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DNA혁명 크리스퍼 유전자가위   

영상학부 디지털아트전공 조상 

 

 금년3월 작고한 천체물리학자 스티븐 호킹박사는 "유전자 조작으로 초인류가 등장하여 나머지 인류가 도태"될 수 있다고 경고했다. 

 유전자 가위 크리스퍼 카스9(CRISPR-cas9)기술이 개발되면서 원하는 대로 특정 유전자부분을 잘라내거나 새로 붙일수 있는 길이 열렸기 때문이다.

 이런 수퍼휴먼(superhumans)인 초인간이 등장하면, 개선되지 못해 경쟁 상대가 되지 않는 다른 일반인들과의 사이에 큰 정치적 갈등이 벌어져서 유전자 교정을 못한 이들은 멸종 하거나, 중요하지 않은 존재가 될 것이라고 전망했다. 

 이렇듯  뜨거운 이슈가된 유전공학 관련 서적 중  'DNA혁명 크리스퍼 유전자가위'라는 책을 추천한다. 그리고 4차 산업혁명에서 가장 중요한 분야이자 내 작품의 화두이기도 하여 서평에 올린다

 

 

 30여년전 미국 유학 시절 채식주의자였던 나의 관심은 유기농 식품(Organic Food)이었다. 그리고 대학원을 졸업하고 미술작가로 활동하던 뉴욕에서 1994년 처음으로 유전자 변형식품인 GMO를 만났다. 무르지 않는 GM 토마토는 살아있는 복제 인간과 같아서 나에게 경이와 우려를 동시에 가져다 주었다. 이렇게 미술가로서의 나의 생명공학 탐구는 시작되었다.

 1970년대 유전공학과 DNA 재조합 기술의 발달로 세포 복제 기술인 클로닝(Gene Cloning)에 의해 클론(Clone, Colony)이라는 동일한 숙주 세포들이 생겨났다. 클론은 당초 줄기, 가지의 뜻에서 유래했는데 잔가지를 이용해 꺾꽃이를 하는 전통적인 복제 방법을 뜻한다. 한 개의 개체로부터 무성 생식으로 증식한 개체군인 클론은 모세포를 복제한 자식 세포와 동식물, 미생물, 세포까지를 통칭한다. 이렇듯 유전공학의 비약적인 발전은 최근 RISPR(크리스퍼) 유전자 가위의 개발로 인간의 초기 배아를 편집하는 연구까지 허용되는 추세에 이르렀다. 인간을 포함한 많은 생명체의 유전체 프로젝트(genome project)가 완성되면서 생명과학의 시대가 무한히 열린 셈이다.

 ‘DNA 혁명’ / DNA는 생명의 암호다. 



 ‘크리스퍼’(CRISPR)는 ‘Clustered Regulary Interspaced Short Palindromic Repeats’라는 긴 영어의 약어이다. 한국어로는 ‘규칙적인 간격을 갖는 짧은 회문구조 반복단위 배열’이다. 이 크리스퍼를 사용해 DNA를 정확하게 절단하는 가위를 ‘크리스퍼 유전자가위’라고 부른다. DNA는 세포 내부에 들어있는 생명의 암호다. DNA는 당, 인산, 그리고 네 종류의 염기로 구성된 뉴클레오티드(Nucleotide)라는 기본 단위가 결합하여 이루어진 이중나선구조다. 이 뉴클레오티드 또는 염기가 배열된 순서를 서열(sequence)이라고 한다. 하나의 DNA 사슬 속에는 보통 수 백만개의 뉴클레오티드가 들어 있기 때문에 담을 수 있는 정보의 양이 무척많다. 생물이 갖는 모든 염기서열 정보를 유전체라고 한다. 사람의 유전체는 32억여 개의 DNA 염기로 구성되어 염색체 안에 있다. 유전자는 세포가 있는 유전체의 개별 영역이며 행동하고 가능하는 데 필요한 단백질 만드는 방법을 알려준다. 세포는 DNA의 암호화된 정보를 이용해 다른 형태의 분자를 만든다. 처음에는 DNA의 복사본을 RNA라는 일종의 중개자 분자로 만들고, 이들 RNA를 단백질을 만드는데 사용한다.
 초기 유전학자들은 특정한 유전 현상을 이해하기 위해 돌연변이 표현형을 갖는 개체를 선발하거나 인위적으로 돌연변이 표현형을 만드는 방법을 생각했다.

 유전체의 서열을 밝히면서 유전자의 돌연변이를 일으킬 수 있게 되었고, 이로부터 나타나는 표현형을 통해 돌연변이의 효과를 분석하려 했다. 이것이 유전자 편집기술의 시초라 할 수 있다.
 만약 DNA에서 이중가닥 절단이 일어나면 세포는 그 부위를 찾아내야 한다. 세포분열시 자연적으로, 또는 방사선이나 약품 등에 의한 돌연변이 때문에 일어나는 절단이 세포에 해를 거치기 때문이다. 세포는 이때 수리하는 기구를 가져야 한다. 수리되는 기본 경로는 절단 부위 사이에 주변의 서열과 비슷한 DNA 주형을 넣으면 전달 부위에서 재조합되어 그 자리에 새로운 유전정보를 도입하게 된다. 이것은 세포가 이중가닥 절단을 정교하게 수리하는 방식이다. 만약 특정한 곳에서 유전체를 자르는 효소를 디자인한다면 선택한 방식대로 절단된 부위를 복구할 수 있다. 그러나 30억 개의 글자로 이루어진 유전체의 한 부위를 표적하는 효소를 절단하는 것은 오랫동안 쉽지 않았다. 그런데 박테리아는 크리스퍼 유전자가위를 정확하게 사용해 바이러스의 DNA 서열을 표적하고 자른다.  

 
 우리는 이제 크리스퍼 유전자가위를 사용해 실험실에서 인간 DNA를 표적하고 잘라 유전체를 실제로 편집하는 단계에 왔다. sg RNA의 서열을 변화시켜 동일한 핵산분해효소인 Cas9 단백질을 재프로그램하는 식으로 세포 DNA의 어느 부위를 절단할지 결정할 수 있다. 유전체의 특정 부위를 망가뜨리거나 교체할 수 있는 새로운 유전체 공학이 탄생한 것이다.

유전자 가위 기술은 인류의 삶과 미래에 크나큰 영향을 미칠 것인데 유전질환을 치료하고 건강하고 지속가능한 식품을 만드는 응용 분야들이 포함될 것이다.

크리스퍼 유전자가위 기술은 돌연변이 유전자 교정을 통한 체세포 유전자 치료, 자녀의 유전병을 막기위한 배아 및 배우자 세포 돌연변이 유전자 교정, 외래 유전자를 도입하지 않는 식물 유전체 변형, 해충이나 침입종의 멸종과 멸종 동물의 복원 등에 광범위하게 사용될 수 있다.

영어권에서는 Genome Editing(유전자 편집)과 Genome Engineering(유전자 공학) 중에 어떤 표현이 적절한지 논란이 있었다. Genome Editing의 번역을 두고 한국에서는 유전자 ‘변형’이냐 ‘교정’이냐 ‘조작’이냐에 대한 논란이 있다. 유전이라는 생물학적 사실에다가 얼마나 많은 도덕적 가치 판단을 개입시키느냐 문제와 연결되어있다.  

기술을 개발하는 것과 통제하는 것은 분리될 수 없다. 특히 우리를 혼란스럽게 하는 것은 인간의 진화를 좌우할지도 모를 인간 배아의 변형이다. 특히, 생식세포 증강은 아주 논쟁적이다. 플라톤 이후 많은 사람들이 돌연변이와 같은 방법으로 인간 종을 개량하기 원했다. 현재도 인간은 자발적인 우생학의 믿음을 포기하지 않고 있다. 이것은 인간을 바람직한 방향으로 개량하려는 트랜스휴머니즘(Transhumanism, 과학기술을 이용해 정신적, 육체적 능력을 개선하려는 지적, 문화적 운동)과 다르지 않다.  

 크리스퍼 유전자가위는 비자연적 선택과 작위적 돌연변이를 결합해 인류를 재형성하는 위력을 가졌다. 인류의 진화가 우리 손에 있는 것이다. 우리는 자연 진화의 속도와 능력을 뛰어넘는 크리스퍼 유전자 가위라는 도구를 손에 넣었다. 이제 우리 자신의 진화를 꼭 조절해야 하는가 당위의 문제를 질문할때다. 

 금 세계는 질병에 대한 원인규명과 더불어 새로운 치료과학, 즉 유전자 재조합 기술로 유전자 변형 생물(GMO)과 신약의 개발을 인간수명 연장의 열쇠(key)로 활용하려 하고 있다. 이런 합성생물학의 등장과 인공세포의 창조에 따라 생명공학의 윤리적, 과학적 논쟁이 일고 있는 것은 이제 불가피해 보인다. 

 내 작품과 함께 이 책들은 말하고 있다.  

새로운 인류가 출현할 것인가?  

새로운 인류가 출현한다면 이를 어떻게 바라봐야 할것인가?