크리스퍼 최초 개발자 다우드나 교수가 밝히는 흥미진진한 연구 여정!

미래 담론의 핵심 기술인 ‘크리스퍼 유전자가위’에 대해 다루는 『크리스퍼가 온다』. 21세기 생명공학의 패러다임을 바꾸었다는 평가를 받으며 주요한 영예로운 상을 휩쓴 제니퍼 다우드나는 해당 기술을 최초로 개발한 당사자로서, 이 책을 통해 유전자가위의 연구 개발 과정과 그 원리를 상세하고 명쾌하게 밝힌다.

유전자가위란 타깃 유전자만을 정밀하게 조준해서 편집할 수 있는 최첨단 기술로서, 인류가 직면한 거대한 문제를 획기적으로 해결할 것으로 기대된다. 저자가 개발한 유전자가위는 활용도가 높고 가격이 값싸, 의학과 농축산업 분야의 비약적인 발전은 물론 산업적인 잠재력이 무궁무진하다. 아울러 그만큼 무분별한 사용의 위험성도 있어 윤리적인 도전도 만만치 않다. 저자는 이러한 양면성을 포괄적으로 검토하며 유전자가위에 대한 사회적, 윤리적 논의를 강력하게 촉구한다.

“이 책은 곧바로 고전의 반열에 오를 것이다.”_싯다르타 무케르지(퓰리처상 수상 작가)
“과학계의 가장 선구적인 여성이 쓴 책. 무시무시하다.”_아리아나 허핑턴(〈허핑턴포스트〉 발행인)

★★★★★ [네이처] [사이언스] 선정 ‘가장 뛰어난 과학적 성과’
★★★★★ [타임] 선정 ‘가장 영향력 있는 인물 100’
★★★★★ 아마존 과학 베스트셀러(2017년)

크리스퍼 최초 개발자 다우드나 교수가 말하는
유전자가위의 위대한 여정!

21세기의 인류는 스스로의 한계를 넘어서려 하고 있다. 그것은 때로는 흥분을, 때로는 두려움을 불러일으킨다. 이 책은 그러한 미래 담론의 핵심 기술인 ‘크리스퍼 유전자가위’에 대해 다룬다. 미래 전략을 고민하는 사람이라면 놓칠 수 없는 도서다.
유전자가위란 타깃 유전자만을 정밀하게 조준해서 편집할 수 있는 최첨단 기술로서, 인류가 직면한 거대한 문제를 획기적으로 해결할 것으로 기대된다. 특히 저자인 제니퍼 다우드나는 해당 기술을 최초로 개발한 당사자로서, 이 책을 통해 유전자가위의 연구 개발 과정과 그 원리를 상세하고 명쾌하게 밝힌다. 크리스퍼에 대한 가장 적확한 교양과학 지식을 이 책에서 얻을 수 있다.
주목할 만한 점은 저자가 크리스퍼의 ‘실제 적용’에 대해 심도 깊게 논의한다는 것이다. 그녀가 개발한 유전자가위는 활용도가 높고 가격이 값싸, 의학과 농축산업 분야의 비약적인 발전은 물론 산업적인 잠재력이 무궁무진하다. 아울러 그만큼 무분별한 사용의 위험성도 있어 윤리적인 도전도 만만치 않다. 저자는 이러한 양면성을 포괄적으로 검토하며 유전자가위에 대한 사회적, 윤리적 논의를 강력하게 촉구한다.
또한 이 책은 가히 ‘생명공학 빅히스토리’라고 할 만하다. 이중나선의 발견에서부터 DNA/RNA 규명, 인간게놈프로젝트, 1~3세대 유전자가위의 발명까지 ‘생명공학 50년’의 중요한 대목들을 짚어간다. 그 과정에서 여성 과학자로서 강인한 성취를 이뤄낸 저자 본인의 연구 여정이 흥미진진하게 펼쳐진다.

미래 전략가들의 필독서
과학의 최전선에서 보내온 생물학 교과서

2012년 6월, [사이언스] 지에 실린 한 연구논문이 과학계를 발칵 뒤집어놓았다. 제니퍼 다우드나 교수와 에미뉘엘 샤르팡티에 교수가 공동으로 발표한 이 논문은 3세대 유전자가위 기술인 ‘크리스퍼-캐스9’ 기술을 다루고 있었다. 1세대 기술과 2세대 기술의 성취를 ‘혁명’적으로 뛰어넘은 크리스퍼 유전자가위는 비용이 몇 만 원 정도로 저렴하고(이전에는 수천만 원대), 오류가 발생할 확률도 획기적으로 낮아졌으며, 유전자 편집에 걸리는 시간도 훨씬 줄어들었다. 누구나 값싸게 정교한 유전자 편집을 할 수 있게 된 것이다.
이 책의 저자인 제니퍼 다우드나 교수는 21세기 생명공학의 패러다임을 바꾸었다는 평가를 받으며, 주요한 영예로운 상을 휩쓸었다. 2015년에는 양대 과학 학술지인 [네이처]와 [사이언스]가 ‘가장 뛰어난 과학적 성과’로서 크리스퍼 유전자가위를 꼽았고, 그해 [타임] 지는 다우드나 교수를 ‘가장 영향력 있는 인물 100인’에 선정했다. 현재 그녀는 유력한 노벨상 후보로 거론되고 있다. 대체 크리스퍼 유전자가위란 무엇이며, 어떤 점이 그렇게 혁신적인 것일까.
이 책의 1부 ‘도구’에서는 유전자가위 연구의 여정을 자세하게 따라간다. 왓슨과 크릭이 DNA 이중나선을 발견한 이후, 생명공학 분야에는 몇 차례의 혁신이 있었다. RNA 규명, 상동 재조합이라는 독특한 메커니즘, 그리고 인간 게놈 프로젝트에 이르기까지 기초 연구들이 포괄적으로 이루어져왔다. 이를 바탕으로 30억 개의 염기쌍 중 특정 부분에 대한 편집이 시도되었다. 만약 유전자를 세밀하게 컨트롤할 수 있다면, 인간은 전혀 새로운 차원의 현실을 마주하게 될 것이었다. 그러나 1세대 기술인 징크 핑커 뉴클레이즈와 2세대 기술인 탈렌은 기대에 미치지 못했다. 그것들은 너무 둔탁한 가위였고, 상용화되기에는 너무 비쌌다. 저자는 이들 기술의 획기적인 면과 한계를 두루 살펴보면서, 본인의 3세대 기술의 특징과 연구 과정을 흥미진진하게 서술한다. 독자들은 과학의 최전선에서 보내온 이 생물학 교과서로부터, 크리스퍼 유전자가위에 대한 정통 교양지식을 얻을 수 있을 것이다.

특이점으로 치닫는 신의 기술,
사피엔스는 스스로의 한계를 초월할 것인가

1부가 연구 개발의 여정을 다루고 있다면, 2부 ‘과제’는 기술의 실제 적용과 관련된 이야기를 다루고 있다. 크리스퍼 기술로 인해 가능해지는 SF적인 이야기들이 있다. 근육이 강화된 개, 뿔이 없는 젖소, 형광 빛이 나는 돼지는 이미 현실화되었다. “털이 복슬복슬한 매머드도, 날개 달린 도마뱀도, 유니콘도 만들 수 있다. 이건 농담이 아니다.”(173쪽)
이런 흥미성의 이야기보다 실상 중요한 것은, 크리스퍼가 지닌 의학적 잠재력이다. 크리스퍼 기술은 선천적인 유전병이나 난치병, 에이즈, 암 등의 치료에 새로운 전기가 될 것으로 기대된다. 만약 해당 질병의 유전자 부위를 특정할 수만 있으면, 그 부분을 크리스퍼 유전자가위로 편집해 치료할 수 있는 것이다. 돼지의 장기를 최대한 인간에 가깝게 유전자 편집하여 이종 간 장기이식을 하는 것은 어떨까. 그렇게 된다면 “하루 평균 22명이 장기이식을 기다리다가 사망”하는 현실도 극복할 수 있다(물론 정서적, 윤리적 거부감을 극복하는 중요한 문제가 남아 있다). 이미 각종 질병에 대해 크리스퍼 기술을 적용한 연구가 이루어지고 있다. “과학자들은 크리스퍼를 이용해서 이전보다 더 정확하고 융통성 있는 인간 질병 모델을 실험동물에 확립한다. 원숭이로 자폐증 모델을, 돼지로 파킨슨병 모델을, 흰담비로 인플루엔자 모델을 만든다.”(174쪽)
또한 크리스퍼 기술은 식량 문제 해결에 관해서도 중요한 잠재력을 지닌다. 유엔은 세계 인구가 2050년에 100억 명에 육박할 것이라 예상한다. 오늘날 한국에서는 피부에 와닿지 않지만, 그렇게 되면 전 세계는 식량 부족과 대규모 기아 사태를 맞게 될 것이다. 유전자가위로 대표되는 생명공학은 이러한 맬서스의 저주를 피할 수 있는 대안을 강력하게 제시한다. “앞으로 몇 년 안에 이 새로운 생명공학 기술은 수확량이 더 높은 곡물, 더 건강한 가축, 더 영양가 많은 식품을 우리에게 안겨줄 것이다.”(173쪽)

“유전자 편집 기술은 인간의 도덕성에 도전하는 한편,
놀라운 기회를 동시에 만들어낼 것이다.”_월터 아이작슨(《스티스 잡스》 작가)

저자에 따르면, 이제는 크리스퍼 실험실을 230만 원 정도면 차릴 수 있고, 15만 원이면 유전자 편집 키트를 구매할 수도 있다. 누구나 상상력만 있으면 이른바 생명체에 대한 ‘지적설계’를 시도할 수 있는 것이다. 가격 자체가 3세대 유전자가위의 혁신인 셈이다.
이는 양면적인 성격을 가지고 있다. 만약 어느 미친 과학자가 키메라를 만들면 어떻게 할 것인가. 특히 인간 배아에 기술이 적용될 때, 이 문제는 심각해진다. 불멸의 인간, 슈퍼 휴먼은 매혹적이면서 위험하다. 저자 제니퍼 다우드나는 무분별한 크리스퍼 사용의 위험성을 진지하게 맞닥뜨리게 되었다고 말한다. 그녀는 자신이 열어젖힌 판도라의 상자에 대해 불안감을 느끼며, 원자폭탄 발명의 선례를 중요하게 참조한다. “‘원자폭탄의 아버지’ 오펜하이머의 말은 내게 양심의 가책을 더할 뿐이었다. 어쩌면 먼 훗날 우리는 크리스퍼와 유전자 변형 인간에 관해 똑같이 말할지도 모른다. 인간 유전자 편집이 핵무기 투하와 맞먹는 재앙을 부르지는 않겠지만, 크리스퍼 연구를 뒤돌아볼 새 없이 서두르는 상황은 여전히 좋게 보이지 않는다.”(275쪽)
제니퍼 다우드나는 이런 인식 아래 2015년에 ‘국제 인간 유전자편집 회의’를 이끌었다. 과학자뿐만 아니라 철학자, 정치인, 법률가, 역사가 등이 두루 참여하여 폭넓은 토론을 진행했다. 이 책의 한국어판 서문을 쓴 김진수 서울대 교수도 이 회의에 초청을 받았다고 한다. 그만큼 크리스퍼 기술에 대한 가이드라인을 확립하는 것이 학제적, 국제적 현안임을 나타낸다. 이 책은 그와 관련한 주요 논점들을 짚어가며 윤리적인 논의를 강력하게 촉구한다.

세계는 지금 크리스퍼 특허 전쟁 중!
한국은 반도체 이후에 무엇이 있나

크리스퍼 기술은 단순한 과학 기술이 아니다. 사회적인 합의 없이는 연구가 제한될 수밖에 없다. 어디까지 연구를 허용할 것인가, 라는 문제가 매우 중요하다. 한국의 경우 2000년대에 황우석 사태를 맞으면서 극도로 연구가 위축되었다. 해당 기술에 대한 사회적인 신뢰가 무너지면서 생명공학 전반에 대한 신뢰가 무너졌고, 이는 강력한 규제로 귀결되었다. 그리고 그사이, 미국과 중국이 연구를 확장해나갔다.
현재 크리스퍼 기술은 상용화에 매우 근접해 있고, 엄청난 산업 규모가 예상됨에 따라 각 연구소 간에 치열한 특허전쟁이 벌어지고 있다. 제니퍼 다우드나는 이 책에서 특허 관련 이슈에 대해서는 언급하고 있지 않지만, 그녀도 중요한 당사자로서 ‘세기의 특허전’의 한가운데 서 있다. 저자가 이 책에서 윤리적 문제에 특히 주목하는 까닭은 한국의 상황에 시사하는 바가 크다. 그녀는 크리스퍼 기술에 대한 사회적 신뢰를 확보하고 싶은 것이다. “사실 농업계에서 일어나는 특정 형태의 유전자 변형에 대해 널리 퍼진 불안과 반감을 생각할 때, 나는 생식세포 편집에 관한 대중의 정보 부족으로 크리스퍼를 더 안전하고 중요하게 사용하려는 시도가 방해받지 않을까 특히 우려하게 되었다.”(275쪽)
한국은 현재 크리스퍼 기술 세계 톱3로 여겨진다. 서울대 김진수 교수는 기초과학연구원 유전체교정연구단을 이끌면서 세계적인 기술을 확보했다. 그는 이 책의 추천 서문에서 역시 대중적인 토론의 필요성을 주장한다. “이 책이 국내에 번역 출판되는 것을 계기로 이제 우리 사회도 유전자가위 기술이 만들어가게 될 미래에 대해 전문가들과 일반인들이 함께 공부하고 토론해서 시대착오적이고 부적절한 규제는 폐지하고 합리적인 대책을 마련할 수 있게 되기를 기대한다.”(10쪽) 생명공학 기술에 대한 원칙적인 반대 입장은 윤리적으로 안전하다. 하지만 그렇게 단순하게 논의를 틀어막을 때의 비윤리와 어리석음에 대해 생각해야 할 시점이다.

한국어판 특별 추천 서문 수록
김진수 서울대 교수, 툴젠 창업자

“몇 년 전만 해도 크리스퍼 또는 유전자가위는 극히 일부의 생명과학자들 사이에서만 사용되는 학술 용어로서 일반인들은 물론이고 대다수 생물학자들에게도 생소했다. 하지만 이제 누구나 한 번쯤은 들어보았을 만큼 세간의 큰 관심을 받고 있다. 《크리스퍼가 온다》는 이 도구의 작동 원리를 최초로 규명한 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 제니퍼 다우드나 교수가 그 경험담을 소개한 책이다. 더 나아가 저자는 이 도구가 인류에게 가져올 혜택과 변화, 윤리적 함의에 대해 과학자는 물론이고 일반인들도 함께 고민할 것을 촉구하고 있다.”

탁월한 여성 과학자의 연구 성장기
옮긴이는 이렇게 봤다

“생물 기전에 대해 세세하면서도 적당히 가지를 쳐낸 제1부를 번역하면서 매끄럽게 설명한 글솜씨에 감탄하기도 했지만, 가장 인상에 남은 구절은 다우드나 교수가 대학생 시절 처음 연구실에 들어선 순간을 묘사한 문장입니다. 고요한, 그러나 열정의 냄새를 맡을 수 있는 하와이대학교의 연구실을 묘사한 이 대목은 제3장의 도입부에 불과하지만, 내가 처음 연구실에 들어섰던 순간이 떠올라 아련한 향수를 느낄 수 있었습니다. 아마 다우드나 교수도 그런 향수에 젖은 순간에 그 문장을 쓰지 않았을까요.
또 본문에 생화학 실험기법에 관해 간략하게 서술하는 부분이 드문드문 나오는데, 그런 부분을 번역할 때는 나도 모르게 실험실에서 일하던 때를 떠올리면서 웃었습니다. 사실 웃음이 나오는 기억만 있는 것은 아니지만요. 실험 결과가 뜻대로 나오지 않아 처진 어깨를 하고 독일로 돌아갔을 미치의 뒷모습도 실험실에서 흔히 볼 수 있던 풍경이라 안타까운 마음이 들기도 했습니다. 실험실에 머물렀던 사람에게는 추억을 일깨우는 스위치가 되는 이런 문장이나 설명이, 책을 통해 이 세계를 들여다보는 다른 이들에게는 신기한 세계가 현실로 겹쳐지는 스위치가 되리라고 생각하니 묘한 기분이 듭니다.”

[책속으로 추가]

179쪽 크리스퍼가 알려진 지 몇 년 안에, 크리스퍼는 세균성 마름병 내성을 부여하기 위해 쌀 유전자 편집에 이용되었고, 곧이어 옥수수, 콩, 감자에 제초제 저항력을 부여하는 데도 사용되었다. 갈변현상에 강하고 출하 전에 상하지 않는 버섯을 생산하는 데도 이용되었다. 과학자들은 크리스퍼를 사용해서 오렌지 게놈을 편집하기도 했으며, 이제는 크리스퍼로 미국 감귤류 농업을 세균성 식물 질병인 황롱빙에서 구하려고 시도하고 있다. 한국 과학자 김진수 연구팀은 바나나 유전자를 편집해서 토양 곰팡이의 확산으로 위협받는 캐번디시 바나나가 멸종되는 상황을 막으려고 한다.

200쪽 크리스퍼는 과학자가 더 섬세한 유전자 통제 기술로 형질전환 동물을 창조해서 생물약제 의약품 생산을 더욱 개선할 수 있게 한다. 예를 들어, 돼지를 대상으로 한 실험은 크리스퍼가 돼지 유전자를 그에 대응하는 사람 유전자로 대체해서, 유전자가 암호화한 치료용 단백질을 효율적으로 생산할 수 있다는 사실을 증명했다.

202쪽 크리스퍼를 포함한 신기술은 돼지를 이용해서 사람에게 이식하기 적합한 장기를 생산하는 방법을 제공한다. 유전자 편집은 이제 사람의 면역 반응을 유도하는 돼지 유전자를 억제하고, 돼지 게놈에 숨어 있다가 장기이식 중에 튀어나와 사람을 감염시킬 수 있는 돼지 바이러스를 제거하는 데 이르렀다. (…) 목표는 주문에 맞춰 생산하는 ‘이식용 장기를 무제한으로 공급’하는 것이다.

205쪽 손쉬운 유전자 편집 기술 덕분에 소비자는 어떤 종의 개든 원하는 취향을 강화하도록 주문할 것이다. 또 어떤 일을 할 수 있을까? 유전자 조작으로 뿔 없는 소를 만드는 데 성공했다면, 말에게 뿔을 만드는 데 이 기술을 이용하지 않을 이유가 있을까?

207쪽 크리스퍼는 멸종 동물을 복원할 수 있는 또 다른 방법을 제공한다. 소설과 1993년 할리우드 영화로 제작된 [쥬라기 공원]에서 묘사한 공룡 복원 계획과 크게 다르지 않다.

216쪽 모기가 특정 병원균을 전파하는 상황을 예방하든지 모기를 모두 없애버리든지 간에, 크리스퍼를 기반으로 한 유전자 드라이브는 널리 퍼진 모기라는 위협에 대항하는 최선의 무기가 될 수도 있다. 무엇보다도 크리스퍼 같은 유전자전략은 독성이 있는 살충제보다 안전할 수 있고, 생물 문제를 생물학으로 해결한다는 매력이 있다.

222쪽 앞으로 2년쯤 후면 과학자들은 크리스퍼를 이용해서 살아 있는 생쥐의 근육위축증을 치료할 뿐만 아니라 다양한 간 대사장애를 치료하게 된다. 한편으로는 환자 조직 표본에서 유래한 인간 세포를 배양해서, 수백 명의 과학자가 끝없이 늘어나는 파괴적인 유전 질병과 연관된 DNA 돌연변이를 크리스퍼로 교정할 것이다. 겸상적혈구병부터 혈우병, 낭포성섬유증, 중증 복합형 면역부전증에 이르는 모든 병이 대상이다.

230쪽 유전자 편집은 환자가 줄기세포의 기증자인 ‘동시에’ 수여자가 되므로 이 문제를 해결할 수 있다. 의사가 환자의 골수에서 줄기세포를 분리해서 베타글로빈 유전자 돌연변이를 크리스퍼로 교정한 뒤, 편집한 세포를 환자에게 집어넣으면 기증자 부족 문제나 환자와 이식된 세포 사이의 면역거부반응을 걱정할 필요가 없다.

242쪽 크리스퍼 이전의 유전자 편집 기술과 달리, 게놈 속 목표 유전자의 새로운 20개 염기 서열에 크리스퍼를 안착시키기 위한 설계 과정은 아주 단순해서 고등학생도 할 수 있다. 사실은 너무 단순한 일이라 컴퓨터 프로그램으로도 할 수 있다. 과학자는 이제 컴퓨터과학과 유전자 편집을 연계해서 게놈의 가장 깊은 곳을 조사하고, 사전정보 없이도 새로운 암 연관 유전자를 탐색한다.

253쪽 크리스퍼 기술은 태어난 지 얼마 되지 않았지만, 크리스퍼가 치료법으로 언급되지 않은 질병을 찾기가 어려울 지경이다. 사실상 특정 돌연변이나 DNA 서열의 결함이 있는 모든 병은, 원칙적으로 크리스퍼를 이용해 돌연변이를 교정하거나 손상된 유전자를 건강한 서열로 바꿀 수 있다.

254쪽 나는 최소한 인간 생식세포의 유전자 편집이 일으킬 문제에 대해 충분히 생각하기 전까지는 우리 후손의 게놈을 영구히 변형하는 데 크리스퍼 기술을 사용하는 행동을 금지해야 한다고 생각한다. 관련된 안전 문제와 윤리 문제를 더 깊이 이해하고, 더 많은 이해관계자가 논의에 참여하기 전까지는, 과학자들은 생식세포에 손대서는 안 된다.

추천사│크리스퍼 혁명이 시작되다_김진수 서울대 교수
프롤로그│파도

제1부 도구
1장│치료를 위한 탐색
2장│새로운 방어법
3장│암호를 해독하다
4장│명령과 통제

제2부 과업
5장│크리스퍼 동물원
6장│환자를 치료하기 위해
7장│추측하기
8장│우리 앞에 놓여 있는 것

에필로그│시작
감사의 말
옮긴이의 말
주
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