판다 복제 프로젝트! 제2의 돌리 탄생하나?

역사상 가장 유명한 양인 ‘돌리(dolly)’의 존재는 1997년 2월 23일 ‘네이처(Nature)’지를 통해 전 세계에 알려졌다. 그 소식이 전해지자 ‘세계 최초의 체세포 복제 포유동물’이라는 화려한 수식어와 함께 ‘과학계의 거대한 약진’이라며 전 세계 언론들은 열광했다. 
분위기가 잠시 가라앉자 사담 후세인과 같은 악인이 만들어지면 어떻게 하느냐는 논쟁이 제기되기 시작했다. 인간 복제라는 문제가 튀어나온 것이다. 그러자 세계 각국은 인간 복제 금지와 관련된 법안들을 제정했다. 

하지만 복제양 돌리가 탄생하게 된 애초의 목적은 인간의 불치병 치료에 있었다. 인간의 유전자를 주입해 변형시킨 체세포로 동물을 복제하면 인간의 단백질이나 호르몬을 생산하는 동물을 탄생시킬 수 있을 것이라고 기대했던 것이다. 
사실 이안 월머트 박사와 키스 캠벨 박사가 돌리를 탄생시킨 과정은 만만치 않았다. 어떤 양들은 복부를 둘러싼 근육과 피부가 제대로 들어맞지 않은 불완전한 모습으로 태어나거나, 신장 기능이 비정상적인 개체도 있었다. 또 정상보다 훨씬 거대한 몸집의 양이 태어나기도 했으며, 탄생 후 몇 주간 호흡에서 문제를 일으킨 개체도 있었다. 
월머트 박사팀은 그 같은 시행착오를 무려 276번째 거듭한 끝에 돌리를 탄생시켰다. 그렇기 때문에 돌리는 1996년 7월 5일에 태어났으나, 건강상의 결함을 확인하느라 그로부터 8개월 후에야 세상에 공개됐다. 

그래도 연구진은 안심할 수 없었다. 복제 동물에게 잠재돼 있던 결함이 후손에게 유전자로 전해질 수 있기 때문이었다. 다행스럽게도 돌리는 태어난 지 1년 9개월 후 ‘데이비드’라는 숫양과 짝짓기를 해 ‘보니’라는 건강한 새끼 양을 낳았다. 
돌리에게 문제가 나타난 건 출생한 지 3년이 흐른 후였다. 돌리 체내의 세포들이 늙은 동물에서나 볼 수 있는 노화 조짐을 나타내기 시작했던 것. 2002년 초엔 돌리의 아버지인 이안 월머트 박사가 돌리의 왼쪽 뒷다리에 관절염이 생겼다고 발표했다. 양에게 관절염이 생기는 건 흔했지만, 문제는 돌리의 경우 예상보다 훨씬 어린 나이에 관절염이 생겼다는 것이다. 

결국 돌리는 진행성 폐질환 증세가 악화돼 여섯 살이 되던 2003년 2월에 안락사 됐다. 돌리의 사체는 보존 처리돼 그가 태어난 곳인 스코틀랜드의 수도 에든버러 ‘왕립박물관’에 전시돼 있다. 
출생 시 외관상 결함은 없었지만 돌리는 태어날 때부터 텔로미어의 길이가 짧았다. 텔로미어란 염색체 양끝에 있는 말단 부위로서, 세포 분열을 할 때마다 조금씩 닳아 없어진다. 즉, 텔로미어는 노화의 정도를 알려주는 시계와 같은 셈이다. 
따라서 돌리는 이미 노화한 상태로 태어나서 일찍 사망했다는 주장이 제기됐으며, 돌리의 죽음은 체세포 복제 방식에 대한 안전성 논쟁을 불러일으켰다. 
 

사진 1. 돌리의 박제(출처: wikipedia)



돌리 이후 소와 생쥐, 개, 고양이, 돼지 등의 체세포 복제 동물이 탄생했다. 이 복제 동물들도 대부분 돌리처럼 의학 치료란 목적에서 만들어졌다. 그런데 이 같은 애초의 목적은 차츰 빛을 바랬고, 이상한 방향으로 흘러갔다. 
순수하게 경마를 위해서 복제된 말이 탄생하는가 하면, 마약을 탐지하거나 인명을 구조하는 능력이 뛰어난 특수견이 복제 기술로 만들어졌다. 현재 일반인들에게 가장 인기 있는 복제 동물 시장은 애완동물 상품이다. 애지중지 키우던 애완동물이 죽을 경우 거금을 들여 원래의 애완견과 유전자가 거의 동일한 애완동물을 탄생시키는 것이다. 

우리나라의 특산 한우처럼 인기 있는 품종이 복제 동물로 만들어지기도 한다. 이 같은 목적에 의해 탄생한 복제 동물의 경우, 음식으로 이용해도 안전한가 하는 논쟁을 야기했다. 미국 식품의약국(FDA)과 유럽식품안전청(EFSA)에서는 복제 동물을 식용으로 먹거나 복제 동물로부터 생산된 우유가 안전하다는 입장이다. 하지만 유럽연합의 농업위원회는 복제 동물의 식용을 금지했으며, 일부 단체들도 정보 부족 등의 이유를 들어 반대하는 입장을 취하고 있다. 

수많은 복제 동물의 출현과 이 같은 논쟁으로 인해 새로운 복제 동물의 탄생에도 무관심해진 요즘 영국에서 반가운 소식 하나가 날아들었다. 중국에서 건너와 에든버러 동물원에 있는 판다 2마리에 대해 복제 프로젝트를 시작할 계획이라는 것이다. 
중국 서부의 쓰촨성 지역에서만 서식하는 판다는 현재 약 1,800마리밖에 없어 멸종 위기에 처해 있다. 중국의 산업화로 인해 판다 서식지인 대나무 숲이 급격히 줄어든 것이 표면적인 이유다. 

그런데 판다는 원래 번식이 까다로운 동물이다. 약 2400만 년 전 곰의 공통 조상에서 갈라져 나와 대나무를 먹는 초식동물로 진화했지만, 판다는 지금까지도 여전히 육식동물의 신체 구조를 갖고 있다. 풀을 잘 소화시킬 수 있는 내장기관이 발달하지 않았으며, 소화를 돕는 장내 미생물의 종류도 육식동물에 가깝다는 사실이 밝혀진 것. 

판다는 이 같은 신체적 약점을 어마어마한 식사량으로 극복하는 전략을 취할 수밖에 없었다. 즉, 대나무를 엄청나게 많이 먹음으로써 부족한 영양분을 보충하는 것이다. 따라서 판다는 하루 일과의 대부분을 식사에 사용할 만큼 먹는 것 외에 다른 것에 관심이 없다. 그러니 짝짓기는 물론 어쩌다 새끼를 낳아도 육아에 신경을 쓰지 않아 대를 잇기가 무척 어렵다. 
 

사진 2. 미국 국립동물원에서 판다가 대나무를 먹고 있다.(출처: wikipedia)



에든버러 동물원이 판다 복제 프로젝트를 추진하는 것은 바로 이런 이유 때문이다. 더구나 이번 프로젝트에는 복제양 돌리의 실험에 참여한 적이 있는 로슬린 연구소의 빌 릿치 박사도 합류했다고 한다. 판다 복제 프로젝트가 어떤 결과를 낳을지 그 귀추가 주목된다. 

글 : 이성규 과학칼럼니스트

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인류의 꿈 불로장생, 해파리는 알고 있다!

“나는 불로불사하는 황제로 영원히 이 나라를 다스릴 것이다!”

불로불사를 꿈꾸던 진시황은 과연 얼마나 오래 살았을까? 진시황은 기원전 210년 나라를 살핀다는 명목으로 길을 나섰다 병을 얻어 죽었다. 그의 나이 고작 50세, 게다가 객사(客死)였다. 길을 떠난 목적은 불사의 약을 구하기 위해서였다고 한다.

그의 병은 수은 중독 때문이라는 설도 있다. 당대에는 수은을 불사의 약으로 알고 먹었다고 한다. 전해 내려오는 이야기에는 언제나 더하고 뺄 것이 있다 치더라도 불로장생을 꿈꾸던 황제의 최후로는 걸맞지 않다.

불로장생은 인간의 오랜 꿈이기도 하고 부질없는 욕망과 어리석음을 상징하는 말이기도 하다. 진시황의 전설과 같은 최후를 듣고 나면 역시 인간은 언젠가 죽어서 흙으로 돌아가는 것이 자연의 섭리라고 되새기게 된다. 하지만 누구나 죽는 것이 자연의 섭리가 아니라면 어떤가? 주변을 돌아보자. 나무는 1천 년, 2천 년을 살고 세균은 적절한 조건이 갖춰지면 지속적으로 분열한다. 분열 횟수에는 제한이 없으니 무한분열이 가능하다. 즉 노화가 없는 것이다.

이렇게 죽지 않고 사는 것은 식물이나 세균에만 국한된 이야기가 아니다. 무성생식을 하는 멍게, 불가사리, 히드라, 해파리 등도 적절한 조건이 주어지면 늙지도 죽지도 않을 수 있다. 불로장생! 진시황이 무덤에서 벌떡 일어날 얘기다.

‘투리토프시스 누트리쿨라(Turritopsis nutricula)’ 라는 해파리는 이론적으로 무한히 생명을 반복할 수 있다고 알려져 있다. 투리토프시스는 카리브해 연안에 서식하는 5mm 크기의 아주 작은 해파리다. 보통 해파리들은 번식이 끝난 뒤 죽는 반면 투리토프시스는 번식 뒤에 오히려 나이를 거꾸로 먹는다. 투리토프시스는 번식이 끝나면 다시 미성숙 상태인 폴립으로 돌아간다. 몸체를 원통형 모양으로 취한 뒤 바위 등에 붙어 지내는 것이다.

익히 알려진 것처럼 도마뱀은 꼬리나 다리가 잘려도 재생할 수 있는 능력이 있다. 이형분화의 원리로 하나의 세포를 다른 종류의 세포로 바꾸는 것이다. 투리토프시스는 도마뱀과 마찬가지로 이런 이형분화를 할 수 있는데, 꼬리나 다리처럼 신체의 일부가 아니라 몸 전체를 재생할 수 있다.

그런데 죽지 않는 해파리라니…, 계속 번식만 하고 죽지 않는다면 개체 수가 얼마나 많을까? 정확한 개체 수는 파악되지 않고 있다. 본래 투리토프시스는 카리브해에 서식했지만 지금은 열대 기후의 바다 어디서나 발견되기 때문이다. 이는 화물선들이 배의 안정을 위해 싣는 물을 따라 전 세계로 퍼져나간 것으로 추정된다.

무성생식을 하는 생물의 지속가능한 삶은 특별한 효소 때문에 가능하다. 바로 ‘텔로머라아제’다. 텔로머라아제는 DNA 염색체 끝부분에 있는 말단소체, 텔로미어(telomere)를 보호하는 특정 효소다. 지난 2009년 엘리자베스 블랙번, 캐롤 글라이더, 잭 조스택 박사 등 3명은 텔로머라아제 효소와 텔로미어의 역할을 규명한 연구로 노벨의학상을 수상했다. 텔로머라아제 효소가 인체의 노화와 암세포의 성장에 미치는 영향을 밝혀낸 공로다.

세포의 염색체 가장자리에 있는 말단소체는 대게 동일한 염기서열이 수천 번 반복돼 있다. 그런데 염색체를 복제할 때마다 이 반복 부위를 조금씩 잘라내게 된다. 한번 분열할 때마다 말단소체의 길이는 조금씩 짧아진다. 세포분열이 반복되고 말단소체의 길이가 계속 짧아지면 세포가 더 이상 분열할 수 없는 때가 온다. 이것이 바로 노화다. 모든 생물은 세포분열을 하면서 말단소체가 점차 짧아지는데 그 길이에 따라 수명이 다르다. 같은 연령이라도 사람마다 노화 정도에 차이가 있는 것도 이 텔로미어의 길이가 각각 다르기 때문이다.

한편 텔로머라아제 효소는 생물이 세포분열을 한 뒤 염색체의 말단부가 짧아지는 것을 보충해주는 역할을 한다. 인체에서 텔로머라아제는 난자가 수정된 직후인 배아기 단계까지만 존재한다. 배아기 세포가 성장해 뇌세포나 심장세포와 같이 분화된 후에는 텔로머라아제의 생산이 중단된다. 단 생산세포로 분화된 세포만 예외적으로 이 효소를 가지고 있게 된다.

그런데 앞서 말한 해파리나 멍게, 불가사리, 히드라 등의 무성생물은 스스로 텔로머라아제를 활성화해 노화를 억제하거나 방지한다. 현재 스웨덴 고텐부르크 대학 연구팀은 인간 노화를 억제하는 방법을 찾기 위해 무성생식하는 동물을 연구하는 중이다. 특히 인간과 유전자의 유사성이 있는 멍게, 불가사리를 집중적으로 연구하고 있다.

앞서 인간은 배아기 이후로 텔로머라아제의 생산이 중단된다고 했으나 예외의 세포가 있다. 바로 암세포다. 암세포에서는 텔로머라아제가 활성화돼 지속적으로 세포분열이 있어도 말단소체가 짧아지지 않는다. 즉 영구히 분열할 수 있는 것이다. 인간의 몸에서 영원한 것이 암세포라니…. 인간을 고통과 죽음으로 몰아넣는 병 속에 불멸의 비밀이 숨어 있다는 것은 그야말로 불로장생의 아이러니가 아닐 수 없다.

본격적인 고령화 사회에 접어들면서 오래 산다는 것이 꼭 좋은 일만은 아니라는 인식도 있다. 병들고 쇠약한 몸과 외로움, 경제적인 어려움 등은 수명 연장의 그늘이다. 하지만 오래 살면서 젊음과 활력도 유지할 수 있다면 누구라도 그 신선수를 마시지 않을까? 어쩌면 우리 모두는 여전히 진시황과 같은 꿈을 꾸고 있는지 모른다.

글 : 이소영 과학칼럼니스트

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1918년 노인 같은 외모를 가진 아기가 태어났습니다. 그의 이름은 벤자민 버튼. 벤자민의 괴상한 외모에 놀란 아버지는 그를 낳다가 아내마저 목숨을 잃자 ‘노인 아이’를 도시의 한 양로원 앞에 버립니다.

열두 해가 지난 어느 날, 60대 할아버지처럼 보이는 벤자민은 할머니를 찾으러 양로원에 온 6살 꼬마 데이지를 만납니다. 수차례 만나고 헤어진 뒤 벤자민과 데이지는 함께 사랑하게 됩니다. 하지만 벤자민은 날로 어려지고 데이지는 늙어만 갑니다.

영화 ‘벤자민 버튼의 시간은 거꾸로 간다’는 노인으로 태어나 아기가 돼 죽음을 맞는다는 상상력으로 큰 관심을 모았습니다. 그렇다면 사람은 왜 늙는 것일까요. 답은 올해 노벨 생리의학상의 주인공 ‘텔로미어’에 있습니다.

사람의 체세포는 46개 염색체(상염색체 44개+성염색체 2개)로 이뤄져 있습니다. 부모에게서 각각 23개씩 받죠. 염색체는 유전정보 DNA를 담고 있고, DNA는 다시 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T)이라는 네 염기로 구성됩니다.

문제는 이들 네 가지 염기만 있을 경우 염색체가 온전하게 복제되지 않는다는 것입니다. 예를 들어 AATGCGGTAG라는 DNA가 염색체에 담겨 있다고 가정해 보겠습니다. DNA 복제효소가 각 염기를 지나며 A→G 방향으로 복제를 시작합니다. 하지만 복제는 끝에 있는 G염기 앞에 있는 A염기까지만 진행됩니다. 왜냐하면 더 이상 염기가 없어 효소가 G염기를 지나갈 수 없기 때문입니다. 이는 G염기를 복제하려면 해당 염기 뒤에 또 다른 염기가 있어야 한다는 뜻입니다.

이처럼 염색체의 가장 마지막에 있으면서 온전한 복제를 도와주는 부분이 ‘텔로미어(telomere)’입니다. 텔로미어는 ‘끝’을 뜻하는 그리스어 ‘telos’와 ‘부위’를 가리키는 ‘meros’의 합성어로 DNA 양 끝에 붙어있는 반복 염기서열(TTAGGG)을 말합니다.

다시 예로 돌아가 보겠습니다. DNA는 AATGCGGTAG에 텔로미어가 붙어 AATGCGGTAG-TTAGGG-TTAGGG-TTAGGG-TTAGGG로 이뤄졌습니다. 덕분에 필요한 마지막 염기까지 온전히 복제할 수 있습니다.

세포분열(DNA 복제)이 한 번, 두 번 반복될수록 텔로미어 길이가 짧아집니다. 텔로미어라 해도 마지막 염기가 복제되지 않는 것은 마찬가지입니다. 이게 언론에서 ‘세포가 분열할수록 텔로미어가 짧아진다’고 말하는 의미입니다. 물론 세포의 생존이나 활동에는 아무 지장이 없습니다. 사람 체세포에 있는 텔로미어의 길이는 보통 5~10kb(1kb는 DNA 염기 1000개 길이)이고, 세포분열을 할 때마다 50~200bp(1bp는 1염기 길이)만큼 짧아집니다.

<사진에 보이는 노란색 부분이 텔로미어다. 텔로미어는 염색체의 끝부분에 위치하며 염색체의
완전한 복제를 돕는다. 텔로미어의 길이가 짧아질수록 세포 차원에서 더 늙게 된다는 뜻이다.
사진제공. 동아일보>

텔로미어가 짧아지다가 그 길이가 노화점(사람의 경우, 1~2kb) 이하로 떨어지면 세포는 복제를 멈추게 됩니다. 노화 상태에 빠지는 거죠. 결국 세포는 죽습니다. 요약하면, ‘세포분열→텔로미어 길이 짧아짐→노화점보다 짧아지면 세포분열 멈춤→세포 죽음’으로 이어지는 과정이 정상적인 노화 과정입니다. 데이지가 늙는 것도 텔로미어라는 ‘노화 시계’ 때문이라고 생각해볼 수 있습니다.

흥미로운 점은 암세포의 85%는 세포분열을 격렬하게 해도 텔로미어 길이가 짧아지지 않는다는 것입니다. 이 때문에 암세포는 죽지 않고 계속 증식할 수 있습니다. 텔로미어 관점에서만 본다면, 노화와 암은 반대의 선에 서 있다고 할 수 있습니다. ‘동전의 양면’인 셈입니다.

이는 암세포에만 있는 ‘텔로머라제’라는 효소 때문입니다. 텔로머라제는 텔로미어 길이를 노화점 이상으로 유지하도록 끝에 계속 염기를 붙여주거든요. 과학계에서는 암세포의 텔로머라제 활성을 떨어뜨리면 암을 치료할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 암세포의 죽음을 유도할 수 있기 때문입니다.

암은 보통 3가지 방법으로 치료합니다. 외과수술로 암 덩어리를 잘라내던가 항암제로 암세포를 죽이거나 방사선으로 태워버리는 것입니다. 외부에서 몸 안에 있는 암세포에 자극을 주기 때문에 여러 부작용도 나타나기 마련입니다.

왜냐하면 항암제로 사용하는 물질은 주로 몸 안에서 왕성하게 세포분열을 하는 세포를 죽이도록 디자인돼 있기 때문입니다. 상대적으로 암세포를 많이 죽이는 것뿐이지 다른 세포들도 그 영향을 받습니다. 머리카락이 빠지는 것도 이 때문입니다. 머리카락을 만드는 모근세포는 세포분열이 왕성하거든요.

하지만 암세포의 텔로머라제 효소를 줄여 암세포를 자연사시키면 부작용을 훨씬 줄일 수 있습니다. 텔로머라제는 암세포에만 있기 때문에 이런 효과는 암세포에만 작용할 수 있습니다. 다른 세포에게는 영향을 미치지 않는 거죠.

암세포 정복이란 동전을 뒤집으면 장수(長壽)의 꿈이 반짝하고 빛납니다. 체세포에 텔로머라제가 작동하도록 하면 체세포의 텔로머라제 길이가 노화점 아래로 짧아지는 것을 막을 수 있습니다. 수천 년 전, 영생(永生)을 누리고자 했던 진시황의 불로초가 텔로머라제에 있는 셈입니다.

글 : 변태섭 동아사이언스 과학전문기자

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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