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15.1: 유전공학이란 무엇인가?
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What is Genetic Engineering?
 
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15.1: 유전공학이란 무엇인가?

개요

유전공학(genetic engineering)은 새롭고 원하는 형질(trait)을 도입하기 위해 유기체의 DNA를 수정하는 과정입니다. 박테리아에서 식물과 동물에 이르기까지 많은 유기체가 학문적, 의료적, 농업적, 산업적 목적을 위해 유전적으로 변형되었습니다. 유전공학은 분명한 장점이 있지만, 인간과 식량 공급을 위해 유전공학을 활용하는 것을 둘러싼 윤리적 우려도 있습니다.

과학자들은 유기체의 유전체를 의도적으로 수정할 수 있습니다

유전공학은 정보가 DNA에 의해 암호화되는 방식인 유전암호(genetic code)와 DNA의 구조가 모든 생명체 사이에서 보편적이기 때문에 가능합니다. 따라서 유기체의 유전암호는 여러 가지 방법으로 변형될 수 있습니다.

뉴클레오타이드 서열(nucleotide sequence)은 CRISPR/Cas9(크리스퍼/캐스나인) 시스템과 같은 기법을 사용하여 선택적으로 편집할 수 있습니다. "분자 가위"로 알려진, CRISPR/Cas9 시스템은 원핵생물(prokaryote)의 선천적인 면역 반응으로, 유전 정보를 편집하기 위해 채택되었습니다.

유전자(gene)는 또한 유전자 적중법(gene targeting)이라고 불리는 과정을 통해 유기체에서 제거해 “넉아웃(knockout)”을 만들거나 유기체에 도입해 “넉인(knockin)”을 만들 수 있습니다. 이 방법은 내인성 유전자(endogenous gene)를 수정하기 위해 비슷한 서열을 가진 넓은 영역을 공유하는 DNA 분자 간의 유전적 교환인 상동재조합(homologous recombination)을 사용합니다.

과학자들은 또한 한 유기체의 유전자를 다른 유기체의 유전체(genome)에 삽입하여 유전자 변형 생물, 즉 형질전환체(transgenic organism)를 만들 수 있습니다. 다른 출처에서 결합한 DNA를 일반적으로 재조합 DNA(recombinant DNA)라고 부릅니다. DNA를 받는 유기체는 유전자 변형 유기체(genetically modified organism, 줄여서 GMO), 즉 GMO로 여겨집니다.

유전공학은 인간의 건강과 안녕에 영향을 미칩니다

유전체 편집(genome editing)은 과학 연구, 농업, 산업, 의학에 큰 영향을 끼쳤습니다. 분자생물학 연구는 종종 유전자 기능과 발현을 연구하기 위해 박테리아와 바이러스에 전이유전자(transgene), 즉 외래 유전자를 삽입합니다. 박테리아는 유전자 조작된 최초의 유기체였습니다. 과학자들은 당뇨병에 걸린 사람이 사용하는 합성 인슐린(synthetic insulin)을 생산하기 위해 인간의 인슐린 유전자를 박테리아에 도입했습니다.

유전자 치료(gene therapy)라고 불리는 기술은 새로운 유전자를 사람에 삽입해 유전자가 암호화하는 단백질이 세포 안에서 발현될 수 있도록 만듭니다. 유전자 치료는 심각하거나 치료 불가능한 일부 유전 질환의 치유 또는 치료법을 제공합니다. 과학자들은 바이러스를 수정해 새로운 유전자를 숙주 세포에 전달하는데, 이 맞춤형 바이러스는 질병 세포를 감염시키고 결함이 있는 유전자의 올바른 사본을 삽입하여 중증 복합 면역 결핍증(Severe Combined Immunodeficiency, 줄여서 SCID)과 같은 질환을 치료할 수 있습니다.

많은 유전자 치료법이 변형 바이러스를 사용하고 있는 와중, CRISPR/Cas9 시스템은 점점 더 인기 있는 기술이 되고 있습니다. CRISPR/Cas9 시스템은 가이드(CRISPR라고 하는 RNA 서열)를 사용하여 “분자 가위(Cas 9라는 효소)”를 유전체의 특정 부위로 유도해 DNA를 절단합니다. 과학자들은 유전 물질을 첨가, 제거, 변환하기 위해 이 분자 도구를 사용합니다. CRISPR/Cas9은 뒤센 근위축증(Duchenne muscular dystrophy), B형 간염(Hepatitis B), 백내장(cataract), 심혈관 질환의 원인이 되는 유전자의 오류를 바로잡기 위해 쥐 모델에 사용되고 있습니다.

유전공학은 질병에 대한 새로운 치료법을 만들어 낼 수 있지만, 다른 실용적인 목적으로도 사용될 수 있습니다. 우유에서 거미줄을 생산하는 유전자 변형 염소가 산업용으로 개발되었습니다. 농업에선 일부 식물이 영양성분이나 해충 저항성과 같은 형질을 향상하기 위해 유전적으로 변형되었습니다. 최근 그리고 미래의 유전공학 발전은 인간의 건강과 안녕에 계속해서 영향을 미칠 것입니다.

유전공학에 관한 윤리적 우려

유전공학은 큰 잠재력을 가지고 있지만, 우리는 어디에 선을 그어야 할까요? 과학자들과 사회는 이 질문에 답해야 합니다. 인간 유전체 편집, 특히 생식세포(germline cell) 편집은 윤리적으로 중요한 문제입니다. 대부분의 유전자 치료법은 체세포(somatic cell)를 변형시키므로 유전적 변형은 개인에게만 영향을 미칩니다. 하지만, 사람의 생식세포 변형은 자손에 유전됩니다.

2018년, 한 과학자가 CRISPR로 유전자 조작된 첫 아기를 만들었다고 주장하면서 세상을 놀라게 했습니다. 그는 연구되지 않은 생식세포 돌연변이를 도입해 쌍둥이 아기들이 HIV에 내성을 갖게 만들려고 시도했습니다. 그의 행동은 분노와 우려를 불러일으켰고, 과학자들과 대중은 이것이 인류에게 의미하는 바에 대해 고민했습니다. 이 행동이 아기들의 건강, 미래의 자손, 또는 인류에게 어떤 영향을 미칠지는 여전히 불분명합니다.

또 다른 윤리적 우려는 식량 공급을 개선하기 위해 외래 유전 물질을 사용하는 것입니다. 식물은 가장 흔한 유전자 변형 식품 공급원으로 전 세계적으로 28개국이 거의 4억 5천만 에이커의 유전자 변형 작물(GMO)을 재배하고 있습니다. GMO는 증가하는 세계 인구를 위해 안정적인 식량 공급을 확보할 수 있는 엄청난 잠재력이 있지만, GMO 비평가들의 우려를 해소하기 위해서는 과학적으로 건전하고 장기적인 연구가 필요합니다.


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