유전자를 조작해 질병 저항력을 향상시키고 침입종을 억제하며, 멸종 직전의 종까지 되살릴 수 있다.
유전자를 조작해 질병 저항력을 향상시키고 침입종을 억제하며, 멸종 직전의 종까지 되살릴 수 있다.
  • 정지호 기자
  • 승인 2020.02.12 13:53
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[퓨처타임즈=정지호 기자] 보존을 위한 합성생물학의 야생세계, 유전자를 조작해 질병 저항력을 향상시키고 침입종을 억제하며, 야생동물 무역의 압력을 줄이고 멸종 직전의 종까지 되살릴 수 있다.

모기에 물린 것이 그저 가려운 짜증일 뿐이라고 상상해 보자. 말라리아도, 뎅기열도 없는 것이다.
 
지난 달 과학자들은 이 비전을 향해 한 걸음 더 나아갔다고 발표했다. PLOS 병원균 저널의 한 논문은 매년 1억 명에 이르는 사람들을 병들게 하는 바이러스성 열대병인 뎅기열의 확산을 막기 위해 어떻게 모기를 합성하고 조작했는지 설명했다.
 
이제 하와이 토종 새들을 멸종에서 구하기 위해 침입 모기를 유전적으로 변형하거나, 멸종 위기에 처한 밤나무 종의 유전자를 다른 종으로 옮겨 후자가 병에 저항하는 것을 돕는다고 상상해보자. 식물성 버거 출혈을 일으키는데 사용되던 종류의 유전 공학을 사용하여, 과학자들은 합성생물학이 생물 다양성을 보호하고 종을 보존하는데 도움이 되는 방법을 탐구하기 시작했다.
 
합성생물학과 보존
합성생물학(Synbio)은 CRISPR-Cas9로 알려진 "컷 앤 페이스트(cut-and-past)" 기술과 같은 가장 최신의 위대한 유전자 편집 도구를 사용한다. 다양한 유전 요소의 설계와 모델링을 디지털화, 자동화하는 새로운 기술과 결합하여, 과학자들은 이제 유기체를 설계해 새로운 식품 성분을 생산하거나 특정 기능을 제어하는 유전자로 바꿀 수 있다.

뎅기열을 옮기는 모기의 경우, 과학자들은 뎅기열을 억제하기 위한 항체를 만드는 인간 면역계의 유전자를 피를 빨아먹는 곤충으로 옮겨 아이데스 이집트 종의 유전자를 조작했다. 항체는 암컷 모기가 피를 빨아들이면 활성화되어 발현된다. 사실상 모기는 병을 옮기기 전에 뎅기열이 "치유"된다.

다음 단계는 인구를 통해 새로운 유전 요소를 전파하여 뎅기열 면역력을 부여한다.그것이 바로 유전자 드라이브가 오는 지점이다. 자연적이거나 합성적으로 설계될 수 있는 유전자 드라이브 시스템은 세대를 통해 더 빨리 퍼질 수 있도록 특정 유전 요소를 왜곡한다.

이 발상은 일반적인 유전 규칙, 즉 유전은 약육강식의 세계에서 경쟁할 수 있도록 유기체의 능력을 향상시키는 유전적 변이에 의해 좌우된다는 다윈의 고전적인 개념을 우회하여, 재설계된 형질이 지배적이 되도록 하는 것이다.

보존의 측면에서, 합성생물학은 잠재적으로 침입 종을 억제하고, 야생동물 무역의 압력을 줄이고, 질병 저항력을 향상시키며, 심지어 멸종 직전의 종을 되살리는 등 몇몇 우려 영역을 해결할 수 있다.

침입종​
모기에 관한 PLOS 병원균 논문을 쓴 연구팀을 이끌었던, 캘리포니아대 샌디에고(UCSD) 대학의 생물학자들은 흔히 얼룩무늬 날개 초파리로 불리는 Drosophila suzukii에서 유전적 유산을 조작하는 새로운 유전자 구동 시스템을 개발했다.
 
일본이 원산지인 이 특별한 해충은 2008년 미국에서 처음 발견되었으며, 산딸기류 열매와 같은 부드럽게 익어가는 과일에 알을 주입한다. 얼룩무늬 날개 초파리를 방어하기 위한 현재의 관습은 살충제 사용이나 조기 수확에 의존한다. 이는 미국 경제에 매년 7억 달러의 손실을 입히는 것으로 추산된다.
 
그리스 신화에서 자손을 죽인 인물의 이름을 따서 메데이아라고 불리는, UCSD의 공학적 유전자 드라이브는 합성 "독소"와 그에 상응하는 "해독" 기능을 사용하여 20세대 내 100%의 유전 편향을 달성한다.
 
이 유전적 트로이 목마는 변형된 초파리를 특정 온도에서 죽게 만드는 등, 특정 환경요인에 취약성을 부여하는데 사용될 수 있다.
 
Omar Akbari 샌디에고 대학 부교수는 싱글리티 허브와의 인터뷰에서 "우리 팀의 기술 중 일부가 현장 실험 단계에 근접하고 있다"고 말했다.​ "우리 그룹에게 있어 가장  단계는 D. 스즈키의 야생 개체군을 통제하기 위해 '정밀 유도 멸균 기술'사용하는 것입니다."
야생동물 무역​
많은 기업 비싸거나, 희귀하거나 멸종위기에 있는 자연 생산물로부터 비롯되는 재료를 만들기 위해 합성생물학으 눈을 돌리고 있다. 잘 알려진 바닐라의 예를 들어보자. 시장에 나와 있는 대부분의 제품들은 바닐라의 주성분인 바닐린을 석유 화학 물질로 합성해서 사용한다.
 
스위스 회사인 에볼바는 맥주 양조와 비슷한 방식으로 바닐린을 생산하기 위해 유전자 변형 효모를 개발했다. 또한 모던 메도우는 가죽 제품을 만들기 위해 DNA 편집 도구를 사용하여 콜라겐을 생성하는 특수 효모 세포를 제작한다.
 
​보다 직접적으로 야생동물 보호와 관련된 경우, 싱가포르 과학자들은 수십 년 동안 생물의학 응용 분야에서 사용되어 온 투구 혈액 세포의 합성 대체물을 고안해냈. 투구게는 모두 국제자연보전연맹(IUCN)에 의해 위태로운 종으로 간주된다.
 
그러나 15년 넘게 투구게 혈액 대체품이 상용화되었지만, 아직 다양한 이유로 폭넓게 채택되지 못하고 있다. 새로운 연구들이 생물의학 제조업에서 생체 내 독소를 검출하는데 사용 가능한 합성물이 투구게의 혈액만큼 신뢰할 수 있다는 사실을 확인함에 따라, 이러한 상황은 마침내 변화하고 있다.
질병 저항
장수하는 미국 밤나무는 한때 미국 동부에서 지배적인 숲 종류 중 하나였다. 1800년대 후반 아시아로부터 유입 병충해가 해당 종 거의 전멸시켰다. 중국에서 미국 밤나무를 질병에 내성이 있는 밤나무로 번식시키려는 노력은 제한된 성공을 거두었다. 여러 세대를 거쳐 여러 유전자의 원하는 특성을 전파하는 일이 쉽지 않기 때문이다.
 
뉴욕 시러큐스의 환경과학임업대학이 주도하는 프로젝트는 합성생물학을 이용해 병충해에 내성이 있고 균류 해를 입히지 않는 미국 밤나무를 생산하고 있다.
 
연구원들은 밀에서 단일 유전자를 복제하여 미국 밤나무로 옮겼다. 이 유전자는 균류를 죽이지 않는 수산염산화효소를 생성한다. 대신 나무의 조직 특성을 공격하는 곰팡이 독소를 분해한다.
게다가 곰팡이 자체는 손대지 않고 방치하기 때문에 해당 병충해는 휴면 상태로 남아 시간이 지나도 저항력이 진화하지 않는다.​
종 보존​
죽은 상태에서 되살리는 일은 우리 일생에 과학자들을 피할 수 있는 하나의 속임수지만, 합성생물학 연구자들은 한 세기 이상 전에 사라진 매머드와 나그네비둘기 등 멸종된 종들을 부활시키기 위해 적극적으로 노력해 왔다.
 
프로젝트들은 오래전에 사라진 종의 순수한 예시를 만들어내는 것은 아니다. 오히려 과학자들은 고대 DNA 코드의 일부를 현대의 친척들에게 삽입하고 있다. 매머드의 경우, 연구원들은 아시아 코끼리를 이용하여 매머드-코끼리 하이브리드종을 만들려고 시도하고 있다.
 
이러한 종류의 부활 과학 지지자들은 멸종된 종을 되살리려는 노력이 현재 사라질 위험에 처한 종을 구하는 것보다 덜 중요하다고 말한다. 아시아 코끼리(Elephas maximus)는 IUCN 멸종위기종 위험 목록에 올라 있다.
 
하버드 대학의 George Church가 이끄는 연구팀은 매머드 게놈의 유전자를 아시아 코끼리에 전달함으로써 추운 환경에서 생존할 수 있기를 희망한다. 관련 유전자에는 여분의 지방과 밀도 높은 털의 코드가 포함될 수 있다. 이는 온난화 기후로 인해 이미 변화하고 있는 지역으로 동물들의 영역 범위를 확장시킬 것이다.
우리가 이것을 해야하는가?
기후변화의 영향을 막기 위해 환경을 조작하는 지구공학처럼, 생물공학에도 비판자와 비난자가 있다. 어떤 사람들은 어떤 식으로든 자연계를 바꾼다는 생각에 본능적으로 반응한다.
 
주요 주장 중 하나는 유전자 변형 종 도입이 의도하지 않은 결과를 가져올 수 있다는 우려에 관한 것이다.유전적으로 강화된 괴물들이 정글에서 Jeff Goldblum 쫓는 쥬라기 공원 시나리오를 예상하는 사람은 없지만, 유전적으로 변형된 형질들이 종을 뛰어넘거나 대본에서 벗어날 가능성이 있다.
 
Kent Redford는 보존 측면에서 합성생물학의 장단점에 대한 대화를 나누는 일이 어느 입장에 서있든 분단 위치에 관계없이 중요하다고 생각한다.
 
그는 전화 인터뷰에서 "피해를 최소화하고 긍정적인 결과를 얻기 위해, 저의 임무는 보존 공동체가 이러한 기술에 대해 알고 있는지 확인하고 이를 고려하여 정보에 입각한 의견을 취하도록 하는 것이며, 이러한 기술이 생물 다양성에 좋은 영향을도록 노력하는 "이라고 말했다.​
 
자연보존 및 야생생물보존협회에서 활동해온 자연보존 전문가 Redford는 합성생물학과 생물다양성보존에 관한 IUCN 태스크포스(TF)의 의장을 맡고 있다.그는 여름 프랑스의 IUCN 세계보존회의에서 발표될 평가 보고서인 '보존을 위한 유전 프론티어(Genetic Frontiers for Conservation)'의 주 편집장이었다.
 
IUCN의 의견은 중요하다.1300여 개 회원 조직에는 정부, 비정부기구, 기업협회, 과학 및 학술기관 등이 포함된다.
 
Redford는 IUCN 회의에서 어떤 종류의 권고안이 나올지 추측하기를 거부했다.그는 합성생물학과 보존의 교차점이 보존 공동체의 많은 사람들에게 중요시되지 않는다는 점에 주목했다.
 
"대부분의 제 동료들은 왜 여기에 많은 관심을 기울여야 하는지 알지 못합니다."라고 그가 말했다. 최신 기술을 아는 일부 사람들은 이러한 기술 보존에 있어 다루기 힘든 몇 가지 문제 해결에 도움이 되는 적절한 도구로 생각한. 다른 이들은 이러한 유전 기술이 "자연계와 가난한 사람들의 삶을 완전히 파괴할 잠재력"을 가지고 있다고 믿는다.
 
Akbari는 보존에 있어 합성생물학의 가장 큰 과제는 기술이 아니라 규제 승인과 대중의 지지를 확보하는 점이라는데 동의했다."시간이 필요하다고 생각합니다," 그는 말했다. "긍정적인 결과와 함께 더 많은 기술이 개발되고 테스트됨에 따라 반발이 줄어들거라 믿습니다."
 
과학계가 합성생물학의 잠재력과 위험성에 대해 논쟁하는 동안에도, 생물 다양성은 계속해서 감소할 것이다.
 
지난해 유엔의 생물다양성생태계 서비스에 관한 정부간 과학 정책 플랫폼의 보고서는 많은 불안한 통계 발표했다.​ 이를테면, 대부분의 주요 토지 기반 서식지에서 토착종의 평균 풍부성은 1900년 이후 적어도 20% 감소하였다. 그리고 인간이 역사적으로 식량과 농업에 사용해 온 포유류의 거의 10%가 2016년까지 멸종되었고, 적어도 1,000여 종은 여전히 멸종 위기에 처해 있다.
 
"자연계는 심각한 위기에 처해 있습니다,"라고 Redford는 말했다.​ 합성생물학이 이 문제에 대한 해답의 일부가 될 수 있는지의 여부는 여전히 큰 의문으로 남아 있다.

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