![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fimgnews.naver.com%2Fimage%2F308%2F2009%2F01%2F02%2F3529_7026_4836.jpg) |
피 한 방울로 자신의 유전 정보를 읽는 시대가 바로 코앞에 다가왔다. |
간단한 피검사만으로도 자신의 질병ㆍ경쟁심ㆍ지능ㆍ수줍음ㆍ모험심 등을 훤히 들여다보는 시대가 도래했다. 그 '문'을 열어준 것은 인간 게놈 해독이다. 이 경이로운 업적은 '달 착륙에 버금간다'는 평가를 받는다. 많은 사람이 복잡하고 난해한 게놈의 이론과 용어에 얼떨떨해하는 사이, 과학자들은 이미 유전자 검사를 통해 1300여 가지 질병을 미리 알 수 있게 되었다. 또 유전자 정보를 이용한 질병 치료도 실용화하고 있다. 새해를 맞아, 인류의 건강과 역사를 바꾸어놓을 게놈과 유전자의 어제ㆍ오늘ㆍ내일을 들여다본다.
인간은 세포 60조 개로 이루어져 있다. 그 세포 하나하나에는 씨앗처럼 핵이 들어 있고 그 속에는 다시 염색체 23쌍이 들어 있다. 경이로운 점은 염색체 23쌍에 실패에 감긴 실처럼 뉴클레오티드 약 30억 개가 이중 나선으로 들러붙어 있다는 사실이다(이것이 DNA다). 뉴클레오티드는 염기 4개(A/아데닌, T/티민, C/시토신, G/구아닌)에 당과 인산기가 부착된 것을 말한다.
쉽게 설명하면 세포는 도서 전집이고, 염색체는 그 전집 중 한 책이고, 유전자는 그 책의 한 문단이고, 뉴클레오티드는 글자이다. 그러니까 게놈은 책+문장+글자를 말한다.
게놈 해독비 1000달러 시대 도래 17년 전만 해도 과학자들은 그 책 속의 글자가 어떻게 배열되어 있는지 잘 몰랐다. 그 비밀을 밝히려고 1990년에 30억 달러짜리 사업이 시작되었다. 여섯 나라 과학자와 미국의 생명공학 기업이 전개한 인간 게놈 프로젝트였다. 전세계의 내로라하는 과학자가 머리를 맞댄 지 13년. 드디어 그 수수께끼가 풀렸다. 익명의 여자 세 명과 남자 두 명의 DNA 샘플을 이용해 인간 게놈 99%의 지도를 완성하고, 염기 32억 개의 서열을 낱낱이 밝혀낸 것이다.
100달러로 게놈 해독하는 기술 연구 중
과학자들은 그 과정에서 몇 가지 새로운 사실을 알아차렸다. 10만 개로 알고 있던 인간의 유전자(DNA 염기 수천~수만 개 덩어리. 체내에서 단백질 합성 등을 주관한다) 수가 3만여 개로 밝혀진 것도 그 중 하나다. 이같은 성과는 인간의 달 착륙을 능가하는 쾌거였다. 왜 사람이 특정 질환에 노출되는지 이유를 규명하고, 특정 유전자를 인간에게 이롭게 교체하거나 조작하고, 각 환자에게 맞는 치료약을 개발할 수 있는 문이 열렸기 때문이다.
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fimgnews.naver.com%2Fimage%2F308%2F2009%2F01%2F02%2F3529_7027_495.jpg) |
ⓒ박성남 그림 |
다시 몇 년이 흐르는 동안 게놈 연구는 성큼성큼 진보했다. 2003년에는 1953년 DNA 나선형 구조를 밝힌 제임스 왓슨 박사의 개인 게놈까지 해독되었다(인간 게놈 프로젝트는 남녀 다섯 명의 DNA를 합쳐 해독했다). 뒤이어 크레이그 벤터 박사(셀레라제노믹스 회장), 양후안밍 베이징유전체연구소장 개인 게놈도 해독되었다. 그 과정에서 게놈을 해독하는 비용과 시간은 대폭 감소했다.
ⓒ시사IN 백승기 김성진 이길여암ㆍ당뇨연구원장 인간 게놈 프로젝트는 인간 게놈을 해독하는 데 30억 달러ㆍ11년을 소모했다. 그렇지만 지금은 6만 달러ㆍ6주일만 투자하면 개인 게놈을 해독할 수 있다. 2~3년 뒤에는 이마저도 굼뜨고 비싸다는 소리를 들을지 모른다. 미국의 생명공학 기업들이 100달러ㆍ24시간에 게놈을 해독하는 기술을 개발하고 있기 때문이다. 임동수 인간유전체기능연구사업단장은 "100달러로 게놈을 해독하는 데는 시간이 좀 걸리겠지만, 1000달러 시대는 늦어도 3년 안에 도래할 것이다"라고 말했다.
한국인 게놈 지도 완성 지난 12월 초에 자신의 게놈 지도를 공개한 김성진 이길여암ㆍ당뇨연구원장(54)은 이같은 신기술 덕을 톡톡히 보았다. 그가 사용한 기계는 8억원짜리 솔렉사. 이 기계를 이용해 그의 백혈구에서 DNA를 채취해 해독했다. 분석에서 해독까지 걸린 시간은 8개월. 비용도 2억5000만원(18만 달러)밖에 들지 않았다. 김성진 원장은 "표준 인간 유전체 게놈의 약 7.8배의 염기(30억×7.8=234억 개)를 분석해, 단일염기다형성(SNP) 324만 개를 발견했다"라고 말했다.
김성진 원장, SNP 320만 개 발견
인간은 DNA 염기(30억 개) 서열이 99.9% 똑같다. 나머지 0.1% 정도는 염기(A-TㆍC-G)의 철자가 뒤바뀌는 식으로 변이가 일어나는데, 이것이 바로 SNP(스니프:인종별ㆍ개인별 염기 차이)이다. 0.1%의 차이가 인종과 피부색, 눈동자 색과 체질 등을 결정하는 것이다. 이같은 SNP가 다른 사람과 많이 겹치면 겹칠수록 인종ㆍ개인 간 관계가 가깝다. 김 원장의 SNP (324만 개) 중에서 양후안밍 박사와 겹치는 SNP는 114만5175개. 반면, 왓슨 박사와는 72만1928개가 겹쳤고, 벤터 박사와는 91만7539개가 겹쳤다. 그러니까 김 원장은 인종적으로 양후안밍 박사와 가장 가깝고, 왓슨 박사와 가장 먼 셈이다.
개인의 차이를 나타내는 SNP는 다른 인종ㆍ사람과의 유전자를 비교해야 발견할 수 있다(위). 김 원장에 따르면, (많은 논란이 있지만) 이번 게놈 해독에서 많은 성과를 거뒀다. 우선, 한국인의 게놈 지도를 만들었다. 그동안 한국은 다국적 게놈 프로젝트에 단 한 번도 들지 못했다. "그만큼 기술이 뒤떨어져 있었는데, 이제 어느 정도 거리를 좁히게 됐다"라고 김 원장은 자평했다. 둘째, 암 치료제가 왜 어떤 환자에게는 듣고, 어떤 환자에게는 안 듣는지 파악할 수 있는 길을 열었다. (긍정적이든, 부정적이든) 게놈을 연구하는 과학자들에게 자극을 준 것도 성과라면 성과다. 김 원장 스스로 질병 관련 유전자를 찾아내, 그 병에 대비할 수 있게 된 것도 소득이었다.
유전자를 보면 질병이 보인다?
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fimgnews.naver.com%2Fimage%2F308%2F2009%2F01%2F02%2F3529_7028_4926.jpg) |
개인의 차이를 나타내는 SNP는 다른 인종·사람과의 유전자를 비교해야 발견할 수 있다(위). |
유전자 정보를 분석한 결과, 그는 천식ㆍ건선ㆍ알코올중독에 걸릴 확률이 거의 없었다. 그러나 제1형 당뇨병에 걸릴 확률이 아주 조금 있었고, 하지불안증후군의 발병 위험은 일반인보다 1.44배 높았다. 문제는 노인성 황반변성. 발병 위험이 일반인보다 8.2배나 높았다. 그렇지만 그는 그다지 걱정하지 않았다. 발병이 미래의 일이어서 식습관을 바르게 유지하고, 운동을 적당히 하면 피해갈 수 있으리라 믿어서이다.
질병 관련 유전자 1500여 개 발견 한발을 더 내디뎠지만, 한국의 게놈 연구 속도는 세계 수준에 비하면 아직 더디다. 반면 선진국 과학자들의 발걸음은 발이 눈에 안 보일 정도로 재다. 이미 질병 관련 유전자를 1500개 정도 찾아냈다(인간 게놈 프로젝트를 시작할 무렵에는 100여 개밖에 몰랐다). 이 정도면 "유전자를 보면 질병이 보인다"라는 말이 무색지 않다.
유전병으로 유명한 헌팅턴병(특정 뇌 부위의 퇴행을 초래해 치매에 이르는 유전병)이나 낭포성 섬유증(폐나 내장 기관에 섬유증이 생기는 유전병), 뒤센형 근위축증(근위축이나 운동기능장애가 생기는 유전병)의 관련 유전자는 이미 몇 년 전에 발견되었다. 2007년에는 녹내장ㆍ정신분열증ㆍ당뇨ㆍ심장병ㆍ전립선암ㆍ고혈압 같은 난치병 관련 유전자도 대량 발견했다. 이들 유전자가 특정한 변이를 일으키면 질병이 발생한다. 하나 둘 드러나는 질환의 정체 그리고 그것을 사로잡을 비법의 발견…. 이같은 기술적 성과는 미래에 쏟아져 나올 기술혁신의 서막에 불과하다.
DNA를 오리고 붙이다 이로써 몇몇 질환은 고위험자를 찾는 진단법이 개발되면, 치유도 가능하게 되었다. 원인을 알면 치료는 비교적 쉬운 법이다. 예컨대, 헌팅턴병은 유전자(DNA 뭉치)의 특정 장소에서 특별한 염기 서열(C-A-G)이 몇 번 반복되느냐에 따라 발병한다.
놀라운 것은 그 숫자에 따라 발병 연령대가 달라진다는 사실이다. 39번 반복되면 75세 이전에 걸리고, 41번 반복되면 54세에 걸린다(매트 리들리의 <23장에 담긴 인간의 자서전, 게놈>). 물론 반복 횟수가 많으면 많을수록 발병 나이는 줄어든다. 50번 반복하면 심지어 27세에 걸리기도 한다.
만약 의학자들이 유전자 치료법으로 이 병을 치료한다면, 문제가 되는 염기 서열(C-A-G)을 병과 상관없는 염기 서열로 바꾸면 될 것이다(대부분의 병을 이렇게 치료할 수 있을 것이다. 반대로 제자리에 있어야 할 염기가 없어서 생긴 병이라면 필요한 염기를 오려 붙여야 할 것이다). 이미 DNA를 오리고 붙이는 '가위(제한 효소)와 풀(리가아제)'이 있으므로, 이 치료법은 이론적으로 얼마든지 가능하다. 실제 1972년에 시험관 안에서 바이러스 DNA를 자르고 붙이는 실험에 성공했다(GMO 식품은 이같은 방식으로 유전자를 조작한다).
당연히 유전자를 조작해 질환을 예방할 수도 있다. 심장질환도 마찬가지이다. 심장 질환과 관련이 있는 E2 유전자를 가진 사람은 지방이나 콜레스테롤이 많이 들어 있는 식품을 멀리 함으로써 병으로부터 도피할 수 있다. 또 태아의 게놈을 해독해서 미리 지능을 높이는 유전자를 '이식'하거나, 체형이나 건강을 더 튼튼하게 만들어주는 유전자를 '선물'할 수도 있을 것이다. 그러나 이같은 문제는 '유전자 차별' 논쟁이나 생명 윤리 논쟁을 불러일으켜 현실화될 가능성은 그리 커 보이지 않는다.
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fimgnews.naver.com%2Fimage%2F308%2F2009%2F01%2F02%2F3529_7029_5011.jpg) |
ⓒ시사IN 백승기 김성진 이길여암·당뇨연구원장 |
자폐 증세, 16번 염색체 유전자 탓
한 인간의 지능과 성격, 질환과 호기심, 수줍음과 모험심 등을 들여다볼 수 있는 유전자도 속속 발견된다. 자폐를 유발하는 유전자도 그 와중에 찾아냈다. 발견자는 미국과 아이슬란드의 과학자들. 그들이 자폐 증상을 보이는 아이 2000명을 조사한 결과, 그 원인이 염색체 16번에 있었다. 그곳에 있는 유전자가 삭제되거나 중복된 아이들에게서 자폐 증세가 발현되었던 것이다(<뉴잉글랜드 저널 오브 메디신> 2008년 1월19일자). 만약 과학자들이 그 유전자를 헌팅턴병처럼 치료한다면 자폐에 시달리는 아이들의 수는 급격히 줄 것이다.
피 한 방울로 암 찾는다 곧 출간될 <새로운 비트가 온다-NBIT 융합 & 창조 비즈니스>에서 차원용 박사(미래기술경영연구소장)는 "혈액을 이용해 DNA를 분석하는 유전자 칩도 빠르게 발전 중이다"라고 말했다. 그에 따르면, 유전자 칩은 반도체 칩의 DNA 버전. 좁은 면적 위에 고밀도로 DNA를 집적해 생물학적 정보나 유전자 정보를 읽는다. 일본에서는 이미 의료용 DNA 칩을 사업화하고 있다. 당뇨병 측정 칩을 개발해 당뇨병 관련 유전자를 갖고 있는 사람과, 그렇지 않은 사람을 구분해내는 것이다.
2007년 말에는 혈액 속의 종양 세포를 감지하고, 그 수가 몇 개인지 세는 마이크로 칩도 등장했다. 미국 하버드 의대 매사추세츠 종합병원의 메멧 토너 박사와 대니얼 하버 박사는 아주 적고, 크기가 미미해 측정하기 어려운 혈중 종양 세포들을 감지ㆍ분리하고, 그 수를 세고 분석까지 하는 고감도 마이크로 칩을 개발했다. 2006년 6월에는 국내에서 에이즈 진단 칩까지 발명되었다. 벤처기업 시드바이오칩스가 어렵게 거둔 결실이었다.
정연준 교수(가톨릭의대ㆍ미생물학교실) 팀은 대장암과 관련 있는 CAMTA1 유전자를 진단하는 검사법을 연구 중이다. 2년 전, 정 교수 팀은 대장암 환자 59명의 암 조직 유전자를 조사해 대장암 발병과 관련이 있는 후보 유전자 53종을 찾아냈다.
그 과정에서 연구팀은 CAMTA1 유전자의 기능을 새롭게 확인했다. 지금까지 이 유전자는 신경계 암에서 암세포를 억제하는 기능만 하는 것으로 알려져왔다. 그런데 대장암 환자 59명 중 65%가 CAMTA1 유전자가 저하되어 있었다. 이는 이 유전자가 대장암 발현 억제와 관련이 있음을 뜻한다. 따라서 정 교수 팀이 그 유전자를 이용해 대장암 진단법을 개발한다면, 뉴스거리가 될 전망이다.
이희구 박사(줄기세포연구단ㆍ책임연구원) 팀도 비슷한 연구를 하는 것으로 알려졌다. 단백질 MAC2BP를 이용한 위암 진단법이다. 정상인과 위암 환자의 혈액에서 MAC2BP의 함량을 측정한 결과, 둘 사이에 현격한 차이가 나타난 것이다. 이 박사 팀은 MAC2BP를 위암 종양 표지자로 사용하려고 특허도 출원했다. 만약 검사법이 개발되면 MAC2BP의 양을 측정한 뒤, 그 양의 많고 적음을 보고 위암 여부를 가늠하게 될 수도 있다.
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fimgnews.naver.com%2Fimage%2F308%2F2009%2F01%2F02%2F3529_7030_5055.jpg) |
벤터 박사(위 왼쪽)와 조지 처치 교수(위 가운데)는 게놈 연구에서 가장 앞서 있다. 위 오른쪽은 이희구 박사. 왓슨 박사(오른쪽)는 자신의 게놈 지도를 CD에 담은 첫 인간이다. |
게놈 연구는 질병 치료나 인류사 복원에만 도움을 주는 것이 아니다. 농수산물 생산이나 의료 기술 혁신에도 엄청난 영향을 미친다. 박홍석 박사(유전체연구단 책임연구원)에 따르면, 우리나라 과학자들이 해독한 게놈은 모두 20여 종이다. 그 중 미생물이 아닌 것은 단 하나. 박홍석 박사가 규명한 침팬지 게놈이다(딸린 기사 참조). 미생물이나 감자ㆍ배추 등의 게놈을 해독하는 이유는 하나, 질병에 강하게 만들고 생산량을 늘리기 위해서이다.
게놈 연구의 남은 숙제 게놈 연구에 파란불만 켜 있는 것은 아니다. 높은 장애물이 여기저기 늘어서 있다. 95% 유전자의 기능을 모르는 것도 그 중 하나이다. 새롭게 밝혀진 120개의 암 유발 후보 유전자도 과학자들의 발걸음을 붙잡는다. 질병 발생이 유전적 요인보다 환경 요인의 영향을 더 크게 받는 것도 검증해야 할 숙제이다. 지금까지 알려진 연구 결과에 따르면, 특정 유전자를 가진 사람이 당뇨병에 걸릴 확률은 정상인에 비해 1.5인 데 비해, 비만(환경적 요인)으로 인한 당뇨 발병 확률은 1.7배나 된다.
유전자 분석을 통한 질병 예측의 신뢰도가 낮은 것도 문제다. 조남한 교수(아주대 의대ㆍ예방의학)에 따르면, 프로그램에 따라 조금씩 차이가 있지만 현재까지 개발된 질병 예측 프로그램을 이용하면 맞을 확률이 30% 안팎이다. 한 프로그램에 개개인의 유전자 정보를 입력하고, 그 결과에서 '특정 질병에 걸릴 확률이 1.5배'라고 나온 사람이 10명이라고 치자. 그러면 그 중 2~3명만이 1.5배 확률 예측이 들어맞는다.
95%의 유전자, 아직 기능 몰라
몇 년 뒤 게놈 연구는 더 경이로운 결과물을 내놓을지 모른다. 2008년 초 영국 생어센터와 미국 국립보건원이 1000명의 개인 게놈 지도 작성에 나서고, 조지 처치 교수(미국 하버드 대학)가 구글 사와 합작으로 10만명의 게놈 해독에 나섰기 때문이다. 룩셈부르크 정부와 컴플리트 지노믹스 사(미국)는 2010년부터 2만명의 게놈 지도 그리기에 나서 게놈 표본이 없어 '갈증'을 느끼는 과학자들에게 큰 선물을 안길지도 모른다.
과연 이 모든 사업이 성공적으로 마무리되어 과학자들은 샴페인을 터트리게 될까? 그렇게 되어서 인류는 바람대로 무병장수하고, 더 멋진 인생을 살게 될까. 아쉽지만 아직 그 미래를 엿볼 수 있는 방법이 없다.
그런 가운데 게놈 혁명이 몰고 올 역효과에 대한 걱정이 커지고 있다(42쪽 딸린 기사 참조). 무엇보다 게놈이 예지하는 것이 장밋빛 미래가 아니라 가능성임을 알아야 한다. 그렇더라도 많은 사람에게 희망을 준다는 점에서 모든 '게놈 프로젝트'는 아름답다.
오윤현 기자 noma@sisain.co.kr