유전자 공학의 과거/현재/미래

1. 서론

유전자 공학은 1972년에 시작되었다. 유전학자 허버트 보이어는 세포의 특정 부위에서 DNA를 얇게 잘라내는 ‘제한 효소’(DNA의 염기배열을 식별하고 이중사슬을 절단하는 핵산분해효소의 하나)를 발견했고 이를 통해 특정 유전자를 구분해 적출해 낼 수 있었다. 유전학자 스탠리 코헨은 그 유전자를 세균으로 옮기는 기술을 연구하고 있었고 이들은 서로의 연구를 결합하여 1973년 사람의 장내에 상주하는 대장균에 새 유전자를 삽입하는데 성공한다. 이를 통해 유전공학이란 분야가 태어났다. 이 유전공학은 신의 설계도에 메스를 들이밀었다는 평가에 걸맞게 그 이용방법에 따라 무한한 가능성을 내포한 핵심 연구분야라 할 수 있다.

이 글에서는 이러한 유전공학을 그 쓰임새에 따라 3가지 분야로 나누어 간단히 정리하였으며, 마지막으로 그러한 각가지 분야에서 유전공학이 내포한 결함과 폐해를 설명하고자 한다. 글의 목적 상 이 과정에서 윤리적인 접근은 모두 배제하였으며 오로지 유전자 공학의 다양한 쓰임새와 실익, 그리고 통제불가능한 위험성을 가지고 이야기해 보고자 한다.

2. 본론

2.1. 농업생명공학

바이러스를 이용해 동식물에 새로운 외래 유전자를 삽입하는 연구를 통해 과학자들은 1980년대 후반에 이르기까지 수십종에 달하는 동식물의 유전자를 변이시킨다. 어둠 속에서 빛을 발하는 담배 잎, 냉해에도 얼어 죽지 않는 토마토, 살충제가 닿아도 시들지 않는 옥수수 등이 만들어졌다.

이 와중에 유전자 재조합 농산물(GMO: Genetically Modified Organisms)을 통해 세계의 식량난을 해소시킬 수 있다는 희망섞인 주장이 많은 이들에게 관심을 불러 일으켰고, 실제로 GMO 재배를 통해 보다 적은 노동력과 생산비용으로 수확량을 증대시킬 수 있었다. 여기에 멈추지 않고 특정 영양성분을 강화한다거나 저장성을 극대화시키는 등 지속적인 종자 개량이 계속되고 있으며 더욱 실용적이고 생존에 뛰어난 농산물을 만들어 나가고 있다.

이러한 성과는 유전자재조합 기술을 바탕으로 얻어졌다. 이 원리는 간단하다. 먼저 목적으로 하는 DNA에서 필요한 부분을 효소로 자른다. 이를 A라고 가정한다. 그리고 다른 생명체의 체내에 들어 있는 고리 모양의 DNA를 꺼낸다. 이 DNA에서 A를 끼울 부분을 제한효소로 잘라 만든다. 그리고 이 빈자리에 A를 끼워넣는다. 그리고 연결부위를 효소로 접합한다.

이와 같은 방식으로 만들어 지는 종자는 자연계에 존재하는 종래의 식물과는 근본적으로 다르다 할 수 있다. 예를 들자면 농작물의 개량은 오래 전부터 이루어져 왔다. 전통적인 육종 기술을 통해 작물들을 서로 교잡시켜 오랜 세월 동안 조금씩 개량해 온 식이다. 하지만 생명 공학적 기법은 계절과 환경의 제약을 받지 않으며 ‘종의 벽’이라는 자연의 섭리를 깨고 인간과 물고기, 곤충 등 어떠한 종류의 생물체끼리도 다른 생물의 세포에 도입할 수가 있게 되었다.

현재는 형질전환 작물(GMO)은 전세계적으로 1억 200만 헥타르의 면적에 심어지고 있으며(ISAAA, 2006) 그 부산물은 미국에서 판매되는 가공식품의 70% 가량에서 발견된다. 2003년 미국은 1998년 이래 유럽연합 회원국의 GM 곡물 수입을 대부분 효과적으로 막고 있는 규제를 뒤엎기 위하여 WTO에 유럽연합을 제소하였고 농업생명공학은 현대 정치경제의 가장 첨예한 투쟁 속에서 중심무대에 올라서게 되었다.¹

또한 유전자 코드로 대박을 터트리려는 경주가 1988년부터 지금까지 계속되어 오는 와중에 점차 과학과 상업이 결탁하기 시작했고 기존의 모든 분자생물학자들은 직·간접적으로 산업체와 관계를 맺게 된다. 유전자 조작기술을 연구하는 과학자들은 이윤창출과 연관하여 자기검열을 시작하였고, 80년대부터 수많은 소규모 생명공학기업이 사라지기 시작하면서 지금은 몬산토와 같은 극소수의 거대기업들이 농업과 식품에서부터 보건과 생식기술에 이르기까지, 다시 말해 인간 삶의 모든 부분을 떠받쳐 주는 시스템을 통제하게 되었다.

2.2 생명 연장/ 유전자 치료

앤더슨과 동료 연구진은 농업생명공학에 대한 연구가 인간에게도 똑같이 통할 것이라 추정했고, 특정 유전자가 결핍된 환자라면 바로 그 유전자를 주입하여 치료할 수 있다고 생각하였다. 유전자 치료법이 의도하는 것은 골수 이식과 비슷하나, 유전자 치료는 골수 이식과 달리 거부 반응을 일으키지 않는다. 90년대 초에 아샨티라는 환자를 이를 통해 치료한 것을 시작으로 유전자 치료법을 연구하는 학자들이 늘어났고, 이를 통해 질병 치료 혹은 인간의 능력 향상 등을 목적으로 사용하는 연구가 시작되었다.²

유전자 요법은 유전자를 삽입하는 대상에 따라 체세포 유전자 요법과 생식세포 유전자 요법으로 나뉜다. 체세포 유전자 요법은 근육세포·간세포·혈관·내피세포 등의 체세포에 정상 유전인자를 넣고 배양한 후 사람에게 다시 주입하는 것이다. 체세포 유전자 요법은, 체세포가 대개 수명이 짧고 세포분열이 잘 일어나지 않으므로 치료 효과가 영구적이지 않으나 생식세포 유전자 요법은 치료 효과가 영구적이며 자손들에게도 유전된다.³ 즉 유전자 요법은 기존 치료법에 비할 수 없는 혁명적인 치료라 할 수 있다.

현재 개발된 여러 기술엔 PGD, 착상 전 유전자 진단법이 있다. PGD는 부부의 난자와 정자를 체외수정해서 얻은 수정란을 여성의 자궁에서 키우기 전에 미리 유전자 정보를 검사하는 기술이다. 이를 통해 체외수정을 통해 얻은 여러 개의 수정란에서 만들어진 배아의 DNA를 분석하여, 태아가 어떤 유전병이나 형질을 타고날 것인지 예측한다. 유전병을 대물림할 위험이 큰 이들에게는 꼭 필요한 기술일 것이다.

운동 능력을 높이는 유전자 조작의 예로는 EPO를 들 수 있다. 신장에서 생성되는 EPO라는 물질은 몸에서 더 많은 적혈구가 생산되게 만든다. 이를 통해 산소 공급 능력이 강화되면서 지구력이 커지게 된다. 운동선수들이 사용하는 벤 존슨이 사용한 스테로이드나 마크 맥과이어가 사용한 안드로스텐디온과 같은 호르몬제처럼 신체 기능 강화를 위해 이용될 수 있다. 새 유전자를 게놈에 직접 삽입하여 반영구적 또는 영구적 변화를 얻을 수 있다면, 단 한 번의 주사만으로도 일생동안 체력이나 지구력이 높아지게 된다. 이러한 EPO 등의 과다 투여로 인한 사망 위험은 역시 유전자 조절 영역인 ‘프로모터’를 이용하여 EPO 단백질의 수를 조정함으로서 해결이 가능하다.

또한 미국의 어드밴스드셀테크놀로지사는 2001년 10월 핵이 제거된 여성의 난자에 인간의 체세포에서 추출한 핵을 이식함으로써 세계 최초로 배아 복제에 성공하였는데, 이것이 발전하여 손상된 세포를 대체하는데 필요한 배아줄기세포를 대량 생산하게 되고, 줄기세포를 특수한 조직으로 분화시켜 이를 필요한 부위에 재이식하는 기술이 실용화 된다면 그 어떠한 난치병도 치료할 수 있게 될 것이다.

유전자 연구를 통한 미용 등에도 많은 연구가 진행 중이다. 비만과 같이 현대 의학이 풀어야 할 중대한 과제들도 ‘렙틴’ 유전자 치료에 대한 연구로 해결을 하고자 연구가 진행 중이며, 샌디에고의 바이오 기업인 앤티캔서의 로버트 호프만은 대머리와 백발에 관련한 유전자를 찾는 연구를 통해 머리카락, 눈, 또는 피부색을 바꾸는 다양한 연구를 진행 중에 있다.

이와 별개로 최근 어떤 연구 팀에서는 유전자에 대한 분석을 통해 각 개인의 유전자들이 가장 최적의 수준으로 작동할 수 있도록 특정 비타민, 무기질, 또는 맞춤형 건강기능식품을 통해 노화를 지연시키고 DNA 손상을 방지한다는 보고서⁴를 내놓기도 하였는데 유전자 분석은 참으로 다양하게 이용될 수 있다고 하겠다.

2.3 행동유전학

추리소설이나 드라마 등을 통해 익히 잘 알려졌듯 오늘날 범죄 수사는 법의학을 바탕으로 DNA 증거를 이용하여 범인을 잡는 케이스가 점차 늘어나고 있다. 미국의 사법당국은 범죄자의 재발률이 매우 높다는 점을 감안해서 유죄 확정을 받은 중죄인들을 대상으로 DNA 정보은행을 만들었다.

이처럼 범죄 해결을 위해 DNA 증거를 사용하는 과정에서 범죄자의 유전자 문제가 주목되는데, 개인에게 범죄를 저지르도록 유도하는 변이 유전자가 있지 않을까 하는 의문이 생기지 않을 수 없다.⁵

이는 1965년에 이미 제기된 의문이다. 당시 패트리샤 제이콥스는 스코틀랜드 카스테어스 병원에 강제로 입원된 남성 범죄자 197명의 염색체를 연구하여 이들 중 비정상적 세포핵형(염색체 수)을 가진 12명을 발견했고 이들 중 7명이 추가 Y염색체를 가지고 있다는 것을 발견한다. 반대로 정상인 남자 1,500명을 검사했을 때 추가 Y염색체를 가진 남자는 단 1명뿐이었다. 이를 바탕으로 XYY 증후군에 공격적 행동 기질이 있음을 주장하여 ‘범죄 염색체’라는 개념이 생겨나게 되었다. 이 연구에 대해선 논쟁이 많이 남아있다.

다른 예를 들면 1991년 스티븐 모블리라는 청년은 조지아 주 오크우드의 도미노 피자 가게 주인을 총으로 쏘아 살해하는데 그가 가게 주인을 굳이 죽일 이유가 없었다. 주인이 금전 등록기의 돈을 터는 과정에서 아무런 저항을 하지 않았기 때문이다. 모블리의 변호사는 4세대에 걸친 모블리의 친척 열다섯 명 중 대다수가 행동 조절을 못하고 엄청나게 술을 많이 마셨으며 종종 범죄를 저질렀다는 증거를 바탕으로 변호했다.

이와 유사한 사건으로 1978년 알려진 네덜란드 가문의 사례도 있다. 한 젊은 여성이 네이메허의 유전학 클리닉을 찾아와 자신의 가문에 정신지체의 내력이 있는 것 같다고 주장하며, 자신도 그런 아들을 낳게 되는지 알고 싶다고 하였다. 그녀를 상담한 임상 유전학자 한스 브루너는 그 가문의 정신지체 남자들 대부분이 폭력을 지나치게 휘둘렀으며, 가문의 정신지체자가 9명이었고 모두 주기적으로 광포한 행동을 했으며 여동생 등에게 성폭행을 저질렀다는 사실을 알게 되었고, 이 후 이 가문에 정신지체자가 5명 더 늘어났는데 어떤 사람은 증상이 매우 심하고 어떤 사람은 경미했다. 이 가문의 정신질환자들 중 서로 다른 네 가정의 핵가족에서 자란 8명의 남자를 조사한 결과 이들은 한 번에 며칠씩 공격적인 행동을 보였는데, 이 기간 동안 그들은 별로 잠을 자지 않았고 잠을 자더라도 심한 악몽을 꾸었다. 한 남자는 직장 상사를 자동차로 깔아뭉개려 했고, 또 다른 남자는 수감 생활 중 간수의 가슴을 포크로 찔렀고, 다른 두 남자는 방화를 했다. 브루너는 연구를 통해 이러한 정신지체와 폭력이 X염색체의 이상 때문이었으며 결손 유전자에 의해 발생했다는 것을 알아냈다.

몇 달 뒤 브루너와 함께 작업했던 매사추세츠 종합병원의 분자 생물학자 산드라 브레이크필드는 네덜란드 가문의 남자들이 MAOA 유전자에 변이가 왔다는 것을 발견한다. 이 브레이크필드의 논문은 단일 유전자의 변이가 일탈적인 행동의 원인이 된다는 것을 입증한 최초의 논문이 되었다.⁶

반대로 유전자에서 특정 능력을 찾아내는 연구도 있다. 아마추어 유전학자인 프로피타는 1980년대 후반까지 절대 음감을 지닌 가족 구성원이 속한 60가구를 찾아냈다. 가계를 분석해 본 결과 절대 음감의 유무는 침투도 높은 상염색체 우성 유전자의 유무와 일치한다는 것을 발견해 냈다. 성격이나 학습 능력 또한 일정 이상 유전적인 요인이 작용한다는 연구도 있는데, 태어나자마자 헤어져 각기 다른 환경에서 자랐다가 재회한 일란성 쌍둥이에 대한 연구⁷를 보면 이들의 후에 가진 직업과 버릇, 성격, 몸짓, 취미 등이 매우 유사한 것으로 나타났다는 것이다.

이러한 연구가 더욱 발전되어 유전자의 특징과 증상 사이에 상호 간 연관성이 확실히 정립된다면 미래에는 우울증, 정신박약, 헌팅턴 무도증 등 유전적 성격 질환을 미리 예측하고 걸러 내거나 혹은 바로잡는 기술이 상용화 될 런지 모른다.

2.4 유전자 조작으로 인한 폐해

이제까지 유전공학을 통한 장밋빛 미래를 살펴봤다. 하지만 유전공학이 막대한 투자에 비해 얻어지는 것이 그리 크지 않으며 오히려 위험한 나쁜 과학이라고 이야기 하는 이들이 있다. 유전자조작 생명공학에 대한 기존의 사고방식과, 실제 유전학의 현실 간에는 모순과 괴리가 있다는 것이다.