황우석 줄기세포 진위 논란에 덧붙여...
한국 사람들 너무 똑똑해서 탈이긴 하지만, 일반인들도 이번 기회에 유전 공학에 대한 공부를 하면 이번 논란의 맥을 따라가기 쉬울 것 같습니다. 기본적인 것부터 조금 설명해 보도록 하겠습니다.
체세포와 생식 세포(정자와 난자)는 근본적인 차이가 하나 있습니다. 사람의 경우 체세포(일단 정자, 난자를 제외한 나머지 세포로 이해하세요)는 46 개의 염색체를 가지지만, 생식 세포는 23 개의 염색체를 가집니다. 체세포는 다 동일한 염색체 구성을 가지지만 정자와 난자는 서로 서로 다른 염색체를 가지고 있다고 할 수 있습니다. 세포가 만들어질 때, 23 쌍에서 어느 쪽 염색체가 조합될지는 그 때 그 때 다르기 때문입니다. 그래서 같은 엄마, 같은 아빠의 아이들이라도 여자, 남자 만 다를 뿐 아니라, 염색체 구성도 다르게 되는 겁니다.
줄기 세포에 대한 설명이 꼭 필요할 것 같습니다.
난자와 정자 하나가 정상적으로 결합되면(수정이라 합니다) 하나의 수정란이 되며, 수정란은 다시 46 개의 염색체를 가집니다. (꼭 46 개는 아닙니다. 자주 생기는 경우는 아니지만, 어떤 사람은 47 개도 되고, 어떤 사람은 그 이상도 되며, 대개의 경우 선천적인 유전질환을 가지게 됩니다. 하지만 거의 대부분 46 개 입니다.)
수정란이 자라고 분열하기를 계속해서 사람이 됩니다. 완전한 자란 성인은 60 조 정도의 세포로 구성된다고 합니다. (물론 평균이 그렇다는 말입니다.) 그리고 약 200 가지의 세포로 분화됩니다. 그 200 가지의 세포가 다 최초의 수정란으로부터 자라고 분열되어 나온 것입니다. 수정란이 처음 분열을 시작할 때 하나에서 둘, 둘에서 넷, 이런 식으로 늘어나게 됩니다.
1 ⇒ 2 ⇒ 4 ⇒ 8 ⇒ 16 ⇒ 32 ⇒ 64 ⇒ 128 ⇒ 256 ⇒ 512 ⇒ 1024
그러니까 열 번 분열하면 1000 개 정도가 될 겁니다. 20 번 정도 분열하면 1000 곱하기 1000 해서 100 만개 정도가 되고, 30 번 분열하면 10 억개, 40 번이면 1 조 됩니다. 60 조 근처 되려면, 46 번에서 50 번 정도 해야 됩니다. 사람이 신체적으로 성인이 되는데 25 년 정도 걸린다고 보면 평균 일년에 2 번 세포 분열이 일어난다고 보아야 합니다. 세포 수가 적을 때는 하루에도 몇 번 분열이 일어나겠지만, 나이가 들수록 분열 주기는 점차 느려지고 길어집니다. 물론 아이가 엄마 뱃속에서 자라나가 출산할 때 까지는 이미 200 가지의 세포가 다 분화가 일어났다고 보아야 합니다.
한 가지 수정란에서 어떻게 200 가지나 되는 세포가 분화되는지는 과학계의 미스터리라거나 신비라고 할 수도 있고, 그 메카니즘을 알게 되면 엄청난 경제적 효과를 얻을 수도 있을 겁니다.
줄기세포(Stem Cell) 란 수정란과 이미 분화가 완성된 200 가지의 세포 사이의 존재입니다. 수정란들이 분열하여 수백개, 혹은 수십만개 정도가 되어가는 중간에, 세포들은 아직 분화가 일어나지 않았기 때문에 어떤 생화학적 자극을 만들어 주면, 점차 분화가 진행되어 200 가지 세포 중 어떤 것도 될 수 있습니다.
그래서 줄기세포는 여러 난치병을 고칠 수 있는 큰 가능성을 약속하는 겁니다. 그러나 자궁에서 자라나는, 어떤 태아가 되기 전의 줄기 세포라도 다 의학적으로 유용한 것은 아닙니다. 세상에는 60 억이 넘는 인류가 있지만, 다 각기 다른 유전자를 가지고 있습니다. (물론 일란성 쌍둥이는 같은 유전자를 가집니다.) 따라서 어떤 태아가 되려는 줄기 세포를 일부 얻어 낸다 하더라도 다른 사람의 난치병에 이용할 수는 없습니다. (백혈병일 때, 사용되는 골수 이식은 그래도 남의 세포를 잘 이용하는 경우이지만, 사실 성공 확률이 아직은 높지 않습니다.)
어떤 병든 사람의 유전자와 똑 같은 유전 정보를 가진 줄기 세포를 얻어낸다면 병을 고칠 가능성이 무척 올라갑니다. 난치병이라 하면, 유전 질환도 있지만, 척추 손상 같이 치명적인 사고 희생자도 해당됩니다.
황박사를 비롯한 전세계 생명 공학계가 이 분야에 사활을 거는 이유입니다.
난자를 구해서 난자의 핵을 없애 버리고, 병든 사람의 핵을 집어 넣고 이 난자가 마치 수정란처럼 분열을 시작한다면, 바로 그런 줄기 세포를 얻게 되는 겁니다. 연구의 난점은 이 짧은 문장 속에 다 들어갑니다.
▶(1) 우선 난자 - 건강하고 살아 있는 난자를 구하기가 어렵습니다.
▶(2) 난자의 핵을 빼 내되, 난자가 망가지지 않게 해야 됩니다.
▶(3) 환자 체세포의 핵을 역시 난자가 망가지지 않게 주입합니다.
▶(4) 이렇게 조작된 난자가 마치 수정란처럼, 살아서 분열하기 시작해야 합니다.
▶(5) 분열이 시작된 조작된 수정란이 엄마 자궁에서처럼 계속 자라나야 합니다.
위의 이론은 이미 30-40 년에 나온 것입니다만 연구의 어려움 때문에 아직도 그 결과가 나오지 않았습니다. 약 30 년 전에 개구리 알(난자)을 가지고 한 실험이 성공했습니다. 개구리 알은 구하기 쉽겠지요? 체세포의 핵은 개구리의 피부 세포에서 얻었습니다. 그래서 동일한 유전자를 가진 개구리를 수십 마리를 만들었습니다. 그 때도 매스컴은 광분했습니다. 인간 복제가 멀지 않았다고... 엄청난 거부가 자금을 대서 비밀리에 인간 복제 실험이 이뤄지고 있다는 소설도 나왔고, 허위 탐사 취재 보도도 나와서 많이 팔리기도 했습니다.
이 연구는 거듭 난항을 겪다가... 복제양 돌리가 나옴으로 해서 또 다시 급진전을 이뤘습니다. 그런데 돌리 이후 극히 짧은 기간만에 황우석 박사의 영롱이가 성공함으로 우리 나라가 이 분야에서 두각을 나타내기 시작한 것입니다. 양 보다는 소가 좀 더 어려웠다고 합니다. 그리고 개가 더 어려웠다고 하네요.
그게 체세포 핵을 가진 복제 동물인지 아닌지 판별은 상대적으로 쉽습니다.
원래 동물의 유전자와 복제되었다는 동물의 유전자를 비교하면 됩니다. 그런 기술은 이제 상당히 많이 보편화되었습니다. 그런데 지금 인간 줄기 세포의 경우는 훨씬 난점이 많습니다. 이론적으로 말하자면, 가짜 수정란(진짜 난자, 정자 결합이 아닌, 핵 제거, 체세포 핵 주입이란 의미에서)이 살아서 분열을 시작했다 하더라도 동물 실험처럼, 실제 사람의 자궁에 착상시키는 것은 지금으로서는 용납이 안 됩니다. (허기야 동물 실험은 용납할 수 있는 것인지 잘 모르겠네요.)
말하자면 인공 자궁이 필요하다는 것입니다. 하지만 동물 자궁 보다 훨씬 복잡하고, 섬세한 인간의 자궁을 인공으로 만든다는 것은 지극히 어렵습니다.
지금 단계에서는 인공적인 수정란(체세포 주입 난자)이 분열을 시작하도록 하는 것이 큰 도전 과제일지 모르지만, 멀지 않아 인공 자궁을 어떻게 만들지가 주요 과제가 되지 않을까 봅니다. (어떤 사람은 벌써부터 속이 안 좋을지도...)
쥐의 세포로 영양 세포를 사용하는 문제는 여기에서 시작됩니다. 인공 장기 배양은 돼지가 제일 좋다고 하고, 유전적 특성은 원숭이가 가장 가깝고, 수정란 배양은 쥐가 제일 좋답니다. 이런 것들은 무수히 많은 생명 과학자들이 엄청난 시행 착오를 통해 알아낸 것들이고, 이런 것 하나 하나가 다 노우하우인 셈입니다.
엠비씨가 이렇게 어렵게 만들어 지는 줄기세포를 '사기인지 아닌지 검증해 볼테니 한 번 내놓아 보아라' 라고 요구한 것이 얼마나 후안무치한 일인지 알아야 합니다. 내놓지 않으면 못 믿겠다. 무언가 구린 것이 있는 것 아니냐? 내놓지 못 하는 당신들 태도가 의심스럽다. 폭로하겠다(안 내놓는다고 폭로하겠다는 이야기가 틀림없이 가짜라고 폭로하겠다는 의미로 들리게 되는 과정으로 넘어갑니다.)
실험의 난점을 정리하면 다음과 같습니다.
◆ 이미 출생까지 성공한 돌리나 영롱이와는 달리 줄기세포는 그 수 자체가 지극히 적습니다. 즉 성체가 되었을 때는 수십조의 세포가 있으니 그 중 수백만 개를 떼어 내어도 문제가 안 되지만, 줄기세포는 수 자체가 수백개 혹은 수천 개를 넘지 않을 터이니 실험의 정밀도는 수천 배 정교해야 합니다. 과연 혈액으로 유전자 감식하는 업체에서 그런 정밀 실험을 수행할 수 있을지는 큰 의문입니다.
◆ 이렇게 희소한 샘플을 가지고 검사를 하려면, 유전자 증폭을 해야 합니다. 즉 몇 개 안 되는 줄기세포에서 DNA 를 추출하여 DNA 가 수십배, 수백 배로 복사되어 늘어나도록 한 다음 검사하는 것입니다. PCR 이라 부릅니다. 범인의 혈흔 한 방울, 머리카락 한개에서도 신원을 밝힐 수 있다는 대단한 기술입니다. '살인의 추억'을 보셨는지요. 거기에 보면 형사들이 미국에 샘플을 보내 놓고 그 기대를 가졌다가 실망하는 장면이 나옵니다. 무조건 다 결과가 나온다는 절대 아닙니다. 취급 방범에 노우하우가 있다는 말입니다.
◆ 세포의 수가 워낙 적다가 보니, 유효한 결과를 도출하는 것 자체가 어렵고, 실험 시약을 잘못 투입하면, 세포와 유전체 자체가 훼손될 가능성이 높습니다.
◆ 줄기 세포가 진짜인지 확인하려면, 이론적으로는 간단합니다. 우선 줄기 세포의 핵에 들어 있는 유전자와 환자의 체세포(타겟 세포라고 해야겠지요.) 핵의 유전자가 일치해야 겠지요. 핵이 아닌 미토콘드리아에도 유전자가 들어 있습니다. 이 유전자는 환자 체세포가 아닌 난자 제공자의 유전자(미토콘드리아) 와 일치해야 합니다.
그런데 현재의 줄기세포는 정상적으로 엄마의 자궁에서 자라난 것이 아닙니다. 자궁 혹은 이상적인 인공 자궁이 아닌, 쥐 영양세포 속에서 자라고 있는 겁니다.
샘플을 3 종 15 개를 주었다는 것의 의미는 그런 것입니다. 줄기세포 5 세트, 난자 제공자 세포 5 세트, 타겟 환자 체세포 5 세트가 됩니다. 타겟 환자 체세포를 구하는 방법은 머리털을 잡아 뽑아 모근 세포를 이용해도 됩니다. 엠비시는 황박사가 제공한 샘플을 믿지 못 했기 때문에 자신들이 직접 환자의 모근을 뽑아 온 것으로 보입니다.
샘플 세포 수가 극히 적기 때문에 실험이 정교해야 되고, 마커가 분명하지 않기 때문에 5 세트가 제공된 것입니다. 5 세트를 실험하여 5 세트는 실험이 정상적 이면 모두 서로 일치해야 합니다. 세포가 훼손되어서 4 세트는 일치하는데 1 세트는 불일치하면, 당연히 그 한 세트가 훼손되었으리라고 추정할 수 있습니다. 2 세포는 각각 제 각각인데 3 세포가 동일하다면 애매하긴 해도 3 세포의 마커가 가장 정확한 결과로 추정해야 됩니다. 그런데 2 세포 만 같은 마커를 보인다면 어떻게 보아야 할까요? 그래도 그게 맞다고 추정해야 할까요? 다 망가졌는데 우연히 두 샘플만 비슷한 마커가 형성된 것으로 보아야 할까요? 다 망가졌다고 보는 것이 타당하다고 봅니다. 그렇게 귀중한 줄기세포를 훼손해 버리고 만 것입니다. 이런 결과를 뻔히 예상하면서도 그 귀한 세포를 줄 수밖에 없었던 황박사팀이 애처롭군요.
가장 이상적이라면, 5 세트끼리는 동일한 마커가 나타나고 난자 제공자 세포와 줄기 세포의 미토콘드리아 유전자 마커가 동일하고, 타겟 세포와 줄기 세포의 핵 유전자 마커가 동일하면 확인이 되었다고 할 수 있습니다. 문제는 5 세트끼리도 판정 불능, 불일치가 일어났다는 것입니다. 그렇다면 '이 기관은 이런 정교한 실험에 대한 비교 평가 능력을 갖추지 못 한 것을 보인다'가 타당합니다.
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문제는 엠비시의 취재 태도입니다. 저는 20 여년 전 분자생물학과에서 2-3 년 공부한 경험을 바탕으로 정리하고 있지만, 비전공자들이 위의 문제를 쉽게 이해하리라고 기대하지 않습니다. 나름대로 기본적인 전제나 기술, 이론에 대해 친절한 설명을 들어야 했을 것으로 봅니다. 그런데 지금까지 드러난 취재 과정은 처음부터 결과를 예단하고 지극히 공격적이고 적대적인 태도를 일관한 것으로 보입니다. 당하는 과학자들 입장에서는 당혹스럽기도 하고 답답하기도 하고, 굴욕적이기도 할 것입니다.
국가 기관이 이런 취재를 막는 시스템이 필요할 것으로 보입니다. 그런데 지금은 보호 조치 자체가 정치적 흑막으로 공격 당할 것 같은 분위기입니다. 이래서야 교각살우가 될 수밖에 없습니다.
이런 태도하에서는 설령, 세포의 일치 판정 결과가 나오더라도 의혹은 그치지 않습니다. 그게 정말 제대로 된 샘플이냐를 의심할 수 있습니다. 샘플 자체를 조작해서 만들 수도 있다고 의혹을 생산하면 그런 의혹은 무엇으로 확인할 수 있을까요?
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서프라이즈 펌입니다... 정말 공감되서 퍼왔습니다...
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