[수첩] "생물공학의 멋진 신세계엔 윤리와 관리가 필요해"

 

44162 » 지난 6월 제주에서 열린 세계대사공학대회. 사진/이상엽 교수 연구팀


     
[미래를 여는 첨단과학] 기획연재 - 이상엽 교수 2차 인터뷰 메모 (2010. 7. 5)

'합성생물의 미래, 기대와 두려움'에 관해 주로 이야기하다

       

이상엽 교수님께  

저번 인터뷰에서는 대사공학이 지향하는 방향과 연구스타일에 관해서 몰랐던 흥미로운 얘기들을 들을 수 있어서 좋았습니다. 제주 출장 중에 구체적인 연구발표는 듣지 못했지만 대사공학 커뮤니티의 분위기를 익히는 데에도 도움이 되었고요.   2차 인터뷰를 준비하며 질문할 내용들을 정리해보았는데, 1차 인터뷰와 그리 다르지 않을 것 같네요. 조금 중복된 질문이 되더라도 저의 이해를 심화한다는 측면에서 답변해주시면 고맙겠습니다. 그리고 대사공학과 합성생물학의 차이(연구 목표와 방향 등에서)를 뚜렷이 구분해야 하겠지만, 일반 독자의 관심에서는 함께 얘기를 풀어나가는 게 나을 듯합니다. 물론 교수님이야 대사공학자로서 규정되겠지만요. ^ ^  


   

# 1. '신기술의 사회적 수용'에 관해 얘기를 나누다 

(1) 미생물의 대사 네트워크를 시스템 차원에서 설계하고 새로운 미생물을 제작하며 공정에 최적화하는 시스템 대사공학과, 비슷하게 생명체의 유전체를 설계하고 합성해 제작하여 새로운 기능의 생물체를 구현하려는 합성생물학에 대한 관심이 높아지고 있습니다.  

그런데 생각해보면 생명체의 유전자 조작은 이미 GMO, LMO에서 이뤄졌던 바 있지요. 그래서 대사공학과 합성생물학이란 것이 이미 알려진 과학기술을 좀더 심화하는 단계로 봐야지 완전히 새로운 것은 아니지 않는가 하는 생각도 듭니다. 물론 다른 쪽에서는 LMO에서는 이미 존재하는 외래 유전자 한두개를 이식하는 수준이지만 대사공학과 합성생물학에서는 유전자 10여개를 설계 단계를 거치고 합성해서 이식해 사실상 새로운 종의 생물체를 제작하는 것이라고 구분하고 있습니다.

기존의 LMO와 새로운 LMO인 대사공학/합성생물학의 미생물체는 어떤 차이가 있다고 보시는지요?

   

미생물은 보통 우리가 어떤 생산시스템을 구축하더라도, 제한된 곳 예를 들면 발효기라든가 시스템 안에 넣고 쓴 다음에 다 없애버리거든요. 근데 식물은 필드에 심어야 하니까 그것이 항상 원치 않는 방향으로 퍼져나가는 것에 대한 우려가 더 큰 것 같습니다.    


교수님은 단세포 미생물을 연구 하시니까 고민이 간단할 수 있는데, 다세포 생물 단계로 넘어가고 식물 GMO 단계나 유전자변형 동물체로 만들고 이런 단계가 넘어가면 그게 굉장히 어려워지는데... 단세포의 가상세포도 운영하는 것도 어려운데 다세포의 가상세포를 과연 그 대사회로를 어떻게 구현할지도 모르겠는데.... 아무튼 그게 점점 확산하다보면, 교수님 지금 하시는 일 자체가 그렇다는 것은 아니지만 이 기술 자체의 발전 경로가 이대로 가다보면 상당히 우리사회에 끼치는 영향이 굉장히 많을 것 같은데요  


아 그럼요. 그래서 제가 계속 강조하는 것이 여러 단계의 검증을 거쳐서 반드시 지구나 인류 환경에다 영향을 안 주는 것인지 확인하고 해야 한다는 거죠. 모든 절차가. 왜냐면 내가 세계에서 이 분야에서 제일 잘한다고 해도 오판이라는 게 있잖아요. 그래서 소통 얘기가 나오듯이 소통이 굉장히 중요한 것이 그 사람이 뭘 말했을 때에 반대만 표시할 게 아니라 내가 맞다 하더라도 들어볼 필요가 있다는 것이죠. 오피니언 리더가 될수록 더욱 그래야 하고요. 그래서 정책적으로 검증이 확실히 되어야 한다는 겁니다. 분명히 고등생물로도 갈수록 똑같이 그렇게 갈 가능성이 있거든요.

또 이런 관점에서도 볼 필요가 있어요. 예를 들면 최근에 일식집에 갔더니 고추가 이만한 게 나와요. 그게 고추가 아니고 오이와 접붙인 거래요. 그래서 이만 해요. 맛도 덜 맵고 시원하고. 그게 뭐예요. 사실은 그거 굉장히 위험한 것이거든요. 없는 종을 만든건데. 그런데 우리가 그 종간교배를 우리가 중세시대부터 해왔어요. 수도원에서 맨날 하던 게 그것이고 멘델이 했던 게 그것이고 어떻게 보면. 그런데 우리가 디엔에이 조작에 대해서는 굉장히 윤리적 위험성을 부각시키고 있는데, [속도의 문제 아닌가요?] 속도의 문제도 있고, 근데 오이와 고추 접 붙인 것은 속도의 문제가 아닌가요? 따라서 사람 인식의 문제라는 거죠. 인식의 문제는 이렇게 생각할 수 있지 않겠어요. 고추는 먹어도 되는 것 오이는 먹어도 되는 것 먹어도 된다. 먹어보니까 시원한 데 그렇게 만들었다 하면 별 이상 없겠지 하고 그냥 넘어가는 거잖아요. 아마 이게 핵심 포인트가 될 것 같아요. 지엠오를 해석하는 데에...

   

믿을 만하느냐 아니냐가 중요하다는 말씀...  


아니, 믿을 만해서 해도 된다는 게 아니라 사람의 인식의 방법이 그런 식이라는 거죠.     


저도 지엠오 문제를 다루다보면 기술이 안전한지 계몽하는 쪽으로 과학자들이 포인트를 맞추는데 그게 아니라 수용 여부는 소비자의 심리이고 태도이다... 소비자가 안전하다고 믿으면 먹을 수 있는 것이고. [동의합니다] 아무리 실험실에서 100% 안전하다 해도 소비자들이 안 먹겠다고 하면 끝나는 것이기 때문에, 사회적으로 어떤 새로운 기술에 대한 인식은 학습한다고 되는 게 아니고 굉장히 폭넓은 문화적 배경에서 태도가 어떻게 결정되느냐가 중요하다는  


그거예요. 그게 더 큰 문제에요. 사실 오늘 인터뷰와는 상관이 없는데 결국은 인구가 폭발하고 있는데 현재 식량문제 해결을 위해서는 지엠오 외에 대안이 없다, 라고 말을 하잖아요. 제가 그쪽 전문가는 아니지만... 같은 관점에서 접근해보면, 통일벼다 우리가 만든 것도 다 그걸 하려고 한 것이잖아요. 식량 자급자족 등등. 그걸 전 세계로 놓고 보면 지엠오도 그런 조처의 일환으로 볼 수도 있겠다...저쪽의 입장에서 보면.

그 다음에 박테리아도 마찬가지에요. 예를 들어 비티 유전자 조작된 식물을 갖고 난리를 치는데, 몬산토 콩. 근데 콩에는 발효할 때보면 바실러스 고초균이 들어가요. 청국장 안의 고초균을 먹고 있어요. 그다음에 식물체에 들어간 비티 톡신도 바실러스 서린젠신스가 만드는 단백질이거든요. 근데 얘는 곤충을 죽이는 능력이 있다는 것이거든요. 그랬을 때에 그것이 사람들한테 들어올 때에 대해서 사람들이 당연히 우려를 할 수박에 없지요. 결국은 오 기자님 말씀처럼 이것은 소비자 입장에서 수용할 때에 어떤 관점에서 수용하느냐에 따라서, 이것이 나쁜 지엠오로 분류될 수도 있고 능력을 향상시킨 좋은 제품으로 인식될 수도 있는 것이죠. 오이고추처럼.

   

그런데 제가 운영하는 <사이언스온> 사이트에 GMO 찬반 의견을 받아서 게재하고 있는데 태도의 문제도 있고 또 이게 산업의 단계로 가니까 다국적 기업의 입장과 농민의 입장, 그러니까 생산자 서클 안에서도 상당히 논란이 있고. 또 소비자와 생산자의 관계, 개발자와 기업과 소비자의 관계... 이러니까 이게 단순히 한 측면만 가지고는 풀리지 않고 굉장히 다각도의 측면에서 어느 정도의 인식의 공유가 어떤 식으로건 될 때까지 활발한 토론을 계속해 나가야 하는... 인간사회에선 그럴 수밖에 없을 것 같아요. 그래야 어느 접점이 생기지 찬반 입장을 계속 견고하게 가져간다면 접점이 계속 없을 것 같아요.  


그러니까 저는 GMO 얘기할 때에 원자력과 비슷하다고 얘기해요. 똑같아요. 원자력 발전소 그 자체에 대한 불만은 줄었잖아요. 하지만 원폭이 터진 직후나 체르노빌 사건 직후였다고 생각하면 다를 거예요. 환경 변화에 따라 인식의 변화도 일어나기 때문에. 예를 들면 굶어죽는 사람이 수도 없이 죽어가는 사람들이 나오면 지엠오가 살릴 수 있다면.,.. 그건 또 다른 얘기가 되는 것이거든요. 무엇이 옳다 나쁘다 얘기하기 이전에, 지금 말한대로 지구 전체의 콘센서스가 자연스럽게 모일 것이다...    


 어느 단계까지는 과학자들이 실험실 내에서 이것의 안전성이나 용도를 활발히 논의해야 하지만 이게 사회에서 소비되는 단계까지 가면 소비자 측면, 생산자 측면 등등... 그 이해당사자가 훨씬 더 많아지잖아요. 그러면 거기에서 또 달리 기술의 살 길을 마련해나가면서 가야 한다고 생각합니다.  


 네 그렇게 생각합니다. 그런데 얘기가 삼천포로...     


근데 중요한 얘기인데요...  


중요한 이슈이죠. 실제로 미생물 대사공학으로 오면 같은 얘기가 되는 거고...    


제가 처음 취재하러 왔을 때에는 이런 논의와 연결하지 못하고 취재했는데요. 10여년 전에 가상세포 처음 발표할 때에 취재했을 때에도요. 그런데 최근에 제주 대사공학회에서 얘기를 듣고 또 여러 자료를 찾다보니까 교수님도 비슷한 고민을 할 것 같다는 생각이 들어서.  


아, 당연히 매일 고민하지요. 우리는 미생물을 중심으로 하니까. 현재 제가 요청받고 있는 것은 사람 몸을 치료하는 방법에서 대사공학의 역할 이쪽을 슬슬 보기 시작했어요. 이게 사실은 미생물에서 했던 여러 연구결과들이 사람 치료법이나 휴먼 핼스케어에 기여할 수 있는 부분이 전략이 많이 생겨서 그것들에 연구를 들어가고 있거든요. 곧 논문도 하나 투고할 것인데, 비브리오균에 대해서. 가상세포로 신규 항생제 타겟을 찾아내고 실제로 획기적인 방법으로, 개발회사들이 했던 것과는 다른 방식으로, 시스템 생물학 기법을 이용한 게놈 기반의 드럭 디스커버리...    


게놈 기반의 드럭 디스커버리, 이런 경우는 없었습니까?  


없었다고 한다면...그건 바운더리가 애매해서... 그렇게 말하기보다는 우리가 아는 한에서 게놈 기반의 신약개발이 말은 무성했지만 실제 성공적으로 나온 얘기가 없거나 드물다, 그런 상황이었는데 저희가 그런 새로운 전략을 또 한번 제시한다는 것이고요. 사실 전에 논문이 나온 것은 있어요. 우리 연구실에서. 드럭 디스커버리 쪽으로. 2010년도 있고 2009년도 있고. 그러나 이번에는 전체 전략들을 이제까지 했던 것들을 다 모아서 실제 예까지 실험으로 보여준 것이니까 의미가 크지요.  

     


# 2.  '생명 시스템 연구' 혼자서 다 할 수 있냐? 못하지요

(2) 교수님의 시스템 대사공학 연구의 출발점이 되고 있는 가상세포에 관해 여쭙니다. 저번에 가상세포의 업그레이드는 계속되고 있다고 말씀하셨는데, 그것이 과학계에서 속속 새롭게 규명되는 대사 현상이나 유전자 기능 정보들을 이 가상세포 소프트웨어에다가 계속 적용해나간다는 뜻인지요?   


가상세포에 대해서는 아까 충분히 얘기 들었어요. 저는 유전자 중심으로 이뤄지는 것으로 생각했는데, 물론 유전자가 바탕의 인포메이션이 되지만 주인공은 결국은 대사산물이라고 하더군요. 대사산물의 네트워크에서 유전자와 단백질은 어떻게 촉매 역할을 하느냐 하는 것이고. 결국에는 대사산물이 주인공이고, 여기에서 얻고자 하는 것도 최종적인 대사산물이니까.  


어떤 관점에 보면 그렇지요. 예전에 4년 전쯤에 물리학과 정하웅 교수와 함께한 것은 메타볼라이트 이센시에이트?라는 것도 완전히 새로운 관점에서 한 것이지요. 다시 설명을 드리면 밥을 먹으면 이것이 대사회로를 거쳐서 이게 변형이 되잖아요. 아미노산도 합성하고 이 아미노산이 단백질이 되고. 근데 이 단백질이 되는 과정을 보면 유전자들이 있단 말이에요. 이 유전자들은 각각 조절을 받아가면서 단백질을 만들어내죠. 단백질을 만들려면 여기에서 아미노산이 공급되어야만 만들어지지요. 완전히 다 크로스링크된 거예요. 그런데 우리가 보려는 것은 이 전체를 다 보는 거예요. 유전자만 보는 게 아니고. 이 전체 특히 뭘 만들 때에는 대사회로 상의 변환 속도. 어떤 속도로 가서 우리 원하는 예를 들면 뷰탄올을 어떻게 많이 만드느냐 보려니까 단백질 봐야죠, 각 스텝을 매개하는 게 효소이니까, 그리고 단백질만 보는 게 아니고 그것을 만드는 프로세스를 봐야죠. 그러면 결국엔 다 보는 것이죠. 그리고 이것을 인위적으로 조작하는 것은 게놈 상에서 이뤄지고.    


먼저 와서 실험실 연구원들한테 얘기를 듣다보니까 오늘 들은 얘기 중에 인상적인 키워드가 속도, 시간... 이것도 중요한 것 같더라고요.  


네. 화학공학의 기본적으로 중요한 게 모든 공정을 블랙박스로 만들면 에이가 들어가서 비가 나오는데 수율, 일드라고 부릅니다. 그게 높을수록 좋고요 당연히. 그리고 생산성. B의 양인데 그것이 부피당, 시간당... 작은 부피에서 많이 나오면 웨이스트도 적고. 시간은 속도입니다. 단위 시간단 단위 부파당의 생산량 그게 생산성입니다. 그 다음에 분리정제를 거쳐야 하기 때문에 농도가 가끔 중요해집니다. 이 세 가지가 우리 키 팩터예요. [수율이라는 건?] 수율은 그램B 나누기 그램A. A를 100을 넣었는데 B가 50이 나오면 수율이 50인 것이죠.    


그러니까 공학 하고 과학, 그 경계에 서 있는 학문 영역인 것 같아요.  


그렇지요. 원래 저는 화학공학 기반이었잖아요. 이게 과학 쪽으로 자꾸 내려가는 이유가 이걸 디자인 하려면 결국은 과학의 하드코어 레벨까지 내려가지 않으면 할 수가 없는 거죠. 그러다보니까 이게 화학공학도 알아야 하고 수학도 알아야 하고 생물학은 당연히 알아야 하고 어떨 때에는 분석을 위해서 물리학과 화학도 알아야 하는데, 이걸 혼자 다 할 수 있느냐? 혼자서 다 못하지요. 왜냐하면 내 시간도 24시간밖에 없으니까.    


그러면 교수님의 주 전공은 무엇입니까?  


좁게 말하면... 대사공학이에요. 그런데 그게 어떻게 정의되느냐 하면 아까 말씀드린 여러 학문들을 100% 전공자 만큼은 몰라도 통합을 하려고 하고 있다는 것이죠. 그래서 학생들 입장에서 보면 이 친구들이 여기에서 박사과정 4년간 모두 다 섭렵할 수 없거든요. 그래서 학부 때에 누가 무엇을 많이 했느냐가...

만약에 자기가 굉장히 노력을 많이 해서 엘리트 코스로 와서 현재 실력 있다 하면 박사과정 4년 동안에 굉장히 많은 것을 할 수 있어요. 그러니까 실제로 인 실리코는 컴퓨터 플러스 웻(wet)  바이올로지까지 하는 양수겹장으로...(* 웻 바이올로지의 뜻은 인터뷰 후반에 자세히 설명됩니다. 저도 뒤늦게 전해들었는데 재미있는 실험실 용어이더군요)

       


# 3.  생명의 난해함, 복잡함

(3) 저번 인터뷰에서 “대사공학은 뚜렷한 목적을 갖고 어떤 생명체의 대사 네트워크, 그건 조절 네트워크도 포함되는데, 그걸 인위적으로 조작해서 우리가 원하는 목적을 달성하는 것입니다”라고 소개해주셨는데요, 대사 네트워크라는 게 굉장히 복잡하고 종합적이기 때문에 매우 난해한 연구분야라고 보여집니다. 또한 시스템 설계라는 게 특정 유전자를 집어넣고 빼고 하는 게 아니라 유전체 수준에서 전체를 바라보면서 갖가지 기능 경로(pathway)의 상호작용을 살피는 것인데요, 이 분야 연구의 난해성이란 무엇이며 어떤 것인지요? 그런 난해성은 어떻게 해결하나요?  


비슷한 질문이. 세 번째로 제가 준비했던 질문이... 이게 너무 복잡하거든요. 여러 학문이 얽혀 있고, 학문이 얽혀 있는 이유는 대사회로를 이해하는 것 자체가 여러 변수와... 그러니까 (대사회로 안에) 등장인물들이 너무 많잖아요. 그것을 또 전체로 이해하려면 완전히 다른 차원이 되고요, 그런 난해함을 돌파할 수 있는 가장 중요한 키는 무엇인가요?  


아이디어와 노력. 근데 뭐가 더 중요하느냐 하면, 없습니다. 둘 다 중요해요. 아이디어는 굉장히 복잡한 문제를 돌파할 수 있는, 그것을 원하는 답을 얻고자 돌파할 수 있는 아이디어, 그게 일단 나와야 하고요. 그 아이디어가 나왔을 경우에 그것을 실행하려면 이게 복잡시스템이다 보니까 해야 할 게 너무나도 많아요 그러니까 노력이 필요하다는 것이죠. 그래서 우리만의 표현으로 보면, 아이디어는 연구, 노력은 일이라고 불러요. 그런데 연구와 일이 시간으로 보면 연구 쪽은 10%, 일 쪽은 90% 인 경우가 많아요. 시간으로 보면. 그런데 아이디어 10이 없으면 90이 의미가 없어지고. 10이 없으면 아예 쳐다보지도 못하는 게 되고요. 이건 시간 개념이고요, 중요도로 보면 아이디어와 노력이 50 대 50입니다.  


네. 대답이 아주 간단명료하네요.  ^ ^[실제로 그렇게 하고 있으니까] 복잡한 게 어느 정도인가요?  


이런 경우 겪어보셨나요. 생각을 하다하다 너무 복잡해서 앞에 생각한 것을 잊어버리는 거. 그러니까 우리가 뭘 읽었는데 읽고나서 그 스토리가 좋은 느낌이 드는 게 좋은 책이잖아요. 그런데 우리가 하는 것을 책 읽기에 비유하면 한 페이지를 넘기면 앞쪽을 홀랑 다 잊어버리는 일이 있을 정도로 복잡해요. 그래서 또 거기 다시 가서 봐야지만 아 이랬구나 하고. 그게 하나의 표현이고. 두 번째는 컴퓨터의 도움을 얻지 않고서는 도저히 할 수 없는 정도의 복잡성... 그 정도로 복잡하다는 것이죠.    

     


# 4. 웻 팀, 드라이 팀의 융합 의미는

(4) 비슷한 질문입니다만, 컴퓨터, 설계, 생물배양, 화학공정 최적화 등등 한 사람이 다 할 수 있을까 또한 대사공학의 연구 스타일은 어떤 것인지 궁금합니다. 현재 지닌 지식 중에서 분명히 드러나지 않은 것은 블랙박스로 넣고서 우리의 현실 지식을 최대한 기술적 적용에 활용하며, 뚜렷한 목적을 지향하고 또한 현실의 조건들을 매우 세밀하게 고려해서 최적화한다는 공학적인 접근 방법이 인상적인데요. 연구 스타일은 어떻습니까?  


이쪽 분야의 리서치 스타일 이런 게... 계속 말씀해주셨지만 또 해주실 말씀이 있나요? 예를 들어 이론물리학, 수학 하시는 분들은 생각하는 시간이나 서로 아이디어를 나누는 시간을 중요시하고 주로 칠판에서 보내시거나, 또 생태계 연구하시는 분은 필드에 많이 나가면서 거기에 맞는 연구문화가 있듯이 이 분야에는 어떤 연구문화가 있나 해서요. 잠깐 본 것으로는 교수님 연구실의 두 축을 이루고 있는 가상세포 팀과 미생물 제작 팀은 굉장히 이질적인 집단이 섞여 있는 것 같은데요.  


 그렇지요. 하지만 구조를 보셔서 아시겠지만 사실 바이오인포매틱스 센터는 정문술빌딩에 있어요. 수퍼컴도 거기에 있고. 그럼에도 불구하고 아까 만난 친구들이 여기에 앉아 있는 것은 여기가 웻 실험실이라는 말이에요. 가상세포 하는 친구들이 이곳에 앉아 있는 것은 서로 피드백을 주기 위해서에요. 제가 초청강연 가서 받는 질문도 꼭 그거에요. 정말로 대단한데 어떻게 해서 가능한가? 제 대답은 간단합니다. 진정한 융합이 되지 않고선 안 되기 때문에, 필요에 의해서 모든 학문을 혼자서 다 할 수 없잖은가 그래서 핵심 연구진들이 서로 자유자재로 크로스토크를 할 수 있는 환경을 조성해주어야 한다는 게 키입니다. 그래서 저희는 아웃소싱을 하더라도 예를 들어 네트워크 분석이다 하면 우린 못합니다 물리 분야이고. 그런 것은 정하웅 교수와 함께 하지요. 왜냐면 네트워크 볼 때에만 하면 되니까.

하지만 균주 개발 기법이나 툴이나 과학이나 공학은 우리가 바로 적용해야 하기 때문에 인 실리코 팀과 웻팀이 계속... [웻 팀이요?] 웻! 실험실이 젖었다고 해서 웻팀이라고 합니다. 웻팀 드라이팀이라고 하는데, 웻 랩은 물이 들어간 실험을 하는 랩이고 드라이 랩은 컴퓨터로 실험을 하는 랩이고. 우리는 웻팀, 실리콘팀이라고 하지요. [여기에서 만들어진 용어입니까?] 아니요 범용적으로 쓰는 말입니다. [재미있는 말이네요.] 그러기 때문에 이런 대화가 단절된다, 그러면 그 연구그룹은 망하는 거예요. 어울려사는 사회이니까 서로 위해주는 마음이 중요하지요.    


   

# 5. 합성생물을 바라보는 몇 가지 우려의 시선들에 관해

(5) 합성생물학을 바라보는 몇 가지 우려의 시선에 관한 물음을 드리겠습니다. 물론 합성생물학을 직접 하시는 분은 아니지만, 큰 범위에서는 ‘합성’의 방식으로 대사공학도 이뤄지는 측면이 있기에 답해주시면 고맙겠습니다.

합성생물학과 관련해서는 바이오브릭스처럼 생물학의 공학적 대중화(?)를 추구하는 쪽도 있습니다. 미생물 대사 설계 경연대회도 열리고, 또 얼마 전에는 일본 RIKEN연구소에서도 유전자 설계 경연대회를 신설했다는 네이처 뉴스도 봤습니다. 일본의 경연대회는 여러 안전장치를 갖추고서 “책임성(responsibility)”를 강조하고 있습니다만, 바이오브릭스처럼 “탈기술(de-skill)”을 얘기하는 쪽도 있습니다. 비전문가라 해도 쉽게 생물 합성과 설계에 참여할 수 있다는 얘기인데, 이런 생물지식과 공학의 대중화에 대해서 어떻게 생각해야 하는 것인지요.


 인터뷰 기사 쓰면서 대사공학과 합성생물학의 차이를 분명히 해야 하지만 어느 부분에선 겹쳐 있어서 합성생물학 얘기를 등장시키지 않을 수 없는데요. 대사공학자이지만 합성생물학에 관해 여쭈어보면...

바이오브릭스 아시잖아요. 최근에 일본의 리켄에서도 비슷한 경연대회를 한다고 하는데, 리켄에서는 여러 자격조건에 만드는 것은 아니고 아이디어만 내는 것이다 해서 위험한 건 아니다라고 하는데 또 바이오브릭스도 대학생 수준에서 정보도 제공하고 .... 탈기술... 그런데 일반인이 듣기에는 섬뜻할 수도 있거든요. 지식의 확산이라는 측면에서 보면 좋은 모델이지만 그 지식이 무차별로 확산하면 어떻게 될지 이런 것에 대한 걱정도 있는데 어떻게 생각하시는지...

 

저는 관리가 되어야 한다고 생각하는데요. 적절한 비유는 컴퓨터인데요. 처음에는 군용이었지 일반인용 아니었지요. 고급정보 툴이었고 고가였고. 생물쪽은 지금 생각하면 집사람이나 합성생물학 기법을 써서 뭘 만들 목적이나 이런 게 없거든요. 그런데 시간이 지나면서 자기 음식물 쓰레기는 자기가 디자인해서 미생물을 만들어 쓰기...

이런 식으로 100년 뒤를 생각해보면... 그때에는 이럴 거예요. 옛날에는 컴퓨터 없이 살았나? 똑같은 개념이 될 수 있어요.

정말로 그런 시대가 온다고 가정한다면, 굉장히 시스템이 설계가 잘 되어야 한다. [시스템이란? 통제나 안전을 위한. 유전자 합성이라는 것은 바이러스 합성할 수 있거든요 예를 들면 대전구 유성구 전민동의 에이씨가 우리나라 디엔에이 합성기를 가진 회사에 유전자 합성 의뢰를 했어요. 회사는 매출 오르는 것이고 아무 생각 없이 합성 해줬어요. 그런데 이 친구가 약간의 공부를 해서 인펙션 해서 패키징을 해서 바이러스를 뿌렸다면... [인펙션이란?] 감염. 바이러스 만들려면 동물 세포에 한 번 넣다 빼든지 해야지요. 누구 잘못이냐, 뿌린 사람 잘못이 제일 크고, 중간에 만들어준 회사는 책임이 없느냐, 이걸 논의할 시점이 지금 왔다는 것이죠. 모든 합성은 시퀀스 검증을 통해서 시퀀스 통제를 해야 한다. 그리고 라이센스를 가진 사람만 의뢰를 할 수 있게 하자든지. 현재는 일반인이 의뢰할 일이 없어서 문제가 없는 것이죠. 바실러스균을 편지봉투에 넣어 배달할 수 있다는 것은 911 이후에 알게 된 것이거든요.

윤리적인 교육 문제라든지... 탈기술이 좋냐 아니냐를 떠나서 대비를 해야 한다는 것이죠. 유통의 안전 통제라든지... 그런데 유통 통제만으로 안 되는 게 합성기기를 판다는 거죠. 예를 들어 유령회사를 만들어서 디엔에이 합성기를 사요. 그리고 자기가 원하는 것을 다 만들어요. 아무 통제도 안 받고서. 그러면 중앙통제시스템에 보고한다, 이것도 안 하면 되거든요. 그렇기 때문에 유통망 통제만으로는 안 되는 거에요. 결국은... 사람의 윤리 의식이에요.

   

예를 들어 독거미의 독성 생성의 유전자 정보, 이런 유해한 정보만을 노출하지 않게 하는 방법은 없나요?  


없지요. 왜냐하면 거꾸로 의료쪽에서는 그런 것을 자꾸 노출해야 약을 개발해야 하니까요. 약 개발 문제 때문에 노출이 될 수밖에 없는데, 그걸 악용하는 게 언제든 가능하다는 거죠.    


기술의 판도라 상자가 열렸는데 근데 현실적으로 생각해볼 때 다시 닫을 수도 없잖아요.  


절대 안 닫히죠. 새로운 지식을 창출하고자 하는 욕구가 있기 때문에 할 수가 없고요.    


그러면 얼마나 효과적으로 대응하는 것 같은 문제가 중요해질 테고...  


그래서 말씀드리려는 것인데요. 이런 것이 창의 역할을 할 때에는 강력한 방패를 항상 갖춰야 합니다. 그리고 그것을 아는 기업들이 정보 독점을 통해 이익을 추구할 가능성이 많다는 점도 알고서 대처해야 합니다.    


  

# 6. LMO 환경유해성? 봉쇄가 제1원칙일 뿐이지요

(6) 저번 인터뷰에서 설계 제작된 미생물은 자연상태에 방출되면 생존력이 약할 것이라고 말씀하셨습니다. 실험실 상황에 최적화돼 있기 때문에 환경에 유출된다 하더라도 다른 환경의 온도/영양상태에 적응하지 못해 생존하지 못하게 프로그래밍 할 수 있다고 말씀하셨는데요, 또 여러 전문가들은 환경위해성을 인체위해성보다 더 크게 우려하고 있습니다. 어떻게 바라봐야 적절할지요?  


여기에서 만들어지는 게 현행법상 LMO인데요. 저번엔 굉장히 낙관적으로 말씀해주셨는데 자연상태에 방출되도 생존력이 약할 것이고 만약에 문제되면 외부 환경에서 바로 죽을 수 있게 프로그래밍 할 수 있다고.... 그런데 다른 자료를 보면 환경위해성에 대해서 오히려 더 우려하더라고요.  


그건 룰 넘버 원(제1규칙)을 안 지켰기 때문에 그래요.  항상 완전히 형체도 없이 박살을 내니까. 클로락스로. 그걸로 항상 우리는 다 죽여요. 릴리스 자체를 봉쇄하는 것. 이걸로 끝! 룰 넘버 투는 시 룰 넘버 원!  그거 하나 밖에 없어요. 예를 들어 클로락스로 완전히 박살내니까. 그러니까 디엔에이 자체가, 화합물 자체가 다 조각나니까. 변기에 뿌리는 클로락스로. 그렇기 땜에 릴리스 자체를 봉쇄하는 것. 그런데 만약에 그렇다면 낙관적 관점에서 봐서는, 지난번에 말씀드린대로 어쨌든 얘기들은 서바이벌 하는 환경이 랩의 배양 조건에 맞춰져 있기 땜누에 확률은 낮지만, 릴리스 안 되는 게 중요한 것이지 후속조처가 중요한 게 아니지요.. 왜냐면 우리가 주었던 유전적 마커를 자연계 미생물에 전이시킬 수도 있기 때문에 클로스드 시스템에서 안 나가게 하는 게 중요하다.    


연구자 입장에서는 룰 넘버 원을 최후의 방어선으로 한다는  


 그럼요. [몸에 묻어 나갈 수도 있잖아요.] 그러니까 그런 것은 우리가 통제할 수 없는 부분에 대해서는 우리가 통제를 강화할 수밖에 없거든요. 우리는 인체에 무해한 미생물을 다루기 때문에 혹시 몸에 묻어 나가도 유해하지 않다라는 것이고.... 그리고 유해한 미생물을 다룰 때에는 바이오 세이프티 등급이 올라갑니다. 영화에서 보면 우주복 입고 하잖아요. 몸에 안 묻게 하려는 것이거든요. 그래서 위험 레벨에 따라서.    


그런데 인체에는 유해하지 않지만 예를 들어 이상번식을 해서 생물종 다양성을 훼손할 정도로 확산할 수도 있잖아요. 환경유해성은 아마 그런 의미인 것 같은데요.  


그러니까 룰 넘버 원밖에 없어요. 그 외에는 통제할 방법이 없으니까요. 우연히 빠져나가는 바이오에러로 볼 수 있느냐, 볼 수 있지요. 그러니까 못 빠져나가게 하는 게 중요한 것이거든요. 빠져나간 다음에는 그 다음에는 갑론을박이 된는 것이거든요. 예를 들어 낮은 온도에 죽기 때문에 상관없다거나 네거티브 입장이야 끝도 한도 없지요.    


현재 단계에서는 최선의 방법은 아무튼 봉쇄...  


봉쇄, 봉쇄죠.          



# 7.  '신기술의 두 얼굴' 어떻게 생각하십니까?

(7) 우리가 이미 습득하고 널리 알려진 기술을 모라토리움을 한다는 것은 불가능한 것 같고요. 결국에 될수록 유익한 방향으로 쓰도록 하면서, 부작용에 대해서는 철저히 모니터링하고 규제하는 쪽으로 나가야 할 텐데요. 그렇게 이상적인 틀이 갖춰질 수 있을까요? 워낙 새로운 생물공학의 도약인지라 우려의 시선도 있고요, 그러면서도 굴뚝 화학공장을 대신하는 새로운 산업의 등장은 신선하게 느껴지고요. 이렇게 이중적인 시선이 나타나고 있습니다만....  


이 질문도 비슷한데요. 기술 모라토리움도 현실 사회에서는 가능하지 않아 보이고, 결국 유익한 방향으로 써야 하는데, 생각할 수 있는 유익한 방향이 굴뚝 화학공장을 대신하는... 그게 어느 정도나 가능할까요?  


굉장히 가능성이 많지요. 올해에도 전세계적으로 공장이 몇 개가 성공적으로 가동될 것이고요. 예를 들어 듀폰이 현재 공장이 가동중이고...    


실제로 제품을 생산하고 팔고 있나요.  


듀폰이 실제 팔고 있지요. 제가 써드릴게요.    


근데 생화학 표기에서 이런 숫자는 뭐지요?  


1, 3 표시는 탄소가 3개가 있으면 1, 3 위치에 알콜이 붙어 있다는 것이죠. OH기, 알콜의 위치를 나타내는 거에요. 1포지션과 3포지션에 알콜이 붙은 다이올이라는 거죠. 두 개가 붙어 있으니까. 프로판은 탄소가 3개라는 뜻이고.

그래서 아무튼 이것은 피피티라는 폴리에스터 합성에 쓰는 원료에요. [섬유입니까?] 섬유입니다. 카펫 만들거든요. 이것이 굉장히 성능이 좋고 카펫이라는 게 눌리면 자국이 남는데 이것은 복원 능력도 좋고. 바이오 기반으로 만든 친환경에다 그런 특성이 있으니까 난리가 났지요. [대장균으로?] 대장균과 효모 두 개를 검토해서, 지금 제가 헛갈리는데, 아마 대장균을 지금 공장에 쓸 거예요. 이걸 개발하는 데 대사공학 기술만 적용하는 데 10년 넘게 걸렸어요. 그래서 이 좋은 예가 ‘너무 오래 걸린다’ 그런 인식을 사람들한테 심어주었고, 그래서 대부분의 정통 정유회사들은 이거 안 되는 거다 생각했는데 그게 오판이라는 거죠. 왜냐면 당시에는 듀폰이 가지고 있는 기술력에도 한계가 있었고, 최근 10년 동안 대사공학 발전이 기하급수적으로 이뤄져서 현재 균주 개발이 훨씬 더 저렴하고 빨라졌거든요. 그러다보니까 뛰어드는 게 다국적 기업들이...

   

언제부터입니까? 최초의 사례입니까  


1990년대 중반부터 해서. 이게 최초의 성공 사례이지요. 범용 화학물질로는....  그 전으로 따지면 뭐 바이오 에탄올 같은 것도 있지요 물론. 훨씬 옛날부터 했고요. 더 이전의 스토리로 가면 엄밀하게 얘기하면 뷰탄올이에요. 세계 1, 2차 대전 때에 이미 발효해서 만들어서 썼거든요. 왜 만들었느냐, 뷰탄올을 만들려고 한 게 아니라 아세톤을 만들기 위해 그랬어요. 클로스트리듐이라는 균주는 뷰탄올 아세톤 에탄올을 6 대 3 대 1의 비율로 만들거든요.  그런데 세계 대전이 터졌는데 영국과 독일이 붙었는데, 폭약 만드는 데 아세톤이 쓰이는데, 영국에서 아세톤을 생산하려니까 이게 봉쇄가 된 거에요. 그래서 곡물을 이용해서 발효한 게 와이즈만 프로세스이고...그 와이즈만이 클로스트리듐을 이용해서 아세톤을 만든 것인데, 그 와이즈만이 이스라엘의 초대 대통령이 되지요 나중에.  

그래서 프랑스에서 곡물을 수입해서 발효했는데 그걸 봉쇄하려고 독일이 배를 배치해요. 그 해협에다가. 그러고 나서 봉쇄가 되니까 이 공장이 영국에서 미국으로 건너갑니다. 여러 공장 지어진 것들 중의 하나가 듀폰 옆이에요. 전쟁이 끝났어. 끝나니까 아세톤이 필요없거든요. 그런데 뷰탄올은 더 많이 나오는데 안 쓰니까 쌓아두었거든요. 그래서 얘들이 뷰탄올 쓸 때 없나 하다가 이걸 자동차 색칠하는 라커로 쓸 수 있겠다 해서. 그래서 그때부터는 뷰탄올 발효를 합니다. 그런데 그때 썼던 것은 다 자연계에서 찾아낸 돌연변이 정도를 쓴 것이죠. [설계된 게 아니고] 찾은 것이죠. 그때에는 유전자 재조합 기술도 없었으니까. 그런데 그런 행위를 이제는 대사공학으로 한다 이거죠.

   

듀폰이 90년대부터 쓴 프로판다이올의 사례는 설계에 의해서...  


설계에 의해서 한 거죠.. 그래서 듀폰이 혼자서 못해서 기술력이 없어서 못하니까 당시 제넨코라는 미국 회사(비아오 개발, 효소 개발)에 의뢰하면서 1990년대 중반에 균 한 마리 만들어달라고 300억 원을 줍니다. 물론 당연히 그 후의 인하우스 개발비도 있겠지만 그 개발비는 얼마 들었는지 모르겠고, 지금은 독일의 바스프, 네덜란드 DSM 이런 대규모 화학회사들이 다 뛰어들었지요.    


공장을 짓고 있나요. 주로 대사산물은 뭘로...  


네. 공장을 짓고 잇지요. DSM은 합작을 통해서 숙신산 공장을 지으려고 하고 있고, 일본의 미츠미시캐미컬도 마찬가지로 숙신산을 하고 있고, 바스프도 마찬가지로 숙신산에 관심이 있고 그런데 거기는 릴리스를 하지 않고...    


숙신산이 떠오르고 있네요. 그런데 지금 나오고 있는 바이오 연료, 그러니까 에탄올, 부탄올 이런 것은 아직 실험실 단계인 건가요?  

꼭 그렇지는 않아요. 제가 몇 개 써줄 게요. 미국의 메타볼릭스, 이건 벤처회사입니다. 지금은 나스닥에 올라가 있고, 이 회사가 혼자 힘드니까 ADM이라는 다국적 아미노산 기업과 합작회사를 만듭니다. 여기에서 생분해성 고분자를 하고 있고요. 폴리에드록 카노... [플라스틱입니까?] 네, 플라스틱입니다. 공장을 짓고 있어요. 공장을 짓고 있는 좋은 예들만 더 말해볼게요. 그 다음에 제노마티카는 아까 듀폰이 원스리 했잖아요. 얘들은 원포 뷰텐다이올, 이것도 폴리에스터 원료이고 여러 가지 산업 용매의 원료로 쓸 수 있거든요. 이것도 데모 플란트를 지으려고 하고요. 그 다음에 우리나라도 GS칼텍스도 뷰탄올 파일럿 플란트 지었고, 저희와 함께 하잖아요, 데모플란트 지으려는 계획을 가지고 있고요. 데모플란트는 준공장 수준으로 큰 규모죠.    


 (GS칼텍스의 경우에) 지금은 파일럿 단계라는 거지요. [지금 우리 학교 파일럿동에서도 돌아가고, GS칼텍스에서도 돌아가고] 이런 게 등장하는 속도가 어느 정도인가요?  


등장 속도요... 개수로만 따지면 2005년부터 치면 몇 가지가 가시화하면서 예측하기를 이렇게 갈 거라는 거죠. 2030년 정도가 되면 전체 65~70%의 모든 화학제품이 전부 이 바이오 기반으로 갈거다...    


화학제품이 실생활에서 차지하는 게 엄청 큰데요. 실제 이런 상황이 된다면 화학산업 공단의 풍경이 달라질 거네요.  


달라지는데요. 실제로는 외관상으로는 많이 달라지는 게 없어요. 왜냐하면 결국은 발효탱크라는 게 지금의 반응기에 해당하거든요. 그것을 발효기가 대체할 뿐이지 이후 단계는 다 같아요. 주로 보면 반응기가 발효기로 바뀐다는 것, 그 다음에 원료가 화석연료에서 바이오매스로 바뀐다는 것, 그게 중요한 차이이고요.    


이 발효기라는 것은 생물체 안에서 대사작용에 의해... [발효기는 이렇게 생긴 탱크에요] 그러니까 최종산물이 나오는 게 이런 무수한 미생물들이 내놓는 것이고, 이에 비해 반응기는 생물체 없이...  


반응기는 촉매 반응에 의해서... 촉매를 넣고서 에이라는 반응물을 주면 비라는 프로덕트로 변환되는 것이죠.    


그걸 하나 예로 들어서... (그림을 그리며) 이곳에서 미생물 먹이로 포도당을 넣어서 플라스틱이 나왔다 하면.  


제가 하나 그려볼게요(그림을 그리며). 오일, 크래킹, 석유화학 원료 그 다음에 다단계 반응을 거치고, 반응1, 반응2, 이게 다 촉매 반응이거든요. 효율을 높이기 위해서, 안 그러면 반응이 안 가니까. 그 다음에 분리정제. 이렇게 간다면 ... 여기는 바이오매스가 있고... 그런데 다 그렇게 할 필요는 없어요. 생물이 모두 다 할 수는 없기 때문에. 물론 가장 간단한 경우는 바이오매스로부터 발효기, 그리고 분리정제 이런 단계이지요.   

LSY1  

바이오매스는...  


식물이죠. 우리가 바이오매스로 쓰는 것은 대부분 식물이거든요. 예를 들면 셀룰로스... [바이오매스에서 뭐가 나오는 건가요?] 바이오매스에서 포도당, 설탕, 자일로즈, 혹은 기름 이런 게 나오는 거죠. [아, 미생물의 먹이가 나오는 거네요] 원하면 동물이 만든 기름...      



# 8. 도전을 기다리는 큰 물음들은...

(8) 시스템 대사공학 또는 합성생물학에서 제기되는 큰 물음(Big Question)에는 무엇이 있을까요?  


저번에 여쭈어봤나요? 대사공학/합성생물학의 현재 큰 물음은?  


대사공학의 큰 물음은 결국은 그거죠. 아직 우리가 생명체에 대해 다 알고 있지 않고, 앞으로 100년 지나도 생물체 다 알 수 없을 것이다. 그건 저의 확실한 시오리이고요. 왜냐면 이게 네트워크 오브 네트워크 오브 네트워크 오브이기 때문에 다 알 수가 없습니다. 다만 우리 공학자들은 지속적으로 지식이 축적되면서 점차적으로 우리가 엔지니어링하는 기법이나 효율을 높이는 것이나 좋아지는 것은 확실한데. 그런데 이런 복잡계를 우리가 진정으로, 그 플럭스를 자유자재로 조작할 수 있을 만큼 이해하는 것은 큰 도전이지요. 결국은 바이오쪽 개발된 지식이 축적되면서 그것이 통합되면서 이뤄지는 것이고요. 합성생물학의 큰 물음은, 저는 개인적으로 좋아하지는 않은데, 진정하게 우리가 디자인한 특징을 지닌 생명체를 카피 안 하고 만들어내는 것이 가장 큰 도전인데.    


 카피 안 한다는 것은 게놈을 자연을 모사하는 게 아니라 완전 순수 창작으로 한다는...  


 벤터 쪽에서 한 것은 마이크로플라스마에 있는 이런저런 진을 그대로 카피해서 넣어준 것이고요, 제가 말하는 것은 포도당을 먹이면, 먹이부터 바뀌는 대사회로를 순서대로 넣어서 뷰탄올까지 가게 하고 그 다음에 디엔에이 합성하는 것 가게 하고, 이런 식으로 설계하는 게 아마도 궁극적인 목표일 텐데 저는 반대라는 것이죠. 왜냐하면 굳이 이걸 할 필요가 있느냐, 왜? 얘(합성 미생물이 아닌 자연의 미생물)만 가지고도 최고 수준의 근접한 것을 만들어왔거든요. 그 이론적인 최고수율 자체를 깨기 위해 만들 가능성이 있다, 이런 거죠. 그것은 대사공학의 궁극적 목표일 수도 있어요.    


 미생물체의 게놈을 그릴 때에는 왜 원으로 그리죠.  


이게 원으로 돼 있어요. 이렇게 닫혀 있어요. 얘는 양끝이 만나 있으니까 원이지요. [왜 그렇지요?] 복제, 복제를 하기 위해서. [핵 막이 없기 때문에 이런 구조를 가지는 건가요?] 아무튼 이런 이유로 복제를 할 때에, 끊어지지 않고 벌리면서 복제하는 게 있고요. 다른 것은 (디엔에이 이중구조)의 하나만 끊어 펼쳐서 굴러가면서, 원 하나는 그대로 두고서, 복제하는 경우가 있어요. 이런 방법으로 진화했으니까 원형을 갖고 있겠지요. 박테리아의 경우에 특히.    


그걸 플라스미드라고 하나요?  


아뇨, 플라스미드도 동그란데 이것은 게놈보다 훨씬 작은 놈. 예를 들어 게놈이 4메가염기쌍이면 10, 30킬로 베이스 정도, 1000분의 1 정도 되는 염기쌍 규모이고요. 이것은 게놈과 독립적으로 존재하고. 어떤 환경에서 중금속 환경에 사는 놈을 봤더니 플라스미드를 보니까 중금속을 해독하는 유전자가 있더라. 당연히 예들은 그런 플라스미드를 갖고 살지요. 플라스미드는 카피 수도 여러 개 있을 수도 있고. 또 이게 비브리오균으로 가면 결국 게놈이 두 개가 돼요. 박테리아인데. 우리 논문 낸 것 중 하나인데, 플라스미드가 제2게놈이 되었을 가능성이 높다는 밝혀내기도...    


플라스미드는 환경에 대처하기 쉽게 따로 관리하는 건가요?  


이 플라스미드는 들어갔다 나왔다 쉽거든요. 대장균의 경우도 잘 알려진 게 F플라스미드라는 게 있어요. 이게 있으면 F 플러스고 없으면 F 마이너스라고 불러요. 근데 이것을 섹스 플라스미드라고 불려요. 왜냐? 융합될 때에 들어갑니다. 있는 게 남자 없는 게 여자이면 대장균은 남자 여자가 만나고 나면, 남자 남자가 돼요. (웃음)      



# 9. 미래의 풍경 그려보기

(9) 10년 뒤, 20년 뒤의 대사공학, 합성생물학의 상황, 그리고 일반사회의 변모를 예측해주실 수 있을까요?  


자, 10년 되면 바이오 리파이너리, 그러니까 바이오 기반 화학공장들이 많이 들어서 있을 것이고요. 그 다음에 그걸 달성하기 위한 가장 핵심 요소 기술인 대사공학이 같은 속도나 그 이상의 속도로 발전했을 텐데, 그것의 원동력은 시스템생물학, 합성생물학 등이 다 통합돼 있을 것이다. 현재 학문 분류 기준으로 봐서는.  

그리고 그때가 되면 현재 대사회로 조절 기법들이 유전자 조절 네트워크 하고 신호전달 조절 네트워크까지 아우르는 그래서 진정한 의미에서 우리가 굉장히 파인 콘트롤 할 수 있는 [지금도 그렇게 하지 않나요] 지금도 그렇게 하지만 전체를 다 모르기 때문에 굉장히 일부만 들어가거든요. 유전자 조절 회로를 대사회로 건들 듯이 수십 개 건들 수도 있고. 또 디자인된 균주, 자유자재로 디자인한 맞춤형 균주가, 좋은 의미의 수퍼박테리어가 이 바이오 화학공장에 들어가 있을 것이다. 그것들은 효율도 무지하게 높고...

   

일반인이 느낄 변화는 없을까요?  


 많겠지요. 자기가 쓰는 것들이 예를 들어 플라스틱들도 그렇고 랩톱도 그렇고 많이 쓰는데, 석유화학 공업이 원유 기반을 탈피한다고 할 때에 이제 이런 것들을 못 쓰나 했는데 바이오 기반으로 친환경으로 이런 것들이 유사하게 지속되어 나오는구나 이런 것은 당연히 깨달을 수 있을 테고요. 그 다음에 실질적으로 소비자 입장에서 ‘변화’로서 볼 때에는 우리가 계속 벌크 캐미컬만 얘기했지만 실제로 이런 기법들이 의약계에도 다 쓰이거든요. 이제까지는 사람들이 접근하지 못했던 치료제를 창조해내고 여러 사람의 치료행위에 가담하고 목숨을 구하고 이런 것들에도 대사공학이 다 적용되지요. 그런 것들은 아마 피부에 와 닿는 헬스케이 쪽의 브레이크스루가 될 수 있다 이렇게 보고요.    


회로는 원래 전자공학에서 썼던 것이고 그 연상되는 이미지는 경로, 설계, 더 있겠지만 이런 정도가 먼저 떠오른데... 대사회로라는 용어를 쓸 때에 어떤 점에서 유사하기 때문에 쓰는지, 또 그렇지만 어떤 점에서 다른지 말씀해주시면. 비유를 그대로 받아들이면 오해를 하는 측면도 있잖아요.  


그러니까 대사회로라는 것의 회로는 결국은 에이, 비, 시, 디, 이, 에프라는 중간 노드가 있을 때에 그것을 거쳐서 이뤄진다는 점에서 전자공학의 회로 개념을 가져다 쓴 것인데요. 화학 공정에서도 같습니다. 화학공학에서 단위 조작이라는 것도 똑같습니다. 반응1, 반응2 이런 식으로 지나가잖아요. 컴퓨터도 마찬가지로 회로 기판에서도 전자들이 굉장히 빠른 속도로 저항을 통과하고 콘덴서를 통과하고 노드를 거쳐서 통과하니까 회로라고 표현한 것이고요. 당연히 차이점은 생체 내 대사회로는 각각의 스텝이 그냥 흐름만이 아니고... 전자기판에서는 저항이 있고 프로세서가 있고 콘덴서가 있고 컴포넌트가 몇 개 그렇잖아요... 그런데 대사경로에서는 몇 가지 정류가 아니고 그 기능이 굉장히 많다, 효소라는 것에 의해서. 우리가 파악하고 있는 1000개 정도의 반응만 봐도 굉장히 1000개 정도의 컴포넌트가 들어가고. 걔들을 전부다 다룬 다는 것은 우리가 훨씬 더 많은 조합의 숫자로 바꿀 수 있다는 것이고. 그런 차이가 잇고요. 

그다음에 더 큰 차이는 당연히 그런 행위를 통해 일어난 것이 얘는 계산, 디스플레이로 나오지만 여기에선 어떤 물질을 만드는, 화학물질이나 약물이 만들어진다는 것이죠. 그래서 대사공학자들은 이렇게 볼 수도 있을 거예요. 굳이 화학공학으로 비유하면 각 유닛을 최적화할 때에 전체가 어떻게 글로벌 옵티마이즈할 수 있느냐...

   

옵티멈, 최적화라는 게 맥시멈과는 다르잖아요.  


대부분은 맥시멈인 경우가 많지요. 근데 가끔은 미니멈이 될 수도 있어요. 오브젝트가 어디에다 두느냐에 따라 달라지고요. 오브젝트가 두 개 이상이 될 수도 있으니까요. 두 조합이 어떻게 될 때 옵티멈이다 이렇게 할 수도 있고...    


전체가 유지되면서 나와야 하니까. 지속가능성 이런 것이 고려되어야 하니까.  


그래프로 그려 보여주는 게. 세포 성장 속도와 제품 생산 속도를. 가상세포를 쓰면 예측할 수 있거든요. 커브가 대충 이런 식으로 나와요. 세포 성장 속도가 늘면 제품 생산 속도가 줄다가...  

그런데 컴퓨터에 물어봐요. 이 제품을 최대로 생산하려면 어떻게 해냐 하느냐 물어보면 당연히 이 포인트죠. 그런데 이 포인트에선 사실 세포가 안 자라요. 그렇기 때문에 이런 것들을 시뮬레이션도 하고 실제 실험도 하고 조절기작도 건드려보고 하면서 (옵티멈의 포인트를) 얻는 것이죠.

   

아까 시뮬레이션 설명을 들었는데요. 대사산물이 여러 경로를 거치는데 어느 단계에서는 중간 대사산물이 쪼개져서 이 경로로 30이 가고 이 경로로는 70이 가고 하는데, 그런데 이건 프로그램에 정해져 있는 것이고 실제에서는 어떤 우연에 의해서 여기에 29가가 가고 여기에 71이 갈 수도 있잖아요. 연쇄반응이니까 다른 결과가 나올 수도 있잖아요. 시뮬레이션이 다 보여주지 못하는 불확실까지도 고려해야 하지 않을까요.  


그렇지요. 이런 것이 점점 높아지는 게 10년 뒤라는 것이거든요. 현재는 에러가 증폭될 수도 있거든요. 물론 감소할 수도 있어요 근데 그건 모르는 거고. 결국은 발효기 전체가 중요하잖아요. 균은 열심히 만들지만 우리가 인터그레이트 프로세스를 봐야 한다는 것이고 실제 얘들을 여기에다 넣었더니. 산소를 골고루 공급해도 이쪽과 저쪽이 달라질 수 있어요. 실제에서는 얘들이 겪는 게 달라질 수도 있어요. well-mixed system을 주는데 그럼에도 불구하고 국지적인 불균등이 있을 수 있다는 거죠. 그렇지만 이 안에는 세포가 어마어마한 숫자가 있는데 1000조개 될 수도 있거든요. 그것들이 평균으로 만들어낸 숙신산이 얼마냐 그걸 보는 것이고 각 한 마리 한 마리가 얼마를 하느냐는 중요하지 않은 것이죠.  

에러가 증폭될 수도 있지만 얘를 플라스크 수준에서만 봐도, 10의 9승 세포, 밀리리터당 10억마리가 있다는 말이에요. 그런데 2만 리터로 오면 10의 16승 세포가 있다는 말이죠 이 안에. 이 안에서 몇 마리가 딴 짓을 했다고 영향을 주고 달라지는 건 아니라는 거죠. 

   

실제로 1밀리리터당 10억마리 정도 들어가나요 배양기에서.  


네. 배양기에선 더 많고. 10의 10승 정도. 그러니까 2만 리터 탱크이면 2곱하기 10의 17승까지도 되는 거지요. [실제 화학공장에서는] 그 때엔 더 크죠. 20만리터가 될 수도 있고요. 그 정도도 쓰거든요. (여기 실험실에서 쓰는 것은 5리터 수준이고요.)      


 

# 10. 새로운 도전, 인간 가상세포

지금 여기에서 개발된 가상세포 종수가 몇 종 정도 되나요?  


종류라는 게 큰 의미가 없는데... 균 종류로 보면 대장균, 수도모나스, 바실러스, 효모 두 종류, 비브리오, 등등 해서 10여종 되겠네요.    


여기 가상세포에서 다뤄지는 병원성 박테리아는?  


병원성으로는 비브리오 균 하고 아시네토박터 균이고요, 이것들은 치료제 개발에 쓰는 것이고    


대장균 가상세포의 경우에 아까 얘기 듣기를 정확도가 90%정도라고 하던데요?  


 그게 정확도의 기준이라는 게 좀 그런데요, 우리가 활용하는 데 높은 정확도로 예측해주고 있어요.    


 다세포 동물의 가상세포를 만드는 것은 없습니까?  


있지요. 휴먼...    


인간이요? 그건 너무 큰 욕심이 아닌가요?  


전세계적으로 3그룹이 휴먼 네트워크를 하고 있거든요. 근데 외국 그룹이 당연히 먼저 했고요. 우리가 휴먼 쪽을 들여다본 게 3년 전부터. 그 이유가 뭐냐면 우리가 교과부 시스템생물학 과제를 수행하는데 우리가 발표한 것을 듣고 교과부 심사위원 12분이 보면서 이 좋은 것을 휴먼 쪽에 적용했으면 좋겠다 했어요. 저는 못한다고 했어요. 근데 결국은 합니다. 중요성 때문에.    


단세포 하다가 인간 세포를 하는 것은 (너무 큰 욕심이 아닌지?).  


 아니 중간단계에서 우리가 이스트(효모)도 했으니까.    


도리어 인간보다는 활용도 측면에서 식물을 하는 게 좋을지도...  


아니요. 우리는 식물이건 동물이건 유용물질 생산로는 안 할 겁니다. 인간을 연구하는 것은 치료제 때문에 합니다. 예를 들면 비브리오, 아시네토박터 균 한다고 했잖아요.    


인간은 그 많은 걸 다 할 수 없고 2만개 유전자를 다 넣을 수도...  


2만개 유전자 다 못 넣어요. 왜 못 넣느냐 하면 그 기능을 다 알지 못하기 때문에. 우리가 넣는 것은 기능을 아는 것만 넣는데 그게 한정된 정보잖아요. 그러다보니까 네트워크가 안 돌아가요. 빠진 게 많아서. 그때 우리가 축적한 네트워크 기법을 쓰면 이런저런 유전자의 기능이 분명히 있어야만 이게 돌아간다는 게 분명하기 때문에, 증거는 없어도 그런 유전자의 기능을 예측할 수 있게 된다는 거죠. 그 다음에 실제로 그런 유전자 기능이 있는지 검증 실험을 한다는 거죠. 그러니까 가상세포라는 게 뭔가 유용한 것을 만드는 데만 쓰는 게 아니고 연구할 대상까지도 찾아준다 이겁니다. 예측을 해서 모든 실험을 할 수 없으니까 이러이러한 가상세포로 실험을 해보면 이러이러한 현상이 일어난다는 것을 알 수 있어요. 그러니까 실험기법까지도 얘기해주지요. 그러니까 가상세포는 발견이라는 과학 쪽에도 활용될 수 있고 공학에서 균주 개발 생산에도 쓸 수 있고요, 양쪽으로 다 쓸 수 있어요.    


근데 가상세포에 입력되는 대사산물 정보가 고등동물인 경우에는 엄청나게 많고 복잡하지 않아요?  


많지요. 근데 미생물에 비해 특수하게 많다 이렇게는 말 못하고요. 단백질의 경우에 복잡하지요. 그리고 더 중요한 것은 인터랙션이 되고.    


인간 세포 네트워크는 언제 발표하나요?  


지금 열심히 마무리하고 있지요. .    


세계 그룹들도 발표된 버전이 있습니까?   


아주 초기적인 버전으로 동시에 발표됐어요.  


그러면 거기에 업그레이드 해서 발표해야 겠네요. 뭐 하나 실험 케이스를 더해서 발표하거나. 할 일은 무궁무진한데... 정말 바쁘시겠군요. 오늘은 많은 얘기를 나눴습니다.            

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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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