생명체 사용설명서 유전자 지도

냉장고나 텔레비전을 사면 가장 먼저 꺼내보는 것이 '사용 설명서'다. 버튼 하나하나의 기능과 고장 났을 때의 대처법이 빽빽하게 적혀 있다. 그렇다면 인간이라는 이 우주에서 가장 복잡하고 정교한 기계의 사용 설명서는 어디에 있을까? 그 해답은 우리 몸을 구성하는 30조 개의 세포, 그 세포의 핵 속 깊숙한 곳에 똬리를 틀고 있는 이중 나선, 'DNA' 안에 적혀 있다. 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T)이라는 단 4개의 화학 물질(염기)이 마치 알파벳처럼 30억 번이나 끝도 없이 나열된 거대한 암호문. 이 암호문 속에 당신의 눈동자 색깔부터 키, 그리고 미래에 걸릴 암의 확률까지 모든 운명이 새겨져 있다. 인간이 신의 영역이라 여겼던 이 30억 쌍의 암호를 처음부터 끝까지 빠짐없이 읽어내어 완벽한 지도를 완성해 낸 인류 역사상 가장 위대한 생물학적 모험, '인간 게놈 프로젝트(Human Genome Project)'의 눈부신 여정과 그것이 열어젖힌 맞춤 의학의 시대를 파헤쳐 보자.

30억 개의 퍼즐 맞추기, 인류 최대의 모험

1990년, 미국 주도로 전 세계 6개국 과학자들이 모여 원자폭탄 개발(맨해튼 프로젝트)이나 아폴로 달 착륙에 필적하는 미친 프로젝트를 시작했다. 인간의 DNA에 적힌 30억 쌍의 염기 서열을 모조리 읽어내어 책으로 만들겠다는 '인간 게놈 프로젝트'였다. 당시 기술(생어 염기서열 분석법)로는 이 긴 암호문을 처음부터 끝까지 한 번에 읽을 수가 없었다. 과학자들은 DNA를 믹서기로 갈듯 잘게 부수어 수십만 개의 조각으로 나눈 뒤, 각 조각의 암호를 읽어내고, 그 조각들의 끝부분이 겹치는 단어를 슈퍼컴퓨터로 찾아내어 거대한 퍼즐을 이어 붙이는 지루하고도 엄청난 노가다(샷건 시퀀싱)를 반복했다. 하루 24시간 내내 거대한 기계가 돌아갔고, 막대한 자금과 13년이라는 긴 시간이 투입된 끝에 2003년, 인류는 마침내 우리 자신의 생물학적 설계도를 99.9%의 정확도로 완벽하게 해독해 냈다. 30억 개의 글자를 책으로 인쇄하면 백과사전 3,300권 분량에 달하는 어마어마한 정보였다.

정크 DNA의 굴욕과 에피제네틱스의 반격

지도가 완성되자 생물학자들은 충격에 휩싸였다. 인간처럼 고등하고 복잡한 생명체라면 단백질을 만들어내는 '의미 있는 유전자'가 최소 10만 개는 될 줄 알았는데, 막상 뚜껑을 열어보니 고작 2만여 개에 불과했던 것이다. 심지어 꼬마선충(벌레)이나 초파리의 유전자 개수와 별반 다를 게 없었다. 더 충격적인 것은 30억 쌍의 DNA 암호 중 단 2%만이 단백질을 만드는 의미 있는 설계도였고, 나머지 98%는 아무 의미도 없이 쓰레기처럼 버려져 있는 '정크(Junk) DNA'라는 사실이었다. "인간의 설계도는 쓰레기장인가?" 학계는 당황했지만 반전이 숨어 있었다. 쓸모없어 보이던 이 98%의 정크 공간이 사실은 2%의 유전자들이 언제 켜지고 꺼질지를 통제하는 기가 막힌 '스위치'와 '조절 장치' 역할을 하고 있었던 것이다. 환경과 식습관에 따라 이 스위치가 켜지며 운명이 바뀐다는 '후성유전학(Epigenetics)'의 위대한 문이 열리는 순간이었다.

안젤리나 졸리의 선택과 맞춤 의학

유전자 지도의 완성은 의학의 패러다임을 '치료'에서 '예측'으로 완전히 뒤바꿔 놓았다. 할리우드 여배우 안젤리나 졸리의 사례가 대표적이다. 그녀는 유방암에 걸리지도 않았는데, 유전자 검사(BRCA1 유전자 변이)를 통해 자신이 유방암에 걸릴 확률이 87%라는 통계적 선고를 받았다. 그녀는 암세포가 생기기도 전에 양쪽 가슴을 모두 절제하는 충격적이고도 과감한 예방 수술을 감행했다. 이제 우리는 수십만 원만 내면 며칠 만에 내 유전자 지도를 해독(차세대 염기서열 분석, NGS)하여 알츠하이머, 당뇨, 심장병에 걸릴 확률을 미리 경고받을 수 있다. 또한 암에 걸려도 예전처럼 머리가 다 빠지는 독한 항암제를 들이붓는 것이 아니라, 유전자 돌연변이의 종류(예: 표피생장인자수용체 EGFR 변이)를 정확히 짚어내어 오직 암세포만 골라서 타격하는 '표적 항암제'를 처방받는다. 사람마다 부작용이 없는 약을 골라 쓰는 이른바 '정밀 맞춤 의학(Precision Medicine)'의 시대가 열린 것이다.

유전자 가위와 판도라의 상자

지도를 읽어내는 것을 넘어, 이제 인류는 그 지도에 직접 펜을 들고 오타를 고쳐 쓰는 단계에 도달했다. 2012년에 등장한 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) '유전자 가위' 기술 덕분이다. 백혈병이나 희귀 근육병 환자의 세포를 꺼내 고장 난 유전자를 싹둑 잘라내고 정상 유전자로 꿰매어 다시 몸속에 넣어 완치시키는 기적이 이미 현실이 되었다. 하지만 이 완벽한 기술은 가장 무서운 판도라의 상자이기도 하다.