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질병과의 전쟁: 유전공학 전성시대

10월 8 업데이트됨

COVID-19 팬데믹 속 인류는 절체절명의 위기에 놓여 있습니다. 인류의 생활양식은 코로나 이전과 이후로 나뉠 것이라는 말이 있는데, 정말 과언이 아닌 것 같습니다. 하지만, 코로나 이전 훨씬 더 많은 사상자를 낸 말라리아를 아시나요? 말라리아라는 선례를 통해 인류가 유전공학을 이용하여 전염병을 어떻게 대처하고 있는지 알아보고 이러한 기술들과 관련된 과학적, 도덕적 논쟁들을 살펴보도록 하겠습니다.


모기, 전염병, 그리고 인류

유전공학을 이용하여 인류의 가장 위험한 포식자이자 수십억 명의 죽음에 책임이 있는, 지구상에서 가장 치명적인 동물, 모기를 막을 수 있다면 어떨까요? 모기는 뎅기열, 지카바이러스와 함께 지구상에서 가장 잔인한 질병이라고 말할 수 있는 말라리아를 유발합니다. 말라리아는 아마도 역사상 가장 잔인한 살인자일 것입니다. 2015년에만 약 2억 명이 말라리아에 감염되었고 거의 50만 명이 말라리아에 의해 사망했습니다. 이 새로운 기술은 우리가 말라리아를 영원히 근절하는데 도움을 줄 수 있지만 그러기 위해서 우선, 우리는 이전까지 존재한 적이 없는 새로운 동물을 설계할 필요가 있습니다. 이것은 상상 속의 이야기가 아닙니다. 사실, 변형된 모기들은 이미 실험실에 존재하고 있지요. 우리는 과연 이 기술을 사용해야 할까요? 그리고 말라리아는 과연 이 기술에 따른 위험을 감수할 만큼 ‘나쁜’ 질병일까요?


인류의 영원한 숙적, 모기

인류의 살인자, 말라리아 살펴보기

말라리아는 Plasmodia라는 단세포 생물에 의해 발생합니다. 모기에 완전히 의존하는 기생충이죠. 말라리아는 모기가 숙주를 물면서 시작됩니다. 모기의 침샘에서 수천 마리의 sporozoites는 모기의 침이 사람의 피부를 관통할 때까지 대기합니다. 체내에 침투한 직후 이들은 간으로 향하는데, 간의 큰 세포들로 조용히 들어가 인간의 면역 체계로부터 숨습니다. 약 한 달간 그들은 여기서 살아있는 세포를 소비하고 다음 형태로 바뀝니다. 그들은 스스로의 복제품을 수천 개를 만들어 증식한 뒤 내부에서 세포를 폭발시킵니다. 이제 수천 마리의 ‘기생충’들이 다음 희생자인 적혈구를 찾기 위해 혈관으로 이동합니다. 이들은 눈에 띄지 않기 위해, 자신들이 죽인 세포의 세포막으로 몸을 감싸지요. 정말 악랄하지 않나요? 그들은 이제 격렬하게 적혈구를 공격하고, 적혈구가 폭발할 때까지 그 안에서 분열을 거듭합니다. 더 많은 적혈구를 찾아내고, 이 악순환은 계속해서 반복되지요. 죽은 세포의 파편들은 강력한 면역 반응을 활성화시키는 독성 폐기물을 많이 퍼뜨리는데 이로 인해 독감에 걸렸을 때 나타나는 증상들, 고열, 땀, 오한, 경련, 두통, 때로는 구토와 설사 등이 발생합니다. 만약 말라리아가 혈액-뇌 장벽을 뚫으면 혼수상태, 신경학적 손상 또는 심지어 사망을 초래할 수 있습니다. 다른 모기가 감염된 사람을 물면, 기생충들은 모기의 몸속으로 대피한 뒤, 다른 사람의 체내에서 이 과정을 반복합니다.


말라리아가 인간의 체내에서 전파되는 과정의 모식도

2015년 임산부를 감염시키면 끔찍한 선천성 결함을 일으키는 지카바이러스가 전 세계 새로운 지역으로 급속히 확산되었습니다. 지카바이러스 역시 모기에 의해 운반되었지요. 모기는 적어도 2억년 동안 존재해온 인간 질병의 완벽한 매개체입니다. 지구상에 모기는 수조 마리가 있는데 이들은 한 번에 300개까지 알을 낳을 수 있습니다. 모기들은 실질적으로 근절하기가 불가능한 완벽한 기생충 ‘택시’이지요. 하지만 오늘날 우리는 마침내 그들을 상대로 한 전쟁에서 이길 수 있는 새로운 혁명적인 기술을 가지고 있습니다. 바로 저희가 생물학 및 실험1 시간에

배운 CRISPR-Cas9 이지요. 인류 역사상 처음으로, 우리는 유전자 정보를 우리가 원하는 대로 바꾸면서 전 종을 빠르고 대규모로 변화시킬 수 있는 도구를 가지게 되었습니다.


유전공학의 꽃, CRISPR-Cas9

유전공학의 꽃, CRISPR-Cas9과 유전자 드라이브(Gene Drive)

과학자들은 유전자 공학을 이용해 plasmodium을 대상으로 하는 항체 유전자를 모기 DNA에 추가해 말라리아 기생충에 면역력이 있는 모기를 만들어내는데 성공하였습니다. 이 모기들은 말라리아를 퍼뜨리지 않지요. 하지만 유전 정보를 바꾸는 것만으로는 충분하지 않습니다. 대부분의 유전자는 유전체 내부에 두 가지 버전을 가지고 있기 때문에 편집된 유전자는 절반의 자손에게만 유전될 것입니다. 따라서 단지 2세대가 지나면, 자손의 절반만이 공학적 유전자를 가지고 있을 것입니다. 여러 세대가 지나고 수십억 마리의 모기를 잡는다면 안타깝게도 그 효과는 거의 미미해지지요.


단순 CRISPR-Cas9을 적용시켰을 때의 한계점

유전자 드라이브(Gene Drive)라고 불리는 유전공학적인 방법이 이 문제를 해결합니다. 이 기술을 통해 새로운 유전자는 다음 세대에서 거의 완전히 기존의 유전자를 압도합니다. 이 기술 덕분에, 모든 공학적 모기 자손들 중 99.5%가 말라리아 예방 편집기를 가지고 다니게 됩니다. 만약 우리가 정상적인 모기들과 교미할 수 있을 만큼 충분히 조작된 모기들을 야생으로 방출한다면, 말라리아 차단 유전자는 매우 빨리 퍼질 것입니다. 새로운 유전자가 모기 개체군의 영구적인 특성이 되면서 plasmodium은 본거지를 잃게 될 것입니다. 과학자들은 그 변화가 너무 빨라서 plasmodium이 충분히 빨리 적응하지 못할 것이라고 희망합니다. 사실상 말라리아를 영원히 박멸할 수 있는 셈이지요.


해결책, 유전자 드라이브(Gene Drive) 기술의 모식도


피할 수 없는 논쟁들, 인류의 미래는…?

매년 약 50만 명의 아이들이 말라리아에 의해 사망한다는 사실을 고려한다면, 여러분이 이 글을 읽기 시작한 이후로 약 5명의 무고한 생명이 우리 곁을 떠나갔습니다. 일부 과학자들은 우리가 그 기술을 더 늦기 전에 하루빨리 사용해야 한다고 주장하지요. 만약 인류의 계획대로 진행된다면 우리는 믿을 수 없는 규모로 수백만 명의 생명을 구하고 고통을 막을 수 있을 것입니다. 그렇다면 우리는 왜 이 축복받은 기술을 아직 적용하지 않았을까요?


첫째로, CRISPR 편집기술은 이제 겨우 8년밖에 지나지 않았습니다. 시간적 여유가 모자랐던 것이지요. 또한, 이에는 몇 가지 타당한 염려가 있습니다. 인간이 이렇게 거대한 규모로 생물체의 유전정보를 의도적으로 조작한 사례는 일찍이 없었습니다. 또한, 유전자 편집은 한번 건너면 되돌아갈 수 없는 강이지요. 그러므로 우리가 자연을 편집하기 시작하면 원치 않는 결과가 있을 수 있기에, 만약 해야만 한다면 그것은 매우 신중히 이루어져야 할 것입니다. 그러나 말라리아의 경우, 유전자 변형이 전체 게놈에 큰 변화를 일으키지 않기 때문에 그 위험은 어느정도 용인될 수 있다는 견해도 있습니다. 최악의 시나리오는 아마도 이 기술이 효과가 없거나 기생충이 부정적인 방식으로 적응하는 경우일 것입니다. 아직 논쟁은 끈임없이 이루어지고 있지요. 전자 드라이브만큼 강력한 기술은 많은 주의를 기울여 다루어야 하지만, 우리는 스스로에게 다음과 같이 자문해야 합니다. ‘매일 1,000명의 아이들이 사망하는데 과연 이 기술을 사용하지 않는 것이 비윤리적일까요?’ 인류는 앞으로 몇 년 이내에 이 문제를 어떻게 대처할지 결정해야 할 것입니다. 안타깝게도 공개적인 논의는 항상 기술의 발전보다 한발짝 뒤떨어져 있는 것 같습니다. 여러분들의 생각은 어떠한가요?



박준혁 학생기자│Biology│지식더하기


참고자료

[1] https://www.youtube.com/

[2] https://www.nature.com/

[3] https://wyss.harvard.edu/


첨부 이미지 출처

[1] https://www.theguardian.com/

[2] https://www.labiotech.eu/

[3] https://www.youtube.com/

[4] https://www.mayoclinic.org/

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Gene_drive


첨부 동영상 출처

[1] https://www.youtube.com/

[2] https://wyss.harvard.edu/



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