이달 초 토성의 위성(달) 엔셀라두스가 세계적 화제가 됐다. 이 작은 별 지하에 바다가 있고 그곳에 생명체가 살고 있을지 모른다는 소식 때문이었다. ＜중앙일보 4월 4일자 2면＞

하지만 그 소식이 있기 불과 1주일 전, 외계 생명체 못잖게 놀라운 생명체가 지구에서 태어났다는 소식이 먼저 들려왔다. 바로 사람이 만든 ‘인공 생명체(artificial life)’였다.

미국 뉴욕대 제프 보에크 교수팀은 지난달 이스트(효모)의 3번 염색체를 합성하는 데 성공했다고 밝혔다. 세계적인 과학저널 ‘사이언스(Science)’에 발표한 논문을 통해서다. 효모는 크기가 3~4마이크로미터(㎛, 1㎛=1000분의 1㎜)에 불과한 단세포 생물이다. 염색체가 16개로 사람(46개)에 비해 훨씬 단순하다. 하지만 BBC 등 외국 언론은 “기념비적인 성과”라고 극찬했다. 이유가 뭘까.

연구팀은 자신들이 만든 염색체를 실제 살아 있는 효모에 넣었다. 효모 세포는 분열해 자기복제에 성공했다. 자기복제는 대사(代謝, 영양분을 흡수해 살아가는 데 필요한 물질·에너지를 만들고 남는 것은 배출하는 것)와 함께 생명활동의 대표적인 예로 꼽힌다. 연구팀은 자신들이 만든 것이 단순한 ‘핵산 덩어리’가 아니라 ‘살아 있는 생명체’임을 입증한 것이다.

더구나 연구팀은 효모 염색체를 자연 상태 그대로 만들지 않았다. 완전히 새로 디자인했다. 원래 염색체는 31만6667개의 염기쌍으로 돼 있지만 새 염색체는 27만3871쌍뿐이다. 불필요한 ‘정크(쓰레기) DNA’를 빼버렸기 때문이다. 거꾸로 나중에 염색체를 재조립할 때 손쉽게 DNA를 넣고 뺄 수 있도록 ‘연결 다리’ 역할을 하는 DNA조각(loxP)을 집어넣기도 했다.

현재 세계 각국 연구자들이 효모의 나머지 염색체를 나눠서 만들고 있다. 연구가 끝나면 100% 사람이 만든 ‘인공 효모’가 탄생하게 된다.

‘창조주’가 된 인간

우량 형질을 가진 개체를 교배시켜 품종을 개량하는 것을 육종(育種)이라고 한다. 초록색인 키위 속을 노랗게 만든 골드키위가 대표적인 예다. 요즘은 유전자를 조작해 단시간에 우량종을 만들기도 한다. 오래 저장해도 무르지 않는 토마토, 제초제나 해충에 강한 콩·옥수수 같은 유전자 변형 생물체(LMO, 혹은 GMO)다. 하지만 육종으로 개량된 품종이든 LMO이든 종(種) 자체가 바뀌진 않는다. 반면에 보에크 교수팀 등이 만들고 있는 효모는 유전체(지놈) 자체가 자연 상태와 완전히 다르다. 신(神)이 아닌 인간을 ‘창조주’, 컴퓨터를 ‘부모’로 갖는 새로운 종인 것이다. 이런 인공 생명체를 만드는 학문을 합성생물학(Synthetic Biology)이라고 부른다.

서울대 기초연구원 김훈기 교수는 “육종학으로 만드는 우량종을 1세대 인공생명, LMO를 2세대 인공생명이라고 한다면 합성생물학의 산물은 3세대 인공생명”이라고 규정했다(『합성생명』, 2010년).

인공 생명체를 만드는 방법은 철저히 공학적이다. 이미 기능이 알려져 있는 유전물질을 표준 부품화해 필요에 따라 조립하는 방식이다. 미국 스탠퍼드대 드루 앤디 생물학과 교수가 세운 비영리재단 ‘바이오 브릭(BioBrick)’은 홈페이지를 통해 1500개 이상의 ‘생명 벽돌(바이오 브릭)’ 정보를 무료로 제공하고 있다. 연구자들은 컴퓨터로 이 ‘벽돌’을 조합해 실제 작동하는지 시뮬레이션해 본 뒤 실제 미생물에 집어넣는 실험을 할 수 있다. 장난감 ‘레고’ 놀이와 비슷한 방식이다.

프랑켄슈타인? 관심 없다

사람들은 왜 인공생명체를 만들려고 애쓰는 걸까. 사람이 만든 인공생명체의 대명사는 프랑켄슈타인이다. 하지만 합성생물학자들은 “공상과학소설(SF)에 등장하는 거대 생명체를 만드는 데는 전혀 관심이 없다”고 말한다. 상대적으로 손쉽게 만들 수 있고 경제적 가치가 높은 생명체를 만드는 게 목표라는 것이다. 바로 미생물이다.

가령 효모는 빵·맥주 등을 만드는 데 쓰인다. 세포 속에 비타민·탄백질 등이 풍부해 의약품 제조에도 쓰인다. 대장균은 당뇨병 치료에 쓰이는 인슐린 유전자를 배양하는 원료로 사용된다. 30분 만에 두 배로 증식하는 특성 때문이다. 이처럼 사람에게 필요한 기능만 강화한 미생물을 대량 생산하는 ‘세포 공장(Cell Factory)’을 만드는 게 합성생물학자들의 꿈이다.

2010년 박테리아 유전체를 인공적으로 합성한 미국의 크레그 벤터 박사는 좀 더 원대한 꿈을 밝혔다. 그는 “환경오염 물질을 먹고 대신 수소를 내놓은 인공생명체를 만들겠다”고 말했다. 수소는 연소때 공해물질이 전혀 배출하지 않는다. 하지만 물을 전기분해해 만들기 때문에 현재는 생산단가가 비싸다. 인공 미생물로 수소를 대량 생산할 수 있다면 인류는 에너지 고갈 위기에서 탈출할 수 있다.

한국, 9년간 연 100억원 지원

각국 정부는 최근 합성생물학에 큰 관심을 쏟고 있다. 미국은 2010년 합성생물학을 미래 핵심 과제로 선정했다. 영국은 지난해 6억 파운드(약 1조원)를 합성생물학에 투자하기로 결정했다. 한국도 2011년 ‘지능형 바이오시스템 설계 및 합성 연구단’(단장 김선창 KAIST 생명과학과 교수)에 9년간 연 100억원씩 지원하기로 했다.

하지만 일부 반대 움직임도 있다. 인공생명체가 생태계를 교란하거나 바이오 테러에 악용될 수 있다는 우려 때문이다. 한국생명공학연구원 이승구 바이오화학연구센터장은 이에 대해 “생태계 교란 위험은 LMO와 같이 외부 환경에 직접 노출되는 걸 막으면 낮출 수 있다”고 주장했다. 바이오 테러 우려에 대해선 “무기로 쓰자면 기존 바이러스 유전자를 조작해 변종을 만드는 편이 훨씬 간단하다”고 일축했다.

김한별 기자

J코드 … 사람 몸 속엔 30억 개 DNA

DNA·유전자·염색체·유전체=DNA는 개체의 형질을 결정하는 물질, 유전자(gene)는 그 가운데 특정한 단백질을 합성하는 DNA 묶음을 가리킨다. 염색체(chromosome)는 세포 핵 속에 들어있는 DNA 집합체로 염기성색소에 염색이 잘돼 염색체란 이름이 붙었다. 유전체(genome)는 유전자와 염색체의 합성어로 모든 유전 정보의 총합을 뜻한다. 사람은 30억 개의 DNA 염기를 갖고 있지만 유전에 관여하는 것은 1%인 3000만 개 정도다. 이들로 구성된 유전자가 3만 개, 염색체는 23쌍(46개)이다.