니라
더 방해하는 것이 아니라
04:54
not further disrupted.
82
282703
1615
되살려내야 하기 때문입니다.
04:57
So cutting this
already-mutated hemoglobin gene
already-mutated hemoglobin gene
83
285259
2882
따라서 겸상적혈구빈혈증을 일으키는
05:00
that causes sickle cell anemia
84
288165
2523
변이 유전자를 자르는 것은
05:02
won't restore the ability of patients
to make healthy red blood cells.
to make healthy red blood cells.
85
290712
3516
정상적인 적혈구를 만드는
기능을 되살리지는 못합니다.
기능을 되살리지는 못합니다.
05:07
And while we can sometimes introduce
new DNA sequences into cells
new DNA sequences into cells
86
295631
4341
어떤 경우에는 절단 위치 주위에 있는
DNA 순열을 대치하기 위해
DNA 순열을 대치하기 위해
05:11
to replace the DNA sequences
surrounding a cut site,
surrounding a cut site,
87
299996
3421
새로운 DNA 순열을 넣을 수 있지만
05:15
that process, unfortunately, doesn't work
in most types of cells,
in most types of cells,
88
303441
4324
불행히도 그런 프로세스는
대부분 성공적이지 않으며
대부분 성공적이지 않으며
05:19
and the disrupted gene outcomes
still predominate.
still predominate.
89
307789
2441
대부분 손상된 유전자가 발현됩니다.
05:24
Like many scientists,
I've dreamed of a future
I've dreamed of a future
90
312297
2182
대다수 과학자들처럼
저는 인간의 유전 질환을
저는 인간의 유전 질환을
05:26
in which we might be able to treat
or maybe even cure
or maybe even cure
91
314503
2774
치료하고 완치할 수도 있는
미래를 꿈꿉니다.
미래를 꿈꿉니다.
05:29
human genetic diseases.
92
317301
1371
05:31
But I saw the lack of a way
to fix point mutations,
to fix point mutations,
93
319135
3801
하지만 대부분의 인간 유전 질환을
초래하는 점 돌연변이를
초래하는 점 돌연변이를
05:34
which cause most human genetic diseases,
94
322960
3024
해소할 방법이 없었다는 것이
05:38
as a major problem standing in the way.
95
326008
2388
꿈을 이루는데 가장 큰 걸림돌입니다.
05:41
Being a chemist, I began
working with my students
working with my students
96
329434
2668
화학자로서 저는 학생들과
각각의 DNA 염기에 직접 작용하는
각각의 DNA 염기에 직접 작용하는
05:44
to develop ways on performing chemistry
directly on an individual DNA base,
directly on an individual DNA base,
97
332126
4935
화학적 방법을 개발하고
유전 질환을 초래하는 돌연변이를
유전 질환을 초래하는 돌연변이를
05:49
to truly fix, rather than disrupt,
the mutations that cause genetic diseases.
the mutations that cause genetic diseases.
98
337085
5619
방해만 하는 것이 아니라 진정으로
치료하기 위해 연구를 시작했습니다.
치료하기 위해 연구를 시작했습니다.
05:56
The results of our efforts
are molecular machines
are molecular machines
99
344522
2548
그 결과 우리는 "염기편집기"라는
05:59
called "base editors."
100
347094
1388
분자 기계를 만들었습니다.
06:01
Base editors use the programmable
searching mechanism of CRISPR scissors,
searching mechanism of CRISPR scissors,
101
349618
5475
염기편집기는 크리스퍼 가위의
프로그램 가능 탐색능력을 이용합니다.
프로그램 가능 탐색능력을 이용합니다.
06:07
but instead of cutting the DNA,
102
355117
2936
단순히 DNA를 자르는 것이 아니라
06:10
they directly convert
one base to another base
one base to another base
103
358077
2941
다른 유전자를 방해하지 않고
06:13
without disrupting the rest of the gene.
104
361042
2253
한 염기를 다른 염기로
직접 교체합니다.
직접 교체합니다.
06:16
So if you think of naturally occurring
CRISPR proteins as molecular scissors,
CRISPR proteins as molecular scissors,
105
364674
4158
분자 가위로서 자연적으로 발생한
크리스퍼 단백질을 생각해보면
크리스퍼 단백질을 생각해보면
06:20
you can think of base editors as pencils,
106
368856
2786
염기편집기는 DNA염기의
원자를 재배열함으로써
원자를 재배열함으로써
06:23
capable of directly rewriting
one DNA letter into another
one DNA letter into another
107
371666
3496
DNA의 한 글자를 다른 글자로
06:28
by actually rearranging
the atoms of one DNA base
the atoms of one DNA base
108
376098
3803
직접 바꿔쓸 수 있는
연필로 볼 수 있습니다.
연필로 볼 수 있습니다.
06:31
to instead become a different base.
109
379925
2334
다른 염기로 만드는 것을
대신해서 말입니다.
대신해서 말입니다.
06:35
Now, base editors don't exist in nature.
110
383513
2176
자연에는 염기편집기가 없습니다.
06:38
In fact, we engineered
the first base editor, shown here,
the first base editor, shown here,
111
386683
3230
사실 최초의 염기편집기는 보시는 것처럼
06:41
from three separate proteins
112
389937
1357
세 개의 다른 단백질을
이용해서 만들어냈습니다.
이용해서 만들어냈습니다.
06:43
that don't even come
from the same organism.
from the same organism.
113
391318
2230
그 단백질들은 심지어 같은 조직에서
나온 것도 아닙니다.
나온 것도 아닙니다.
06:46
We started by taking CRISPR scissors
and disabling the ability to cut DNA
and disabling the ability to cut DNA
114
394151
5097
크리스퍼 가위에서 DNA 자르기를
정지시키는 것부터 시작했습니다.
정지시키는 것부터 시작했습니다.
06:51
while retaining its ability to search for
and bind a target DNA sequence
and bind a target DNA sequence
115
399272
4539
다만 프로그램된 방법으로
목표 DNA 순열을 찾아서 달라 붙는
목표 DNA 순열을 찾아서 달라 붙는
06:55
in a programmed manner.
116
403835
1534
기능은 유지시켰습니다.
06:58
To those disabled CRISPR
scissors, shown in blue,
scissors, shown in blue,
117
406351
2837
파란색으로 표시한
조작된 크리스퍼 가위에
조작된 크리스퍼 가위에
07:01
we attached a second protein in red,
118
409212
2508
빨간색 단백질을 추가하였습니다.
07:03
which performs a chemical reaction
on the DNA base C,
on the DNA base C,
119
411744
4301
이 단백질은 DNA 염기 C에
화학작용을 하여
화학작용을 하여
07:08
converting it into a base
that behaves like T.
that behaves like T.
120
416069
3333
T처럼 작용하는 염기로 전환시킵니다.
07:12
Third, we had to attach
to the first two proteins
to the first two proteins
121
420958
3142
세 번째로 처음의 두 단백질에
07:16
the protein shown in purple,
122
424124
1350
보라색 단백질을 붙였습니다.
07:17
which protects the edited base
from being removed by the cell.
from being removed by the cell.
123
425498
3600
편집된 염기가 세포에서 제거되지
않도록 보호하는 역할을 합니다.
않도록 보호하는 역할을 합니다.
07:22
The net result is an engineered
three-part protein
three-part protein
124
430466
2842
결과적으로 우리는 세 부분으로 구성된
단백질을 만들었습니다.
단백질을 만들었습니다.
07:25
that for the first time
allows us to convert Cs into Ts
allows us to convert Cs into Ts
125
433332
4118
역사상 처음으로 유전자의
특정한 위치에서 C를 T로
특정한 위치에서 C를 T로
07:29
at specified locations in the genome.
126
437474
2163
전환시킬 수 있게 된 것입니다.
07:33
But even at this point,
our work was only half done.
our work was only half done.
127
441490
3032
하지만 이것은 절반 정도
완성된 것입니다.
완성된 것입니다.
07:36
Because in order to be stable in cells,
128
444546
2626
세포내에서 안정적으로 존재하려면
07:39
the two strands of a DNA double helix
have to form base pairs.
have to form base pairs.
129
447196
3659
DNA 이중나선 두 가닥이 염기쌍을
이루어야 하기 때문입니다.
이루어야 하기 때문입니다.
07:44
And because C only pairs with G,
130
452125
3658
C는 오직 G와 결합하고
07:47
and T only pairs with A,
131
455807
3002
T는 A와만 결합하기 때문에
07:51
simply changing a C to a T
on one DNA strand creates a mismatch,
on one DNA strand creates a mismatch,
132
459752
4846
DNA 한 가닥에서 단순히 C를 T로
전환하면 불일치가 생깁니다.
전환하면 불일치가 생깁니다.
07:56
a disagreement between the two DNA strands
133
464622
2849
DNA 두 가닥에서 불일치가 생기면
07:59
that the cell has to resolve
by deciding which strand to replace.
by deciding which strand to replace.
134
467495
4268
세포는 어느 가닥을 교체할지 정해서
문제를 해결해야 합니다.
문제를 해결해야 합니다.
08:05
We realized that we could further engineer
this three-part protein
this three-part protein
135
473149
4341
이 세 부분으로 된 단백질을
추가로 조작해서
추가로 조작해서
08:10
to flag the nonedited strand
as the one to be replaced
as the one to be replaced
136
478649
3866
편집하지 않은 가닥을 교체하도록
표시하게 만들 수 있음을 발견했습니다.
표시하게 만들 수 있음을 발견했습니다.
08:14
by nicking that strand.
137
482539
1911
08:17
This little nick tricks the cell
138
485276
2529
이 작은 속임수는
08:19
into replacing the nonedited G with an A
139
487829
4947
세포가 가닥을 새로 만들 때
조작하지 않은 G를 A로 바꾸도록 합니다.
조작하지 않은 G를 A로 바꾸도록 합니다.
08:24
as it remakes the nicked strand,
140
492800
2325
08:27
thereby completing the conversion
of what used to be a C-G base pair
of what used to be a C-G base pair
141
495149
4031
전에는 C-G 염기쌍이었던 것을
안정적인 T-A 염기쌍으로
안정적인 T-A 염기쌍으로
08:31
into a stable T-A base pair.
142
499204
2296
전환하는 것을 완료합니다.
08:36
After several years of hard work
143
504585
1551
연구실에서 박사후과정생이었던
08:38
led by a former post doc
in the lab, Alexis Komor,
in the lab, Alexis Komor,
144
506160
3981
알렉시스 코모가 이끈 수 년의 노력끝에
08:42
we succeeded in developing
this first class of base editor,
this first class of base editor,
145
510165
3182
첫 번째 단계의 염기편집기를
개발하는데 성공하였습니다.
개발하는데 성공하였습니다.
08:45
which converts Cs into Ts and Gs into As
146
513371
3666
이것은 우리가 선정한 목표 지점에서
08:49
at targeted positions of our choosing.
147
517061
2159
C를 T로 G를 A로 변환합니다.
08:52
Among the more than 35,000 known
disease-associated point mutations,
disease-associated point mutations,
148
520633
5230
질병과 관련한 것으로 알려진
3만 5천여 개의 점 돌연변이 중에서
3만 5천여 개의 점 돌연변이 중에서
08:57
the two kinds of mutations
that this first base editor can reverse
that this first base editor can reverse
149
525887
3785
이 염기편집기가 되돌릴 수 있는
두 가지 종류의 변이는
두 가지 종류의 변이는
09:01
collectively account for about 14 percent
or 5,000 or so pathogenic point mutations.
or 5,000 or so pathogenic point mutations.
150
529696
6143
약 14%, 5천 가지의 병원성
점 돌연변이에 해당합니다.
점 돌연변이에 해당합니다.
09:08
But correcting the largest fraction
of disease-causing point mutations
of disease-causing point mutations
151
536593
4770
질병을 일으키는 점 돌연변이의
가장 큰 부분을 교정하는 데는
가장 큰 부분을 교정하는 데는
09:13
would require developing
a second class of base editor,
a second class of base editor,
152
541387
3635
두 번째 단계의
염기편집기가 필요합니다.
염기편집기가 필요합니다.
09:17
one that could convert
As into Gs or Ts into Cs.
As into Gs or Ts into Cs.
153
545046
4086
A를 G로 또는 T를 C로
바꿀 수 있는 것입니다.
바꿀 수 있는 것입니다.
09:22
Led by Nicole Gaudelli,
a former post doc in the lab,
a former post doc in the lab,
154
550846
3727
연구실의 박사후과정생이었던
니콜 가델리가 이끈 연구에서
니콜 가델리가 이끈 연구에서
09:26
we set out to develop
this second class of base editor,
this second class of base editor,
155
554597
3122
두 번째 단계의 염기편집기를
개발하기 시작했습니다.
개발하기 시작했습니다.
09:29
which, in theory, could correct up to
almost half of pathogenic point mutations,
almost half of pathogenic point mutations,
156
557743
6127
이론적으로는 병원성 점 돌연변이의
거의 반을 수정할 수 있습니다.
거의 반을 수정할 수 있습니다.
09:35
including that mutation that causes
the rapid-aging disease progeria.
the rapid-aging disease progeria.
157
563894
3911
조로증을 유발하는 변이도 포함합니다.
09:42
We realized that we could
borrow, once again,
borrow, once again,
158
570107
3167
유전자의 올바른 위치에
염기편집기를 보내기 위해
염기편집기를 보내기 위해
09:45
the targeting mechanism of CRISPR scissors
159
573298
4068
크리스퍼 가위의 탐색 기능을
09:49
to bring the new base editor
to the right site in a genome.
to the right site in a genome.
160
577390
5161
한 번 더 이용할 수 있다는
것을 깨달았습니다.
것을 깨달았습니다.
09:55
But we quickly encountered
an incredible problem;
an incredible problem;
161
583543
3092
하지만 곧 어려운 문제에 봉착했습니다.
09:59
namely, there is no protein
162
587896
2428
즉, DNA 에는
10:02
that's known to convert
A into G or T into C
A into G or T into C
163
590348
4052
A를 G로 바꾸거나 T를 C로
바꾸는 것으로 알려진 단백질은
바꾸는 것으로 알려진 단백질은
10:06
in DNA.
164
594424
1161
없다는 것이었습니다.
10:08
Faced with such a serious stumbling block,
165
596760
2166
그런 큰 걸림돌에 부딪히면
10:10
most students would probably
look for another project,
look for another project,
166
598950
2532
학생들은 보통 다른 연구과제를 찾지요.
10:13
if not another research advisor.
167
601506
1740
다른 지도교수를 찾는 게 아니라면요.
10:15
(Laughter)
168
603270
1164
(웃음)
10:16
But Nicole agreed to proceed with a plan
169
604458
1942
하지만 니콜은 과제를 계속하기로 했고
10:18
that seemed wildly ambitious at the time.
170
606424
2667
그때는 매우 야심차게 보였습니다.
10:21
Given the absence
of a naturally occurring protein
of a naturally occurring protein
171
609966
2339
필요한 화학작용을 하는
10:24
that performs the necessary chemistry,
172
612329
2161
자연적인 단백질이 없어서
10:26
we decided we would evolve
our own protein in the laboratory
our own protein in the laboratory
173
614514
3436
A를 G처럼 작용하는 염기로 전환시키는
10:29
to convert A into a base
that behaves like G,
that behaves like G,
174
617974
3835
새로운 단백질을 만들기로 하였습니다.
10:33
starting from a protein
that performs related chemistry on RNA.
that performs related chemistry on RNA.
175
621833
4827
RNA에서 비슷한 작용을 하는
단백질에서부터 시작하였습니다.
단백질에서부터 시작하였습니다.
10:39
We set up a Darwinian
survival-of-the-fittest selection system
survival-of-the-fittest selection system
176
627230
3934
다윈의 적자생존체계를 만들어서
10:43
that explored tens of millions
of protein variants
of protein variants
177
631188
3992
단백질 변종 수 천만 개를 연구하고
10:47
and only allowed those rare variants
178
635204
2018
필요로 하는 화학작용을 수행할 수 있는
10:49
that could perform the necessary
chemistry to survive.
chemistry to survive.
179
637246
3221
희귀한 변종만 살아남도록 했습니다.
10:53
We ended up with a protein shown here,
180
641883
2388
그리고 결국 여기 보이는
이 단백질을 만들어냈습니다.
이 단백질을 만들어냈습니다.
10:56
the first that can convert A in DNA
181
644295
2857
DNA에서 A를 G와 닮은 염기로
10:59
into a base that resembles G.
182
647176
2092
전환시키는 최초의 것입니다.
11:01
And when we attached that protein
183
649292
1603
이 단백질을
11:02
to the disabled CRISPR
scissors, shown in blue,
scissors, shown in blue,
184
650919
2571
여기 기능을 삭제한
파란색 크리스퍼 가위에 붙여서
파란색 크리스퍼 가위에 붙여서
11:05
we produced the second base editor,
185
653514
2008
A를 G로 바꾸는 두 번째 단계의
11:07
which converts As into Gs,
186
655546
3095
염기편집기를 만들어냈습니다.
11:10
and then uses the same
strand-nicking strategy
strand-nicking strategy
187
658665
3841
그리고 세포가
조작된 가닥을 다시 만들 때
조작된 가닥을 다시 만들 때
11:14
that we used in the first base editor
188
662530
1920
편집되지 않은 T를 C로
대체하도록 속이기 위해
대체하도록 속이기 위해
11:16
to trick the cell into replacing
the nonedited T with a C
the nonedited T with a C
189
664474
5465
첫 번째 단계의 염기편집기에서 사용했던
11:21
as it remakes that nicked strand,
190
669963
1675
가닥을 변형시키는 방법을 사용했습니다.
11:23
thereby completing the conversion
of an A-T base pair to a G-C base pair.
of an A-T base pair to a G-C base pair.
191
671662
4171
그렇게 해서 A-T 염기쌍을 G-C
염기쌍으로 전환하는 과정을 완료합니다.
염기쌍으로 전환하는 과정을 완료합니다.
11:28
(Applause)
192
676845
2047
(박수)
11:30
Thank you.
193
678916
1170
감사합니다.
11:32
(Applause)
194
680110
3357
(박수)
11:35
As an academic scientist in the US,
195
683491
2335
학교에 강의하는 과학자로서
11:37
I'm not used to being
interrupted by applause.
interrupted by applause.
196
685850
2147
박수 때문에 강의를 중단하는
경우는 익숙하지 않네요.
경우는 익숙하지 않네요.
11:40
(Laughter)
197
688021
3151
(웃음)
11:43
We developed these
first two classes of base editors
first two classes of base editors
198
691196
4405
이 처음 두 단계의 염기편집기는
11:47
only three years ago
and one and a half years ago.
and one and a half years ago.
199
695625
2774
불과 3년 전 그리고
1년 반 전에 개발하였습니다.
1년 반 전에 개발하였습니다.
11:51
But even in that short time,
200
699267
1548
그 짧은 시간에도
11:52
base editing has become widely used
by the biomedical research community.
by the biomedical research community.
201
700839
3722
염기편집기술은 생물의학
연구학계에 널리 퍼졌습니다.
연구학계에 널리 퍼졌습니다.
11:57
Base editors have been sent
more than 6,000 times
more than 6,000 times
202
705776
4365
염기편집기는 전 세계 1천 명
이상의 연구자들에 의해
이상의 연구자들에 의해
12:02
at the request of more than
1,000 researchers around the globe.
1,000 researchers around the globe.
203
710165
3871
6천 회 이상 사용되었습니다.
12:07
A hundred scientific research papers
have been published already,
have been published already,
204
715475
3516
세균에서 식물, 쥐와
영장류에 이르기까지
영장류에 이르기까지
12:11
using base editors in organisms
ranging from bacteria
ranging from bacteria
205
719015
3728
염기편집기를 이용한 연구논문이
12:14
to plants to mice to primates.
206
722767
2134
이미 백편 가량 출판되었습니다.
12:19
While base editors are too new
207
727950
1607
인간을 대상으로 한 임상시험에
12:21
to have already entered
human clinical trials,
human clinical trials,
208
729581
2885
염기편집기를 사용하기는 아직 이르지만
12:24
scientists have succeeded in achieving
a critical milestone towards that goal
a critical milestone towards that goal
209
732490
5122
사람에게 유전질환을 일으키는
점 돌연변이를 수정하는데
점 돌연변이를 수정하는데
12:29
by using base editors in animals
210
737636
2849
염기편집기를 이용하는 동물실험에서
12:32
to correct point mutations
that cause human genetic diseases.
that cause human genetic diseases.
211
740509
3909
과학자들은 목표를 향한 중대한 이정표에
도달하는데 성공하였습니다.
도달하는데 성공하였습니다.
12:37
For example,
212
745815
1151
예를 들어
12:38
a collaborative team of scientists
led by Luke Koblan and Jon Levy,
led by Luke Koblan and Jon Levy,
213
746990
3793
루크 코블란과 존 리비가 이끌고
12:42
two additional students in my lab,
214
750807
2413
우리 실험실 학생 두 명도
참여하는 팀이
참여하는 팀이
12:45
recently used a virus to deliver
that second base editor
that second base editor
215
753244
4119
최근에 조로증이 있는 쥐에
2단계 편집기를 넣어서
2단계 편집기를 넣어서
12:49
into a mouse with progeria,
216
757387
2190
그 병을 일으키는 T를 C로 바꿔서
12:51
changing that disease-causing
T back into a C
T back into a C
217
759601
3857
DNA, RNA와 단백질 수준에서
12:55
and reversing its consequences
at the DNA, RNA and protein levels.
at the DNA, RNA and protein levels.
218
763482
4106
그 결과를 되돌리기 위해서
바이러스를 이용하였습니다.
바이러스를 이용하였습니다.
13:00
Base editors have also
been used in animals
been used in animals
219
768880
2746
염기편집기는 타이로신혈증,
13:03
to reverse the consequence of tyrosinemia,
220
771650
2924
베타 지중해 빈혈증, 근위축증,
13:07
beta thalassemia, muscular dystrophy,
221
775642
3618
페닐케톤요증, 선천성 난청과
13:11
phenylketonuria, a congenital deafness
222
779284
3690
심혈관 질환의 한 유형을 치료하기 위해
13:14
and a type of cardiovascular disease --
223
782998
1939
수행하는 동물실험에도 쓰였습니다.
13:16
in each case, by directly
correcting a point mutation
correcting a point mutation
224
784961
4862
각 실험에서 질환을 유발하거나 관련된
13:21
that causes or contributes to the disease.
225
789847
2553
점 돌연변이를 직접 수정하였습니다.
13:25
In plants, base editors have been used
226
793688
2056
식물에서는 더 많은 수확을 거두기 위해
13:27
to introduce individual
single DNA letter changes
single DNA letter changes
227
795768
4072
DNA의 한 글자씩을 변경하는 방법으로
13:31
that could lead to better crops.
228
799864
1968
염기편집기를 사용하였습니다.
13:34
And biologists have used base editors
to probe the role of individual letters
to probe the role of individual letters
229
802253
4589
생물학자들은 암과 같은 질병에
연관된 유전자에 들어 있는
연관된 유전자에 들어 있는
13:38
in genes associated
with diseases such as cancer.
with diseases such as cancer.
230
806866
2817
개별 글자의 역할을 이해하기 위해
염기편집기를 이용하였습니다.
염기편집기를 이용하였습니다.
13:43
Two companies I cofounded,
Beam Therapeutics and Pairwise Plants,
Beam Therapeutics and Pairwise Plants,
231
811046
4567
제가 공동설립한 두 회사,
빔 쎄라퓨틱스와 페어와이즈 플랜츠는
빔 쎄라퓨틱스와 페어와이즈 플랜츠는
13:47
are using base editing
to treat human genetic diseases
to treat human genetic diseases
232
815637
3825
인간유전질환치료와 농업기술발전을 위해
13:51
and to improve agriculture.
233
819486
1606
염기편집기술을 사용하고 있습니다.
13:53
All of these applications of base editing
234
821953
1966
이 모든 염기편집기술의 응용은
13:55
have taken place in less
than the past three years:
than the past three years:
235
823943
3094
지난 3년 이내에 일어난 일들입니다.
13:59
on the historical timescale of science,
236
827061
2364
과학역사의 기준으로 보면
14:01
the blink of an eye.
237
829449
1282
눈 깜짝할 시간에 불과합니다.
14:04
Additional work lies ahead
238
832657
1253
염기편집기술이
14:05
before base editing can realize
its full potential
its full potential
239
833934
3032
유전질환이 있는 환자들의 삶을
개선할 그 모든 잠재력을
개선할 그 모든 잠재력을
14:08
to improve the lives of patients
with genetic diseases.
with genetic diseases.
240
836990
3614
완전히 펼치기까지는
앞으로 더 많은 일이 남아 있습니다.
앞으로 더 많은 일이 남아 있습니다.
14:13
While many of these diseases
are thought to be treatable
are thought to be treatable
241
841244
2780
많은 이런 질병들은 조직 세포의
14:16
by correcting the underlying mutation
242
844048
1849
작은 부분에서만이라도
14:17
in even a modest fraction
of cells in an organ,
of cells in an organ,
243
845921
3516
관련된 돌연변이를 수정한다면
치료할 수 있다고 생각됩니다.
치료할 수 있다고 생각됩니다.
14:21
delivering molecular machines
like base editors
like base editors
244
849461
2976
하지만 염기편집기같은 분자기계를
14:24
into cells in a human being
245
852461
1767
인간의 세포에 넣는 일은
쉬운 일이 아닙니다.
쉬운 일이 아닙니다.
14:26
can be challenging.
246
854252
1169
14:28
Co-opting nature's viruses
to deliver base editors
to deliver base editors
247
856962
3373
감기를 걸리게 하는 분자가 아니라
14:32
instead of the molecules
that give you a cold
that give you a cold
248
860359
2198
염기편집기를 넣기 위하여
자연에 있는 바이러스를 고르는 것은
자연에 있는 바이러스를 고르는 것은
14:34
is one of several promising
delivery strategies
delivery strategies
249
862581
2687
성공적이고 희망적인 여러 가지
전달방법 중 하나입니다.
전달방법 중 하나입니다.
14:37
that's been successfully used.
250
865292
1659
14:40
Continuing to develop
new molecular machines
new molecular machines
251
868268
2365
한 염기쌍을 다른 염기쌍으로 전환하는
14:42
that can make all of the remaining ways
252
870657
1868
나머지 경우들을 가능하게 하거나
14:44
to convert one base pair
to another base pair
to another base pair
253
872549
2892
세포내에서 의도하지 않은 위치에
원하지 않는 편집을
원하지 않는 편집을
14:47
and that minimize unwanted editing
at off-target locations in cells
at off-target locations in cells
254
875465
4380
최소화하는 분자기계를 지속적으로
개발하는 것은 매우 중요합니다.
개발하는 것은 매우 중요합니다.
14:51
is very important.
255
879869
1200
14:53
And engaging with other scientists,
doctors, ethicists and governments
doctors, ethicists and governments
256
881782
4706
염기편집기술이 최대한 신중하고 안전하고
14:58
to maximize the likelihood
that base editing is applied thoughtfully,
that base editing is applied thoughtfully,
257
886512
4791
윤리적으로 사용되도록 하기 위해
다른 과학자, 의사,
다른 과학자, 의사,
15:03
safely and ethically,
258
891327
2381
윤리학자, 정부와 협력하는 것은
여전히 중요합니다.
여전히 중요합니다.
15:05
remains a critical obligation.
259
893732
2000
15:09
These challenges notwithstanding,
260
897525
1611
이러한 성과들에도 불구하고
15:11
if you had told me
even just five years ago
even just five years ago
261
899160
3655
만약 여러분이 제게
15:14
that researchers around the globe
262
902839
1651
전 세계의 연구자들이
15:16
would be using laboratory-evolved
molecular machines
molecular machines
263
904514
3539
실험실에서 진화한 분자기계를
15:20
to directly convert
an individual base pair
an individual base pair
264
908077
2997
인간 유전자의 특정 위치에서
15:23
to another base pair
265
911098
1182
개별 염기쌍을 다른 염기쌍으로
15:24
at a specified location
in the human genome
in the human genome
266
912304
2619
효율적이면서도 최소한의 부작용만으로
15:26
efficiently and with a minimum
of other outcomes,
of other outcomes,
267
914947
3825
직접 수정하기 위해 사용할 것이라고
5년전에만 얘기했더라도 저는
15:30
I would have asked you,
268
918796
1168
15:31
"What science-fiction novel
are you reading?"
are you reading?"
269
919988
2474
"무슨 과학소설얘기입니까" 라고
반문했을 것입니다.
반문했을 것입니다.
15:35
Thanks to a relentlessly dedicated
group of students
group of students
270
923706
3460
우리가 무엇을 만들 수 있을지
창의적으로 생각하고
창의적으로 생각하고
15:39
who were creative enough to engineer
what we could design ourselves
what we could design ourselves
271
927190
4460
만들 수 없는 것은 용감하게
진화시켜 나간
진화시켜 나간
15:43
and brave enough
to evolve what we couldn't,
to evolve what we couldn't,
272
931674
2925
지칠 줄 모르고 노력하는 학생들 덕분에
15:46
base editing has begun to transform
that science-fiction-like aspiration
that science-fiction-like aspiration
273
934623
5040
염기편집기술은 과학소설 같은 영감을
15:51
into an exciting new reality,
274
939687
1857
놀라운 새로운 현실로
변화시켜 나아갔습니다.
변화시켜 나아갔습니다.
15:54
one in which the most important gift
we give our children
we give our children
275
942250
3231
우리가 다음 세대에게 줄
가장 중요한 선물은
가장 중요한 선물은
15:57
may not only be
three billion letters of DNA,
three billion letters of DNA,
276
945505
3025
30억 개의 DNA 뿐 아니라
16:00
but also the means to protect
and repair them.
and repair them.
277
948554
3110
그것을 보호하고 수리하는
수단일 것입니다.
수단일 것입니다.
16:04
Thank you.
278
952339
1151
감사합니다.
16:05
(Applause)
279
953514
4502
(박수)
16:10
Thank you.
280
958040
1150
감사합니다.
ABOUT THE SPEAKER
David R. Liu - Chemical biologistDavid R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines.
Why you should listen
During his PhD research at Berkeley, David R. Liu initiated the first general effort to expand the genetic code in living cells. As a professor at Harvard and the Broad Institute, Liu integrates chemistry and evolution to illuminate biology and develop next-generation therapeutics. He has published more than 170 papers and is an inventor on more than 65 issued US patents.
Liu's major research interests include development and use of genome editing technologies to study and treat genetic diseases; the evolution of proteins with novel therapeutic potential; and the discovery of bioactive synthetic molecules using DNA-encoded libraries. Base editing, phage-assisted continuous evolution (PACE) and DNA-encoded libraries are three technologies pioneered in his laboratory that are now widely used in the biomedical sciences. Liu has also cofounded six biotechnology and therapeutics companies, including Editas Medicine, Beam Therapeutics, Pairwise Plants and Exo Therapeutics.
Liu grew up in Riverside, California, where playing with insects in his backyard crystallized his interest in science. He also is passionate about photography and has been banned from playing blackjack at virtually every major casino in Las Vegas after developing a creative and highly advantageous card-counting system.
David R. Liu | Speaker | TED.com