김홍표의 크리스퍼 혁명 - CRISPR -

세계에서 몇 안 되는 ‘크리스퍼’ 교양서
김홍표 교수가 2년여에 걸쳐 집필,
DNA 이중나선에서부터 3.5세대 유전자가위까지 현대 유전학을 총망라하다
이미 크리스퍼 유전자가위는 유전질환이나 암, 난치성 질환 치료에 이용되고 있다. 그런데 일반인들이 눈 깜짝할 새도 없이 빠르게 발전하는 유전공학 기술을 이해하며 받아들이기란 어렵기 그지없다. 책은 크리스퍼가 무엇인지, 이 기술이 얼마나 혁신적인지 독자의 눈높이에 맞추어 알기 쉬운 언어로 친절히 설명했다.


크리스퍼 유전자가위의 본질은 세균에 있다
크리스퍼, 엄밀히 말해 크리스퍼 유전자가위는 세균의 면역체계를 본뜬 것이다. 면역체계는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 처음 맞닥뜨린 외부 유전자를 마구잡이로 제거하는 선천성 면역계와 한 번 경험한 외부 유전자를 인지하고 제거하는 적응성 면역계이다. 적응성 면역계는 백신예방접종을 떠올리면 이해하기 쉽다. 그런데 놀랍게도 하나의 세포로 된 생명체, 즉 단세포 세균들도 이 적응성 면역반응으로 외부 유전자로부터 자신을 보호한다. 세균은 침입한 유전자를 유전자 서열로 기억한다. 기억한 유전자가 다시 세균을 침입했을 때, 빠르게 인식하여 제한효소라는 단백질을 이용해 파괴한다.
과학자들은 세균의 적응성 면역계, 즉 빠르게 인식하고 제한효소로 유전자를 자르는 것에 주목했다. 이를 응용한다면 원하는 유전자 서열을 정확하고 빠르게 인식하고 교정할 수 있다. 그렇기 때문에 크리스퍼 유전자가위를 두고 발명이 아닌 발견이라 이야기한다. 현재 가장 많이 사용하는 3세대 유전자가위인 크리스퍼-카스9은 유전자 서열과 제한효소가 붙은 형태로 세균의 면역계를 모방했다. 크리스퍼-카스9은 유전자 서열을 원하는 대로 얼마든지 바꿀 수 있고 만드는 비용도 저렴하다. 따라서 크리스퍼 유전자가위는 강력하다. 단순하면서도 빠르고 정확하다.

크리스퍼를 향하여
따라서 크리스퍼 유전자가위를 제대로 알기 위해서는 세균의 면역반응을 이해해야 한다. 어쩌면 그전에 DNA와 RNA를 먼저 짚고 넘어가야 할 수도 있다. 『김홍표의 크리스퍼 혁명』은 이 모든 사람들에게 친절한 책이다. 저자는 2년여에 걸친 집필기간동안 크리스퍼 유전자가위를 가장 친절한 언어로 설명하는 것을 최우선에 두었다. 더불어 매일 쏟아지는 새로운 연구결과들도 놓치지 않았다. 「제0장. 미리 알아두면 좋을 몇 가지」에서 독자들에게 이 책을 읽는 데 필요한 사전지식들을 먼저 설명해준다. DNA 이중나선이 어떤 문법을 가지고 유전정보를 담고 있는지부터 DNA에서 RNA, 단백질로 어떻게 이어지는지 알기 쉽게 알려준다. 생명이 기록된 글자들을 읽는 법을 친절히 설명하고 있다.「제1장. 유전체 회문구조: ‘소주 만 병만 주소’의 생물학」에서는 본격적으로 유전자를 다룬다. DNA는 정적인 물질로 보이지만 결코 정적이지 않다. 생명이 진화하며 각각의 종이 DNA를 어떻게 진화시켰는지 흥미진진하게 설명한다. 진화적 관점에서 DNA를 바라보며 DNA에 쓰인 비밀에 한 발씩 접근해나간다. 「제2장. 자르고 이어 붙이기」부터 본격적으로 유전자가위가 등장한다. 크리스퍼는 언제, 어떻게 발견된 것이며 그 원리는 무엇인지 상세히 설명한다. 제한효소와 DNA 회문구조가 펼치는 기가 막힌 양동작전을 따라가다 보면 크리스퍼 유전자가위가 얼마나 효율적인 도구인지 새삼 깨닫게 된다. 이어 「제3장. 크리스퍼 연대기」에서는 왜 사람들이 크리스퍼를 ‘발명’이라 부르지 않고 ‘발견’이라 부르는지, 크리스퍼가 등장한 과정을 시기별, 사건별로 상세히 정리한다. 더불어 지금 크리스퍼 유전자가위 연구를 선도하고 있는 제니퍼 다우드나, 장펑, 김진수 박사를 소개하면서 이 기술의 현재를 기록한다. 더불어 크리스퍼가 바꿀 가까운 미래를 예견한다.
「제4장. 크리스퍼가 뭐길래」는 이 책에서 가장 흥미진진한 장이다. 앞서 이야기한 모기의 박멸, 바이러스에 강한 바나나 품종 개발, 뱀의 다리를 다시 되돌리려는 시도 등, 크리스퍼 유전자가위가 어떻게 응용되고 있는지 몇 가지 사례를 들어 설명한다. 「제5장. 생명체를 향하여」에서는 유전자가위로 생명체의 생식을 어떻게 조절할 수 있는지, 유전자가 대물림되는 방식을 통해 이해해본다. 이어 「제6장. 크리스퍼는 야누스인가?」를 통해 크리스퍼 유전자가위의 사회적·윤리적 문제들을 짚어가며 어떻게 과학을 발전시킬 것인가 고찰한다.


유전자 교정 vs 유전자 조작
신이 인간에게 건넨 새로운 도구
이미 많은 나라에서 인간 배아세포에 크리스퍼 유전자가위 사용을 허가했다. OECD 가입국 중에서 배아 단계 세포에 크리스퍼 유전자가위 치료를 허용하지 않는 나라는 우리나라가 유일하다. 만약 배아 단계에서 조작을 가한다면 유전질환들이 발병하지조차 않게 할 수 있다. 대부분의 과학자들은 이를 불가피하다고 여긴다. 에이즈, 암, 난치성 질환 등 치료하기 어렵다 여겨졌던 질환들을 크리스퍼 유전자가위로 극복하고 있다. 크리스퍼 유전자가위는 그만큼 파괴적이고 혁명적인 기술이다.
책은 “의학은 사회과학이며 정치는 큰 규모의 의학과 다르지 않다”라는 19세기 생리학자 루돌프 피르호의 말을 인용하며 저 문장에서 ‘의학’을 ‘생물학’으로 바꾸어도 의미가 같다고 말한다. 지금까지 과학은 자본을 가진 집단에게만 가치중립적으로 이용되었다. 저자는 과학지식과 과학자는 사회경제적 요인에서 결코 자유로울 수 없다고 말한다. 유전공학의 판도를 송두리째 흔든 크리스퍼 유전자가위 역시 다르지 않다. 이미 크리스퍼 유전자가위를 둘러싼 특허전쟁이 이를 대변하고 있다.
인류는 크리스퍼로 특이점을 맞을 것이다. 질병에서 해방될 수도 있고, 노화를 극복할 수도 있다. 식량문제를 한방에 해결할 방안으로 제시되기도 한다. 신이 인류에게 건넨 새로운 도구, 크리스퍼 유전자가위가 그리는 현재와 미래를 살펴보자. 

저 : 김홍표

김홍표는 서울대학교 약학대학 약학과를 졸업하고 동 대학원에서 석사 학위와 박사 학위를 받았다. 현재 아주대학교 약학대학 교수다. 국립보건원 박사후 연구원과 인하대학교 의과대학 연구교수를 지냈으며 피츠버그 의과대학, 하버드 의과대학에서 연구했다. 천연물 화학, 헴 생물학, 바이오 활성가스, 생물학, 자기소화, 면역학과 관련된 여러 편의 논문을 썼다. 한국연구재단이 톰슨로이터 DB의 피인용 상위 10% 논문을 대상으로 분석한 조사에서 ‘2009∼2014년 한국인 기초과학 상위 연구자’로 의학(4위), 약학(3위) 두 분야에 이름을 올렸다. 연구 분야와 관심 분야는 기초 생물학과 진화생물학, 진화의학이다. 지은 책으로 『먹고 사는 것의 생물학』(궁리, 2016), 『산소와 그 경쟁자들』(지식을만드는지식, 2013)이 있고, 옮긴 책으로는 『진화하는 물』(지식을만드는지식, 2017), 『내 안의 바다, 콩팥』(뿌리와이파리, 2016), 『우리는 어떻게 태어나는가』(궁리, 2015), 『진화와 의학』(지식을만드는지식, 2015), 『인간과 동물의 감정 표현』(지식을만드는지식, 2014), 『신기관』(지식을만드는지식, 2014), 『제2의 뇌』(지식을만드는지식, 2013)가 있다.