관련특집 - 생명의 신비

지난 14일 100% 완성이 발표된 인간 게놈 지도부터가 사실은 ‘만병통치약’이 아니다. 물론 과학자들이 사람 몸속의 32억개 염기배열의 순서를 밝혀낸 것은 확실히 인류가 유전 정보의 근간(根幹)을 손에 쥐게 된 것이다. 그러나 최근 일부과학자들은 염기 서열 자체에는 변화가 없어도, DNA 구조가 바뀌고 심지어는 질병까지 초래할 수 있는 사례를 보고하고 있다.

열외(列外) 유전이라고 불리는 이 유전 방식에는 여러 종류가 있다. 가장 잘 알려진 예는 DNA의 메틸화다. DNA는 A(아데닌), G(구아닌), T(티민), C(시토신) 4가지 염기가 쌍을 이뤄 배열돼 있는데, 이 중 C에 메틸(CH3-)기가 붙으면 해당 유전자의 특징이 잘 발현되지 않는 경향이 있다. <그림3>

유전자에 메틸화가 심하게 되면 암을 유발한다. 반대로 꼭 있어야 할 부위에 메틸기가 없으면 면역 결핍 및 기형적인 얼굴을 갖는 ICF 증후군을 앓는다. 메틸기가 붙는 정확한 이유는 모르지만, 유전적인 요인은 물론 외부 환경도 많이 관여한다는 것이 전문가들의 해석이다.

메틸화가 쥐에 미치는 영향도 보고된 바 있다. 게놈 염기서열이 똑같은 복제 쥐들 사이에는 ‘A(agouti)’라는 유전자가 있다. 이 부분이 얼마나 메틸화 되는가에 따라 복제 쥐는 누런색부터 까만색까지 다양한 털 색을 갖는 것으로 나타났다.

놀라운 것은, 실험 결과 이 색깔들이 유전자 염기서열과 아무 상관이 없는데도 어미에서 자식에게로 유전되는 경향이 있다는 것이다. 이를 일반적인 유전과 구분해 영어로는 에피제네틱스(epigenetics)라 부른다. 염기서열에 대한 정보만을 담고 있는 게놈 지도만 갖고서는 이런 유전을 설명하기가 쉽지 않다.

물론 열외 유전학은 변수가 너무 많아 아직 정확한 실험으로 입증하기는 어렵다. 하지만 염기서열만이 유전을 결정하는 모든 원인은 아니며, 외부 자극에 의한 변화가 때로는 다음 세대로 유전될 수도 있다는 가정은 가능하다.

언젠가는 열외유전학이 인간 게놈 지도만으로 해석할 수 없는 생명현상을 이해하는 데 유용하게 쓰일지 모른다.

게놈 지도 완성 이후의 ‘포스트 게놈 시대’에 새로 인류에게 던져지는 숙제도 만만치 않다. 우선 유전정보를 담고 있는 유전체의 기능을 체계적으로 연구하는 ‘기능유전체’ 연구와 개인·인종·생물 간의 유전체 정보를 이용해 서로 비교, 차이점을 추적하는 ‘비교유전체’ 연구가 본격적으로 이뤄질 전망이다.

인간 게놈 지도는 이 연구들에 당장 가시적인 성과를 가져오지는 않는다. 게놈지도로 알려진 유전 정보를 갖고, 이 유전정보들이 어떻게 상호작용하는지 여부를 밝혀내는 것은 각 국가의 몫이다. 때문에 확고한 선두를 지키고 있는 미국은 물론, 영국·프랑스·일본 등 각 선진국들은 ‘포스트 게놈’ 연구에서 우위를 점하기 위해 천문학적인 예산을 쏟아붓고 있다.

인류에게 큰 파장을 가져온 유전공학의 발전도 앞으로도 계속 인류가 탐구해 나가야 할 분야이다. 1970년대 모습을 드러내기 시작한 ‘유전공학’은 생체 내에서 DNA를 자르는 역할을 하는 ‘제한 효소(restriction enzyme)’의 발견 이후 비약적으로 발전해왔다. 특히 한 DNA를 잘라 다른 DNA에 붙이는 재조합 기술의 개발은 생명을 인위적으로 가공할 수 있게 했다.

80년대 이후 생물의 유전자를 변형, 생산하는 유전공학 제품은 줄곧 쏟아지고 있다. 왜소증 치료제인 성장호르몬은 본래 인간의 뇌하수체에 극미량이 존재했지만, 이제는 대장균에서 대량 생산하고 있다. 또 빈혈 치료제인 EPO는 인간 유전자를 햄스터 세포에 심어 대량 생산하고 있다. 미국 내에서만 1년간 4조원의 매출을 올리는 최대의 바이오제품이다

간염·간암 예방에 한몫하는 B형 간염백신도 효모에서 대량 생산하고 있다. 그러나 GMO(유전자 변형 생물) 등 유전공학의 산물은 여러가지 논란도 낳고 있다. 특히 일부 시민단체나 국가 등은 GMO가 안전성 측면에서 아직 검증되지 않았다고 주장한다.

97년 복제양 돌리 탄생 이후 급속하게 발전하고 있는 ‘복제 기술’도 유전 공학이 낳은 큰 논란거리 중 하나이다. 양·소·돼지에서 인간에 이르는 다양한 생명 복제는 생물학적뿐 아니라 사회적으로도 큰 파장을 낳고 있다. 최근에는 인간 복제에 대한 진위 여부를 놓고 공방이 일고 있기도 하다.

향후 20년간은 지금까지 우리가 이뤄놓은 기반 위에서 ‘우리는 무엇인가’를 구체적으로 밝히는 과학자들의 도전이 이어질 것이다. 이 과정에서 물론 산업적·의학적으로 유용한 정보와 기술·제품이 쏟아질 것이다. 또 정신·행동 등 종교와 철학의 영역에 있던 분야를 생물학적으로 설명하려는 시도가 이어질 전망이다. 인류 역사의 뱃머리는 바야흐로 새 방향으로 기수를 틀고 있다.

◆김선영 교수는 서울대 자연대 생명과학부교수. 분자유전학 전공. 96년 국내 첫 대학내 바이오벤처기업 설립.

◆1953년 이후 생명과학 발전 연표

▲1953 왓슨과 크릭, DNA 구조 규명

▲1957 크릭, ‘생물정보’설 제안

▲1961 모노와 자콥, ‘오페론설’ 발표

▲1965 DNA 염기서열 식별 방법 개발

▲1973 유전자 재조합 기술 개발

▲1976 유전공학 회사 창립(제넨텍)

▲1982 첫 유전공학 제품 시판(인슐린)

▲1991 인간게놈기구 발족

▲1997 세계 첫 복제동물 복제양 돌리 탄생

▲2003 인간 게놈 지도 100% 완성 발표