[렌티바이러스] 1편 : 렌티바이러스 벡터의 역사와 구조
유전자를 세포 안으로 안정적으로 전달하고, 오랫동안 발현되도록 하는 건 생명과학 실험에서 아주 중요한 일이에요. 특히 비분열(non-dividing) 세포에도 유전자를 집어넣을 수 있는 벡터는 연구자들에게 아주 유용한 도구죠.
오늘 소개할 렌티바이러스 벡터(lentiviral vector)는 바로 그런 능력을 가진, 오랫동안 사랑받아온 유전자 전달 도구예요.
렌티바이러스 벡터, 어떻게 시작됐을까?
1990년대 초반, 연구자들은 다양한 바이러스를 바탕으로 유전자 전달 시스템을 만들기 시작했어요.
그중에서도 레트로바이러스 기반 벡터가 처음으로 만들어졌는데, 이 벡터는 세포의 유전체에 유전자를 통합할 수 있다는 장점이 있었죠. 문제는 분열 중인 세포에만 감염이 가능하다는 점이었어요.
한편, 아데노바이러스 벡터는 비분열 세포도 감염시킬 수 있었지만, 유전자 발현이 오래 가지 않았어요.
이 두 가지의 장점을 동시에 갖춘 벡터를 만들기 위해 연구자들이 눈을 돌린 게 바로 HIV-1을 기반으로 한 렌티바이러스였어요. HIV는 자연적으로 비분열 세포까지 감염할 수 있다는 특징을 가지고 있었기 때문이죠.
렌티바이러스 벡터의 기본 구성
초기 렌티바이러스 벡터는 3개의 플라스미드를 기반으로 만들어졌어요.
패키징 플라스미드 (Packaging plasmid)
Gag, Pol, Rev 같은 바이러스 필수 단백질들을 코딩하지만, 바이러스 자체를 재조합해 자가복제를 하지 못하도록 일부 유전자가 제거된 상태예요.
외피 플라스미드 (Envelope plasmid)
바이러스가 어떤 세포에 감염할 수 있을지를 결정하는 외피 단백질을 코딩해요. 주로 VSV-G 단백질이 사용돼요.
전달 플라스미드 (Transfer plasmid)
우리가 세포에 전달하고 싶은 유전자(cDNA 또는 shRNA)가 들어 있어요. HIV-1의 LTR(long terminal repeat) 영역으로 감싸져 있어 유전체 통합이 가능해요.
이 세 가지 플라스미드를 293T 세포에 함께 트랜스펙션하면, 이 세포는 렌티바이러스 입자를 만들어내고, 이 입자들은 세포 배양액에 분비되죠. 이걸 수확해서 실험에 사용하는 거예요.
최초의 실험적 성공과 현재까지의 활용
1996년, Naldini 연구팀은 이 렌티바이러스를 이용해 생쥐의 신경세포에 유전자를 주입했고, 그 유전자 발현이 30일 이상 지속된다는 걸 확인했어요. 그때부터 렌티바이러스는 본격적으로 생명과학 연구에 활용되기 시작했어요.
요즘에는 비분열 세포 감염이 필요한 연구나 유전자 발현이 오래 유지돼야 하는 경우, 혹은 넉넉한 유전자 크기(약 8kb까지)를 다뤄야 할 때 렌티바이러스 벡터가 주로 사용돼요. 특히 신경세포, 줄기세포, 난접근 세포주에 적용하기에 아주 적합하죠.
다음 편에서는, 렌티바이러스 벡터의 2세대와 3세대 시스템 차이점, 그리고 안전성과 효율 사이의 균형에 대해 자세히 살펴볼게요. 유전자 전달을 더욱 안전하게 만드는 구조적 변화들을 이해하는 데 도움이 될 거예요.