유전자 연구의 윤리적 강행의 필요성 - 허젠쿠이 사태로부터

 홍콩에서 열린 제2회 인류 게놈 편집 컨퍼런스에서 허젠쿠이 교수가 '세계 최로 유전자 편집 기술' 크리퍼(CRISPR)를 이용해 선척적 에이즈 내성을 가진 쌍둥이 여아 출산에 성공했다는 충격적인 연구를 밝혔다. 이후 윤리적인 논란속에 강행된 실험으로 비판받던 허젠쿠이는 결국 중국 당국으로부터 연구를 중단되고 감옥에 투옥되었다. 이처럼 비 윤리적으로 무분별하게 위험한 유전자 편집 실험은 세계에 큰 파장을 가져올 것이며, 각 당국의 규제가 필요할 것입니다. 

 

목차

 

세계 최초의 유전자 편집으로 만들어진 인간

허젠쿠이는 당시 중국 선전에 있는 남부 과학기술 대학에서 일하는 무명 연구원이었습니다. 하지만 그는 지난 2년 동안 극비 프로젝트를 진행해왔으며, 결과를 발표하기 위해 국제 인간 게놈 편집회의 연단에 오르려고 했습니다. 흥분의 소리가 공중에서 들렸습니다. 청중들은 걱정스러운 듯 구경했습니다. 사람들은 휴대폰으로 촬영하기 시작했습니다.

 

 

허젠쿠이는 인류 역사상 최초의 유전자 변형 아기를 만들었습니다. 37억 년의 지속적이고, 자연 선택에 의한 방해받지 않는 진화 후에, 생명체는 그것의 선천적인 생물학을 그들 자신의 손으로 가져갔습니다. 그 결과는 CCR5라고 알려진 유전자의 변형된 복제품을 가지고 쌍둥이 여아를 출산하였는데, 학자들은 이 쌍둥이 여아들이 에이즈(HIV) 내성을 가지고 있길 기대하고 있습니다. 

 

그러나 상황은 겉보기와는 달랐습니다.

2018년 11월 인터넷을 통해 컨퍼런스를 생중계한 스탠포드 대학의 법학 교수이자 의학 윤리 전문가인 행크 그릴리(Hank Greely)는 "처음 5, 6분 동안 그에게 끌렸다"고 말합니다. "그리고 나서 그가 계속해 나갈수록 저는 점점 더 의심스러워졌습니다."

유전자 발명(Genetic Invention)

 그 후 몇 년 동안, 젠쿠이의 프로젝트는 윤리적으로 심각한 문제가 드러났습니다. 그는 법을 어기고, 서류를 위조했으며,적절한 안정적인 검사를 수행하지 않고 부모를 현혹하여 아기의 출산에 동의를 구한 것입니다. 그의 노력은 결국엔 관련 전문가에게 질타와 두려움으로 나타났으며, 현재 젠쿠이는 윤리 위반 혐의로 투옥되었습니다.

 

 쌍둥이 여아 루루와 나나는 편집된 유전자를 지니고 있지 않은 것으로 판명되었습니다. 그들은 에이즈 면역 유전자가 없을 뿐만 아니라, CCR5 유전자 또한 없었습니다. 쌍둥이 여아는 지구상의 다른 어떠한 인간과는 다른 유전자 게놈을 지니고 있습니다. 쌍둥이 여아의 유전자는 세대를 거듭해서 점차 퍼져나갈 것입니다.

 

 사실 이 분야에 종사하는 분들이라면 크게 놀랄만한 일이 아닙니다. 보통의 토끼들 보다 가늘고 긴 혀를 가지고 태어난 유전자 변형 토끼에서부터 뿔이 없는 소까지, 이러한 유전자 변형은 오류와 확률로 가득 차 있습니다.

더 최근, 런던의 프랜시스 크릭 연구소의 연구원들은 인간 배아의 유전자를 편집하는 것은 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있다고 경고했습니다. 이전 실험의 데이터를 분석하였는 데 약 16%의 예상치 못한 돌연변이로 변질되었을 수 있다고 하였습니다

이러한 현상은 왜 그렇게 흔할 것이며 극복 가능한 것일까요? 그리고 돌연변이들은 미래세대에 어떠한 영향을 미칠까요?

 

 이것은 미래에 대한 문제처럼 보일 수 있습니다. 결국, 허젠쿠이는 전 세계의 비난을 받았고 유전자 변형을 하는 것은 적어도 현재로서는 불법입니다.  몇 년 동안, 루루, 나나 그리고 허젠쿠이의 실험이 지구상에서 세 번째로 인간에 대한 유일한 유전자 편집 실험이었습니다. 하지만 이것은 곧 바뀔 수도 있습니다. 

 불명확한 신지대사 장애부터 시각장애를 가진 아동들이 겪는 선천적 질병이나 유전적 장애를 치료하기 위한 'smoatic cell'이란 새로운 기술이 개발되고 있다. 이 기술은 잠재적으로 암과 같은 흔한 질병뿐만 아니라 가장 다루기 힘든 유전적 장애의 관리에 커다란 도약을 예고하는 것으로 보입니다.

 

"크리퍼(Crisp) 유전자 편집 기술에 대한 전 세계적인 설명에서 체세포 게놈 편집은 그 중 많은 부분이 될 것입니다,"라고 현재 이 기술의 안전을 조사하는 컨소시엄의 일원이 된 위스콘신-매디슨 대학의 생명공학자인 크리샤누 사하는 말합니다. "제 말은, 이제 확실히 그렇습니다. 재판이 어디에 있고, 투자가 어디에 있는지 살펴보면요."

 

 이 방법은 수정란이나 페트리 접시의 초기 배아일 때 사람의 게놈을 바꾸는 것이 아니라, 눈과 같은 특정 장기들들의 세포를 일반적인 세포로 바꾸는 것입니다. 이는 새로 이식받은 장기들이 다음 세대로 전파가 불가능 하다는 것을 의미합니다. 하지만 이 방법도 유전자 편집 기술과 마찬가지로 그리 간단하지 않습니다. 

 

"그러므로 우리가 해마의 뉴런을 공략하기 위해 게놈 편집기를 뇌에 주입하고 있다고 가정해 봅시다."라고 사하가 말합니다. "우리는 어떻게 이 게놈 편집자들이 생식 기관으로 이동하지 않고 정자나 난자를 거치게 할 수 있을까요? 그러면 그 개인은 잠재적으로 자녀에게 그 개정 내용을 전달할 수 있습니다."

 

 현재로서는 이것이 얼마나 가능성이 있는지 일인지 확인하기 어렵지만, 사하는 10여 년 동안 이러한 치료법이 훨씬 더 보편적으로 널리 이용될 것이라 보고 있기 때문에 신중하게 검토하고 있다고 설명합니다. 작년의 이 기술에 대한 획기적인 임상 실험의 일환으로 처음으로 인간에 주입할 수 있었습니다. 

 

 만약 생식 세포가 결국 바뀌게 된다면, "확실히, 우리는 잠재적으로 매우 문제가 될 수 있는 새로운 유전자 변형을 가진 개인을 갖게 될 것입니다."라고 사하는 말합니다. 사하는 자신에게는 더 낙관적인 동료들도 있지만, 위험을 0으로 낮추는 것은 불가능하다고 생각하는 동료들이 있다고 말합니다.

실패한 실험

하지만 먼저 유전자 편집된 중국 여아들로 화재를 돌리서 무분별한 유전자 변형은 무엇이 잘못될 수 있는가에 대한 마스터 클래스입니다.

Jiankui는 그들에게 약 1%의 북유럽인들에게 자연스럽게 존재하는 CCR5의 버전을 제공하는 것을 목표로 했습니다 – 동아시아인들은 다른 유형을 가지고 다니는 경향이 있습니다. 이 희귀한 변종에는 32쌍의 문자(또는 염기쌍)의 유전 코드가 없습니다. 그래서, 그것이 만드는 단백질은 보통 백혈구 표면에 있는 반면, 이 돌연변이를 가진 사람들은 잘 도달하지 못하는 스턴트 타입을 만듭니다. 이 특이한 무리들이 HIV에 노출되면, 바이러스는 CCR5에 달라붙지 못하고 안으로 몰래 들어갈 수 없게 되고 결과적으로 면역이 됩니다.

이것이 목표였습니다. 하지만 이런 방식으로는 성공하지 못했습니다.

대신 룰라와 나나 모두 완전히 새로운 CCR5 유전자를 지니고 있습니다. 여느 때처럼, 각각의 아기들은 두 개의 유전자 복사본을 가지고 있습니다. 하나는 각각의 부모로부터 물려받았습니다. 하지만 그것들은 균일하게 편집되지는 않았습니다. 나나는 실수로 한 개의 추가 베이스 쌍을 추가했고, 네 개는 다른 하나에서 삭제했습니다. 한편, Lulu는 완전히 변경되지 않은 버전뿐만 아니라 실수로 15개의 기본 쌍이 삭제된 복사본을 상속했습니다.

"우리는 이전에 이러한 CCR5 단백질을 본 적이 없고 인간의 맥락에서 그 기능을 알지 못합니다."라고 Saha는 말합니다. "…우리는 지금 기본적으로 그 실험을 하고 있습니다."

 

현재, 대부분의 유전자 편집은 2012년 노벨상을 수상한 과학자 에마뉘엘 샤펜티어와 제니퍼 아 더드나가 처음으로 개발한 유전자 가위인 "크리스프르"를 포함합니다. 이 기술은 많은 수의 박테리아에서 발견되는 일종의 고대 면역 체계에 의존합니다. 그들이 잠재적인 바이러스 위협에 직면했을 때, 그들은 DNA의 일부를 복사하여 자신의 게놈에 붙이고, 그것을 사용하여 정확한 염기서열을 알아낼 수 있는 가위 한 쌍을 개발합니다. 만약 그들이 그것을 다시 만난다면, 그들은 간단히 그것을 낚아채서 비활성화합니다.

이것은 인간 세포를 편집하는 과정과 거의 같은 과정입니다 – 과학자들은 크리스퍼 시스템이 어떤 유전자를 정확하게 겨냥하고 원하지 않는 부분을 잘라낼 수 있도록 하기 위해 가이드 시퀀스를 사용합니다. 세포 자체의 수리 시스템이 그 틈새를 수습하여 깔끔하게 변형된 게놈을 남깁니다.

하지만, 이것이 항상 계획으로 가는 것은 아니다. 편집된 중국 아기들과 뒤섞인 현상은 소위 "타깃을 벗어난 효과" 때문에 일어났습니다. 크리스퍼 시스템은 잘랐어야 했던 것과 비슷하게 생긴 염기서열과 결합되어 있었습니다. 일반적인 문제입니다. 최근 한 연구에 따르면 편집으로 인해 의도하지 않은 변경이 발생하는 경우가 절반 이상이라고 합니다.

나나의 두 CCR5 유전자가 HIV로부터 그녀를 보호할 수 있을 만큼 충분히 교란되었다고 생각되지만, 루루의 자연 복제는 결국 나나가 여전히 감염되기 쉽다는 것을 의미합니다.

그 실험이 새로운 돌연변이를 발명하는 것으로 끝났을 뿐만 아니라, 모든 세포를 변화시키지도 않았습니다. 루루와 나나 둘 다 편집된 몇몇 세포들이 있고, 어떤 세포들은 그들의 부모로부터 물려받은 CCR5의 버전을 가지고 있습니다. HIV를 보호하기 위해 인체의 몇 퍼센트가 저항성으로 전환되어야 하는지 아무도 모릅니다.

이러한 "모자이즘"은 단지 하나의 세포로 구성된 갓 수정 된 달걀을 바꾸는 것보다 배아를 편집하는 것이 더 쉽다는 사실에서 비롯됩니다. 이것은 모든 배아가 반드시 수정에 의해 균일하게 영향을 받는 것은 아니라는 것을 의미합니다 – 어떤 세포는 원래의 유전자 구성을 유지하는 반면, 어떤 세포는 바뀔 것입니다. 이 원래 동종이 분열되고 다른 장기와 조직으로 발전하면서, 이러한 변화는 여전히 남아있습니다. 그래서 만약 여러분이 네 개의 시작 세포가 있다면, 그 중 하나는 돌연변이 CCR5가 주어졌을 때, 그것은 신체 세포의 25%로 끝날 수도 있습니다.

 

2018년, CCR5는 대부분 HIV 바이러스를 세포에 주입하는 능력으로 알려져 있습니다. 오늘날, 뇌 발달, 뇌졸중으로부터의 회복, 알츠하이머병, 특정 암의 확산, 다른 병원체 감염의 결과 등 다양한 기능을 가지고 있다는 공감대가 부상하고 있습니다.

"우리는 아기들의 삶이 어떻게 영향을 받을지 모릅니다,"라고 사하는 말합니다. "우리는 아기들이 다양한 종류의 전염병에 얼마나 취약할 지, 그리고 이것이 현재와 미래의 유행병의 측면에서 무엇을 의미하는지 모릅니다." 실제로, 전형적인 CCR5 단백질은 말라리아, 웨스트 나일 바이러스, 진드기 매개 뇌염 바이러스, 황열, 그리고 독감과 같은 호흡기 바이러스와 같은 다양한 병원체로부터 보호하는 것으로 생각되는데, 이는 지안쿠이가 그의 실험 대상자들에게 유용한 적응을 빼앗았을지도 모른다는 것을 암시합니다.

잠재적 해결책

하지만 모든 것이 나쁜 소식은 아니다.

첫째로, 체세포 편집이 반드시 생식세포를 변화시킬지는 확실하지 않습니다. 그것은 단지 이론적인 가능성일 뿐입니다. 이것이 실제로 일어나고 있는지 알아보기 위해, 사하와 그의 팀은 실험용 쥐에서 리포터 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 변경된 세포에 형광 적색 단백질을 부착하고 현미경 아래에서 발견하도록 합니다. 이것은 예를 들어 뇌를 위한 편집기를 쥐에 주입하는 것이 정자나 난자에 영향을 미칠 수 있는지를 시각적으로 볼 수 있다는 것을 의미합니다. "우리는 뇌에서 많은 적혈구를 보아왔습니다," 사하가 말합니다. "지금까지 우리는 생식기관에서 어떤 것도 보지 못했습니다. 이것은 좋은 안정감을 주는 결과입니다."

둘째로, 모든 체적 편집이 몸 안에서 일어날 필요는 없습니다. 겸상적혈구 질환과 같은 일부 장애의 경우, 감염된 조직 - 이 경우 적혈구는 페트리 접시에서 체외로 추출하여 치료할 수 있습니다. 이는 편집자가 대상이 되는 세포와 마주칠 뿐이고, 변이가 세대를 거쳐 전해질 위험이 거의 없다는 것을 의미합니다.

마지막으로, 잠재적 위험이 있는 경우 이를 제한하기 위해 누가 체세포 편집을 제공하는지를 지시하게 될 수 있습니다. 예를 들어, 만약 사람의 유전적 DNA를 바꿀 가능성이 있다는 것이 밝혀지면, 그들은 출산 연령이 지났거나 수명이 다한 환자들에게만 제공될 수 있습니다.

"어떤 경우에는 0이 클리닉에 들어가는 데 필요한 문턱이 아닐 수도 있습니다."라고 Saha는 말하며, 삶의 질을 향상시키기 위해 아이를 갖는 것을 기꺼이 희생할 수 있는 많은 사람들이 있을 것이라고 설명합니다. 그는 앞으로의 방법이 환자들이 그러한 절차에 동의하기 전에 위험에 대해 잘 알고 있는지 확인하는 것이라고 믿고 있습니다.

세대간의 실험 

하지만 우리가 인간 유전자 풀에서 인위적인 실수를 하게 된다고 가정해 보죠. 정확히 얼마나 영구적일 수 있을까요? 미래의 인간들이 붉은 초거성 안타레스가 보름달처럼 밝은 초신성으로 폭발하는 것을 보고 있기 때문에, 오늘날 창조된 새로운 돌연변이가 10,000년 동안 여전히 씻겨질 수 있을까요?

 

지앙쿠이 프로젝트의 시사점에 대해 책을 쓴 그린리에 따르면, 그 답은 편집이 무엇을 하고 어떻게 계승되느냐에 달려 있다고 합니다. "그들은 그냥 멸종되거나, 정상적인 알류미와 정상적인 유전적 변이의 넓은 바다에 의해 압도당할 수도 있습니다,"라고 그는 말합니다. "어떤 사람들은 만약 여러분이 변화를 만든다면, 결국 모든 인간이 그 변화를 떠맡게 될 것이라는 두려움을 가지고 있습니다. 변화가 엄청나게, 엄청나게 도움이 되지 않는 한 그건 정말 가능성이 적습니다."

물론 후자는 가능성이 있습니다. DNA가 정자나 난자 세포로 포장될 때 편집상의 실수나 자연적 오류를 통해 돌연변이가 발생하든, 때때로 돌연변이가 유용합니다. 일부 전문가들은 CCR5 아기들이 부주의로 뇌를 강화했을 수도 있다고 제안하기도 했습니다.

 

이 논쟁은 대부분의 인간이 물려받은 유전자의 거친 버전 – 아기들이 가졌을 - 실제로 뇌의 "신경유연성" 즉, 스스로 성장하고 재편성하는 능력을 억제하는 연구로부터 비롯됩니다. 어떤 연구들은 정상적인 CCR5가 부족한 사람들은 뇌졸중으로부터 더 빨리 회복될 수 있고 그들은 학교에서 더 잘 한다고 보도되는 반면, 이 유전자의 기능적 버전이 없는 쥐들은 더 나은 기억력을 가지고 있다는 것을 보여주었습니다.

하지만, 희귀한 돌연변이가 유용하든 그렇지 않든 널리 퍼질 수 있는 상황들이 있습니다.

헌팅턴의 병, 즉 뇌가 점차 정상으로 활동하지 못하게 하고 결국 죽음을 초래하는 비참한 상태를 가져보십시오. 유전 질환은 유전자의 건강한 사본이 하나 있다고 해도 여전히 유전자가 발병한다는 점에서 흔치 않은 일입니다. 즉, 결국 유전자가 소멸될 것으로 예상할 수 있다는 뜻입니다.

하지만, 실제로 카리브 해의 광활하고 고대 입구인 베네수엘라 북서부의 마라카이보 호수에는 세계 어느 곳보다 이 병에 걸린 사람들의 집중도가 높습니다. 그 지역의 공동체는 대부분 작은 어촌 마을들입니다. 그리고 그 질병의 발병률이 전 세계 37,000명 중 1명 정도인 반면, 여기 일부 마을 주민들의 50% 이상이 그 질병에 걸릴 위험에 처해 있을 수 있습니다. 이것이 일어났다고 생각되는 이유는 두 가지가 있습니다.

하나는 헌팅턴병이 일반적으로 40세 전후로 대부분의 사람들이 아이를 갖는 나이 이후에 나타나는 현상입니다. 결과적으로, 이 병은 진화에는 거의 보이지 않습니다. 진화는 유기체가 생식의 나이까지 생존했는지에 대해 주로 관심을 갖습니다.

두 번째는 창립자 효과로, 초기 공동체 구성원인 "창조자"의 특이한 유전자가 그렇지 않은 것보다 더 널리 전파되도록 함으로써 소수의 개체에서 유전자의 분포를 왜곡시킵니다. 마라카이보 호수에 있는 헌팅턴의 집은 19세기 초 유럽에서 기슭의 마을로 이주한 마리아 콘셉시온 소토라는 단 한 명의 여성으로부터 시작되었다고 여겨집니다. 그녀는 2004년 현재 14,761명 이상의 살아있는 사람들을 포함하는 10대 이상의 후손들에게 물려준 치명적인 열성 돌연변이의 매개자였습니다.

나나나 루루가 고립된 섬처럼 이민이 적은 지역으로 이주하거나, 결혼간 규칙을 엄격히 정한 종교 단체에 가입한다면, 그들의 돌연변이가 그 지역사회에서 비교적 높은 유행을 만들어낼 수 있을 것입니다. 그들이 살고 있다고 생각되는 중국에서는, 현재 내부 이동률이 높기 때문에, 유전자가 내재될 가능성은 아마 더 적습니다.

또 다른 가능성은 유전자의 실수가 유전체에서 매우 유익한 특성 옆에 위치하여 함께 유전될 것이라는 것입니다. 즉, 중립적이거나 해로운 돌연변이가 그들이 마땅히 받아야 할 것보다 더 높은 유병률로 되돌아갈 수 있도록 하는 상황입니다.

하지만, 사하는 유전적 오류의 분포에서 어떤 패턴이 실현되려면 많은 세대가 걸릴 수 있다고 지적합니다. "지금 여러분은 임상실험에서 익숙했던 것처럼 몇 년이 아니라 수백 년에 걸쳐 일어나고 있는 실험에 대해 이야기하고 있습니다."라고 그는 말합니다. "저는 그 기간 동안 우리가 했던 또 다른 유형의 실험을 생각하려고 합니다. 기후 변화만이 떠오르는 것입니다. 이것은 우리가 함께 생각해 보아야 할 매우 큰 문제입니다."

분명한 해결책은 있습니다 – 비록 편집된 인간이 그것에 동의한다는 보장은 없지만, 그것은 생식 세포가 편집되었다는 것을 인지하는 사람에게 달려 있습니다. 신체 다른 곳에서 나타나는 질병으로 체세포 편집을 거친 사람들에게는 그렇지 않을 수도 있습니다.

어떤 인공 돌연변이가 전파되도록 놔두는 대신, 애초에 인공 돌연변이를 만드는 데 사용했던 것과 같은 기술을 사용하여 간단히 수정 할 수 있었습니다. "저는 그것이 진짜 가능성이라고 생각합니다,"라고 Gree는 말합니다. "아니면 [루루처럼 한 사람이 건강한 복사본을 가지고 있다면] 그들의 자손들이 변형된 버전을 얻지 못하도록 하기 위해서 여러분은 배아 선택을 사용할 수 있어야 합니다."

 

현재 환경에 존재하는 특정 유전자의 기능에 대해 우리가 아는 것이 얼마나 적은지를 감안할 때, 사하는 우리가 잠재적으로 천 년을 뒤흔드는 변화를 할 때 각별히 주의해야 한다고 믿고 있습니다. "저는 매일 놀라고 있지만, 유전자가 얼마나 많은 다른 기능을 가지고 있는지 – 저는 특정한 유전자 변형 변이가 인간 세포에서 할 수 있는 모든 것을 알고 있다는 점에서 가능한 한 겸손해지려고 노력합니다,"라고 그는 말합니다. "이 유전자들은 더 오래는 아니더라도 수천 년 동안 우리의 게놈에 관여해 온 유전자들이기 때문에 앞으로 수백 년 동안 다양한 맥락에서 인간들에게 어떻게 기능할 것인지 아는 것은 정말 어려운 일입니다."

편집이 윤리적인지를 결정하기 위해, 우리는 먼저 편집이 어떤 미래 세계에 머물러 있을 수 있는지를 이해해야 할 것입니다.