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[IT뉴스][사이언스스코프]생명의 암호 읽던 인간… 이젠 유전자를 '디자인'한다

온카뱅크관리자

2026-08-03 06:37:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> CRISPR·합성배아·오가노이드 혁명… '치료' 넘어 생명 '설계'의 시대로 영화 '가타카' 현실로… "기술 가능해도 윤리적 합의 없인 위험" 
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 1997년 개봉한 영화 '가타카(Gattaca)'는 태어나기 전 유전자를 골라 아이의 운명을 설계하는 미래를 그렸다. 심장병 위험과 기대수명, 지능과 신체 능력까지 유전자 정보로 예측하고 부모가 더 건강한 아이를 선택하는 사회다. 당시에는 지나친 공상과학(SF)이라는 평가가 적지 않았다.
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 그러나 30년이 지난 지금 영화 속 상상은 조금씩 현실의 영역으로 들어오고 있다. 크리스퍼 유전자 가위 기술(CRISPR)은 환자의 유전병을 치료하는 단계에 들어섰고, 줄기세포로 초기 인간 배아의 발달 과정을 구현하는 배아 모델과 사람의 장기를 닮은 조직을 만드는 오가노이드 기술도 빠르게 발전하고 있다. 영화가 던졌던 질문은 더 이상 허구가 아니다.
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 <img alt="AI 생성 이미지." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/akn/20260803063129216kbiu.png" data-org-width="745" dmcf-mid="HXb1DJiPaZ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/akn/20260803063129216kbiu.png" width="658">
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 AI 생성 이미지.
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 생명과학은 거대한 전환점을 맞고 있다. 생명의 원리를 이해하고 질병을 치료하는 데 머물렀던 과학은 이제 유전자를 고치고 생명의 일부를 구현하는 단계로 나아가고 있다. 의학의 목표도 병이 생긴 뒤 치료하는 데서 질병이 발생하기 전에 원인을 찾아 개입하는 방향으로 이동하고 있다.
 이대희 한국생명공학연구원 합성생물학연구센터장은 "지난 20여 년 생명과학의 핵심 동력이 유전체를 해독하고 관찰하는 '읽기'였다면 지금은 무게중심이 '쓰기'와 '설계'로 옮겨가고 있다"며 "이는 담론에 그치는 것이 아니라 매일의 실험 방식 자체가 바뀌는 실질적 변화"라고 말했다.
 그렇다면 과학은 지금 어디까지 와 있을까.
 유전자를 고쳐 생명의 설계도에 손을 대다
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 2003년 인간게놈프로젝트(Human Genome Project)가 마무리되면서 과학은 인간 DNA에 담긴 유전정보를 대부분 읽어냈다. 생명의 암호를 해독해 질병의 원인을 찾는 '읽는 생명과학'의 시대였다.
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 불과 10년 뒤 생명과학은 다시 전환점을 맞았다. 2012년 등장한 크리스퍼 유전자 가위 기술은 원하는 위치의 DNA를 잘라내고 교정할 수 있는 길을 열었다. 이후 염기 하나만 정밀하게 교체하는 염기교정 기술(Base Editing), DNA 이중가닥을 완전히 자르지 않고 원하는 유전정보를 써넣는 프라임교정 기술(Prime Editing)이 개발되며 정확도와 활용 범위도 확대됐다.
 무엇보다 중요한 변화는 이 기술이 실제 병원으로 들어오기 시작했다는 점이다. 영국은 2023년 11월 세계 최초로 크리스퍼 기반 치료제 '카스게비'를 승인했고, 미국도 같은 해 12월 겸상적혈구병 치료제로 허가했다. 환자의 혈액 줄기세포를 몸 밖으로 꺼내 유전자를 교정한 뒤 다시 주입하는 방식이다.
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 겸상적혈구병은 적혈구가 낫처럼 변형돼 혈관을 막고 극심한 통증을 일으키는 유전질환이다. 유전자 교정 치료는 환자의 세포를 바꿔 정상적인 혈액이 만들어지도록 유도한다. 평생 증상을 관리하던 의학이 질병의 유전적 원인에 직접 개입하기 시작한 것이다.
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 <img alt="시험관아기 시술에 사용되는 세포질내 정자 주입술(ICSI). 미세 주입기를 이용해 정자를 난자 안에 직접 주입하는 모습이다. Ekem/Wikimedia Commons(Public Domain) 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/akn/20260803063131785kqpo.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="Z5HqSckLoH" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/akn/20260803063131785kqpo.jpg" width="658">
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 시험관아기 시술에 사용되는 세포질내 정자 주입술(ICSI). 미세 주입기를 이용해 정자를 난자 안에 직접 주입하는 모습이다. Ekem/Wikimedia Commons(Public Domain) 제공
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 크리스퍼 기술을 개발한 제니퍼 다우드나 미국 UC버클리 교수는 "이 논의의 목적은 과학을 대중에게 설명하는 데 그치지 않고, 책임 있는 방식으로 나아갈 길을 깊이 생각하는 데 있다"며 "의도한 유전자 변화가 세포와 배아의 기능에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 수십 년의 연구가 필요할 수 있다"고 경고했다.
 향후 과제는 몸 안에서 유전자를 직접 고치는 '체내 교정' 기술과 치료 대상 질환의 확대다. 환자의 세포를 몸 밖에서 교정하는 방식은 혈액질환에는 적용하기 쉽지만, 뇌나 심장처럼 세포를 꺼내기 어려운 장기에는 한계가 있다. 유전자 가위를 원하는 장기에 정확히 전달하는 기술이 임상 확산의 관건인 이유다. 유전자가 바뀔 가능성과 장기적 부작용, 고가의 치료비와 접근성 문제도 풀어야 한다.
 생명의 일부를 만들다…배아에서 장기까지
 최근 생명과학은 유전정보를 고치는 것을 넘어 생명의 발달 과정과 장기의 일부를 시험관에서 구현하는 단계로 들어서고 있다. 대표적 사례가 줄기세포 기반 배아 모델, 이른바 합성배아다.
 2023년 이스라엘 와이즈만과학연구소 야코프 한나 교수 연구진은 정자와 난자 없이 줄기세포만으로 수정 후 14일에 해당하는 초기 인간 배아 유사 모델을 만들었다. 사람으로 성장할 수 있는 실제 배아는 아니며, 착상과 배아 발달 초기의 '블랙박스'를 살펴보기 위한 연구 도구다. 반복 유산이나 선천성 질환의 원인을 찾을 열쇠인 셈이다.
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 한나 교수는 "배아는 스스로 움직이는 체계로, 적절한 세포를 제공해 내부에 담긴 잠재력이 발현되도록 하는 것"이라고 설명했다. 배아 발달이 세포 안의 정보와 세포 간 상호작용에 따라 스스로 조직되는 현상이라는 의미다.
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 시험관에서 사람 장기를 닮은 구조를 만드는 오가노이드(organoid)도 같은 흐름이다. 줄기세포를 배양해 만든 오가노이드는 뇌·간·신장 등의 구조와 기능을 일부 재현한다. 암 환자의 세포로 종양 오가노이드를 만든 뒤 여러 항암제를 투여해 가장 효과적인 약을 찾는 연구가 대표적이다.
 오가노이드 연구를 개척한 한스 클레버스 네덜란드 위트레흐트대 교수는 "오가노이드는 이제 신약 후보물질을 시험하고 환자별 치료법을 찾는 맞춤의료 분야로 이동하고 있다"고 전망했다.
 오가노이드는 동물실험을 보완해 신약 개발의 성공률을 높일 수 있다. 환자의 세포로 만든 조직에서 약효와 독성을 미리 확인하면 시행착오를 줄일 수 있다. 다만 혈관과 신경계, 면역체계가 충분히 구현되지 않아 곧바로 이식용 인공장기가 되기는 어렵다. 두 기술 모두 당장의 임상혁명보다 질병과 인간 발생을 이해할 연구 도구로 먼저 자리 잡고 있다.
 치료를 넘어 '설계'로…바뀌는 의학의 목표
 이 같은 변화는 의학이 질병을 바라보는 패러다임이 달라졌음을 뜻한다. 20세기 의학이 암세포를 제거하거나 손상된 장기를 회복시키는 사후 치료에 무게를 뒀다면, 이제는 질병의 원인을 미리 찾아 제거하거나 발병 과정에 선제적으로 개입하는 방향으로 이동하고 있다.
 유전자 가위는 질병을 일으키는 돌연변이를 직접 교정하고, 배아 모델은 발생 초기 단계에서 질병이 시작되는 순간을 보여주며, 오가노이드는 환자의 세포로 약물 반응을 미리 시험한다. 서로 다른 기술이지만 질병이 만들어지는 과정에 앞서 개입한다는 공통점이 있다.
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 특히 합성생물학과 인공지능(AI)의 결합은 이를 가속한다. 컴퓨터로 유전자 회로나 단백질을 설계하고, DNA를 합성해 세포에 구현한 뒤 AI로 데이터를 분석해 설계를 개선하는 방식이다. 자연의 생명현상을 관찰하는 데서 원하는 기능을 가진 세포와 생명 시스템을 만드는 방향으로 연구가 이동하고 있다.
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 <img alt="줄기세포를 이용해 만든 다양한 인간 배아 모델. 정자와 난자의 수정 없이 초기 인간 배아의 발달 과정을 구현한 연구 모델로, 착상과 반복 유산, 선천성 질환의 원인을 연구하는 데 활용된다. 실제 인간으로 성장할 수 있는 배아는 아니다. Monash University/Nature 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/akn/20260803063134323kogn.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="15ErQzqFNY" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/03/akn/20260803063134323kogn.jpg" width="658">
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 줄기세포를 이용해 만든 다양한 인간 배아 모델. 정자와 난자의 수정 없이 초기 인간 배아의 발달 과정을 구현한 연구 모델로, 착상과 반복 유산, 선천성 질환의 원인을 연구하는 데 활용된다. 실제 인간으로 성장할 수 있는 배아는 아니다. Monash University/Nature 제공
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 과거에는 연구자가 하나의 유전자를 바꾸고 결과를 기다렸다면, 이제는 수많은 설계를 동시에 만들고 자동화 실험과 AI 분석으로 더 나은 결과를 찾아낸다.
 물론 생명을 설계한다는 것이 외모나 지능을 마음대로 조작할 수 있다는 뜻은 아니다. 복잡한 형질은 수많은 유전자와 환경의 상호작용으로 결정되며, 현재 연구의 중심도 치명적 유전질환 치료에 있다. 다만 정상 기능 회복을 위한 '치료'와 능력을 높이는 '향상'의 경계를 어디에 둘 것인가라는 질문은 피할 수 없다.
 '할 수 있다'가 '해도 된다'는 아니다
 2018년 중국 과학자 허젠쿠이가 크리스퍼 기술로 인간 배아 유전자를 편집해 쌍둥이를 태어나게 했을 때, 과학계는 환호 대신 거센 비판을 보냈다. 안전성이 검증되지 않은 상태에서 다음 세대로 유전되는 생식세포 편집을 강행했기 때문이다. 결국 그는 법원에서 실형을 선고받았다.
 세계보건기구(WHO)는 "현시점에서 인간 생식세포 유전체 편집의 임상 적용은 무책임하다"며 금지를 권고했다. 배아를 수정 후 14일까지만 배양하도록 한 '14일 규칙' 역시 배아 모델 기술이 발전하면서 완화 여부를 둘러싼 논쟁이 다시 불붙고 있다. 14일은 배아에서 몸의 기본 축이 형성되는 '원시선'이 나타나는 시기다. 기술 발전으로 그 경계를 넘을 수 있게 되면서 기존 기준을 유지해야 하는지를 둘러싼 논의가 시작됐다.
 뇌 오가노이드도 새로운 질문을 던진다. 현재의 뇌 오가노이드는 실제 인간의 뇌보다 훨씬 단순하지만, 신경세포의 연결과 반응이 복잡해질수록 언제부터 윤리적 보호 대상이 되는지 미리 논의해야 한다는 목소리가 커지고 있다.
 이 센터장은 "기술적으로 가능한 것과 사회적으로 허용 가능한 것 사이의 경계는 사회적 합의에 따라 조정되는 '움직이는 경계'"라며 "'할 수 있다'가 '해도 된다'를 자동으로 정당화하지 않는다"고 강조했다.
 인간은 어디까지 설계할 것인가
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 21세기 생명과학은 생명의 원리를 이해하는 데서 생명에 직접 개입하고 기능을 설계하는 기술로 확장되고 있다. 인류는 희귀 유전질환 치료와 맞춤형 정밀의료의 길을 열었지만, 동시에 오용의 위험도 끌어안았다.
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 AI로 유전자와 단백질을 설계하는 능력이 커질수록 위험한 병원체 제작 등에 악용될 가능성도 경계해야 한다. DNA 합성 단계에서 위험한 유전정보를 걸러내고 연구 과정에서 오용 가능성을 점검하는 안전장치가 필요한 이유다.
 그렇다고 기술의 발전을 막는 것만이 해답은 아니다. 지나친 규제는 희귀질환 치료와 신약 개발까지 위축시킬 수 있고, 기술의 가능성만 앞세우면 되돌릴 수 없는 결과를 낳을 수 있다.
 필요한 것은 연구의 시작 단계부터 안전과 책임을 함께 설계하는 접근이다. 생명을 설계하는 능력이 커질수록 그 기술을 통제하는 사회적 능력도 함께 커져야 한다.
 영화 '가타카'가 그린 미래는 아직 오지 않았다. 그러나 그 미래를 둘러싼 선택은 이미 시작됐다. 인간은 스스로 만든 기술을 어디까지 사용할 것인가. 
 김종화 기자 justin@asiae.co.kr
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