d라이브러리

최근 10여년 동안 진행된 유전학의 혁명은 유전병의 조기발견으로 부터 DNA지문채취에 이르기까지 엄청난 가능성을 열어주었다.

신생아의 3% 정도는 유전적 요소가 중요한 역할을 하는 질병 또는 기형을 나타내고 있다. 이러한 양상은 4천여 종류들이 알려져 있는데, 그것들중 다수가 상당한 정도의 육체적 정신적 손상과 장애를 가져온다. 이러한 상태들이 약 4분의 1정도가 출생시에 외견상 나타나며, 사춘기까지는 약 90%정도가 나타나게 된다. 최근까지도 출생 전에 또는 증상이 처음 나타나기 전에 진단될 수 있는 비율은 아주 적었다.

그러나 현재 사정은 매우 빨리 변화하고 있다. 인간의 유전병을 어떻게 분석하고 진단할 수 있는가 라는 측면에서 뿐만아니라, 그러한 병의 성질을 분자 수준에서 이해한다는 점에서 우리는 지금 혁명을 체험하고 있다.

이러한 혁명의 전위에는 유전자를 조작하는 일련의 기술들이 있는데, 이것들은 뭉뚱그려 '재조합DNA'(recombinant DNA)라고 한다.

과학문화와 사회간의 밀접한 연결은, 모든 기술적 혁신들이 그러하듯이 희망과 위험을 동시에 내포하고 있다는 점을 의미한다. 재조합 DNA를 의학에 적용하는 것도 예외는 아니다. 그러므로 이러한 적용이 제시하는 희망뿐아니라, 그에 따르는 문제점들을 살펴보는 것은 중요한 일이다.

유전적인 질병이 의미하는 바는 정확하게 무엇인가? 전적으로 유전적인 병같은 것은 존재하지 않는다. 유전자나 환경이나. 혼자서 독립적으로 병을 유발시킬 수는 없다. 오히려 그 둘은 서로가 관련하여 작용하고 있기 때문에 변화된 또는 결여된 유전자는 주어진 환경에서 효과적으로 상호작용하는 능력을 감소시킨다. 이에 대한 고전적인 예가 페닐케톤뇨(Phenylketonuria, PKU)을 들수 있다. 이 병에 걸린 사람은 대부분의 음식물에서 발견되는 필수 아미노산인 패닐알라닌을 대사할 수 없다. 결과적으로 뇌조직에 축적되는 페닐알라닌은 정신적인 장애를 초래하게 된다. 페닐알라닌을 극도로 제한하는 식이요법에 의해 환경을 바꾸어 주면 지능장애는 일어나지 않고 페닐케톤뇨증의 유전자를 갖고 있는 사람은 정상적으로 성장하게 된다. 유전자와 그것에 의해 만들어지는 단백질이 언제 어떻게 그리고 어떠한 환경조건 하에서 기능을 하는지를 알 수 있게 된다면, 변이 유전자(variant gene)의 부정적인 효과들을 제거할 수 있는 환경의 변화-예를들면 결여된 단백질을 영양소로 또는 인공적으로 대체시키는것 등-를 제시할 수 있는 방법에 도달할 수 있게 될 것이다.
 

새로운 기술의 이면

유전자를 분리 분석하는 새로운 기술은 유전학적인 질병에 대한 개인의 타고난 소질(predisposition)을 진단할 수 있다. 만성심장병은 유전적인 요소에 의해 발생하는 질병의 한 예이다. 질병소인(素因)을 진단할 수 있는 능력은 새로운 치료법의 개발과 조기치료를 이끌어낼 수 있는 심각한 윤리적인 문제를 일으킬 수 있다.

효과적인 치료법을 개발하지 못한 상태에서 유전학적 검사를 광법위하게 채택하는 것은 결코 피검자들에게 이익이 되지 못한다. 오히려 질병소인을 가진 사람을 고용 또는 생명 및 건강보험에서 차별받게 만들뿐이다.

최근 영국에 있는 생명건강보험회사 8개사를 대상으로, 유전학적 검사를 장래에 사용할 것인지에 대한 견해를 물은 결과, 모든 회사들이 보험계약과정에 언젠가는 새로운 유전학적 검사를 고려하게 될 것이라는데 일치하였다. 한 건강보험 회사는 더 나아가, 아직 나타니지 않은 질병의 상태를 미리 진단할 수 있게 할 그 같은 개발을 환영하였다.

만년에 발병하는 치명적인 유전성 신경질환이 '헌팅튼의 병'(Huntington's Chorea)을 일으키는 유전자를 갖고 있는 사람들은 현재 진행중인 예측검사에 대해 처음에는 열광적인 반응을 나타냈다.

그러나 그것이 암시하는 보다 광범위한 사회적 귀결에 대해 깨닫지 못해서는 안 될 것이다. 만년에 발병하는 불치의 치명적인 질병이 당신에게 일어나고 있다는 것은 알았을 때 당신은 어떻게 반응 하겠는가?

영국에서의 대규모적인 유전학적 선별심사(screening)는, 최근 보건부문에 예산이 낮게 책정되고 있다는 점을 생각해 볼 때 어리석은 것처럼 보일 수 있다.

그러나 미국에서는 이미 몇몇 생물공학 회사들이 유전적 질병의 검사 도구(test kits)를 개발하여 팔고 있으며, 또한 강제적인 검사시행이 때로는 타당한 것이라는 보고도 있다.

미국에 본사를 둔 '메트로폴리탄' 생명보험 회사는 최근 임상유전학자들로 하여금 재조합 DNA기술을 이용하여 관상심장병에 관련된 유전자를 찾는 연구를 진행중이라고 한다.

유전학적 카운셀링, 선별검사 및 진단에 대한 지침을 포함한 문제들을 취급하는 윤리적인 틀은 반드시 필요하게 될 것이다.

비밀을 완전하게 보장히기 위해 유전적 자료들의 보관 취급 이용을 위한 엄격한 규칙을 채택해야 하며 제3자에 의한 유전적 정보의 남용은 법에 의해 금지되어야 한다.

한편 질병의 감수성을 체크하는 어떠한 검사도 환자와 그의 집안의 이해관계 속에서만 행해져야 한다. 검사시행은 결코 강압적이어서는 안되며, 예들들어 생명 건강보험의 보험불입금의 할인 등을 위해 개인의 시도에도 우리는 저항해야만 한다.
특정 개체의 감수성을 선별 검사하는 것이 새로운 혁신은 아니다. 1970년대에 이미 '다우'(Dow Chemical Company)와 '듀퐁'(Dupont)과 같은 미국의 회사들은 유전적 결여에 대한 생화학적 유전학적 선별검사를 도입하였다. 세포유전학적 모니터링, 변이의 염색체 선별검사 등도 역시 화학 산업 및 핵산업에서 일상적으로 사용되어왔다. 변화된 것은 단지 어떤 개체가 특별한 상태를 나타내게 될 가능성을 증가시킬 수 있는 유전학적 상이점을 찾아내는 새로운 기술의 잠재력이다.

분명 산업노동자들이 위험한 오염 물질에 노출되어서는 안되며, 특히 특별한 감수성을 가진 사람들에게는 이러한 점이 더욱 중요하다. 그럼에도 불구하고 오염물질에 저항성있는 노동력을 선택하는 것으로, 적절한 오염통제와 안전장치를 대신하려 해서는 안된다. 회사들이 인종이나 종교에 근거하여 사람을 차별하는 것이 불법인 것과 마찬가지로, 사람의 유전적 형질에 기초한 차별도 불법인 것은 당연하다.

대신에 이용가능한 보호장치(protection)의 개발과 위험을 탐지하는 안전기준을 전반적으로 강화시키는 데에 강조가 주어져야 할 것이다.

DNA 지문채취

우리가 알고 있듯이, 세포 속의 DNA의 아주 작은 부분만이 유전자를 구성하고 있다. DNA의 대부분은 거의 또는 전혀 기능이 없고 단지 유전자들 사이를 채우는 역할을 할뿐이다. 이같은 DNA는 무자비하게도 '정크'(junk, 쓰레기)DNA라고 불리운다. 정크DNA는 몹시 다양하여, 두 개인(일란성 쌍둥이만 예외로 하고)이 결코 똑같은 정크DNA를 갖는 일이 없다는 사실이 최근에 밝혀졌다. 이 DNA의 초변이적인(hyervariable)부분들이 공공적인 관심을 끌고있다. 왜냐하면 그것이 DNA '지문채취'라고 알려진, 한 사람을 다른 사람으로 부터 구별하는 새로운 유전학적 검사의 근거를 형성하고 있기 때문이다. 이 검사는 4년전 영국 '레체스터' 대학에서 고안되었는데, 최근에 ICI에 의해 공공 사업으로서 판매되고 있다.

이미 친자 확인에 쓰이고 있으며, 경찰과 이민 당국에 의해서도 사용되고 있다. 피해자의 옷에 남아 있는 정액과 용의자로부터 얻어낸 혈액 샘플을 비교하여 일치하는 것을 찾아냄으로써 강간법의 유죄판결에도 공헌하고 있다. 공공의 이해 속에서 그런 인간은 반드시 잡혀야 한다는 것은 분명하지만, 그렇게 하는 데 에는 그 지역의 수천의 남성들의 'DNA타이핑'이 요구된다.

이같은 규모의 주민 조사는 자료의 보관 취급 사용에 관하여 상당히 많은 윤리적 문제를 불러 일으킨다. '생물학적 신분증'이 수많은 SF소설 작가들에 의해 점검되어 왔는데, 나날이 점점 더 신빙성 있는 이야기가 되어 가고 있다.
 

유전자 특허

우리가 알고 있듯이 유전자 기술의 의학적인 전망은 진단용 검사도구이건 단순한 유전자 탐침(probe)이건 간에 그 판매의 영역에서 생물공학 회사에게 매우 높은 이윤을 보장해준다.

미국 기술평가국이 80여 생물공학 회사를 대상으로 행한 최근의 연구에 따르면, 반 이상이 인간의 복제된 DNA염기서열들의 이용과 관련된 생산을 하고 있다. 4분의 1은 유전병의 진단에 적합한 유전자 탐침을 고안하는 것이다. 미국 기업협동연구소 등에서는 담낭용혈과 헌팅튼의 병을 진단하는 검사도구를 팔고 있다. 하루가 다르게 필사적인 경쟁을 하고 있으며, 경쟁이 너무 심해 대학사회에서 '협동적인'이라는 말은 잘못 붙여진 단어라고 비판하고 있을 정도이다. 기업이 DNA검사를 개발하여 판매함에 따라, 궁극적으로는 재조합 DNA에 의해 생산된 백신 등이 생산됨에 따라 기업간의 경쟁은 격화되고 있다.

몇해에 걸쳐 확립되었고 또 이미 공공의 영역에서 사용되어 온 기술을 이용해서 새로운 유전자를 복제 합성할 때, 독창성의 기준이 적용될 수 있을 것 같지않지만, 미국 특허국은 다르게 생각하고 있다. 유전자 탐침은 원래 자연적으로는 없었던 기능을 갖고 있고, 따라서 특허를 얻을 수 있는 새로운 물질이라는 주장을 고수하고 있다.

그러나 최근 고등법원에서는 새로운 판결을 내렸다. 재판관 '위트포드'는 다음과 같이 결론지었다. 유전자 특허를 신청한 '제네테크'(Genetech)사는 새로움과 독창성을 충분히 보이지 못했을 뿐 만 아니라, 어느 누구라도 비슷한 경로를 통해 당해의 물질을 합성하는 것을 방해하는 광범위한 출원을 제출하였다고. 그럼에도 불구하고 시대적인 조류는 거대한 생물공학 회사를 위해 특허법을 제정하는 것과 같은 조금은 걱정스러운 방향으로 진행되고 있다.

단백질을 대체

결함이 있는 단백질을 대체시키는 것 역시 새로운 치료의 형태는 아니다. 예를들면 혈우병 환자는 그들에게 없는 엉기게하는 요소를 정맥 내에 주사하는 것에 의해 치료될 수 있다. 그러나 유전자 치료법은 거기서 한 걸음 더 나아가, 상실된 또는 결함이 있는 단백질의 유전자를 적당한 조직(예를 들어 혈우병 환자의 경우 간)의 세포에 삽입시켜 결핍을 고치는 것이다.

해결되어야 할 여러가지 기술적 문제들이 남아 있으나, 그것들 중 깊이 논의 되고 있는 것들은 이 글의 범위를 넘는 것이다. 그러나 세가지 문제는 짚고 넘어가야 할 것이다. 첫째 대체유전자를 해당 세포들의 발생과정에 충분히 일찍 도입할 수 있어야 하고, 둘째 해당 염색체의 올바른 자리에 유전자를 삽입시킬 수 있어야 하며 마지막으로 그것들을 올바르게 조절할 수 있음을 확신할 수 있어야 한다.

이미 기술적인 진보가 이루어지고 있긴 하지만 이런 측면들의 어떠한 것도 결코 사소한 일이 아니다.

이론상, 유전자 치료법에는 두가지 상이한 접근법이 있다. 하나는 감염된 조직의 세포들을 변화시키는 것이고(체세포 치료법), 다른 하나는 성세포의 염색체를 변화시켜서 그 변화가 유전되로록 하는 것(생식세포 치료법)이다.

생식세포치료법은 우생학에까지 연결되기 때문에 윤리적으로 인간에게는 적당하지 않다. 체세포 치료법도 실험실에서의 예비적 작업이 매우 높은 성공률을 보일 때까지 결코 시도되어서는 안될 것이다.

인간의 염색체 지도를

최근 인간 '게놈'(염색체의 1조)을 지도로 그리고 염기배열의 순서를 결정하려는 제안에 관하여 생물학자들 간에 그가능성과 유용성을 놓고 격렬한 논쟁이 일어나고 있다. 현재 의견이 일치되는 것은 DNA 염기서열을 결정하는데에 가장 최신의 설비를 이용하고, 산출된 거대한 양의 데이터를 보관 분석할 새로운 컴퓨터소프트웨어를 사용하면 5~12년 안에 가능할 것이라는 점이다.

그 첫번째 일은 게놈을 물리적으로 지도화 하는 것이다. 세포 속의 모든 DNA를 제한효소로 잘라주고, 잘려진 각DNA조각의 서열을 결정한다. 그리고 각DNA조각을 차례대로 연결하면 완전한 DNA 서열을 알 수 있을 것이다. 30억개의 염기로 구성되는 인간의 게놈을 결정하는 것은 분명 거대한 작업이다. 만약 인쇄를 한다면 이 잡지의 50만 페이지에 해당할 것이다. 그러나 이러한 작업이 가치있는 일인가?

대답은 완전한 DNA염기서열이 인간게놈의 구조, 기능 그리고 진화에 관해 유용한 것을 말해주는 지의 문제에 달려있다. 그러한 지식이 생화학적으로, 생리적으로 관심있는 유전자의 확인에 필수적일 것이기 때문에 매우 중요하다고 주장할 수 있을 것이다.

만약 우리가 분자 유전학의 기본적인 문제들을 해결하는데 중대한 흥미가 있다면, 이 염기서열에 관한 자료를 얻는 것은 지극히 중요한 일이 될 것이다. 분자의학을 위한 부산물도 무시할 수 없을 것이다.

또 다른 측면으로 비용의 문제가 있다. 적어도 3억 내지 10억 달러의 가격표가 그 프로젝트에 붙게 될 것이다. 다른 분야로부터의 인적·물적자원의 재배치가 정당한 것인지 아닌지 아마도 시간만이 가르쳐줄 것이다.

누구의 게놈이 가장 먼저 서열결정될 것인지의 문제가, 최근 통용되는 문헌에 광범위하게 퍼져 있는 주제이다. 그러나 현실은 이미 결정되어, 낮은 해상력의 최초의 유전자 지도가 출판되었다.

유전자 조작
 

유전자란 살아있는 세포들의 구성물질인 단백질을 합성하는 유전정보의 암호문이다. 유전자는 염기라는 화학적 단위(subunits)들이 포함되어 있는 복잡한 분자인 DNA로 구성된다. DNA는 인간세포 속에 23쌍에 이르는 염색체를 형성하고 있다. 각 세포마다 유전자의 수가 얼마나 되는지는 정확하게 알려져 있지 않으나 15만 정도로 추산되고 있다. 유전자는 G A T C라는 문자들로 기호화된 4종류의 염기로써 암호처럼 쓰여진다. 그러나 한 세포의 DNA 게놈(한 종이 가지고 있는 염색체의 기본수)의 약 5%정도만이 단백질을 합성할 수 있는 유전정보, 즉 유전자를 포함하고 있다. 유전자는 아직 그 기능이 거의 밝혀지지 않은 비암호(noncoding) '정크'(junk)DNA에 의해 지배되고 있다.

'유전자 조작'은 여러 새로운 발견들과 기술혁신의 때맞춘 결합에 의해 가능해졌다. 15년 전에 박테리아에서 제한효소가 발견되었는데, 박테리아는 침입한 바이러스의 DNA를 잘게 토막치는 방어 수단으로써 제한효소를 사용한다. 제한효소는 염기서열에 의해 매우 특정한 지점의 바이러스 DNA를 공격함으로써 그같은 기능을 수행한다. 예를들면 Eco RI라고 알려진 제한효소는 GAAT-TC 염기배열이 있는 곳에서 끊어준다.

이것은 바이러스에게는 매우 좋지 않은 일일 수 있으나, 이같은 '분자가위'를 이용하여 인간과 동물들의 유전물질을 분석하는 분자생물학자들에게는 분명 축복이다.

같은 제한효소에 의해 잘린, 다른 생물로부터 얻어진 DNA 조각들은 그것의 말단이 같기 때문에 아직 밝혀지지 않은 어떠한 방식에 의해 서로 이어질 수 있다. 이러한 재조합 DNA 기술을 이용하여, 인간의 개개 유전자는 '플라스미드'라고 알려진 박테리아 DNA의 조각들과 연결될 수 있다.

이러한 과정이 가지고 있는 잇점은, 플라스미드가 해당 염기서열을 대량 생산하는 작은 공장으로서 공헌해, 그것들을 실험실 내에서 분석할 수 있다는 점이다.

박테리아 세포 내에서 다른 종의 염기서열을 합성하는 것을 DNA '클로닝'(cloning)이라 한다. 이간의 DNA 분자는 두가닥으로 되어 있으므로, 박테리아 내에서 복제된 인간 유전자의 샘플은 개개 세포들에서 탐침(probes)으로써 사용될 수 있다. 그러므로 이렇게 합성된 인간의 글로빈 유전자 한가닥을 방사능으로 표지를 붙인 후, 글로빈 합성이 결여되기 때문에 나타나는 지중해성 빈혈인 쌀라세미아(thalassaemaia) 환자의 세포들 속에 집어 넣어, 그것에 대응하는 유전자 서열을 조사하는데 이용할 수 있다.

몇몇 질병들은 진단하기가 다른 것들 보다 더 쉽다. 만약 돌연변이의 일종인 유전자의 결실(deletions)이나 전위(rearrangement)가 발견되면, 그 가족들에게 즉각적으로 충고를 할 수 있다. 행운과 노력이 수행된다면, 유전자 내에서 단지 한 염기가 교체되는 정도의 작은 변이도 탐지할 수 있다.

겸상적혈구 빈혈증(Sickle cell anaemia)은 매우 심각한 유전혈액병으로 흑인들에게서 많이 나타난다. 이 병은 베타-글로빈(β-globin)유전자의 특정부위에 AT 돌연변이가 일어나 생기는 것이다. 단지 한 염기가 변화됨으로써 글로빈 단백질의 '발린'(valine)이 글루탐산으로 바뀌게 된다. 한 개체의 베타-글로빈 유전자 모두(두가닥 모두)에 이같은 돌연변이가 생기게 되면, 합성된 단백질이 비정상적으로 기능하게 되어 병의 증세가 나타나게 된다. 우연히도 이 돌연변이는 정상 개체와 감염된 개체에서 뿐만 아니라 질병을 일으키는 유전자를 열성으로 가지고 있는 개체에서도 식별될 수 있다. 후자를 보인자(carrier)라고 하는데, 보인자 부부가 아기를 낳을 경우 이 질병에 감염되어 있을 위험은 25%이다. 이런식으로 유전자를 분석하는 것을, 질병을 유발시키는 돌연변이 그 자체를 추적한다는 의미에서 '직접적'이라고 한다. 인간이 실수만 하지 않는다면 이 검사는 전적으로 겸상적혈구 빈혈증처험 한 특정한 돌연변이가 일어나는 것만은 아니다. 물론 유전병의 기초가 되는 돌연변이는 다종다양 하며, 단일 염기의 교체에서부터 엄청난 양의 결실(deletion)에 이르기까지 다양하다.

지중해성 빈혈과 같은 몇몇 질병들은 유전자 수준에서 수많은 돌연변이에 의해 야기되는 여러 상태들의 집합이다. 이러한 상이점에도 불구하고 45가지의 질병상태를 일으키는 돌연변이가 '직접적'인 방법의 DNA 테스트에 의해 성공적으로 추적되었다. 하지만 대부분의 유전병은 유전자 수준에서 이해되지 않고 있으며 환자의 DNA를 살펴보는데 이용될 유전자의 복제된 가닥이 갖추어져 있지 않다. 이것이 인생의 말년에 발병하여 몇년 후 죽게되는 헌팅튼의 병같은 신경병의 상태에 처해 있는 상황이다.

그러나 우리는 아직도 DNA 테스트로 진단하는 것을 시도할 수 있다. 그 기술은 자연변이의 다형성(polymprphisms)을 '유전적인 길잡이'로서 이용하는 것이다. 다형성은 매우 흔하고 인간 염색체상에 고르게 분포해 있다. 이러한 표식은 질병유전자의 염색체 부위에 분포되어 있어서 이미 알려져 있는 질병을 갖고있는 가계를 통해 유전자를 추적하는데 사용된다. 다형성을 이용하여 헌팅튼의 병을 유발하는 유전자는 4번 염색체의 한 끝에 분포되어 있음을 알 수 있다. 유전자 그 자체는 아직 판명되어 있지 않고 단지 분리되어 있다. 재조합 DNA를 사용하는 '간접적' 진단을 하기 위해서는 질병을 유발하는 유전자의 분리가 꼭 필요할 것은 아니다. 왜냐하면 다형성을 표식으로 이용함으로써 추적할 수 있기 때문이다. 표식이 질병을 유발하는 유전자로부터 멀리 떨어져 있으면 있을수록, 테스트의 정확도가 떨어진다는 점이 유일한 문제일 뿐이다.

분명히, 질병을 유발하는 유전자 그 자체가 분리되면 진단의 확실성이 더욱 높아진다.