생명공학의 현황

생명공학 발달사 (DNA 이중나선 구조에서 인간게놈지도 까지)

∙1866년 : 오스트리아 식물학자이며, 수사(Monk)였던 George Mendel이 유 전 기본 법칙(Laws of Heredity) 발표.

∙1953년 : James Watson과 Francis Crick이 DNA 구조에 관한것과, 유전정 보가 DNA로부터 단백질 합성으로 전달된다는 논문 발표.

∙1966년 : Marshall Nirenberg 등이 유전자 코드 발견

∙1969년 : Werner Arber, Hamilton Smith, Daniel Nathan들이 제한효소 (Restriction Enzyme)들을 발견.

∙1973년 : Stanly Cohen과 Herbert Boyer가 African Clawed Toad 유전자 를 Bacteria DNA에 삽입성공-유전자 재조합 기술 성공.

∘1977년 : Allen Maxam과 Walter Gilbert, Fredrick Sanger가 DNA 염기서 열 분석방법 개발.

∘1983년 : Kary Mullis가 Polymerase Chain Reaction(PCR)개발-DNA 증 폭기술 개발.

∘1984년 : Alec Jeffrey가 Genetic Fingerprinting방법 개발-DNA 지문 분석 법 발표.

∘1989년 : 미국 NIH에 National Human Genome Research Institute (NHGRI) 설립.

∘1990년 : 인간게놈계획(Human Genome Project, HGP) 시작.

∘1990년 : 미국 NIH의 Rosenberg 박사가 Melanoma 환자에게 Gene Therapy 시도-유전자 치료 실시.

∘1994년 : 미국 식품의약청(FDA) 유전자 조작 식품(토마토) 승인.

∘1997년 : 영국의 Wilmut 박사팀-복제양 Dolly 탄생.

∘2001년 2월 21일 : 인간게놈지도 초안 발표.

3. 생명공학의 산업적 적용

산업적으로 적용할 수 있는 생명공학 기법의 대표적인 것이 유전자 재조합 기법과 체세포 핵이식 기법이다. 생명공학 기법들이 농업분야에 널리 적용되어 식량증산을 포함한 인간 복지 증진에 크게 기여하고 있다. 그러나 요사이 유전자 조작 식품들의 인체 위해(危害) 여부에 관하여 많은 논란이 되고 있다.

1) 유전자조작 식품

∙유전자조작 토마토(미국 FDA 승인), 오랫동안 운반되도 잘 물러지지 않 음.

∙생산성이 높거나 제초제 또는 질병에 대한 저항성이 강한 유전자 변형 식 물.

∙현재 15개 작물 68개 품종이 생산되고 있음.

∙동물에 식물유전자 삽입

시금치 유전자 → 돼지의 수정난.

2) 고능력 가축의 증식 및 개량

∙산유량이 증가된 젓소 개발

∙고품질 육우 개발.

∙양질의 양모 면양 개발.

3) 형질전환 동물생산과 치료제 개발

∙Factor Ⅸ 생산 형질 전환 면양 polly.

∙Granulocyte-Colony Stimulating Factor 분비 형질전환 흑염소.

∙조혈촉진 Erythropoietin 생산 형질전환 돼지.

4) 멸종 또는 희귀동물의 증식보존

∙뉴질랜드, Enderby 섬, 고유계통의 젓소

과립막세포 → 체세포 핵이식 기법 → 5마리 송아지 생산.

5) 대체장기 생산용 형질전환 동물

미국과 영국에서는 매년 30,000여 명의 환자가 신장이식 수술을 받고 있으며 약 24,000명의 환자가 대기 중이다. 또한 심장이식은 40,000여 건에 이르고 있다. 국내에서도 장기이식을 위한 장기 공급의 필요성이 점점 증대되고 있다. 장기이식을 위해서는 면역거부 반응이 없는 장기가 필연적으로 선행되어야만 하는데 현재는 장기 기증 지원자에 의존하기 때문에 장기공급이 절대적으로 필요하다. 즉 장기이식을 받기 위해서는 때로는 오랜 시간을 기다려야 하는 경우가 있는데, 급성 환자인 경우는 장기이식을 받지 못하고 사망하게 된다. 이때 면역거부 반응이 없는 동물의 장기를 일시적으로 시술받을 수 있게 된다면 이들 급성 질환의 생명을 연장할 수 있다. 이와 관련하여 전 세계적으로 체세포 핵이식 기법에 의한 대체장기 생산용 형질전환 동물 개발이 활발해지고 있다.

4. 동물(인간)복제

1) 인간복제가 왜 거론 되었는가?

∙불임부부의 증가.

∙희귀병 치료를 위한 맞춤 아기.

∙각종 사건 사고의 증가로 인한 각종 장기 요구도 증가.

∙장기이식 요구도 증가.

∙인간 삶의 일회성 망각.

∙생명과학 연구의 성취도 만족 등이다.

장기이식술의 발달로 각종 장기의 필요성이 증대되면서 학자들은 장기 조달 방법을 강구하게 되었다. 현재로서 생각할 수 있는 장기 조달 방법은

1. 타인 장기를 공여 받는 것.

2. 필요 장기를 동물에서 복제하여 공여 받는 것.

3. 필요 장기만 태생기에 기관배양(Organ Culture) 하는 것.

4. 일정 성장 후 필요 장기만 채취하는 것 등이다.

동물에서 필요 장기만 복제하여 사용하는 것도 이 방법은 일시적인 것이지 최종적인 방법이 되지 못하고 결국에는 타인 장기를 이식하여야 한다. 그래서 학자들이 필요 인간 장기를 태생기에 기관 배양한다거나, 일정 성장 후 필요 장기만 채취할 수 있는 인간복제에 관하여 조심스럽게 거론하기 시작하였다. 여기에 편승하여 일부 몰지각한 인간들이 일회성인 인간 삶을 망각하고 자신 삶을 영원히 계속하려고 하면서 인간을 창조하신 하느님의 고유영역을 침해하려는 욕심 때문에 인간복제가 거론되어 문제점이 가중되는 것이다.

2002년 12월에 미국 클로네이드 생명공학회사에서 최초로 복제인간이 탄생되었다고 발표했다. 이에 가톨릭의 포함한 전세계 종교계에서 인간복제는 비윤리적, 비인도적이며 인간복제는 전면 중단되어야 한다고 주장하고 있다. 세계 주요국들의 인간복제 규제법을 살펴보면 다음과 같다(표).

우리나라에서도 생명윤리법 제정안이 확정되어 국회에 상정되어 통과될 예정이고 인간복제는 금지될 것으로 확신한다.

아무리 생명공학이 발달한다고 해도 사람의 조직이나 기관을 구성하고 있는 단 하나의 세포도 인위적으로 만들 수 없다. 더구나 난자(ovum)와 정자를 인위적으로 만든다는 것이 불가능하다는 것을 학자들은 잘 알고 있다. 학자들은 난자와 정자가 수정된 후(수정란)부터 세포나 조직을 이용하여 연구할 뿐이다. 인간 생명체의 시작인 난자와 정자는 하느님께서 창조하신 것이고, 이 능력은 하느님만이 가지고 계신 고유 능력이다. 즉 하느님의 특허품이다. 이를 망각하고 하느님의 허락없이, 허락도 안 하시겠지만, 하느님의 창조품(특허품)을 함부로 사용하다가는 지금까지의 과학 기술의 오남용에 대한 벌보다 더 큰 벌이 인간에게 내릴 것이다.

인간복제 가능성으로 인간기술의 개가, 인체부품 시대의 희망찬 미래를 약속하는 듯하나 현세는 지나가는 것이며 현실 생활을 통해서 영원한 생명을 일구어 내지 못한다면 인생은 허무한 것이다. 요절한 사람이 반드시 불행한 사람이고 장수 자체가 행복은 아니다. “노인은 오래 살았다고 해서 영예를 누리는 것이 아니며 인생은 산 햇수로 재는 것이 아니다. 현명이 곧 백발이고, 티없는 생활이 곧 노년기의 원숙한 결실이다”(지혜서4, 8-9).

(표) 주요국의 인간복제 규제법

나 라	법	주요 내용
일본	인간에 관한 복제기술 등의 규제에 관한 법률	2001년 제정 인간복제 및 인간․동물 세포 교잡 금지 어기면 5년 이하의 징역 또는 5백만엔(약 5천만원)이하의     벌금
영국	인간의 수정과 발생에 관한 법	1990년 제정 인간복제 하면 10년 이하의 징역 지난해 치료․연구 목적의 인간 배아 이용 세계 최초 허용
독일	수정란 보호법	1990년  인간 복제용 수정란 만드는 것 금지 인간 생식세포의 유전정보 인공 변경 금지 복제시 5년 이하의 징역 또는 벌금형
프랑스	인체의 존중에 관한 법률	1994년 연구․상업적 목적으로 인간 배아를 이용할 수 없음. 원천적으로 복제 불가능 위반하면 7년 금고 또는 70만프랑(약 1억3천만원) 벌금
미국	인간복제금지법안	2003년 하원통과 인간복제 금지. 위반시 벌금 100만달러
한국	생명윤리 및 안전에 관한 법률안	입법 추진 중 인간복제 하면 10년 이하의 징역

2) 동물(인간)복제의 부당성

(1) 체세포 핵이식 기법의 발달로 동물 복제가 보편화되었지만 여기에도 아직 해결해야 할 문제들이 많이 있다. 그중에서도 제일 큰 문제점이 핵치환 수정란의 낮은 발달률 및 착상륙이다. 복제양 돌리의 경우 277번 시도하여 겨우 성공했고, 만일 인간복제를 성공하려면 1000개의 수정란을 사용하여 겨우 1개정도 성공 할 수가 있다고 한다. 이외에도 공여핵의 세포주기 조절, 공여핵의 reprogramming 및 발달기전 규명, 제핵용 난자들의 동기화 및 동물 종 특이적 차이 등을 규명해야 한다.

(2) 동물(인간)세포 안에는 텔로메아(Telomere)라는 수명시계가 있다. 즉 세포분열이 거듭될수록 이 텔로메아 길이가 짧아져 동물(인간)의 남은 수명을 알려준다고 한다. 2003년 2월에 최초 복제양 “돌리”가 폐암에 걸린 것이 확인되어 최근에 안락사 당했다. 돌리는 죽을 당시 6살이었지만 6년생 양으로부터 유전자를 받았기 때문에 12살 정도의 양과 같은 조로현상이 있었다고 한다. 그동안 돌리는 비만증세와 뒷다리와 무릎에 관절염과 폐질환이 생기는 등 노화증세를 보여왔다.

돌리의 죽음은 복제인간도 선천적으로 일찍 늙어죽을 가능성을 갖고 태어났다는 것을 시사하므로 윤리적 과학적 측면에서 논란이 불가피 해 졌다. 돌리의 탄생 작업에 직접 참여했던 생명과학자들도 복제가 지니는 여러 가지 위험성을 보여주는 증거라며, 인간복제를 추진하는 이들이 얼마나 어리석은지를 잘 보여주는 사례라고 지적했다.

(3) 면역체계와 유전자 결함등의 동물복제와 관련된 문제점들이 계속 보고 되고 있다. 일본 국립전염병연구소에서 12마리의 복제 쥐 가운데 10마리가 폐렴, 간질환, 암 등으로 일찍 죽었으며, 호주 최초의 복제양(마틸다)도 원인 모르게 돌연사 했다고 한다. 복제 쥐에서 발육에 필요한 유전자 1만개 중 최소한 수백개의 결함이 있다고 하며, 이런 유전자의 결함으로 비만이나 기형을 일으킬 확률이 높다고 한다. 대부분의 생명과학자들은 복제가 결함 투성이 동물(인간)을 낳을 수 있으며, 그럼에도 인간복제를 강행하는 것은 생명윤리를 송두리째 망가뜨리는 처사라고 주장한다.

5. 인간게놈계획과 인간게놈지도

1) 게놈(Genome)이란

게놈이란 유전자(Gene)와 염색체(Chromosome)의 합성어이다. 인간게놈은 인간을 형성하기 위해 필요한 유전정도 1세트 분을 말한다. 인간의 몸은 약 60조개의 세포로 되어 있는데 세포의 핵속에는 각각 염색체가 23쌍 46개씩 들어있다. 이 염색체 1세트를 게놈이라고 부른다. 염색체는 DNA로 구성되어 있고 모든 생명활동의 정보가 들어있다. 인간게놈의 종류는 22번까지의 게놈과 X와 Y를 포함해서 24종류가 있다.

DNA는 아데닌(Adenine, A), 사이민(Thymine, T), 구아닌(Guanine,G) 그리고 사이토신(Cytosine, C)이라는 4가지의 염기로 구성되어 있다. 세 염기가 한조를 이루어 특정 아미노산(amino acid)의 유전정보를 가지고 있으며, 유전자(gene)란 여러 가지 아미노산으로 구성된 어떤 단백질의 유전정보를 가지고 있는 일정 크기의 DNA 염기 배열이다.

2) 인간게놈계획 수립과 인간게놈지도 완성까지

인간게놈을 구성하는 염기의 수는 전부 합해 30억 쌍에 달하나 실제로 유전자를 구성하는 부분은 전체의 약 3%정도에 불과하다. 이 유전자로서 작용하는 부분과 유전자의 작용을 제어하는 부분 그리로 그 의미가 알려지지 않는 부분등을 통틀어 모든 정보를 해독하겠다는 것이 바로 인간게놈계획(Human Genome Project, HGP)이다. 1989년부터 미국 국립보건연구원(National Institute of Health, NIH)의 주도하에 영국, 프랑스, 독일, 일본, 중국 등 6개국이 참여하여 인간게놈사업기구(Human Genome Organization, HUGO)를 결성하여 2003년까지 HGP를 마친다는 것이다. 왜 2003년이냐 하면, 2003년은 1953년에 Watson과 Click이 DNA 이중나선구조를 발견한지 50년이 되는 뜻깊은 해이기 떄문이다. NIH에서 HGP가 진행되고 있는 동안 민간기업인 세레나 제노믹스(Celera Genomics)라는 연구회사가 HGP에 경쟁적으로 참여하여 예상보다 빨리 2001년 2월에 인간게놈지도 초안이 완성되어 발표된 것이다.

인간게놈의 염기서열을 전부 해독했다 해도 인간의 모든 유전정보가 해독된 것은 아니다. 염기서열의 어느 부분이 의미있는 유전자이고, 유전자로써 작용하지 않는 염기서열들은 어떤 기능을 가지고 있으며, 어떻게 단백질을 만들어 내며, 몸의 어느 부분에 어떻게 작용하고 있는가 등을 밝혀내지 않는 한 인간의 유전정보가 전부 해독되었다고 할 수 없다. 전염기서열의 해독은 이를 위한 도구를 갖추는 작업일 뿐이며 시작에 불과하다.

3) HGP의 연구결과와 응용

(1) HGP의 연구결과

① 23쌍 염색체 : 인간게놈의 전(全) 염기배열 순서 확인

② 인간유전자와 박테리아 유전자가 200개 유사함을 확인

③ 인간이 선충이나 초파리에 비해 유전자수가 약 2배임을 확인

④ 인간 유전자와 쥐 유전자가 95%의 상동성임을 확인

⑤ 인간 유전자와 침팬지의 유전자가 99.9% 상동성(相同性, homology) 임을 확인

⑥ 인간의 단백질 종류는 약 10만개인데 인간 유전자수는 3만 내지 3만 5천개임을 확인

⑦ 생명의 신비 ⇧

(2) 인간게놈 지도의 응용

① 질병의 새로운 진단법 개발

② 생노병사(生老病死)의 기전

③ 새로운 질병 치료제 개발(유전자 치료)

(3) Postgenomics(Proteomics) 시대의 시작

인간유전자들을 발굴하고 그 기능을 체계적으로 연구하고 이미 알고있는 유전정보로부터 어떤 단백질이 만들어지는가를 추적하고 그 단백질의 구조와 기능을 밝혀내는 연구분야가 발달될 것이다. 발굴된 유전자들의 기능을 다각도로 밝혀내는 과정을 통하여 여러 질병 관련 유전자들이 속속 밝혀지고 유전자 관련 질병들의 발병기전도 보다 상세히 밝혀지며 이를 바탕으로 새로운 치료법이 개발되고 인간의 수명이 연장되는 등 향후 의약학 전반에 걸쳐 큰 변화가 예상된다. 그러나 인간게놈 계획의 연구결과들이 질병 치료에 응용되려면 아직 풀어야 할 문제들이 많이 있고, 또 영원히 풀지 못 할 수도 있다.

4) 오늘의 인간 유전자 연구

(1) 수명시계․Telomere

(2) Programmed Cell Death

(3) Neurodegenerative diseases

(4) Oncogenes / Tumor Suppvessor genes

(5) CREB : long-term memory 관련 유전자

(6) Learning

(7) Orexin : 수면 및 비만과 관련 있는 유전자

(8) 장수유전자 : Sir-2, Mesuecella

(9) 등등

5) 장수유전자

인간게놈지도의 완성으로 장수와 관련된 연구가 활발해지면서 장수 관련 유전자가 계속 밝혀지고 있다. 인간의 4번 염색체에는 50～1백여개의 장수 관련 유전자가 있고, 그 중에서도 노화를 늦추는 유전자와 질병 발생을 막아주는 질병회피 유전자가 곧 발표 될 것이라고 한다. 이들 유전자들을 응용하여 앞으로 노화를 늦추는 장수 신약을 개발한다면 인간은 지금보다 훨씬 더 오래 살수 있을 것이다.

6. 유전자 치료(Gene Therapy)

1990년 미국 NIH의 Rosenberg박사에 의하여 흑색종(Melanoma) 환자에 처음으로 유전자치료(Gene Therapy)를 실시하였다. 그러나 4번 시도 중 한 환자에서만 일시적인 치료효과가 있었지 계속하여 실패하였다. 이후 세계 여러나라에서 질병에 유전자치료를 시도하였으나 별 효과도 보지 못하였다. 이후 세계 여러나라에서 질병에 유전자치료를 시도하였으나 별 효과도 보지 못하였다. 최근에 미국에서 부작용 우려로 유전자 요법을 일시 중단한다고 발표하였다.

마태오, 마르코, 루가 복음에 보면 예수그리스도께서는 환자와의 만남, 환자와의 접촉 그리고 말씀 한마디로 모든 환자를 치료해 주셨다. 그럼 현실은 어떠한가? 발달된 최신 치료법을 다 동원해도 예수님과 같이 환자를 완치하지 못하고, 그렇게 할 수도 없다. 의료인들은 단지 환자의 고통을 덜어주고 치료기간을 단축하기 위해 노력할 뿐이다. 그렇다 인간의 생로병사를 관장하는 것은 인간을 창조하신 하느님의 고유한 몫이다. 이는 생명공학 관련 학문에 종사하는 대부분의 학자들이 인정하는 사실이다. 인간게놈계획의 1단계 계획이 완성되었다고 하여 이 결과들이 곧 인류복지증진 특히 질병치료에 크게 이바지할 것이라고 침소봉대하는 것도 자숙해야 할 것이다. “소문난 잔치에 먹을 것이 없다”는 옛 말을 명심해야 한다.

 

가톨릭교회에서는 정자와 난자가 수정된 순간부터 한 새로운 생명이 시작된 것이며, 수정으로 생성된 수정란은 이미 새로운 개체로써 그 생물학적 주체성이 인정된다고 한다. 일부 생명 공학자들은 14일 이내의 착상 전(前) 수정란은 분화되기 전(前) 세포 덩어리에 불과하기 떄문에 이를 이용한 연구는 허용되어야 한다고 주장하고 있다. 강조하지만 인간 배아나 태아를 이용하여 그것을 치료용으로 사용한다는 것은 곧 인간을 치료하기 위하여 한 생명체를 희생시키는 것이다. 이에 우리들은 인간생명의 존엄성을 상기하면서 배아나 태아를 이용한 모든 연구를 금지하도록 모든 조치를 취하여야 한다.

인간유전자지도가 완성되어 인간게놈계획 1단계가 완료되어 이제는 postgenomics시대 즉 게놈 기능의 연구의 시대이다. 게놈 기능 연구가 어느 정도 진척되면 인간 또한 수명연장으로 인한 노인복지문제가 큰 사회적 문제로 대두 될 것이다.

생명에 대한 명제는 옛날부터 오늘날까지 인류가 사색해온 가장 근본적인 문제로써 철학적, 종교적 입장에서 논의되어 왔음은 물론이고 오늘날에 와서는 생명공학적으로 이 문제를 답하려고 하고 있으나 아직도 생명이란 우리에게는 신비의 영역으로 남아있다. 하느님이 창조하신 난자나 정자와 같은 창조물을 조작하여 생명의 존엄성을 훼손시켜 지구상의 생명 전체의 질서를 파괴한다면 지금까지의 다른 과학지식의 오․남용으로 인한 재앙보다 더 큰 재앙이 우리 인간들에게 닥칠 것이다.