자연 과학세포의 반란

지은이 : 장기랑

미래 사회의 청사진을 보여주는 최첨단 과학 리포트

우주의 크기는 얼마나 될까?
세계에서 가장 깊은 바다 마리아나 해구에는 어떤 생물체가 살까?
복제 시대에는 나와 똑같은 인간이 과연 탄생할 수 있을까?

이 질문들은 언뜻 단순해 보이지만 대답하기는 쉽지 않다. 이 질문에 답하는 것 자체가 이미 첨단 과학의 영역으로 넘어가는 길목이기 때문이다. 과학의 발전은 점점 더 단순한 질문에 실증적인 해답을 만들어간다. 그리고 일상에서는 아직 생소한 새로운 개념으로 미래 세계에 대한 청사진을 그려간다.

그렇다면 최첨단에서 연구하는 과학자들이 그려가고 있는 미래 사회는 어떤 모습일까? 이 시리즈 속에 담겨 있는 세계적인 과학자들의 이야기를 듣고 나면 우리가 상상하지도 못한 엄청난 변화가 머지않은 미래에 현실화될 수 있다는 것을 실감할 수 있다.
우리 행성계와 비슷한 행성계가 우리은하 내에서 새롭게 발견될 수도 있고, 우리의 기술로 찍은 신비로운 심해 생물의 생태계를 아이맥스 영화관에서 관람할 수도 있다. 또한 당뇨병으로 고생하는 이들이 인슐린 분비세포를 이식받아 근본적인 치료가 가능해질 수도 있다.

이 시리즈는 ‘우주’ ‘심해’ ‘세포’ 분야의 세계적인 과학자들이 열정적으로 헌신하고 있는 그들의 최신 연구 성과들을 아주 쉬운 언어로 일반인들에게 이야기하듯 설명하고 있다. 때문에 과학을 잘 모르는 청소년들이나 일반인들도 과학의 현장에서 무슨 일이 벌어지고 있는지, 무엇이 가장 긴급한 해결 과제인지를 어렵지 않게 이해할 수 있다. 따라서 이 시리즈는 과학의 각 분야를 알기 쉽게 풀어 쓴 개론서라기보다는 미래 과학을 한 걸음 앞서 체험할 수 있는 일종의 최첨단 과학 리포트라고 할 수 있다.

이번에 출간된 책은 우주의 시작과 종말의 신비를 풀어가는 『우주 그 끝은 어디인가』, 심해 생명체들의 놀라운 생태계를 파헤치는 『심해 생명체의 비밀』, 세포 치료와 복제 연구의 현 단계를 보여주는 『세포의 반란』 등 총 3권이다.

이 시리즈는 2003년 KBS 특별기획 <사이언스21>을 원작으로, 시청자들로부터 가장 큰 호응을 얻었던 1차분을 책으로 출간한 것이다. 책으로 만드는 과정에서 시간 관계상 방송되지 못했던 중요한 인터뷰들을 최대한 되살리고, 생략될 수밖에 없었던 보충 설명들을 덧붙여 내용에 충실을 기했다. 또한 각 분야의 전문가들로부터 감수를 받아 내용의 전문성을 보완하기도 했다.

특히 이 책이 출간되기 전 서울과학고등학교 1학년 학생들에게 이 책에 대한 베타 테스트를 실시하여 이 책의 주요 독자라 할 수 있는 청소년들이 이 책에서 얻고자 하는 것이 무엇인지를 파악하고 최대한 이를 반영하고자 했다. 어려운 설명들은 도표를 곁들여 이해를 쉽게 했으며, 흐름과 순서를 다시 잡기도 했다. 이 과정에서 이 시리즈들이 너무 쉽지 않으면서 또한 너무 어렵지도 않기 때문에 평소 관심이 있었던 분야에 대해 구체적인 궁금증을 풀 수 있었다는 평가를 받기도 했다.

눈에 보이지도 않는 작은 세포가 거대한 반란을 예고한다!
 
“1996년 세계 최초로 복제양 돌리를 탄생시킨 영국의 이언 윌머트 박사가 이번에는 천재 물리학자 스티븐 호킹을 구하기 위해 인간배아복제를 하겠다고 나섰다.”

불과 며칠 전 신문을 요란하게 장식했던 기사다. 인간배아복제가 현실로 다가왔음을 상기시켜주는 사건이었지만 복제는 비단 어제 오늘 일이 아니다. 생명과학 관련 뉴스에서 가장 많이 다루로 있는 것이 바로 ‘복제’이기 때문이다. 그러나 복제라는 말을 거부감 없이 받아들이는 사람이라도 복제양 돌리 이후 윌머트 박사가 인간배아복제 연구에 나섰다는 것이 얼마나 의미심장한 것인지를 단박에 파악하기는 어렵다. 그만큼 복제는 쉽게 이야기하긴 해도 그것이 갖는 함의는 생명윤리의 문제나 복잡한 과학적 기술 등의 문제와 얽혀 충분히 드러나지 못했다고 할 수 있다.
이번에 출간된 <사이언스21 시리즈> 세 번째 권 『세포의 반란』은 왜 세포 치료가 기적의 치료법으로 인식되고 있는지, 체세포 클론이 가져다준 근본적인 혁명은 무엇인지, 이미 멸종한 동물들을 되살리는 것이 현실적으로 가능한지, 배아줄기세포의 의학적 가능성은 어디까지인지, 복제동물이 왜 일찍 늙는지 등 우리가 평소 단편적으로만 알고 있었던 사실들을 아주 쉽고 자세하게 설명해주고 있다. 또한 실제로 연구실에서 이루어지는 복제 과정이나 줄기세포를 이용한 세포 치료같이 상세한 설명이 필요한 부분은 일러스트를 이용하여 이해를 돕고 있다.

 
생명과학계의 판도를 결정할 황금 열쇠로 떠오른 생명복제
 
과학자들은 왜 체세포를 통한 복제동물의 탄생에 경쟁적으로 매달리고 있는 것일까? 그 이유는 똑같은 동물을 만들어보려는 과학자들의 호기심 때문은 아니다. 멸종 위기에 놓인 희귀종을 보존하는 방법으로 쓰기 위해서이고, 궁극적으로는 인간의 삶의 질을 높이기 위한 중요한 방법이 될 수 있기 때문이다.
서울대 황우석 박사는 생명복제의 열쇠를 쥐는 나라가 세계 생명과학․기술계의 판도를 결정할 것이라고 말한다. 그만큼 어느 나라를 막론하고 복제 기술의 성공에 거는 기대는 크다. 그러나 아직까지 기술적인 문제 외에도 배아줄기세포를 이용한 복제에서 가장 문제가 되는 것은 윤리적인 논란을 피할 수 없다는 것이라고 과학자들은 말한다. 배아줄기세포를 추출하려면 착상 전 단계의 배아를 파괴해야 하기 때문이다.
2002년 미국 부시 대통령이 이미 배아를 파괴해 줄기세포를 추출해서 배양한 60여 가지 배아줄기세포주의 연구에 대해서만 재정적인 지원을 하겠다고 밝힌 것도 이를 잘 반영해준다. 줄기세포 연구의 중요성을 인정하면서도 종교계의 반발을 피할 수 없었던 것이다. 이 때문에 지금까지 연구된 60여 가지의 배아줄기세포주는 그 자체가 특허의 대상일 뿐만 아니라 고가에 거래되는 귀중한 생물자원으로 꼽힌다.
 
 
세포 치료와 복제 연구로 새로운 미래를 예고하는 세계적인 과학자들
 
2004년 2월 서울대 황우석․문신용 교수팀은 세계 최초로 인간 배아줄기세포를 배양하는 데 성공해 전 세계를 놀라게 했다. 하지만 배아줄기세포에 대한 국민적인 관심이 높아지면서 유전자 조작과 인간복제 가능성에 대한 우려의 목소리도 한층 높아졌다.
우리는 과연 100명의 아인슈타인을 만드는 것이 가능할까?
미래에 거대한 변화를 예고하는 복제시대의 개막은 우리에게 어떤 선택을 요구하는가?눈에 보이지도 않는 작은 세포의 반란이 어디서 어떻게 시작되고 있는지, 세계적인 과학자들의 생생한 연구 현장을 찾아갔다.
 
생명복제는 많은 숙제를 안고 있는, 겹겹이 둘러싸인 ‘철조망 속의 보물창고’이다. 그러나 다칠까 봐 접근마저 주저할 수는 없다. 한 겹씩 걷어내고 치우다 보면 언젠가는 문고리를 쥘 수 있고, 그 안에는 인류사회를 풍요롭게 할 수 있는 다양한 보물이 들어 있다.
-황우석(서울대 수의대 수의학과 교수)
 
이미 자라버린 세포를 사용한 복제의 성공은 과학적 충격이며 생물학적 개념의 변화다. 이제 세포가 한 방향으로만 자란다는 믿음을 버려야 한다.
-제리 양(코네티컷 대학교 교수)
 
돌리는 소중한 업적이다. 복제는 절대 안 된다는 원칙이 이제는 복제를 할 수 있다로 바뀌었기 때문이다. 이제 다음 도전은 돌리가 가능했던 이유를 밝혀내는 것이다. 복제는 사라지지 않을 것이다. 복제의 가장 큰 힘은 질병을 극복하기 위한 의학을 목적으로 이용된다는 것이다.
-호세 시벨리(미시간 주립대학교 동물학 교수)
 
최종적으로 만들어지는 복제 배아는 동일한 체세포의 유전자가 이식되는 것이긴 하지만 난자의 세포질에 존재하는 미토콘드리아의 유전자는 모두 제거되는 양이 다르므로 100% 동일할 수는 없다. 그러므로 100명의 히틀러나 100명의 아인슈타인을 복제하는 것은 불가능하다.
-문신용(서울대 의대 산부인과 교수)
 
면역 격리막의 연구가 성공하면 면역억제제가 필요 없게 되므로 당뇨병으로 고생하는 사람들에게 복음과도 같은 기적의 치료법이 개발될 가능성이 생긴다.
-이노우에 가츠모토(교토 대학교 NOPO재생의료추진센터 교수)
 
세포만 살아 있다면, 멸종 동물을 복제하는 일이 가능하다고 믿는다. 내가 이루고 싶은 마지막 꿈은 시베리아 동토에 얼어 있는 맘모스를 복제를 통해 되살리는 일이다.
-스즈키 가츠유키(야마구치 대학교 교수)
 
 
책 속으로
 
세포 치료법은 과연 기적을 가져다줄 수 있을까?
 
국민적 히트곡 <꿍따리 샤바라>로 인기를 독차지했던 남성 그룹 클론의 멤버 강원래는 무대 위에서 강렬한 춤으로 건강한 남성미를 상징했다. 그러나 2000년 11월 9일 그의 인생은 완전히 달라졌다. 이날 불의의 교통사고를 당해 오랜 의식불명 상태에서 깨어났지만 사고의 충격으로 척수신경세포가 손상된 것이다. 그것은 하반신 마비로 평생 휠체어에 몸을 의지해 살아야 한다는 뜻이었다. 다시는 무대 위에서 춤출 수 없다는 것을 잘 알지만 그는 새로운 치료법에 대한 희망을 포기하지 않는다.
1960~70년대 수많은 전설을 탄생시켰던 무하마드 알리, 그러나 20여 년 뒤인 1996년 애틀랜타 올림픽에서 세계인의 이목을 집중시켰던 성화 봉송의 마지막 주자 알리는 겨우 몇 미터를 힘겹게 걸어가 성화에 불을 붙였다. 전성기 때 링 위에서 나비처럼 날아서 벌처럼 쏘았던 모습은 도저히 찾을 수가 없었다. 그는 신경세포가 차츰 죽어가면서 온몸이 서서히 굳어가는 파킨슨병과 싸우고 있었던 것이다.
이처럼 불의의 사고나 갑작스럽게 찾아온 난치병으로 병마와 싸우는 사람은 강원래나 무하마드 알리처럼 언젠가는 정상인의 삶을 살게 되리라는 희망을 가지고 있다. 그렇다면 알리는 다시 사각의 링에 설 수 있을까? 강원래는 다시 무대를 뛰어다니며 열정적으로 춤을 출 수 있을까? 이들은 모두 세포 치료법에 희망을 걸고 있다.
세포 치료법이란 고장 난 세포 대신 건강한 세포를 몸에 넣어서 병을 근본적으로 치료하는 방법이다. 즉, 약물이 아니라 인간의 세포 자체를 질병의 치료에 이용하는 것을 말한다. 백혈병을 치료하는 데 쓰이는 골수이식도 세포 치료법의 한 사례이다.
세계 과학계는 치료에 필요한 세포를 인위적으로 만들어낼 수 있는 가능성을 확인했다. 꿈같은 일이지만, 세포 치료법이 보편적으로 사용될 가능성이 점점 높아지고 있는 것이다. 강원래나 알리가 기대하는 희망의 근거가 바로 여기에 있다.
 
 
 
현실로 다가오고 있는 당뇨병의 완치 가능성
 
합병증이 진전되어 신체 각 부위가 고장을 일으키도록 하는 무서운 병의 대명사 당뇨병. 당뇨병은 인구의 5%가 앓고 있는 국민병이다. 흔한 병이지만 서서히 죽음에 이르게 만드는 무서운 병으로 알려져 있는데, 당뇨병으로 오랫동안 고통을 겪어온 환자들은 현재 교토 대학교 NPO재생의료추진센터의 실험 결과에 주목하고 있다.
이곳의 이노우에 가츠모토 교수는 줄기세포를 많은 양의 인슐린을 분비하는 정상적인 세포로 분화시키는 새로운 방법을 찾아냈다. 그렇다면 당뇨병의 정복이 가능해진 것일까? 연구팀은 인슐린 분비세포를 실제로 쥐에게 이식해서 효과가 확인된 최초의 사례로 세계적으로 큰 주목을 받았다. 하지만 임상실험에서 쥐에서 만들어진 인슐린 분비세포는 우연하게도 상당히 분화도가 높은 세포여서 종양화가 전혀 일어나지 않았다고 한다. 사람의 경우는 이런 행운이 따라줄 것인지 확신할 수 없기 때문에 연구팀은 앞으로 10년 이내에 환자를 대상으로 인슐린 분비세포를 이식하는 임상실험을 시작하는 것을 목표로 하고 있는 실정이다.
 
 
고난도의 기술에 도전하는 백두산호랑이 복제
 
서울대 황우석 박사는 이미 자취를 감춘 백두산호랑이를 부활시킬 방법을 고민하고 있다. 백두산호랑이는 1992년에 마지막으로 출현한 이후 최근 북한 지역에서 생포된 세 마리가 지구상에 남아 있는 마지막 백두산호랑이다. 황우석 박사 연구팀은 이 백두산호랑이의 세포 일부를 북측으로부터 전달받아서 복제 연구를 진행하고 있다.
황우석 박사는 멸종 동물의 복제가 다른 동물의 복제보다 훨씬 어려운 과정이라고 설명한다. 한 동물 종에서 몇만 개 이상의 난자가 있어야 복제에 성공할 수 있는데 호랑이는 사람이나 다른 동물처럼 주기적으로 한 번씩 난자가 빠져나오는 자연배란을 하는 동물이 아니라 교미배란을 하는 동물이기 때문에 난자를 구할 수 없는 것이 가장 큰 문제다. 또 대리모 역할을 해줄 수 있는 호랑이를 구할 수 없다는 어려움도 있다. 황우석 박사가 겪는 어려움은 멸종 위기에 처한 동물의 복제가 얼마나 힘든 일인지를 잘 보여준다. 하지만 황우석 박사는 이 프로젝트를 중단하지 않고 있다.
 
 
동물복제의 두 가지 실패 원인을 찾다
 
체세포를 이용한 복제동물의 무한한 가능성이 하나씩 확인되고 있지만 아직도 넘어야 할 장벽이 많다. 현재 과학자들이 맞닥뜨린 문제의 핵심은 동물복제의 실패율이 아주 높다는 점이다. 또 힘들여 체세포 복제수정란을 만들었어도 정상적인 동물과 비교해 유산되거나 기형으로 태어날 확률도 높다.
그렇다면 복제 실패의 원인은 무엇일까. 과학자들은 다음 두 가지를 꼽는다.
첫째, 복제수정란의 DNA에는 필요 없는 특정 유전자의 발현을 막는 꼬리표인 메틸기가 계속 붙어 있기 때문에 유전자가 제 역할을 하지 못한다는 것이다. 그렇기 때문에 수정란이 착상된 후 각각의 신체 부위로 분화하는 과정에서 이상을 일으키게 되어, 복제동물이 정상적으로 태어나는 것을 어렵게 한다.
둘째, 수정란이 제대로 자라는 데 결정적인 역할을 하는 특정 단백질을 만들어내는 ‘악트포’라는 유전자가 제때 발현되지 않기 때문이다. 포유동물 복제 실패의 90%가 악트포 유전자의 결함 때문인 것으로 밝혀지고 있다.
 
 
복제동물의 조로 현상을 밝혀줄 텔로미어의 길이
 
복제동물은 정상 동물보다 빨리 늙는다. 복제동물의 조로 연구는 세포 내 염색체의 끝부분인 텔로미어 연구를 중심으로 이루어졌다. 그 결과 복제동물은 텔로미어의 길이가 정상 동물에 비해 훨씬 짧다는 사실이 밝혀졌다. 세포는 끊임없이 분열하면서 새로운 세포를 만드는데, 텔로미어는 분열 횟수가 거듭되면서 길이가 점점 짧아진다. 최초의 복제동물인 돌리는 평균 수명의 절반인 6년 반을 살고 조로 현상을 보이며 사망했다. 모체의 수명과 합치면 일반적인 수명인 12.5세가 된다. 이에 따라 세포를 제공하는 동물의 나이가 복제동물의 수명에 직결된다는 추측이 가능해지게 되었다.
그러나 이와는 반대되는 연구도 잇따라 발표됐다. 코네티컷 대학교 생명공학연구소에서 형질전환 동물 분야를 맡고 있는 제리 양 박사는 대여섯 살의 복제소의 텔로미어가 오히려 늘어났다는 점을 밝혀냈다. 미국의 ACT사도 같은 해 비슷한 연구 결과를 발표했다.
복제동물의 텔로미어와 조로의 상관성에 관해서는 지금도 과학계 내부에서 논란이 분분하다. 연구자들은 복제동물이 정상적으로 길러지지 않는다는 점을 이해해야 한다고 말한다. 복제동물들은 생의학적 실험 대상이 되어 우리에 갇혀 운동도 하지 않는다. 돌리의 경우도 자유롭게 움직이지 못하고 운동을 하지 못했던 것이 일찍 죽게 된 첫 번째이유로 꼽힌다.