크리스퍼가 온다 / 제니퍼 다우드나, 새뮤얼 스탠버그

Mubnoos' comments
이책은 내가 읽었던 책들중 가장 섬뜩하다. 자연과 과학의 경이로움에 감탄해야할지 개탄해야할지 모르겠다. 더 많은 사람들이 유전자 조작에 대해서 알아야만 한다. 지구에서 단지 모기를 없애거나, 병을 고치거나, 감자를 크게 하거나 하는 종류의 일이 아니다. 도킨스에 의하면 유전자복제는 삶의 목적이다. 삶과 죽음의 목적. 예측할 수 없는 것을 어떻게 결정할 것인가? 기술의 역방향이 있었던 적이 있었는가? 인간은 정말로 신이 되었다. 정말 우주에는 의미는 없고 진화만 존재하는가? 적어도 작가는 아무도 막을수 없는 divine power에 엄청나게 신이 나있다. 하라리가 gene-tech와 data-tech 2가지가 호모데우스의 특징이라고 언급했던게 기억난다. data와 인공지능보다 유전자조작은 인간의 본질과 세계관을 통째로 바꿀 것이다. DNA는 일회성이 아니다. 복제된다. 적어도 다음 빅뱅이 있기 전까지는. 아직 태어나지 않은 개인이 유전자를 조작해서 유전자의 풀을 되돌리기 어려운 방식으로 비틀어도 괜찮을까? 우리는 인간이라느 종으로서 우연에 맡기기보다 우리 게놈을 의도적으로 변형해서 우리 자신의 진화를 통제하고 책임질 준비가 되었을까? 멋진신세계Brava new world가 얼마 남지 않은것이 확실하다. 헉슬리의 디스토피아는 2540년이 배경이다. 그렇게 오래걸리지 않을거 같다.

 

크리스퍼 - 유전자 가위: 살아있는 생명체의 DNA를 잘라 고치는 데 사용되는 도구
CRISPR - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats
앞뒤가 동일한 서열인 짧은 희문 구조가 간격을 두고 반복되는 구조의 집합체

 

크리스퍼-캐스 9 : 생물의 유전자를 포함한 모든 DNA 집합체인 게놈을 간단한 문장을 고치듯이 편집한다. - 질병 치료 뿐만 아니라 미래 후손의 질병예방

 

태어나지 않은 인간 게놈을 편집하려는 일은 금지해야 한다.
VS.
과학자가 아무런 제약없이 기술을 발전시켜야 한다.
저자는 유전자 편집기술이 가져올 희망을 반기는 쪽이다.

 

단 하나의 줄기세포가 자연스럽게 변화하면서 질병 유전자를 가진 세포와 그 세포의 모든 딸세포를 제거했다. 이런 확류은 100만분의 일, 10억분의 일 - 눈먼 프로그래머는 자연이었다.

 

Genome = Gene + Chromosome - 1920 독일식물학자 한스 빙클러
Genome은 DNA라는 분자로 구성 (데옥시리보핵산)
DNA는 4개의 기본물질 (뉴클레오타이드)
A - 아데닌
G - 구아닌
C - 시토신
T - 티민
화확기, 즉 염기를 상징한다. 이분자들은 한가닥으로 길게 이어진다. 두 가닥이 만나면 이중나선 구조의 DNA를 형성한다. 염기 A는 항상 맞은편의 T와, G는 항상 C와 짝을 이룬다. 이를 염기쌍이라 한다. A-T, G-C

DNA의 특별한 염기 서열은 세포안에서 특정 단백질을 생산하는 설명서와 같다.
DNA에 있는 정보를 단백질로 바꾸기 위해서 세포는 이과정에 밀접하게 관련된 주요 매개분자인 RNA 리보핵산을 이용한다.

 

부모는 각각 염색체 23개를 자녀에게 물려주며, 자녀는 총 46개의 염색체를 갖는다. 다른 염색체에서 찾을 수 있는 유전암호와 달리, 미토콘드리아 DNA는 어머니에게서만 물려받는다.

 

DNA를 읽는 방법과 쓰는 방법은 다른 차원의 문제이다.

바이러스는 세포속에 DNA를 집어넣는 방법뿐만 아니라 새로운 유전자 암호를 고정하는 방법도 알고 있다.

 

올바른 위치에 이중나선 파손을 일으키기만 하면, 세포가 우리를 위해 일하는 것이다.

 

차세대 유전자 편집도구는 세가지 조건을 만족해야 한다.
1) 우리가 원하는 특정 DNA서열을 인식해야 한다.
2) 바로 그 DNA 서열을 자를수 있어야 한다.
3) 다른 DNA 서열을 표적화해서 자르도록 프로그램하기 쉬어야한다.

세균바이러스는 다윈의 자연선택설을 입증했다. 단백질이 아니라 DNA가 세포 유전물질이라는 점을 증명했다. 유전자 암호가 단백질을 구성하는 각각의 아미노산을 지정하는 DNA 염기 세개로 이루어졌다는 사실은 박테리오파지를 통해 증명됐다.

 

인간은 해마다 엄청난 양의 살아있는 유산균을 먹어치우며, 매해 세균 배양의 시장가치는 45조원 이상이다. 유제품업계가 연구에 매진하는 이유가 유제품 손실과 불완전한 발효의 가장 큰 원인인 박테리오파지 감영이라는 끊임없는 위협에 시달리기 때문이다.

 

RNA조각이 상보적인 서열을 가진 박테리오파지 DNA와 염기쌍을 이루는 과정과 박테리오파지 DNA를 파괴하는 방법을 밝히는 일이 가장 중요하다. 이것은 새로운 무기체계의 가장 중요한 부분이었고, 이 과정을 이해하지 못하면 크리스퍼를 완전히 이해할 수 없다.

크리스퍼 연관 유전자이자 효소라는 특별한 종류의 단백질을 암호화하는 것으로 보이는 '캐스'유전자

어떤 생물체를 들여다보든 게놈에 크리스퍼 DNA가 있다면 반드시 캐스유전자도 가까운곳에 존재한다. 크리스퍼가 캐스 유전자와 함께 공진화한 것처럼 보인다.

 

연구과정에서 더 많은 캐스 단백질이 DNA나 RNA를 자르는 효소임을 발견했다.

 

2011년 캐스 단백질 상용화 판매하는 회사 - 카리부 바이오사이언스 설립

 

세균의 크리스퍼 DNA나 RNA분자를 자르는 캐스 단백질 효소에서 바이러스 DNA를 자르는 단백질 - 박테리오파지를 박멸하려면 특정 캐스 유전자가 있어야 한다.

 

화농연쇄상구균 - 병원성세균 - 과학자에게 유혹적인 주제
스트렙토코커스 써모필러스균 - 유산균/ 인간과 포유류에 해를 미치지 않는 유일한 균

 

캐스9 효소가 RNA의 유도에 따라 DNA를 절단한다. DNA 절단 작용이 특이적으로 일어나며 크리스퍼 RNA와 DNA서열이 일치해야 한다. RNA와 DNA 서열이 완전히 일치하지 않으면 절단 작용이 일어나지 않는다.

 

DNA를 자른 최초의 실험 이후 너무나 빠른 속도로 기술이 진화한다.

 

살을 파먹는 세균에서 분리한 크리스퍼 연관 단백질인 캐스9이 표적인 20개의 염기 DNA를 찾아내서 자르려면 두 종류의 RNA분자가 필요하다. RNA는 안내인 역할을 하면서 공격할 GPS좌표를 지사하고, 캐스9은 표적을 제거하는 무기역할을 한다. 바이러스에 감염된 세균에서 크리스퍼 기계는 적응성 면역력의 일부로서 특정 바이러스 DNA를 자르고 파괴하기 위해 움직인다.

 

플라스미드에는 캐스9 유전자가 들어 있다. 인간 세포의 단백질 합성 공장에서 해석할 수 있도록 인간화된 유전자다. 녹색 형광단백질로 캐스9단백질을 생산하는 인간세포를 자외선에 노출하면 녹색으로 빛나게 한다.

 

세포가 들어가면 RNA는 서열이 일치하는 DNA와 염기쌍 형성작용을 통해 짝을 이루며, 캐스9이 DNA를 자르게 된다.

 

미니 염색체가 실제로 인간 신장 세포에서 크리스퍼 구성요소를 생산했다는 사실은 곧바로 증명됐다. 대부분 세포가 캐스9 단백질과 유합되어 함께 생산된 녹색 형광단백질이 내는 녹색으로 빛났다.

과학자에게 필요한 것은 단하나의 잘못된 염기가 있는 DNA를 표적화해서 편집하고 교정하는 방법이다.

 

완벽한 크리스퍼 도구로 무장한 과학자는 이제 게놈의 구성요소와 그 결과물을 거의 완벽하게 통제할 수 있다.

 

폴리스미드 가격은 개당 7만원 - 전세계대학과 비영리 연구실에 연구재료로 공급
크리스퍼 관련 폴라스미드 6만개 80여개국에 판매
현대 기술수준으로는 누구나 크리스퍼 실험실을 단돈 230만원 정도로 충분히 차릴수 있다.
강력한 기술의 파급력

 

크리스퍼가 인간의 의지 아래 자연을 무릎 꿇릴 날도 머지 않았다. 인간의 의지가 건설적인 방향으로 움직인다면 결과는 환상적이겠지만, 그조차도 의도치 않은 재앙을 초래할지도 모른다.

 

GMO 유전자 변형 생물체
미국 농무부 - ' 특정 목적을 위해 식물이나 동물을 유전공학 기술이나 다른 전통적인 방법을 이용해서 유전 가능한 방식으로 개선한 생산품'
미국인의 60% GMO 안전하지 않다.
현대 농업에서 자연적인 부분은 없다.

 

암컷만 낳는 닭

특정 목적에 알맞은 선호되는 특성을 갖춘 새로운 품종의 개체를 만들수 있다.
크리스퍼를 이용해서 존재하지 않는 돌변변이 괴물을 만들수 있고, 멸종한 동물들을 부활시키거나 복원할 수 있다.

 

유전자 편집을 기반으로 한 치료분야는 학계와 산업계 양쪽 모두에서 맹렬한 속도로 확장하고 있다. 새로운 논문이 하루 평균 다섯 편의 속도로 발표되고, 투자자들은 크리스퍼 기반 생명공학 기술과 의료 치료법을 개발하는 다양한 스타트 회사에 1조1000억원이 넘는 돈을 쏟아붓는다.

 

'크리스퍼 아기'
개인맞춤형 DNA 돌연변이를 크리스퍼로 집어넣어서 유전질병의 가능성을 제거한 아기
- 이 과정이 어떻게 작용하는지 또 얼마나 쉬운지 설명할 필요가 없었다.
이미 당시 알려진 기술만으로도 충분했다. 부모의 난자와 정자를 채취해서 시험관에서 배아를 발생시키고, 미리 프로그래밍한 크리스퍼 분자를 이배아에 넣어 게놈을 편집한 뒤, 예비 어머니의 자궁에 편집한 배아를 착상한다. 이후의 과정은 저절로 굴러가게 두면 된다.

단지 언제 어떻게 사용될지에 대한 문제이다.

 

1978년 최초의 시험관 아기는 이미 보편적이다.

 

부모보다 우수한 배아를 만드는 것

 

배아의 유전자 검사 - 착상 전 유전자 진단법 PGD

 

세부모 체외 수정법 - 아버지 한명과 어머니 두명의 DNA로 아기를 창조한다.
2016년 미국 과학기술의료학술원은 세부모 체외수정법의 임상시험을 승인하도록 권고

크리스퍼 분야는 폭발하듯 성장하고 있지만, 과학계 외부의 누구도 이 상황을 인지하거나 무엇이 다가오고 있는지 모르는 듯 보였다.

 

괴물을 창조한 프랑켄슈타인 박사

 

유전자 편집의 발달은 우리가 생명의 언어를 수정해서 자신의 유전적 운명을 거의 완벽하게 통제할 능력을 주었다. 이제부터 인간과 지구는 지금까지 발전했던 것보다 훨씬 더 빠른 속도로 발전할 것이다. 지금부터 불과 몇십년 후에 평균적인 인간 게놈이 어떻게 변할지는 예측하기 힘들다. 인간이나 세계가 몇백년 또는 몇천년 사이에 어떻게 될지 누가 알겠는가?