[자료] 합성세포 탄생 의미와 그후 -‘네이처' 전문가평가

 벤터 연구팀의 연구성과에 대한 다양한 전문가 반응 -'네이처' 보도 요약

“유전자 조작에서 게놈 조작으로, 유전체공학에 크나큰 이정표"

"생명관에 큰 변화 예고" "기존 세포 이용, 무에서 창조된 생명은 아니다"

      00venter3 » 벤터 연구팀이 합성 게놈을 이식해 만들어낸 박테리아 합성생물체. 사진/ Science       영국에서 발행되는 과학저널 <네이처>는 크레이그 벤터 연구소가 발표한 '합성 게놈의 박테리아 이식 성공’의 연구성과가 과학과 사회에 던지는 의미를 8명의 합성생물학 전문가들한테 물었다.  벤터 연구팀은 어느 박테리아의 자연적 디엔에이를 흉내내는 108만 염기쌍 규모의 게놈을 인공으로 합성 제작했으며, 이를 다른 박테리아 종의 세포에 이식해 합성생명체를 만들어낸 바 있다. 다음은 <네이처> 온라인판에 실린 다양한 시각의 전문가 진단과 전망을 요약한 것이다.      

  능력과 함정

(마르크 베다우 교수, 리드대학 철학인문학)  

벤터 연구팀이 창조한 "합성세포"는 인공게놈을 갖춘 정상적인 박테리아다. 게놈은 세포의 건조중량에서 1%만을 차지하기에 세포에서 아주 작은 부분만을 합성한 것이지만 게놈은 세포의 구조와 기능에서 아주 많은 부분을 통제하는 유전정보를 담고 있기에 중심적 구실을 한다. 이번의 인공게놈은 몇 가지 사소한 차이를 빼고는 자연게놈의 모든 정보를 그대로 담았다. 그러나 인공게놈의 정보는 바꿀 수 있기에, 앞으로 나타날 합성세포는 생물 역사에 출현한 적이 없는 근본적으로 다른 종이 될 수도 있을 것이다. 그러므로 인공게놈의 박테리아 이식은 과학적, 사회적으로 중요한 이슈를 제기한다.

 

첫째, 우리는 이제 생명에 관해 배울 수 있는 전례없는 기회를 얻게 됐다. 게놈 정보를 완벽히 통제할 수 있다면 게놈이 어떻게 작동하는지 탐구하는 좋은 기회가 된다. 둘째, 아무리 단순한 생명체라도 예측하기 힘든 여러 발현성(emergent properties)을 나타낸다. 이런 발현성은 자주 쓸모 있게 쓰이며, 우리는 그것을 제어할 수 있기를 원한다. 발현성을 제어하는 방법을 개발하고 완벽화하는 일이 필요하다. 셋째, 새로운 능력은 새로운 책임을 만들어낸다. 새로운 생명체 제작이 낳을 결과는 아무도 확신할 수 없다. 신중한 사고와 위험 분석에서 근본적 혁신이 요구된다. 마지막으로 인공게놈은 무생물에서 생명체가 만들어지는 날을 앞당길 것이다. 그것은 생명이란 무엇인가, 생명은 왜 중요한가, 미래에 인간의 역할은 무엇인가에 관한 오래된 물음을 다시 활성화할 것이다. 논쟁적이고 풀기 어렵지만 이런 물음을 풀어보려는 노력을 통해 사회는 이득을 얻을 것이다.      

이제 비용을 낮추자

(조지 처치 교수, 하버드대학 의대 유전체학)   

이정표가 될만한 이번 성과와 다른 비슷한 성과들은 찬사를 받아야 한다. 그러나 크레이그벤터연구소(JCVI)는 ‘새로운 생명’을 창조하고 그 생명력(vitalism)을 검증했는가? 사실은 아니다. 근본적인 의미에서 보면, 이 유사-합성(semi-synthetic)된 미코박테리아는 야생의 상태와 달라지지 않았다. 옛 문헌의 사본을 찍어낸다고 해서 곧바로 언어를 이해했다고 볼 수는 없다. 우리는 이미 합성DNA를 만들고 그것이 세포 안에서 기능하도록 하는 능력에 자신감을 지녀왔다. 여전히 DNA가 기능을 하도록 돕는 세포 부분들을 이해하는 일이 거대한 도전으로 남아 있다.

 

디엔에이 합성의 이정표 사건들은 사람들한테 게놈 차원에서나 할 수 있는 프로젝트(예를 들어 모든 바이러스, 효소, 또는 약탈자에 저항적인 세포를 만드는 일)를 꿈꾸게 한다는 점에서 중요하다. 우리는 합성 게놈의 규모가 더 커질수록 더욱 유익할 것임을 알게 될 것이다. 그러므로 벤터 연구팀이 에전의 58만 염기쌍에서 지금의 108만 염기쌍 게놈으로 도약한 것은 매우 고무적인 일이다.

 

이와 비슷한 방법으로 만들어지는 생명체들이 재난을 초래하는 것을 예방하는 규제에 관해서는 두 가지 시나리오가 있다. '바이오에러(bioerror)'와 '바이오테러(bioterror)'다. 전자에 대해서, 컴퓨터가 처리하는 허가와 감시가 연구 불편을 최소화하면서 정상적 관행의 일탈을 민감하게 찾아낼 수 있다. 바이오테러를 피하려면, 합성 게놈이 야생에서 살아남거나 유전자를 교환하는 능력을 검사하는 표준이 마련돼야 한다. 벤터 연구소가 입증해보인 기술들과 결합하고 비용을 훨씬 더 낮추면, 새로운 기술들은 의약물, 에너지, 희귀물질 같은 중요 생산물을 선택적으로 만들어낼 수 있을 것이다. 

   

  ‘바툼업’ 방식이 더 많은 것을 알려줄 것

(Steen Rasmussen 교수, 남부덴마크대학 물리학)  

합성 게놈을 현존 세포에 이식한 일은 생명에 대한 이해에 이정표가 된다. 그러나 벤터 연구팀이 해온, 근본적인 ’톱다운’의 유전체공학은 내 기준으로 볼 때에는 ’합성세포’를 구성했다고 말할 수는 없을 것 같다. 톱다운과 바툼업 진영들은 모두 다 생명의 본질에 초점을 맞춘다. 벤터와 동료들이 그랬듯이, 톱다운 학계는 현존 세포의 ‘하드웨어’ 위에서 작동하는 유전체학 프로그램을 다시 쓰고자 한다. 나 같은 바툼업 연구자들은 하드웨어와 그 프로그램을 포함하는 생명을 될수록 단순하게 조립하고자 한다. 

 

물론 유전정보(유전자)는 바툼업의 방법에서도 중요하다. 그러나 에너지 없이는 아무런 생명현상도 가능하지 않음은 명백하다. 그래서 생명과정에서 연료를 제공하는 대사는 필수다. [그것을 담는] '그릇'도 또한 피할 수 없어 보인다. 즉 에너지와 정보는 서로의 생산을 지탱해야 하며, 그런 일은 '막' 같은 어떤 울타리 안에서 가장 간편하게 일어날 수 있다.

 

그래서 바툼업 과학자들은 서로 다른 물질들과 청사진을 이용해 생명을 구성하려 하고, 그러다보면 우리가 알고 있는 그런 생명을 재생산할 때보다 생명의 본성에 관해 더 많은 것을 알게 되리라고 믿는다. 이런 서로 다른 관심과 방법의 결과적 차이들 때문에 두 연구집단은 최근까지도 서로 상호교류를 하지 못했다. 둘은 더 가까워지고 있으며 다양한 합작연구에는 이제 두 가지 접근법을 지닌 연구자들이 참여한다. 두 진영에서 일어나는 성공 덕분에 더 많은 오버랩이 나타난다. 이번 합성게놈은 확실히 그런 성과다.        

생기론의 종언

(아서 캐플런 교수, 펜실베이니아대학 생명윤리학)  

벤터와 동료들은 우리가 생명으로 여기는 것을 물질세계 조작으로 만들 수 있음을 보여주었다. 그럼으로써 수천년 동안 지속된, 생명 본성에 관한 논쟁 하나에 마침표를 던졌다. 100년 훨씬 이전에 프랑스 철학자 앙리루이 베르그송은 '생명이 단순히 기계적으로 설명될 수는 없다'고 주장했다. 또 분자를 합성해 인공으로 생명을 창조하는 일도 불가능하다고 했다. 그는 “elan vital”(말로 표현하기는 힘들지만 무기물과 생물을 구분해주는 생기력)이 존재한다고 주장했다. 무기물을 아무리 조작해도 생명체는 창조할 수 없다는 것이다.

 

이런 '생기론적(vitalist)' 관점은 여러 형태를 띠며 오랜 시간에 걸쳐 나타났다.  2세기에 갈렌은 ‘vital spirit’에 관한 저술을 남겼다. 루이 파스퇴르는 1862년에 생명이 어떻게 존재하는지 설명하고자 ‘vital action’을 연구했다. 생물학자인 한스 드리쉬는 1984년에 생명의 필수요소로 ‘엔텔러키(entelechy: 생명력 essential force)을 지목했다. 한편으로 여러 종교들은 영혼이 인간의 생명 본질로 설명되는 무엇을 구성한다고 주장해왔다. 이런 뿌리깊은 형이상학적 관점들은 이제 생명이 무생물 부품으로 창조될 수 있음이 입증되면서 의문의 대상이 된다. 비록 그것이 [이미 존재하는] 세포에서 가져온 것이긴 하지만. 벤터의 성취는 생명에는 특별한 힘 또는 존재의 파워가 필요하다는 논증을 무력화할 것처럼 여겨진다. 이런 점에서 이것은 인류역사에서 가장 중요한 과학적 성취 중 하나가 될 것이다.

   

  합성이 혁신을 추동한다

(스티븐 베너, 응용분자 진화재단)  

합성은 하나의 '분야'가 아니다. 그것은 과학자들이 기술 진전 덕분에 새로운 주제를 설계할 수 있는 모든 영역 모두에 적용될만한 연구 '전략'이다. 그런 기술은 오랜 동안 화학이 접근할 수 있던 영역이었다. 생물학의 변화는 1970년대에 찾아왔다. 그 때에 생명공학은 합성의 도구를 제공하기 시작했다. 처음에는 생물학자들이 단일의 유전자를 자르고 붙였으며, 자연에서 얻은 유전자를 재배열했다. 1980년대 초에 합성생물학자들은 자연에서 벗어나기 시작해 전체 유전자를 합성하고 20여종의 아미노산을 가지고서 인공 유전체 시스템을 합성했다. 자연의 생물 부품들을 어설프게 수선하는 것보다 더 많은 것을 하기 위해 '합성'의 거대한 도전은 가능성의 프론티어에 서야 했다.

 

이번 논문은 합성이 어떻게 생명공학의 프론티어에서 혁신을 추동하는지 보여준다. 108만 염기쌍에 이르는 게놈의 합성과 복제는 1984년에 실현된 300염기쌍의 유전자 합성을 확장한 사소한 일처럼 여겨질 수도 있다. 그렇지 않다. 이번 연구에서 합성의 능력을 3000배 확장하려는 노력은 많은 양의 유전물질을 창조하고, 입증하고, 조작하는 데 필요한 여러 기술들을 만들어냈다. 벤터연구소의 업적은 자연사와 화학을 연결하는 데에도 도움을 줄 것이다. 멸종한 고대 미코플라스마 종들의 게놈 염기서열은 M. 카프리콜룸, M, 게니탈리움, M. 미코이데스를 포함해 다양한 현존 미코플라스마의 염기서열에서 추론해낼 수도 있다. 새로운 합성 기술 덕분에 그런 고대 박테리아의 재출현도 가능하다. 그것들은 우리에게 1억년 전의 행성과 생태 환경에 관해 알려줄 것이다. 

   

자연의 제한은 여전히 유효

(Martin Fussenegger Professor of biotechnology and bioengineering, ETH Zurich, Basel)  

벤터 연구소 연구자들은 여러 기술적 이정표의 기록을 갖추고 있다. 게놈 전체를 친연관계의 원핵생물들 사이에서 이식하기, 거대한 합성 디엔에이 조각들로 변형 게놈을 조립해 만들기, 그리고 만들어진 염색체를 바꿔 목표 세포의 거부반응을 속여넘기기 등의 기술을 잇따라 성공해냈다. 이제 그들은  합성 게놈 전체를 정밀하게 조립해서 유기체 전체를 프로그래밍 해냈다. 그것은 기술적 진전이긴 해도 관념을 바꿀만한 진전은 아니다. 키메라 유기체는 오랜 동안 육종을 통해, 그리고 훨씬 최근에는 핵치환 방식으로 창조돼왔다. 이런 방법들에선 자연이 허용하는 유전자 변이의 속도도 제한받을 수 있음이 드러났다. 즉 노새는 몇 가지 원하는 형질을 지니지만 불임이며, 돌리 같은 복제동물은 게놈 공여자의 생물학적 나이까지 유전받는다는 점이 그렇다.

 

벤터의 뛰어난 기술 능력은 첨단의 유전체공학을 유기체 수준의 영역으로 확장한다. 그는 “유전자 코드를 '읽는' 데에서 그것을 '쓰는' 능력 쪽으로 나아가는 것”이라고 말한다. 그것은 섬짓하게 들릴 수도 있다. 그것은 요정설화, 드라마, 공상과학 소설로 끝날 수도 있고, 아니면 새로운 치료술의 다큐멘터리로 나타날 수도 있다. 지구에 출현한 이래 인류는 새로운 것을 거의 창조한 적이 없다. 사람들은 이미 존재하는 물질들에서 도움을 얻었고 점차 복잡한 장치를 만들었다. 최신의 기술은 새로운 유기체 생산의 속도를 높여줄 것이다. 우리에게 불안감을 던져주는 것은 바로 이런 '속도'이며 생명계와 연계된 새로운 기술의 출현이다. 그러나 프로그래밍 된 합성 게놈의 생물종이 언젠가 유용하게 쓰인다면, 그것은 특화된 어떤 생산 환경에 담기게 될 수도 있을 것이다. 합성 게놈을 지닌 키메라 유기체들에도 조작됐으나 자연적인 유전체 요소들이 담기게 되며, 그것들도 회피할 수 없는 자연 법칙인 진화에 순응적일 것이다. 이런 유기체들이 번식장애나 단명 같은 자연의 한계에 직면할지는 더 살펴봐야 할 과제다.      

부품은 손에 있되, 메뉴얼은 아직 없다

(짐 콜린스 교수, 보스톤대학 의생물공학)  

자 숨을 내쉬고-. 이번 연구가 인공 생명체의 창조를 향한 중요하고도 놀랄만한 단계 진전이라고 띄워주는 언론 보도는 에누리해서 들을 수 있다. 벤터 연구팀의 이번 연구는 유기체를 재조작하는 우리 능력에서 중요한 진전을 보여준다. 하지만 무에서 새로운 생명을 창조했음을 보여주지는 않는다. 벤터 연구팀이 보고한 미생물체는, 그 디엔에이가 합성되었다는 점에서는 합성 생명체이지만, 새로운 생명체가 창조되지는 않았다는 점에서는 아니다. 그 게놈은 자연에 있는 유기체의 디엔에이를 한땀한땀 짜서 만든 사본이며 거기에 약간의 작은 수정이 삽입된 것이다.

 

합성생물학 연구자들은 단백질, 유전자, 그리고 다른 디엔에이 조각들을 이용해서 비자연적인 생물학적 회로를 설계하고 건축하고 있으며 이런 회로들을 사용해 유기체에다 [생명회로의] 배선을 다시 깔고 프로그램을 다시 한다. 그러나 그것들은 규모에서 작다. 단지 2~10개의 유전자 규모에서 이뤄지는 일이다. 살아 있는 세포를 구성하는 수많은 유전자의 규모에 견주면 무색한 수준이다. 이미 유전자 2개의 네트워크를 우리가 원하는 방식으로 기능하게 설계하는 일조차 매우 어렵다는 게 알려져 있다. 생물학은 깔끔하지 않으며(messy) 복잡하다. 그리고 종종 인위적 조작을 가로막기도 한다. 만일 바이오엔지니어가 유전자와 세포를 조작해 제기능을 수행하는 ‘심장’으로 성장시켜 이식이 필요한 환자를 구할 수 있다고 상상해보라. 치유된 환자가 합성유기체나 인공생명체로 여겨질 수는 없다. 그 환자는 합성된 심장을 갖춘 운좋은 사람으로 여겨질 것이다. 벤터의 미생물유기체는 회복된 환자와 유사하다. 비록 이식된 합성된 게놈을 갖추고 있지만.

 

솔직하게 말해 과학자들은 생명 창조의 생물학에 관해 충분히 알지 못한다. 비록 인간게놈프로젝트가 세포의 부품 목록을 확장해놓았지만 그것을 한데 묶어 살아 있는 세포를 만드는 데 필요한 교본 메뉴얼은 없다. 그것은 부품 목록을 이용해 점보기를 조립하려는 것과 같다. 우리 합성생물학자의 일부가 웅대한 환상을 갖고 있을지는 몰라도, 우리의 목표는 사실 훨씬 더 온건한 것이다.

   

  한발짝 더 접근한 ‘생명의 기원’

(데이빗 디머 교수, 산타크루즈 캘리포니아대학 생물분자공학)   

벤터 연구소 연구팀의 성과는 가장 높은 수준의 분자생물공학이다. 그러나 저자들이 연구보고서에서 지적하듯이, 그들은 이미 존재하는 설계와 구조를 사용했다. 예를 들어 수혜자 세포의 세포질은 합성된 게 아니다. 그러므로 17세기 의사 윌리엄 하비의 말은 여전히 유효하다. "Omne vivum ex ovo", 즉 모든 생명체는 알에서 나온다(‘All life from eggs’)는 그 말은 모든 생명체가 이미 존재하는 생명체에서 나온다는 뜻이다. 하지만 이 말이 아주 오랜 동안 더 유효하지는 않을 것 같다.

 

기능성 유전자를 박테리아에 삽입하는 기술은 1970년대 초로 거슬러 올라간다. 당시에 재조합 DNA 기술이 발명됐다. 박테리아의 DNA 플라스미드를 조작해 유전자 염기서열을 삽입하는 일이 가능해졌다. 박테리아는 그런 플라스마드를 받아들여 삽입된 유전자 기능을 발현하고 값진 단백질을 만들어낸다. 캘리포니아의 생명공학기업은 처음으로 응용 상품의 영역을 개척했다. 대장균을 잘 조절해 인간인슐린을 생산한다. 그리고 그 공정에서 수십억 달러의 산업이 부화했다. 벤터와 동료들의 획기적 진전은 하나의 유전자가 아니라 하나의 게놈 전체를 설계하고 삽입했다는 것이다. 이 연구자들은 인공 합성 박테리아가 빛에너지를 이용해 물에서 수소 연료를 만들어낼 수 있는 게놈을 만드는 방법을 연구해오고 있다. 만일 그게 작동한다면 옥수수 생산을 위해 제공되는 수백만 헥타르의 농경지를 대신해, 사막의 수천 에이커에 마련된 박테리아 생물반응기에서 수소 연료가 생산될 수 있을 것이다.

 

이제 벤터 연구팀이 미생물 게놈을 흉내내는 방법을 입증했기에, '생명은 어떻게 시작되었나'라는 생물학의 큰 물음 중 하나에 대답하는 일도 가능할 것이다.  합성생물학의 도구를 사용하면, 아마도 디엔에이와 단백질도 필요없을 수 있다. RNA 자체가 유전자 분자처럼 작용할 수 있고 촉매처럼 작용할 수 있다. 만일 합성 RNA가 인공의 막 안에서 자신의 재생산을 촉진할 수 있게 설계된다면 우리는 정말로 실험실에서 생명을 창조하게 될 것이다. 그것은 아마도 40억년 전에 지상에서 출현한 최초의 생명체를 닮았을 것이다.    

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오철우 한겨레신문사 과학담당 기자, 사이언스온 운영
1990년 한겨레신문사에 입사해 편집부, 사회부, 문화부, 생활과학부 등을 거쳤으며 주로 과학담당 기자로 일했다. <과학의 수사학>, <과학의 언어>, <온도계의 철학> 등을 번역했으며, <갈릴레오의 두 우주체제에 관한 대화>를 썼다.
이메일 : cheolwoo@hani.co.kr      

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