지구상에서 사람을 가장 많이 죽이는 동물은 아이러니하게도 1센티 모기

다. 지구촌은 이미 오래전부터 모기와 전쟁을 치르고 있다. 말라리아다.

매년 40만 명이 죽어나간다. 기원전 324년 인도북방 원정 중에 사망한

알렉산더 대왕도 모기에 물려 죽었다는 설이 유력하다. 과학자들이 큰 칼

을 빼 들었다. 말라리아 모기 자체를 아예 멸종시키겠다는 계획이다. 빌

게이츠 재단이 연구를 직접 지원했다. 그동안 사용했던 방법과 완전히 다

르다. 모기 ‘킬링’ 유전자가 모기 사이에서 스스로 복사되어 퍼져 나간다.

방 안에 감기 걸린 사람이 한 사람 있으면 시간이 지나면 결국 다 감기에

걸리듯 퍼져나간다. ‘유전자 드라이브(Gene Drive)’ 기술이다. 최근 이 기

술로 쥐도 멸종시킬 수 있음이 보고됐다(2019, 네이처). 뉴질랜드 정부는

섬에 침입해서 토종 동물을 죽이는 외래종 쥐를 이 기술로 멸종시킬 계획

이다. 어떤 방법이기에 특정 종을 멸종까지 시킬 수 있나. 이 기술이 한번

야생에 퍼지면 생태계는 영향이 없는 걸까, 잘못된 경우를 대비한 안전장

치는 있는 걸까. 판도라 상자를 여는 것일까.

말라리아모기멸종시키는‘유전자드라이브’기술,쥐에서도성공,야생적용은시기상조

김은기 인하대학교 생명공학과 교수

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말라리아모기멸종시키는‘유전자드라이브’기술,

쥐에서도성공,야생적용은시기상조

GMO INFORMATION

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GMO INFORMATION 말라리아모기멸종시키는‘유전자드라이브’기술,쥐에서도성공,야생적용은시기상조

Cut site

Cas9

gRNA

Cargo

염색체1

염색체2

Cas9 Cargo

Cas9 Cargo

염색체1

염색체2

Repair

그림1.목적유전자를다른염색체에복사시키는원리

2018년 미국 캘리포니아 대학 연구진은 암컷 쥐 한 마리에게 ‘특수’주사

를 놓았다. 이놈을 다른 쥐가 들어 있는 케이지에 집어넣었다. 상자 속 암

수 쥐들은 자유로이 교미를 했고 새끼 쥐들이 태어났다. 태어난 쥐들이

성체가 되어 다시 교배를 통해 후손을 낳았다. 모기에서 성공했던 유전자

드라이브 기술이 포유류인 쥐에서도 작동한 것이다. 주사에 들어 있던 것

은 ‘초정밀유전자가위(CRISPR/cas9)’세트였다. 가위세트 내에는 특정부

위에 달라붙는 부분(가이드 RNA)과 유전자를 잘라내는 가위(cas9)가 있

다(그림 1 참조). 가위가 잘라버리면 그 부분을 스스로 수선하면서 가위

세트가 복사되어 들어간다. 가위세트에 목적하는 ‘목적유전자’를 집어넣

으면 모든 종에 이 유전자가 복사되어 퍼지는 방법이다. 모기에서는 작동

했었지만 포유류에서는 복사-전파되지 않았던 문제를 이번에 해결한 것

이다. 만약 유전자가위세트에 불임유전자를 집어넣는다면 특정 쥐를 멸

종시키는 건 시간문제다. 유전자 드라이브 기술핵심은 복사되고 전파되

어 나간다는 점이다.

술은 수정란(Aa)이 변화되게 만든다. 즉 A 속에 미리 유전자가위세트를

탑재해 놓는다. 처음에는 Aa 상태인 수정란이 A 속에 탑재된 ‘유전자가위

세트’가 작동하면서 수컷에서 온 a를 A로 만들어 버린다. Aa가 AA로 바

뀐 것이다. AA에서 생긴 후손들 정자나 난자는 모두 A뿐이다. 야생에서

만나는 암컷, 수컷 사이에 모두 이런 방식이 적용된다. 짝짓기를 통해 태

어난 후손들 사이에 ‘특정’ 유전자가 퍼져나간다. 이 유전자가 만약 ‘불임

유전자’라면 태어난 새끼들은 모두 ‘내시’나 ‘석녀’가 된다는 이야기다. 한

종이 멸종하게 된다. 이 기술은 말라리아 모기 때문에 시작되었다.

말라리아 모기를 없애는 갖가지 방법이 제안되었다. 요약하면 3가지다.

호주 연구팀은 말라리아 모기 장내세균이 모기나 모기에 침입하는 말라

리아원충을 공격한다는 사실을 발견했다. 자연 천적인 셈이다. 실제로 이

장내세균을 먹인 모기들은 말라리아를 옮기는 속도가 떨어졌다. 캘리포

니아 연구팀은 말라리아 원충에 달라붙는 물질(항체)을 만들었다. 이 항

체유전자를 모기 속에 집어넣었다. 이 모기에 말라리아 원충이 들어오면

찰싹 달라붙어 원충을 죽인다. 영국 옥시텍 연구팀은 말라리아 수모기를

아예 ‘내시’로 만들었다. 이런 3가지 방법은 실제로 말라리아 모기 수를

떨어뜨렸다. 즉 통속에 말라리아 모기를 넣고 이곳에 미생물, 항체보유

모기, 내시 모기를 집어넣으면 말라리아 모기가 죽어 나갔다. 문제는 실

제 야생에서다. 이들 유전자변형모기나 미생물이 말라리아 모기 사이에

서 퍼져나가야 한다. 이게 잘 안 된다. 모기 사이에서 퍼지는 정도는 멘델

유전법칙을 따른다. 따라서 많은 수의 유전자변형모기를 풀어놓아야 그

나마 효과를 볼 수 있다. 현실적으로는 적용하기 힘들다. 수만 마리 모기

를 미리 만들어야 한다는 이야기다. 이 방법은 시간이 지나면서 박멸용모

기는 수가 줄어들 수밖에 없다. 가장 확실한 방법은 유전자변형모기가 스

스로 퍼져 나가야 한다. 그것도 야생 말라리아 모기보다 빠른 속도로 퍼

져 나가야 한다. 이런 목적으로 만들어진 방법이 유전자 드라이브다.

생물시간에 배운 ‘멘델 유전법칙’으로는 설명이 되지 않는 결과다. 멘델

유전법칙은 간단하다. 피부색을 결정하는 유전자에 두 종류(A,a)가 있다

고 가정하자(그림 2 참조). 정자 속에 들어있는 A와 난자 속 a가 만나서

수정란(Aa)을 만든다. 정상이라면 태어난 후손은 평생 Aa 상태로 산다.

그 후손이 만들어낸 정자나 난자 속에는 A, a가 각각 50% 확률로 들어가

게 된다. 이게 정상적인 멘델 유전법칙이다. 그런데 유전자 드라이브 기

유전자드라이브

기술

-

뉴질랜드 골칫거리

쥐를 박멸시킬 수 있다

1

기술원리

-

멘델법칙과는 달리

전파된다

2

염색체1에 탑재된 초정밀유전자 가위 세트 (CRISPR/cas9) 중 가이드

RNA(gRNA)가 상동염색체2에 달라붙는다. 가위(cas9)가 잘라내면 그

부위를 세포 스스로 수선한다. 이때 같은 부위를 기준으로 수선되기 때

문에 가위세트가 그대로 복사된다. 목적 유전자(cargo)가 수정에서 만

난 상동염색체에 복사되는 방법이다.

그림2.유전자드라이브방법에의한전파

정상유전

변형된 유전자 전파불가

유전자드라이브

변형된 유전자 전파

(좌측) 멘델유전은 변형된 유전자(적색)가 50% 확률로 다음세대에 전

달된다. 이 돌연변이가 야생종보다 성장속도가 빠르지 않는 한 변형유

전자는 돌연변이와 함께 더 이상 퍼져나가지 않는다. (우측) 유전자 드

라이브가 탑재된 변형유전자(적색)은 짝짓기에서 만난 상대편 염색체에

변형유전자를 복사시킨다. 다음 세대에서도 복사가 진행되면 결국 모든

종은 변형유전자를 가지게 된다.

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영국 옥스퍼드 대학 리처드 도킨스가 가설을 세웠다. ‘이기적 유전자

(selfish gene)’다. 즉 이놈들은 몸담고 있는 주인 생물체가 죽든 말든 자

기들 유전자는 전달되게 만든다는 거다. 어떤 유전자가 다른 유전자들보

다 더 효율적으로 후손으로 전달되면, 그 유전자가 들어있던 생물이 죽든

말든, 그 유전자는 살아남는다. ‘귀소 절단효소’는 짝짓기에서 만나는 놈

들마다 자기 유전자를 복사해서 집어넣는다. 상대편 유전자에 가위로 조

그만 틈을 만들고 그 사이에 몸을 들이 민다. 결과는 후손들 사이로 빠짐

없이 ‘귀소 절단효소’가 퍼져 나간다.

다윈은 이야기한다. ‘어떤 변종이 살아남는가는 그 환경에 잘 적응하는 가

여부다.’ 즉, 진화 주체가 생물체라는 말이다. 가장 잘 적응한 놈이 살아남

고 그 속 유전자가 선택되어 전달된다. 반면 리처드 도킨스는 ‘진화주체는

유전자’라고 주장한다. 즉 유전자들 사이에 경쟁이 있고 가장 잘 후손에게

전달되는 유전자들이 살아남고 진화한다는 이야기다. 암수가 만나 후손

에게 1:1로 유전자를 전달하지 않는 사실이 ‘유전자가 진화주체’라는 반

증이다. 몇 가지 예시가 있다. 미토콘드리아처럼 암컷에게만 전달되는 형

태, 자기 유전자를 퍼트리는 ‘귀소 절단효소’, 이리저리 맘대로 옮겨 다니

는 ‘점핑 유전자’, 고도화된 종이라고 해서 게놈(유전자 뭉치)이 비례해서

크지 않다는 역설 등이 그 예시들이다. 진화주체가 생물체인가 유전자인

가 논쟁은 아직 진행 중이다. 이 방법은 어디에 쓰일 수 있을까.

DNA는 부모에서 자식으로 전달된다. DNA자체가 조금 변할 수 있다. 그

래서 다양한 자식이 나온다. 그러나 기본은 변치 않는다, 즉 부모 각각에

서 받은 유전자세트(상동 염색체)는 난자, 정자를 만들 때 공평하게 1:1

로 나뉜다. 그런데 그렇지 않은 경우가 종종 발견돼 유전학자들을 놀라게

한다. 게다가 유전자 중에는 이리저리 제멋대로 옮겨 다니는 소위 ‘점핑

유전자(Jumping Gene)’도 있다. 과학자들이 그놈들 속을 들여다보았다.

그중 관심을 끄는 놈이 하나 있었다. ‘귀소 절단효소(Homing Nuclease)’

다. 이놈은 자기 유전자를 복사해서 다른 놈 유전자 속에 심는다. 결과는

언제나, 어디서나, 만나는 유전자마다 자기 ‘귀소 유전자’를 심는다. 결과

는 이놈들이 산불처럼 퍼져 나가게 된다. 왜 이런 현상이 생길까.

휴대폰, 우주 왕복선 기술이 발전한다고 해서 극구 반대하는 사람은 없

다. 하지만 생명체를 다루는 생명공학 기술은 윤리 논란 소지가 많다. 배

아 유전자를 편집하면 ‘맞춤형 아기’가 태어날 수 있다. 유전자 드라이브

도 이와 맞먹는 가공할 파괴력을 가졌다. 효모, 모기에서 시작된 연구는

이제 쥐에서도 성공했다. 모든 동식물을 대상으로 하는 건 시간문제다.

두 가지 관점, 즉 위험성과 윤리측면에서 많은 논란이 일고 있다.

첫째, 원치 않은 돌연변이가 유전자 드라이브를 따라 전파될 수 있다는

우려다. 예를 보자. ‘내시’모기를 만드는 유전자가 탑재되었지만 이 유전

자가 돌연변이가 생겨 ‘내시’가 아닌 ‘변강쇠’로 바뀌면 말라리아 모기박

멸이 아닌 말라리아 확산을 일으킬 수도 있다. 둘째, 다른 종에 옮겨갈 수

있다는 우려다. 유전자 드라이브가 전파되려면 암수가 짝짓기를 통해 후

손을 낳아야 한다. 말라리아 모기 종은 그놈들 사이에만 짝짓기를 하니까

그 종에서만 드라이브가 퍼진다는 가정이다. 하지만 자연생태에서는 언

제라도 이종교배가 가능하고 유전자가 통째로 다른 종으로 옮겨갈 수 있

다. 말라리아 모기만을 대상으로 했지만 모든 모기에게 전달이 되지 말라

는 보장은 없다. 셋째, 말라리아 모기가 없어진다면 말라리아 원충이 지

구촌에서 완벽하게 사라질까라는 의문이다. 원충이 또 다른 모기 종을 찾

아가지 않을까. 복잡하게 얽혀있는 생태계에서 한 종이 사라진다면 이것

과 얽혀있는 생물종은 어떤 식으로든 변화가 있을 것이다.

또 다른 측면은 인간이 자연생태를 인위적으로 조절한다는 윤리적 문제

다. 인간이 신 노릇을 해도 되는 것인가. 얽혀 사는 생태계에서 ‘너는 죽고

너는 살아라’ 하고 인위적으로 결정해 줄 수 있는 것인가.

말라리아로부터 많은 생명을 구할 수 있는 기술에 거는 기대가 크다. 하

지만 이로 인한 후폭풍도 고려해야 한다. 무엇보다 통제할 수 있는 안전

성이 확보되기 전에는 야생방출은 위험한 도박이다. 유전자 드라이브 기

술자체를 스톱시켜야 한다는 환경단체 제안은 UN에서 통과하지 못했다.

UN 다양성 위원회는 ‘연구는 계속하되 야생방출은 아직 안 된다’로 의견

을 모았다. 연구자체도 완벽한 안전, 즉 드라이브 생물체가 실수로 야외

에 방출되지 않도록 하는 등 안전장치를 만들 것을 요구했다.

과학은 끊임없이 진보한다. 문제는 사람이다. 원자력기술을 발전에 쓸 것

인지 원자탄에 쓸 것인지는 인간들 몫이다.

유전자 드라이브는 암수가 만나서 번식하는 경우에만 적용할 수 있다.

즉 스스로 분열하는 박테리아나 바이러스는 적용대상이 아니다. 짝짓기

를 자주 해서 후손이 빨리 생기는 생물체에서만 효과를 볼 수 있다. 사람

처럼 30년이 지나 1, 2명 후손이 생기는 경우는 거의 적용불가다. 따라

서 주요 대상은 모기, 쥐 등 빠른 속도로 번식하는 생물체가 대상이다. 유

전자 드라이브 연구 시작 계기는 말라리아 모기 박멸이다. 모기는 말라리

아, 뎅기열, 지카 등 지구촌민을 위협하는 질병을 옮긴다. 그렇다고 모든

모기가 그런 건 아니다. 말라리아 모기는 3,000종류 모기 중 하나다. 말

라리아를 옮기는 놈만 대상으로 박멸하겠다는 것이다. 이 기술은 또한 호

주 야생 고양이처럼 생태계에 위협적인 특정 종을 없애는 데 사용될 수

있다. 이런 가공할 기술을 야생에 적용하는 데 문제가 없을까, 아니 생태

를 인위적으로 조절한다는 것이 옳은 일일까?

2018년 영국 임페리얼 대학 연구팀은 말라리아 모기에 유전자 드라이브

기술을 사용해서 7-11세대 만에 모기가 모두 사망했음을 밝혔다(2018,

네이처 바이로테크놀로지). 상자에 들어있던 말라리아 모기를 유전자 드

라이브 모기로 멸종시킨 셈이다. 영국 옥시텍에서 만든 GM내시모기가

많은 양을 풀어놓고 많은 시간이 경과해야 말라리아 모기 수가 줄어든 것

에 비하면 가공할 파괴력이다. 연구진은 ‘내시’모기가 아닌 ‘석녀’모기를

만들었고 이 모기가 산불처럼 퍼져 나가도록 ‘유전자가위세트(CRISPR/

cas9)’를 탑재했다. 연구진이 석녀로 만든 유전자부위는 변종이 잘 생기

지 않는 부분이다. 다른 연구처럼 변종이 생겨 전파하는 데 문제가 생기

지도 않았다. 말라리아 모기 박멸에 한 획을 그은 연구라 할 수 있다. 이

유전자 드라이브 기술은 어디에서 유래한 것일까.

※편집자주 : ‘내시’모기는 불임 수컷모기를, ‘석녀’모기는 불임 암컷 모기를 지칭

기술유래

-

‘이기적 유전자’가

퍼져 나간다

3용도

-

해충이나 생태위협종을

없앨 수 있다

4

야생적용

-

가공할 위력 드라이브 기술,

적용여부는 신중하게

5