서론

‘유전자가위’라는 개념은 DNA를 이루고 있는 특정 염기서열을 잘라내는 것이다. 유전자가위는 유전자재조합을 위한 필수조건이다. 지면을 빌어 유전자가위를 간단히 살펴보고 생식의학 분야에 불어 닥치는 새로운 동향에 대하여 소개하고자 한다.

본론

1973년 최초의 유전자가위 격인 플라스미드를 이용한 클로닝기법이 발표되었다. 세균끼리 유전자를 주고받을 때 사용하는 고리모양의 유전체인 플라스미드 중간에 흠집을 내고 거기에 원하는 유전자를 집어넣은 방식이 그것이다.

유전자가위는 그 정확성과 찾아서 자를 수 있는 염기서열의 수에 따라 분류된다. 1세대 유전자가위로 불리는 아연-손가락 핵산분해효소(Zinc-finger nuclease, ZFN)는 아프리카발톱개구리의 DNA에서 유래하였고 이것이 인식하는 염기는 열 개 내외이다. 따라서 원치 않는 곳을 잘라낼 가능성이 있다. 2세대 유전자가위는 탈렌(Transcription Activator-like Effector Nuclease, TALEN) 단백질이고 식물 병원균에서 발생하였다. 탈렌은 약 15개 정도의 염기서열을 인식할 수 있다. 그러나 여전히 복잡하고 효율도 그리 높지 않았다. 3세대 유전자가위로 각광받는 크리스퍼 유전자가위는 가벼울 뿐만 아니라 엄청난 정확성을 겸비한 RNA 단백질이다. 크기가 작으면서도 인식할 수 있는 염기서열의 숫자가 충분하다는 데에 큰 매력이 있다. 크리스퍼는 세균과 고세균에 존재하는 유전체의 특정한 염기서열을 의미한다. 그 유전자 샌드위치 주변에 비슷한 아미노산을 가진 단백질이 존재하는데 그것이 카스(Cas, CRISPR-associated)라는 단백질 군이다. CRISPR/Cas가 왜 DNA를 자르는지는 좀더 시간이 지난 후에 밝혀지는데, 세균이 바이러스가 침입하는 것을 막기 위한 면역계의 역할을 한다고 알려졌다. 즉, 처절한 생물계의 전쟁을 통하여 크리스퍼 유전자가위가 만들어진 것이다. 그러니까 크리스퍼 유전자가위는 인류가 새로 만든 것이 아니고 세균에서 이미 만들어져 있던 것을 인류가 발견하여 우리 인간의 생활과 건강에 유리하게 작용하게 만들 수 있다는 것이다. 이 새로운 발견에 과학계와 생식의학계는 매료되고 있다.

의생명학 분야에서 크리스퍼 유전자가위는 엄청난 일을 해낼 것이다. 2013년 12월 동물세포에서 유전자수정이 가능하다는 것이 발표된 이후 마우스의 수정란에 유전자를 삽입하는 데 성공했다. 크리스퍼 유전자가위를 이용하면 수정란에 Cas9과 RNA를 주입하는 방식으로 쉽고 간편하게 새로운 형질의 쥐를 만들 수 있다. 마우스 실험 성공 이후 1년도 안 되는 시기 동안에 다른 동물뿐 아니라 식물의 유전자 수정도 성공하고 있다. 이전에는 줄기세포가 없으면 유전자 조작을 할 수 없었는데, 크리스퍼 유전자가위라는 원래부터 있었고 지금도 세균들이 존재의 목적으로 사용하는 도구를 이용하여 가능한 일인 것이다. 어떻게 보면 거의 모든 생물의 유전체 정보를 마음대로 수정할 수 있을지도 모른다. 물론 여기에는 반박의 근거도 꽤 있다.

여하튼 이론적으로 크리스퍼 유전자가위를 이용하여 코끼리 유전자를 일부 손봐서 멸종한 매머드를 복원할 수도, 유전자조작식물(GM0)이 아닌 인간에게 유리한 식물로 개량할 수 있고, 특정 유전자가 knock out 된 유전자조작 마우스를 한 두 달 사이에 만들 수 있고(과거에는 일 년 정도 걸렸다), 에이즈와 암을 정복하는 체외치료도 가능하다.

또 하나의 뜨거운 감자는 인간수정란 유전체 연구이다. 중국에서 이미 크리스퍼를 활용한 인간수정란 유전체 편집결과가 발표되었다. 이론적으로 유전자가위를 통하여 인간배아에서 특정 부위의 염기를 잘라내어 임신되기 전의 수정란에서 유전자치료가 가능한 것이다. 그러나 여기에는 시대적 사회적 합의가 필요하다. 최근 생명윤리법 규제조항에 관한 의견을 수렴하고 방향을 도출하기 위하여 정부가 ‘바이오특별위원회’를 만들어 활동 중이다. 4차 산업혁명의 화두 중의 하나인 바이오산업 활성화를 위한 제도적 뒷받침을 조심스럽게 기대해 본다.

과학은 진리를 탐구하여 인간을 이롭게 하여야 하나 생태계를 교란시키거나 파괴해서는 안 될 것이다. 최근 의생명과학계에 엄청난 속도로 파급되고 있는 크리스퍼 유전자가위가 의료현장에서 인간을 이롭게 하는 도구로 쓰여질 날을 기분 좋게 상상해 본다.