생명공학, 철학, 논술 등 방통대 생명공학과 인간의 미래 요점 정리 9. reproduction 방법의 다양화와 그 함의

9강 reproduction 방법의 다양화와 그 함의

9.1 유성 생식: 체세포 분열과 생식세포 분열

 

지구상의 생명체는 생식 방법에 따라 크게 두 종류로 나뉜다. 무성생식 즉 성별 구분이 없이 세포가 분열하는 것이 곧 생식 방법이 되는 생물체와 암수, 남녀 성별이 있어 각각 다른 성의 생식세포가 만나 개체를 이루는 유성생식을 하는 생물체이다. 다양성은 생명체의 진화와 생존의 중요한 수단 이다. 따라서 무성생식을 하는 경우는 일반적으로 모세포의 유전정보가 그대로 딸세포로 전달되어 유전체의 다양성을 확보하기 위한 다른 방법이 필요하다. 유성생식은 생물 종의 유전정보를 일정 하게 유지하기 위하여 생식세포를 만드는 과정에서 본래 개체가 가지고 있던 유전정보를 반으로 나누는 보통 감수분열이라고 알려진 meiosis 를 수행한다. 이 과정에서 양쪽 부모로부터 받았던 유전정보의 재조합이 일어나 부모로 받은 유전정보의 pool 이 섞여 매우 다양한 유전정보를 갖는 정자와 난자를 형성하게 된다. 그러나 한편 이 과정은 유전정보인 DNA 를 random 하게 잘랐다 붙이는 복잡하고 위험한 과정이기도 하다. 유성생식의 장점은 자손의 유전체의 다양성을 확보하는데 매우 유용하다는 것이다. 이렇게 만들어진 인간을 만드는 유전정보의 한 셋트를 갖는 생식세포인 정자와 난자가 만나 유전정보 두 셋트를 갖는 (인간의 염색체는 모두 23 개인데 우리는 부모로부

터 받은 두 셋트 즉 각 염색체를 쌍으로 46 개 가지고 있다) 수정란을 형성한다. 수정란은 이후 무성생식 방법이기도 한 세포분열을 거듭해 많은 세포를 갖는 다세포 생물체를 형성한다.

 

 

 

 

9.2 수정, 인간의 초기 발생과 줄기세포

 

반쪽의 유전정보를 갖는 정자와 난자가 만나 수정이 되면 완전한 유전정보의 수정란이 되고 초기에 왕성하게 세포분열이 일어나 세포의 개수를 늘이게 된다. 궁극적으로 우리는 수정란이라는 하나의 세포에서 시작하여 10-100 조 개의 세포 수를 갖는 개체가 된다. 세포의 수가 일정하게 늘어나면 보통 gastrulation 이라고 불리는 세포들의 극심한 움직임이 시작된다. 세포들이 이동하면서 크게 앞으로 개체의 겉부분인 표피와 신경이 될 외배엽과 안의 내장 이 될 내배엽 그리고 그 중간이 될 부분인 근육, 뼈, 혈액순환계 등의 중배엽으로 나뉘게 된다. 그리고 이들이 점차적으로 그 위치에 맞는 조직과 기관을 만들어 개체의 발생을 완성한다. 수정 후 초기 분열하는 단계의 배아의 각 세포는 모두 하나의 개체를 완벽하게 만들 수 있는 능력을 가지고 있다. 그래서 이 단계에서 세포가 우연히 나뉘게 되면 유전정보가 동일한 일란성 쌍생아가 출생한다. 이 단계에 각 세포를 인위적으로 모두 나누어 여러 대리모에게 착상시키면 동일한 유전정보의 개체를 여러 명 만들어 낼 수 있다. 그래서 이 단계의 세포를 개체를 세포 하나로 개체를 완벽하게 만들어 낼 수 있다는 뜻으로 전지전능배아 줄기세포 (totipotent stem cell)라 부른다. 그러나 초기발생이 진행되어 앞에서 언급

한 gastrulation 이 진행되면 세포의 가능성은 축소되기 시작한다. 따라서 생명체가 발생하는 과정은 단지 세포의 수만 늘어나는 과정이 아니고 세포의 가능성이 축소되면서 특정기능의 세포로 분화하는 과정이다. 각 세포가 보유하고 있는 유전정보는 모두 같지만 세포의 기능이 분화되기 시작하면 세포는 자신의 기능에 한정된 유전정보만을 사용하여 기능을 수행한다. 이렇게 세포 유전체의 사용이 한정되는 과정은 DNA 의 어느 부분이 어떻게 팩킹되는가가 중요한 조절 기능을 수행한다고 알려지고 있다.

우리 몸을 구성하고 있는 세포는 크게 두 종류가 있다. 한 종류는 줄기세포이고 다른한 종류는 그냥 일반 체세포이다. 줄기세포의 특징은 계속 분열하여 자기 복제를하면서 세포를 계속 만들어 낼 수 있다는 것이다. 반면 일반 체세포는 분화가 끝난 후 특정 기능을 수행하다 일정한 기간이 지나면 사멸한다. 우리 몸이 다 만들어 진 후에도 우리 몸을 구성하는 세포들은 계속 새 세포로 바뀌고 있다. 예로 이번 주 목욕탕에 가 때를 밀어도 다음 주에 가면 다시 때가 나온다. 때는 죽은 세포 인데 그러면 어떻게 계속 새 세포들이 만들어질 수 있을까? 우리 혈액 내 세포들은 모두 40-60 일이면 새세포로 바뀌기 때문에 수혈해도 아무 문제가 없다는 것도 이 이유 때문이다. 수혈을 안 해도 일정 시간이 지나면 세포는 모두 폐기 되어 새 세포로 바뀐다. 그 이유는 우리 몸의 각 조직과 기관이 줄기세포를 가지고 있기 때문이다. 백혈병 환자들에게 골수 이식을 하는 것은 골수에 혈액 세포를 만들어 낼 수 있는 혈액줄기세포가 존재하기 때문이다. 이러한 이미 발생을 끝내고 성체가 된 개체의 각 조직이나 기관에 존재하는 줄기 세포를 성체줄기세포라고 부른다. 배아줄기세포건 성체줄기세포건 모두 줄기세포이므로 계속 분열하여 세포를 새로 만들어 낼 수 있는 특징을 갖는다. 단지 배아줄기세포는 인체를 구성하는 모든 세포를 만들어 낼 수 있는 능력이 있고 성체줄기세포는 혈액이면 혈액, 피부면 피부 등 이미 분화한 특정 기능의 세포만을 만들어 낼 수 있다는 차이점을 갖는다. 배아 줄기세포가 만능이지만 생성하는데 꼭 난자가 필요한 반면 성체줄기세포는 개체에서 얻을 수 있으므로 윤리문제에 있어 더 자유롭다.

 

9.3 줄기세포 이용의 명암과 현재 기술의 한계

 

황우석 박사의 연구가 한창 우리나라에서 주가를 올릴 때 신문에는 배아줄기

세포로부터 간, 심장, 신경, 등 모든 조직이 만들어지는 그림들을 쉽게 볼 수 있었다.

우리 몸은 200 여종의 다른 기능의 세포로 구성돼 있다. 배아줄기세포가 우리에게 희망인 이유는 200 여종 모든 세포로 분화할 수 있는 능력을 갖고 있기 때문이다. 그래서 앞에서 언급한 것처럼 ‘전능 줄기세포’라고도 불린다. 이 세포를 손상된 신체 부위에 이식하면 그 조직의 세포로 분화할 수 있다. 예를 들어 노화나 사고로 뇌 신경세포가 손상돼 기능을 잃었을 때 그 주위에 배아줄기세포를 이식시켜 새 신경세포로 분화시킬 수 있다면 뇌 기능이 되살아날 수도 있다. 그러나 작년 줄기세포 치료제 분야에서 세계 최고인 미국의 제논’사가 FDA(미국 식품의약국)승인 하에 준비 중이던

척수마비 환자에 대한 배아줄기세포치료제 임상시험을 중단하고 그 치료를 포기한다고 발표했다. 왜 막대한 시장 가능성이 있고 많은 사람들에게 희망을 줄 수 있을 줄기세포 연구의 걸음이 이렇게 더디고 힘들까? 줄기세포의 가능성엔 모든 과학자들이 동의하지만 장밋빛 미래만 있는 게 아니기 때문이다. 줄기세포는 대개 세포증식이 매우 왕성해 이식된 뒤 계속 증식해 종양이나 암을 생성할 가능성이 높다. 인체에 적용하려면 효능과 안전을 입증하는 다단계 임상시험이 필수인데, 생체내 분화를 조절하는 신호전달 물질들의 분자생물학적 환경이 사람마다 달라 이 단계를 밟기 어렵다는 문제도 있다. 또 현재의 생명과학연구 수준은 줄기세포가 몸에 주입 됐을 때 200 여 인간 세포 종 중 어떤 세포로 분화할지 예측하고 조절할 수 있는 능력을 갖고 있지 않다. 살아있는 줄기세포를 직접 주입하는 과정에서 바이러스나 병원체에 감염되지 않게 막는 것도 쉽지 않다. 이런 문제들이 줄기세포 연구와 이를 치료제로 개발하는데 걸림돌이다. 포기할 수는 없지만 이를 해결하기 위해 서는 먼저 어떻게 줄기세포가 분화하고 기능이 결정되는가와 같은 기본적 생명현상에 대한 연구가

선행되어야 하는 것이다. 수정란의 초기 배아에서 얻을 수 있는 배아줄기세포와는 달리 성체줄기 세포는 분화 종료 뒤 조직의 특정 세포만 일관되게 만든다. 앞에서 언급한 대로 우리 몸 대부분 조직은 계속 구성 세포를 재생산할 수 있는 성체줄기세포를 갖고 있다. 성체줄기 세포는 1963 년 캐나다 토론토 대학 혈액학과의 매컬로크 교수와 물리학과 틸 교수의 공동연구로 발견됐다. 두 사람은 방사선을 쪼인 쥐에 골수세포를 주입하여 지라에서 새 세포들이 자라는 것을 확인했다. 이로부터 골수에 새로운 혈액세포들을 만들어 낼 수 있는 줄기세포가 있다는 게 발견됐다. 그때는 배아줄기세포의 존재가 알려지기 전이어서 성체줄기세포를 그냥 줄기세포라 명명했다. 이런 성체줄기세포의 원리를 응용해 골수이식이 가능해졌다. 윤리적인 이유 이외에 최근 성체줄기세포가 각광을 받는 이유는, 이 세포가 배아줄기세포처럼 신체 내 모든 종류의 세포로 분화되지는 않지만 특정 조건 아래 배양하면 원래 성체줄기세포가 만들던 세포가 아닌 다른 세포로 분화시킬 수 있는 가능성이 확인됐기 때문이다. 올해 2012 년 유도만능줄기(iPS) 세포를 만든 공로로 노벨 생리 의학상을 받게 된 야마나카신야(50) 교수의 연구도 유사한 내용이다. 그는 처음으로 성체줄기세포에 특정 단백질을 발현을 조절하여 배아줄기세포와 유사하게 여러 다른 종류의 세포로 분화할수 있는 능력을 갖는 유도만능 줄기세포(induced pluripotent stem cell) 로 변화시킬 수 있다는 것을 밝혔다. 이런 기능을 이용해 현재 지방흡입 등으로 빼낸 뱃살의 지방성체줄기세포를 신경이나 다른 조직 세포로 분화시키는 실험이 진행 중이다. 이런 성체줄기세포는 자기 몸에서 나온 것이어서 면역 거부반응도 없다. 그렇지만 성체줄기세포도 배아줄기세포를 치료에 이용하기 위해 극복 해야 하는, 앞에서 말한 동일한 문제점을 여전히 갖고 있다.

 

9.4 배아줄기세포 연구의 윤리적 문제점

 

배아줄기세포는 두 가지 방법으로 얻을 수 있다. 일반적인 방법은 난자와 정자를 인공적으로 수정 시켜 분열단계에 있는 세포를 얻는 것이다. 현재는 뒤에서 다루게 될 인공수정 후 남은 배아들을 주로 이용한다고 알려져 있다.

또 한 가지 방법은 황우석 박사 등이 사용했던 방법으로 수정을 시키지 않고 핵치환으로 얻는 방법 이다. 즉 난자에서 반쪽 짜리 유전정보를 제거하고 온전한 유전정보를 갖는 생명체의 몸을 구성하는 체세포의 핵을 인위적으로 넣어주고 분열하게 하여 얻는 방법이다. 후자의 방법은 뒤에서도 언급할 체세포 복제 동물을 만드는 방법이기도 한다. 후자의 방법을 이용하는 사람들은 수정을 거치지 않기 때문에 윤리적인 문제에서 자유롭다고 말한다. 그러나 어떤 방법으로 만들어졌건 이 단계의 배아는 대리모의 자궁에 착상되면 완벽한 개체를 만들 수 있는 능력을 가지고 있다. 따라서 수정이나 핵치환이 윤리적 판단의 기준이 되기는 어려워 보인다.

또한 배아줄기세포는 어떤 방법으로 얻게 되건 반드시 난자를 필요로 한다. 한 여성이 평생 만드는 난자의 수는 이미 발생과정에서 정해져 있다. 인간 여성은 평생 200 여개 정도의 난자를 만들 수 있다고 한다. 즉 그 수가 매우 한정되어 있다. 또한 긴 주사를 등쪽에서 난소로 주입해 이루어지는 그 적출과정이 매우 여성에게 고통스럽고 힘든 과정이며 한번에 많은 수의 난자를 뽑아내는 것은 위험한 일이다. 학부 학생이 250 명 본교 학생들을 대상으로 난자추출 방법에 대해 얼마나 알고 있는가에 대해 설문조사를 한 적이 있었는데 대부분 정확한 지식을 가지고 있지 못했다. 황우석

박사의 연구가 정부의 지원으로 급물쌀을 타고 있을 때 나를 가장 경악하게 한 것은 애국심을 빌미로 심지어 고등하교 여학생들에게 난자기증 서명을 받은 것이었다. 그 사건은 나에게는 그때 심지어 일제시대 어린 소녀들이 정신대로 끌려갔던 우리의 끔찍한 과거와 겹쳐졌다. 서명한 그들은 난자 기증이 어떤 방법으로 어떻게 이루어지며 어떤 부작용이 있는 것을 제대로 알고 한 것일까. 배아줄기세포연구가 합법화 되어있는 영국에서도 난자를 자의에 의해 기증할 때도 까다로운 조건이 있다고 한다. 40 세이상, 결혼하고 출산이 끝났으며 더 이상 아이를 출산할 의사가 없고, 등등. 그래서 난자를 사용할 수 밖에 없는 배아줄기세포 연구나 이용은 윤리적 문제에서 자유롭기 어렵다. 앞에서도 언급한 것처럼 배아줄기세포 단계에서는 착상되면 완벽한 개체를 만들 수 있다. 따라서 완벽한 생명체를 만들 수 있는 배아줄기세포를 사용하는 것에 대한 윤리적 논란이 뜨거울 수밖에 없다. 배아줄기세포의 지위에 대해 단순 세포이고 인간에게 유용하므로 사용할 수 있다는 입장과 완벽하게 개체를 만들 수 있으므로 생명체로 취급해야 한다는 입장이 팽팽히 맞서고 있다. 선진국 몇몇 나라와 우리나라 NGO 등은 배아줄기세포에 대해 세포와 생명체의 중간에 해당하는 위치를 부여하자고 제안하고 있으나 중간자의 위치를 부여하여 윤리적으로 어떤 기준을 만들 것인가에 대한 부분은 분명치 않다. 현재 우리나라에서는 gastrulation 이 일어나 외배엽의 원시 척수 신경계가 만들어지는 즈음의 수정 후 14 일을 기준으로 하고 있다. 이전에는 생명체가 아닌 세포로 취급하여 연구나 치료목적에 이용할 수 있다는 것이다. 그러나 원시 척수 신경계로 분화한 세포가 있느냐가 절대적 기준이 될 수 있는가, 수정란에서 성체가 되는 발생과정은 연속선상의 과정으로 임의로 특정 지점으로 기준을 삼을 수 있는가 등의 여러 가지 문제가 존재한다. 또 배아줄기세포 시술이 일반화 된다면 세상에서 누가 난자공여자가 될지는 거의 명약관화이다. 제 3 세계 빈곤여성 이 아닐까? 따라서 배아줄기세포 연구나 시술에 대해 다시 생각해 볼 윤리적 이유가 충분하다고 생각된다.

 

9.5 시험관 아기와 Google baby

 

시험관 아기 (in vitro fertilization)는 정자와 난자의 수정을 체외에서 진행하여 체외에서 초기 분열 이 진행된 배아를 대리모의 자궁에 착상하여 아기가 태어나는 것이다. 시험관 아기 시술은 1978 년 영국의 의사 로버트 에드워드 박사가 처음 시도하여 루이스 브라운이라는 여자아이가 건강하게 출생한 것이 최초이다. 이후 불임부부를 중심으로 사용되기 시작한 기술은 이제 우리나라의 경우 전 출산 중 10% 정도를 차지하는 정도로 일반화되었다. 로버트 에드원드 박사는 그 공로로 2010 년 노벨 생리의학상을 수상했는데 그때 이 시술이 인간이 생식을 인공적으로 조작하는 기술의 시초를 제기했다고 하여 윤리적으로 반대하는 목소리도 높았었다. 시험관 아기 시술 자체가 문제가 아니라 난자와 정자의 제공자, 및 대리모가 각각 실재 부모와 다를 수 있는 문제가 발생한다. 미국에서 동성애 부부들은 각각 난자나 정자와 대리모를 사서 자녀를 얻는 일은 주위에서 쉽게 볼 수 있다. 우리나라에서도 올 봄 할머니가 자궁에 문제가 있는 어머니 대신 대리모로 손녀를 출산하는 사례가 발생해 논란이 되기도 했다. 난자와 정자의 매매가 합법화 되어있는 나라나 나라의 특정 주에서는 어떤 여성의 난자인가에 따라 시장이 형성되고 가격이 매겨지는 것을 볼 수 쉽게 인터넷으로 볼 수 있는 세상이 되었다. 미국에서 아이비리그 대학에 다니는 여학생, 키, 피부 및 머리색, 등에 따라 가치가 형성되고 값이 결정된다. 또 대리모나 인체실험 등의 규제가 거의 없는 인도에서는 빈곤층 에서 자신의 부인을 대리모로 보내고 공장같이 착상부터 출산까지를 관리하는 일종의 병원과 유사 한 사업이 번창하고 있다고 한다. 일명 구글 베이비라고 해서 인공수정은 난자와 정자의 공여자가 있는 나라에서 한 후 냉동시켜 배아를 인도로 보내 대리모에 착상시켜 출산하는 경우를 인터넷에서 쉽게 접할 수 있었다. 즉 인간의 출생에 관련된 과정을 전세계적으로 더 유용하고 비용이 적게 드는 곳에서 아웃소싱하는 세상에 우리가 살게 된 것이다. 또 시험관 아기, 즉 인공수정을 한 경우 초기 배아상태에서는 배아줄기세포를 몇 개 떼어내어도 전체 배아가 발생하는데 아무런 문제도 없다. 따라서 배아에서 떼어낸 세포로 ‘착상 전 유전자 검사’를 통해 배아의 유전자를 검사하여 특정 유전 병의 가능성이 없는 유전적으로 부모가 선호하는 아이를 맞춤으로 만들 수 있다. 부분적으로 부모의 유전정보 pool 중 ‘맞춤아기’가 가능한 것이다. 실재로 미국에서는 첫째 아이가 백혈병으로 골수이식 이 필요한 경우 인공수정과 착상 전 유전자 검사를 통해 첫째에게 골수이식을 할 수 둘째 아이를 출산한 경우가 수 건 있었다. 이런 내용을 소재로 소설과 영화 my sister’s keeper 가 만들어 지기도 했다.

 

9.6 개체 복제

 

복제동물은 이미 우수형질의 동물을 많이 얻어내는 일반적인 방법이 되었고 복제동물의 고기는 이미 2008 년 미국의 FDA 의 승인을 받았다. 많은 영화나 SF 소설의 주제가 되어 온 복제인간 이나 복제 동물은 기술적으로는 모두 앞에서 언급한 난자의 핵치환으로 만들어 질 수 있다. 난자에서 반쪽 짜리 유전정보를 제거하고 온전한 유전정보를 갖는 생명체의 몸을 구성하는 체세포 의 핵을 인위적으로 넣어주거나 난자세포와 fuse 시켜 분열하게 하여 배아를 얻은 후 배아를 대리 모에 착상시켜 얻는 방법이다. 따라서 실제 새끼를 낳는 것은 대리모 이지만 새끼는 유전정보를 제공한, 즉 체세포를 제공한 개체와 동일한 유전정보를 갖게 되어 체세포 공여자의 복제 개체가 된다. 이 방법으로 만들어진 최초의 복제동물은 이번 2012 년 노벨 생리의학상을 수상한 존 거던 박사에 의해 만들어진 복제 개구리이다. 또 포유류로는 최초인 유명한 복제 양 돌리와 우리나라의 영롱이 등이 많은 동물 들이 복제되었다. 물론 아직 인간에 대해 이 기술을 적용한 예는 보고되지 않았다.

 

9.7 우리는 어디로 가고 있는가

 

나는 인간의 생명체에 대한 기술, 특히 유전자 해독기술과 결합 된 생식 기술의 다양화와 그 방법을 접할 때마다 유명한 고갱의 그림 ‘우리는 어디서 왔으며 누구이고 어디로 가는가?’가 생각난다. 이러한 기술을 쉽게 손에 넣은 인류는 도대체 어디로 가고 있는가의 질문을 지울 수 없기 때문이다. 인간의 무병장수에 대한 욕심의 또 다른 표현인 인간이 태어날 아기의 유전자를 선별하는 맞춤 아기의 권리가 인간에게 있는 것인가. 대리모 등에서 단적으로 볼 수 있는 것처럼 인간이 다른 인간 의 행복을 위한 수단으로 사용되는 것이 과연 허용될 수 있는 것인가. 태어나는 한 아이에 대해 난자 및 정자 공여자, 대리모, 의뢰인 등 최대 5 명까지의 인간이 개입된다면 이렇게 태어난 아이의 부모는 누구인가. 등등의 질문이 꼬리를 물게 된다. 구글 베이비가 일반화되는 머지않은 미래에 현재 가정이라는 사회의 가장 기본단위는 어떻게 변화 될까. 내가 느끼는 가장 심각한 문제는 이러한 기술은 지금도 시행되지만 이에 수반되는 사회 시스템의 변화는 이런 기술의 발전을 전혀 수용하고 있지 못한 현실이다. 실재 난자 밀매와 대리모를 이용한 출산이 버젓이 존재하지만 우리사회에는 이에 대한 법적 규정이 전혀 존재하지 않는다. ‘생명 윤리 및 안전에 관한 법률’이 있지만 여기서는 난자, 정자, 및 대리모가 모두 불법이라고만 명시되어 있다. 또 민법 제103 조

(반사회질서의 법률행위) 선량한 풍속 기타 사회질서에 위반한 사항을 내용으로 하는 법률행위는 무효로 한다는 조항이 있을 뿐이다. 두 당사자 모두 법률적인 보호를 받을 수 있는 법적 근거가 없다.