유전자 교정, 어디까지 허용될까?

아이의 눈·머리 색깔이나 키도 바꿔… “치료 목적에만 국한” 중론

‘자연 선택’이라는 이름으로 오래전부터 유전자 편집을 해온 자연을 대신해 인간이 생명체를 설계할 수 있는 시대가 열렸다. ‘유전자 교정’으로 유전자에 돌연변이가 일어난 부분을 잘라내 원상복구할 수 있고, 질병의 원인이 되는 유전자를 제거할 수 있다. 컴퓨터 프로그래머가 버그를 수정하듯이 인간 및 동식물의 유전자를 ‘리프로그래밍’할 수 있게 된 것이다.

유전자 교정의 핵심은 특정 유전자를 잘라내는 역할을 맡는 ‘유전자 가위’가 담당한다. 의도하지 않은 엉뚱한 곳을 자를 경우 변이로 암과 같은 부작용이 나타날 수 있어 정확성이 생명이다. 유전자 가위는 2003년 1세대 유전자 가위 ‘징크핑거 뉴클레아제’(ZFNs)가 개발된 후 2세대 ‘탈렌’(TALENs)을 거쳐 현재는 3세대 ‘크리스퍼’(CRISPRs)의 시대로 이행했다.

징크핑거와 탈렌은 만들기 어렵고 가격이 비싸 널리 활용되지 못했다. 크리스퍼 유전자 가위는 특정 유전자에만 달라붙는 가이드 리보핵산(gRNA)만 교체해 유전자를 잘라내는 효소인 Cas9 단백질과 함께 세포로 전달하면 되기 때문에 대량생산이 가능하다. 유전자 가위 비용이 개당 수천만원 수준에서 수만원 수준으로 낮아졌고, 수개월이 걸리던 제작기간도 하루 이틀로 줄었다. 정확도도 높은 데다 복수의 gRNA를 사용하면 동시에 여러 유전자를 교정할 수 있다.

크리스퍼 유전자 가위는 이런 장점 때문에 분자생물학, 의학, 농업 등 다양한 분야에 빠르게 적용되고 있다. 국제학술지 ‘사이언스’는 이를 ‘크리스퍼 혁명’이라고 표현했다. 징크핑거 유전자 가위를 만들었고, 현재도 1~3세대 유전자 가위로 유전자 교정 실험을 활발히 진행하는 다나 캐롤 미국 유타주립대학교 석좌교수는 지난 9월 27일 경향신문과의 인터뷰에서 크리스퍼 유전자 가위의 등장으로 “유전자 교정의 민주주의 시대가 열렸다”고 평가했다.

크리스퍼 유전자 가위 아이디어를 처음으로 제시하고 이를 유전자 편집에 활용한 UC 버클리의 제니퍼 다우드나 교수(왼쪽에서 두 번째)와 크리스퍼 특허를 두고 분쟁을 벌이고 있는 장 펭 MIT 교수(오른쪽 두 번째)가 2015년 10월 3일 미국 뉴욕에서 열린 뉴요커 페스티벌 행사에 참석해 함께 기념 촬영을 하고 있다. / 게티이미지코리아

유전자 교정의 민주주의 시대?

전 세계 과학자들은 최근 몇 년 사이 크리스퍼 유전자 가위를 이용한 연구를 경쟁적으로 쏟아내고 있다. 지난해 1월 사이언스에는 크리스퍼 가위를 이용한 쥐 실험에서 근위축증을 일으키는 유전자 결함을 교정하는 방법과 낫 모양 적혈구증을 일으키는 유전자를 교정하는 내용이 담긴 2편의 논문이 동시에 실리기도 했다. 유전자 가위 기술로 치료할 수 있는 질환의 범위는 유전병을 포함해 암이나 감염성 질환, 퇴행성 질환 등 다양하다. 혈우병 같은 유전병, 노인성 황반증 같은 퇴행성 질환은 질병과 관련한 특정 유전자를 유전자 가위로 제거해 원천 치료할 수 있다.

유전자 교정은 다른 개체의 유전자를 주입하지 않고 같은 개체의 정상 유전자를 이용해 교정하기 때문에 GMO와 달리 자연발생적 변이에 가깝다. GMO 논란을 피할 수 있다는 장점 때문에 동식물 대상 연구도 활발하다. 멸종위기에 처한 캐번디시종을 대체할 바나나 종자를 개발하는 사업이 크리스퍼 유전자 가위에 힘입어 급속한 발전을 이뤘다. 지난해 미국에서는 탈렌을 이용해 뿔 없는 소를 만드는 실험에 성공했다. 미국 UC 어바인대 연구진은 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 말라리아를 옮기지 않는 모기를 만들었다. 한국 기초과학연구원 유전체교정연구단 김진수 단장 연구팀은 2015년 중국 연구진과 함께 유전자 가위로 근육 성장을 억제하는 유전자를 제거해 일반 돼지보다 근육량이 많은 ‘슈퍼근육 돼지’를 만들었다. 올해 2월 조지 처치 미국 하버드대 교수는 유전자 교정 기술을 이용해 10년 내에 멸종된 매머드를 재탄생시킬 것이라고 밝히기도 했다.

크리스퍼 유전자 가위 기술이 전방위로 활용범위를 넓혀가면서 이 기술을 처음 개발한 UC 버클리와 뒤늦게 기술을 개발하고서도 특허를 먼저 취득한 MIT의 특허분쟁도 격화하고 있다. 유전자 교정의 민주주의를 열었지만 특허분쟁으로 닫힌 기술이 될 수 있다는 우려가 나온다. 다행히 각 진영에 속한 기업이나 대학이 아닌 한 크리스퍼 유전자 가위를 연구 목적으로 활용하는 것은 가능하다.

국내 유전자 교정 연구는 세계적 수준에 올라 있다. 특히 김진수 단장 연구진은 1~3세대 유전자 가위를 자체 개발했고, 크리스퍼 유전자 가위로 인간세포 유전자를 처음으로 교정하는 성과를 올리기도 했다. 올해 8월에는 미국 연구진과 함께 유전성 난치병인 ‘비후성심근증’을 일으키는 돌연변이를 인간 배아 단계에서 교정하는 실험에 성공했다. 국내에서는 인간 배아를 이용한 연구가 금지돼 있어 국내 연구진은 유전자 가위를 제공하고 교정의 정확도를 분석하는 작업을 맡고, 미국 연구진이 이 유전자 가위를 이용해 수정란의 돌연변이 유전자를 잘라냈다.

“기초연구 위한 생명윤리 규제 완화해야”

우리나라 생명윤리법 제47조 제1항에 따르면 유전자 치료 연구는 “유전 질환·암·에이즈, 그 밖에 생명을 위협하거나 심각한 장애를 불러일으키는 질병이면서 현재 이용 가능한 치료법이 없거나 유전자 치료의 효과가 다른 치료법보다 현저히 우수할 것으로 예측되는 경우”에만 허용된다. 이런 제약 때문에 세계적 수준의 유전자 교정 기술을 확보하고 있음에도 유전질환 치료 연구를 제대로 하지 못하는 상황이다. 기초과학연구원의 한 연구원은 “크리스퍼 가위는 비용이 적게 들어 여러 사례에 적용되고 있다”며 “성공사례가 쌓이면서 축적된 지식이 임상에 적용할 때 큰 장점이 된다”고 말했다. 크리스피 유전자 가위 개발로 유전자 교정 연구 사례가 급속도로 쌓이는 상황에서 유전자 치료의 대상 질환을 제한할 경우 지식의 축적에서 뒤질 수 있다는 뜻이다.

정부는 10월부터 생명윤리와 관련한 사회 여론을 공론화해 제도 개선을 추진하기로 했다. 국내 과학계의 중론은 유전자 치료를 위한 기초연구를 제한 없이 허용하자는 방향으로 모이고 있다. 학술단체인 한국과학기술한림원은 9월 29일 발표한 ‘한림원의 목소리’에서 “선진국을 포함해 다른 나라에서는 배아세포나 생식세포를 대상으로 유전자 치료를 하는 것을 금지하고 있을 뿐, (유전자 치료 연구의) 대상 질환을 제한하는 법은 없다”며 “우리나라는 아주 제한적인 연구만을 허용해 사실상 유전자 치료 연구를 불가능하게 하고 있고, 반대로 세계적인 기조와는 달리 유전자 강화 목적에 대해서는 금지하는 조항을 갖추고 있지 않다”고 밝혔다.

다만 생명윤리 규제를 완화하더라도 인간 배아에 대한 임상실험까지 허용하는 것은 기술의 안전성 측면에서나 사회 여론상 아직 이르다는 것이 과학계나 정부의 입장이다. 이미 여러 차례 유전자 교정 실험에 성공한 중국은 인간 배아에 대한 유전체 교정 연구를 가장 적극적으로 추진하고 있다. 그러나 중국도 인간 배아를 교정해 착상까지 허용하는 것은 아니다.

유전자 가위를 이용한 유전자 교정의 창시자로 불리는 캐롤 교수는 “유전자 교정 기술이 인간에게 활용될 수 있는 정도의 수준에 도달하면 중대 질환에만 적용하도록 해야 한다”며 “아이의 눈 색깔이나 머리 색깔, 키와 같은 형질을 바꾸는 목적으로는 절대 사용해선 안 된다”고 말했다. 유전자 교정은 인간의 경우에 있어 치료의 목적에 국한되어야지 ‘강화’를 목적으로 해선 안 된다는 말이다.

<주영재 경향신문 산업부 기자 jyj@kyunghyang.com>