세계 최초로 중국의 과학자들은 인간배아의 유전체를 편집했다고 주장했다. 이 연구결과는 학술지 <Protein & Cell>지에 발표되었다. 지금까지 광범위하게 퍼진 루머가 확인되었다. 이 루머는 지난달에 이러한 연구에 대한 윤리적 함의를 둘러싼 논쟁이 벌어졌다. 이 논문에서 광조우의 순얏센 대학 (Sun Yat-sen University)의 유전자 기능연구자인 전지우황 (Junjiu Huang)의 연구팀은 지역 불임클리닉에서 얻은 ‘용도폐기된’ 배아를 이용해서 우려를 배제하려고 했다. 이 연구팀은 CRISPR/Cas9로 알려진 유전자편집 기술을 이용해서 잠재적으로 치명적인 혈액질환인 베타지중해성 빈혈증 (β-thalassaemia)을 일으키는 것으로 알려진 유전자를 조작하려고 했다. 이 연구팀에 의하면 이번 연구결과는 의학적인 적용에 사용될 수 있는 방법에 심각한 장애물이 있다는 것을 보여주고 있다.
보스턴의 하버드 의대의 줄기세포생물학자인 조지 데일리(George Daley)는 “이번 연구는 CRISPR/Cas9를 인간의 착상 전 배아에 적용한 첫 번째 연구였으며 그 자체로 의미를 가질 뿐 아니라 조심스럽게 접근해야 한다. 이들의 연구는 이 기술이 질병유전자를 제거하기 위한 테스트를 위해서 이미 준비된 기술이라고 생각하는 사람들에게는 경고를 제공하고 있다”고 말했다. 일부에서는 배아에 대한 유전자 편집은 아기가 태어나기 전에 치명적 유전적 질병을 제거할 수 있기 대문에 밝은 미래를 보여주고 있다고 말한다. 다른 연구자들은 이러한 연구는 윤리적인 문제를 넘어서고 있다고 주장한다: 연구자들은 지난 3월 <네이처>지에 생식세포주 조작으로 알려진 배아의 유전적 변화는 유전되기 때문에 조심스럽게 접근해야 한다고 경고했다. 결국 유전된 유전적 영향은 미래 세대에 예상하지 못한 영향을 줄 수 있기 때문이다. 연구자들은 또한 인간배아에 대한 유전자 편집연구는 이 기술의 불안전성과 비윤리성의 문제를 해결해야 한다. 황의 연구논문은 인간배아편집에 대한 논란을 재점화하고 있다. 중국에서 다른 그룹은 인간배아에 대한 실험을 하고 있다고 알려지고 있다.
황의 연구팀에 의해서 사용된 기술은 배아에 DNA의 특정 지점에 결합되어 자르는 CRISPR/Cas9 효소복합체를 가지고 주입하는 것이다. 이 복합체는 문제가 되는 유전자를 표적으로 하도록 프로그램될 수 있으며 이를 통해서 동시에 다른 입자를 주입하여 대체하거나 수리할 수 있다. 이 시스템은 인간성체세포와 동물배아에서는 잘 연구된 바 있다. 하지만 인간배아에 대한 연구는 아직까지 발표된 바 없다. 황과 그의 동료들은 단세포 수정인간배아에서 유전자를 대체할 수 있는지 연구를 조사하고 있다. 원칙적으로 배아로 발달되는 모든 세포는 유전자를 수리하게 된다. 불임클리닉에서 얻어진 배아는 인공수정으로 만들어졌지만 두 개의 정자에 의해서 수정되어 다른 염색체 세트를 갖고 있다. 이 배아는 발달단계의 첫 번째 단계에 있지만 아기로 태어나지 못하도록 했다. 황의 연구팀은 인간 베타 글로빈 단백질(human β-globin protein)을 부호화하는 HBB라고 불리는 유전자를 편집하기 위해 CRISPR/Cas9의 능력을 연구했다. 이 유전자에서의 돌연변이는 베타지중해성 빈혈증을 일으킨다.
이 연구팀은 86개의 배아에 주입해서 48시간을 기다렸다. 이 시간은 CRISPR/Cas9가 충분히 시간을 갖고 없는 DNA를 대체할 수 있도록 하는 충분한 시간으로 배아가 여덟 개의 세포로 자라도록 한다. 살아남은 71개 배아 중에서 54개가 유전적으로 테스트되었다. 이들 중 28개가 성공적으로 유전적인 연결 (splice)에 성공했으며 이들 중 극히 일부만이 대체된 유전물질을 갖고 있었다. 황은 “정상적인 배아를 가지고 실험을 원한다면 100%에 가까워질 필요가 있다. 그래서 우리는 실험을 중단했다. 우리는 아직도 너무 이른 상황이라고 생각한다”고 말했다.
그의 연구팀은 또한 이 유전체의 다른 부분에서 작동하는 CRISPR/Cas9 복합체에 의해 소개된 ‘표적에서 벗어난’ 돌연변이의 숫자가 많다는 놀라운 사실을 밝혀냈다. 이 의도하지 않은 돌연변이는 해로울 수 있기 때문에 이 결과는 생식세포주 유전자 편집기술을 둘러싼 안전성의 우려에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 돌연변이 비율은 인간성체세포나 실험쥐 배아에 대한 유전자 편집 연구에서 관찰보다 훨씬 더 높다. 그리고 황은 그의 연구팀은 엑솜 (exome)이라고 불리는 유전체의 부분을 조사했기 때문에 의도하지 않은 돌연변이의 하위세트를 찾아낼 가능성이 높다고 지적했다. 그는 “만일 우리가 전체 유전체 염기서열을 조사한다면 좀 더 많은 것을 얻을 수 있다”고 말했다.
황은 이 논문이 윤리적인 문제로 인해서 <네이처>와 <사이언스>지에 의해서 거부되었다고 말했다. 이 두 저널은 이 주장에 대해 논평을 하지 않았다. 그는 이 논문에 대한 비판자들은 낮은 효율성과 높은 수준의 표적을 벗어나는 돌연변이의 숫자가 많은 것은 비정상적인 배아를 사용했기 때문에 이와 연관되어 있다고 지적했다. 황은 이러한 비판을 인정했지만 정상적인 배아를 가지고 유전자 편집을 한 사례가 없기 때문에 이 기술이 다르게 사용될 수 있는지 여부를 알 수 없다고 말했다. 아직도 그는 배아는 좀 더 중요한 모델이라는 입장을 유지했다. 그는 “우리는 데이터를 세상에 공개해서 정말 이 모델로 어떤 결과가 나오는지를 보여주려고 했다. 우리는 데이터 없이 무슨 일이 일어나는가에 대해 논의하는 것은 아니다”라고 말했다.
하지만 지난달 <네이처>지의 경고의 목소리를 내었던 에드워드 랜피어 (Edward Lanphier)는 “이것은 이전에 강조한 것과 같다: 즉, 우리는 이 연구를 중단해야 하며 어떤 방향으로 연구를 해야 할 것인지에 대한 논의가 이루어져야 한다”고 말했다. 랜피어는 유전자 편집기술을 인간성체세포에 적용했던 캘리포니아의 <상가모 바이오사이언스 (Sangamo Biosciences)>의 사장이다. 황은 현재 성체인간세포나 동물모델에서 표적에서 벗어난 돌연변이의 숫자를 줄일 수 있는 방안을 연구할 계획이다. 그는 다른 전략을 고려하고 있다 – 효소를 조작하여 정확하게 원하는 부분에 도달하도록 하는 것으로 이 효소의 생존기간을 조절하도록 다른 포맷으로 효소를 주입하고 입자를 고칠 수 있도록 하는 것이다. 그는 다른 유전자 편집을 사용하는 것도 도움이 될 수 있을 것이라고 말했다. CRISPR/Cas9는 상대적으로 효율적이었으며 쉽게 사용될 수 있지만 TALEN이라 불리는 다른 시스템은 의도하지 않은 돌연변이를 적게 생산한다.
인간배아편집을 둘러싼 논쟁은 한동안 계속될 것이다. CRISPR/Cas9는 쉽게 사용할 수 있는 것으로 알려져 있지만 랜피어는 좀 더 많은 과학자들이 황의 논문에서 나타나는 문제를 해결하기 위한 연구를 시작할 것이라고 우려하고 있다. 그는 “CRISPRs에 대한 간단한 창출과 광범위한 사용은 과학자들이 원하는 실험을 가능하게 할 기회를 제공하고 있다”고 말했다. 중국 학계에 의하면 현재 적어도 네 개의 연구팀이 인간배아에 대한 유전자 편집기술 실험을 하고 있다고 말했다.
출처: <네이처> 2015년 4월 22일 (Nature doi:10.1038/nature.2015.17378)
원문참조:
Liang, P. et al. Protein Cell http://dx.doi.org/10.1007/s13238-015-0153-5 (2015).
Lanphier, E. et al. Nature 519, 410–411 (2015).
Baltimore, D. et al. Science 348, 36–38 (2015).
