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복제나 기증받은 난자 또는 배아의 파괴 없이 개인에 알맞은 모든 종류의 조직을 공급할 수 있는 가능성이 제기되었다. 최근에 실험쥐를 대상으로 한 줄기세포연구의 발전은 인간세포를 대상으로 진행되고 있으며, 이 분야에서 문제가 되고 있는 윤리적인 문제를 벗어날 가능성이 있게 되었다. 일본의 교토 대학의 신냐 야마나카와 가츠토쉬 타카하쉬 연구팀은 실험쥐의 피부세포를 성체세포가 아닌 배아세포에서 발견되는 네 가지 메신저 화학물질에 노출시켜 배아줄기세포를 효과적으로 생산할 수 있는 방안을 밝혀냈다. 이 연구진은 실험쥐의 배아에서 분화된 세포에서 배아줄기세포를 추출하였지만 피부세포를 대상으로 한 연구는 배아를 둘러싼 윤리적인 반대를 넘어설 수 있기 때문에 매우 중요한 가능성을 보여주고 있다. 개인에 알맞고 윤리적으로 문제가 없는 치료법은 줄기세포연구에 있어서 오랜 숙원이기도 했다. 대체조직은 이러한 방법으로 발전되어 기증된 조직의 부족의 문제를 해결할 수 있을 것이다. 추출된 조직이 유전적으로 환자들의 유전자와 동일하기 때문에 환자들은 평생 면역억제약물을 복용할 필요가 없게 되었다. 피부세포의 전환을 위해 야카나카와 타카하쉬 연구팀은 실험쥐의 배아줄기세포에서 매우 활동적인 24가지 유전자를 추적하였다. 그들은 이들 유전자의 결합체를 바이러스를 이용하여 피부세포에 이식하였으며 일부 피부세포는 배아줄기세포로 전환된다는 사실을 발견했다. 연구자들은 Oct3/4, Sox2, c-Myc와 Klf4라고 불리는 네 가지 유전자들이 매우 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다. 이 네 가지 유전자는 피부세포의 발전과정을 거꾸로 되돌릴 수 있는 화학요소를 가지고 있다. 배아줄기세포와 유사한 세포는 유도 다능성 세포(induced pluripotent cells, iPCs)라 불리며 이 세포를 면역시스템이 없는 실험쥐에 이식하여 연구자들은 이 세포가 신체의 모든 종류의 세포로 변화된다는 사실을 발견했다. 가장 큰 의문점은 이 네 가지 화학물질이 인간의 성인세포에서도 동일하게 작동할 수 있는가 여부이다. 영국 유니버시티 컬리지 런던(University College London)의 크리스 메이슨(Chris Mason)은 '만일 이 기술이 인간에서도 적용 가능하다면 실제 치료를 위해서 적정한 세포숫자를 생산할 수 있기 때문에 이상적'이라고 말했다. 야마나카는 '인간배아줄기세포는 파킨슨씨 병이나 척추부상이나 당뇨병과 같은 질환을 치료하는데 사용될 수 있다. 우리의 발견은 환자의 세포에서 직접적으로 얻을 수 있는 다능성세포를 만들어낼 수 있도록 다능성세포를 통제하는 중요한 단계'라고 설명했다. 이 유전자를 환자의 세포에 삽입하기 위해 바이러스를 사용하는데 있어서 문제가 제기될 수 있다. 즉, 이 바이러스는 환자의 세포 내부로 이식하는데 안전한가? 또한 c-Myc유전자의 생산물은 암발전과 연관된다. 그래서 야마나카는 이 이식세포에는 암발생의 위험이 있을 것이라고 경고하고 있다. 하지만 전체적으로 줄기세포 연구자들은 이번 발견에 대해 흥분하고 있다. 에딘버러 대학의 복제양 돌리의 창조자인 이안 윌머트(Ian Wilmut) 교수는 '이번 연구는 환자의 세포에서 세포를 생산하는 새로운 기회를 제공하고 있으며 유전질환이나 치료를 위해 사용될 수 있다'고 말했다. 영국 캠브리지의 거든 연구소(Gurdon Institute) 소장인 존 거든(John Gurdon)은 '만일 이 기술이 실제로 사용될 수 있다면 이것은 엄청난 사용 가능성을 가지고 있으며 과학적으로 치료용으로 유용할 것이다. 이 방법이 작동한다는 것이 놀랍고 많은 연구진이 이 방법을 반복하고 좀더 발전시킬 것이 확실하다'고 말했다. 거든 연구소의 프로젝트 중 하나는 어떻게 난자의 화학 요소가 작동하며 성체 핵을 배아상태로 되돌릴 수 있는 방법을 연구하는 것이다. 이 방법은 난자세포의 자체적인 염색체를 제거한 상태에서 성체 양의 세포의 핵을 결합하여 만들어낸 복제양 돌리에 사용된 방법이다. 이와 같이 동일한 접근방법을 인간배아줄기세포를 만드는데 사용하는 것은 논란을 일으킬 수 있다. 이 방법은 환자의 세포의 핵과 자체적인 염색체를 제거한 인간 난자를 결합하여 잠정적인 배아를 만드는 것이다. 며칠 동안 배양한 후에 배아줄기세포주를 얻을 수 있지만 아직 이러한 결과를 성공한 연구팀은 없다. 반대자들은 인공수정에서 남겨진 잉여배아를 이용하여 연구하는 것은 인간배아를 파괴하기 때문에 비윤리적이라고 비판하고 있다. 거든은 이번 '셀(Cell)'에 발표된 연구에 사용된 요소들 중 두 가지 유전자인 Oct3/4와 Sox2는 이미 다능성 줄기세포의 표면에 나타나는 표식자로 잘 알려져 있다고 말한다. 그래서 이들 화학물질을 성체세포에서 다능성 세포단계로 되돌리는 것은 이해할 수 있는 방법이라고 거든은 설명했다. 그는 '이들 유전자는 다능성 요소를 가지고 있으며 그 자체적으로 유도 가능하다'고 말했다. 거든은 또한 비록 매우 적은 피부세포(0.1% 미만)가 다능성 세포로 발전했음에도 불구하고 이 실험이 작동가능하다면 문제가 되지 않는다고 주장했다. 물론 이 실험에서는 난자나 배아가 필요없다. 이러한 사실은 매우 훌륭한 뉴스이다. 런던의 킹스 컬리지의 스티븐 밍거(Stephen Minger) 교수는 '이 실험은 쉽게 들린다'고 말했다. 야마나카 교수는 현재 메신저 화학물을 가지고 배아줄기세포를 만드는 원칙을 보여주고 있다고 말했다. 그는 화학물을 조정하여 이 기술을 발전시킬 수 있는 가능성이 있다고 밝혔다. 일부 24개의 유전자의 결합을 통한 실험이 이루어지고 있으며 다른 유전자 결합물이 좀더 효과적일 수 있다. 한 가지 놀라운 것은 배아줄기세포의 성장을 막는 것으로 알려진 메신저인 Nanog는 최종적인 생산물이 아니라는 것이다. 하지만 Nanog의 수준이 증가하면 다른 요소들에 도미노 효과를 일으킨다. 그래서 이것은 기본적인 요소가 필요하지 않을 것이다. 다른 풀리지 않는 부분은 왜 iPC를 주입한 실험쥐의 배아를 쥐의 자궁에 착상시키면 모두 태어나기 전에 죽는가하는 문제이다. 해부조사에서 많은 죽은 태아는 이조직 공생체로 자체적인 조직과 다능성 세포에 의해 만들어진 조직의 결합물로 이루어져 있다. 이안 윌머트는 '비록 아무 것도 발전하지 않았지만 많은 요소를 통해 이 문제를 설명할 수 있을 것이다. 이들은 다능성 세포를 생산하기 위해 만들어진 특정한 요소를 생산하는 바이러스 벡터가 지속적으로 합성될 가능성을 포함한다'고 말했다. 이 결과는 모든 세포가 적절하게 자라 조직상태로 분화하지 않는다는 것을 의미하지만 계속 줄기세포로 발전한다. 하지만 인간조직을 만들어내는데 좀더 희망적인 것은 처리된 세포는 성공적으로 다양한 조직이나 기관인 신경이나 근육, 연골조직이나 심장, 간, 척추나 생식선으로 발전될 수 있다는 점이다. 밍거는 '가장 중요한 것은 이 방법을 인간에게 사용할 수 있는가 여부이다. 나는 아직 사용할 수 없다고 믿고 있다. 나는 많은 사람들이 이것보다는 훨씬 복잡하다고 생각한다. 이 세포가 안정적인지, 안전한지 그리고 배아줄기세포로 분화할 가능성이 있는가 여부는 앞으로 지켜보아야 할 것'이라고 말했다. 유망한 배아줄기세포가 모든 윤리적인 반대를 넘어서는데 실패했지만 모두가 비관적이지 않다. 거든은 '이 기술을 인간에 적용할 수 있다고 생각한다. 하지만 많은 시간이 필요할 것'이라고 지적했다. 비록 인공수정이 동물에게서 성공했지만 첫 번째 시험관 아기가 탄생한 것은 몇 년 후에 일이라는 것이다. 야마나카 교수는 '우리는 인간세포를 대상으로 실험을 하고 있다. 하지만 이에 대한 해답은 모른다. 그리고 이 문제에 대한 해답을 찾을 수 있을지도 모른다'고 말했다. 이번 일본의 연구진이 이루어낸 배아나 난자가 필요 없는 화학물 메신저의 합성을 통한 줄기세포 형성 방법의 개발은 우리의 줄기세포 연구에 있어서도 도전할 수 있는 연구영역이며 이 뉴사이언티스의 보도에서 알 수 있듯이 아직도 주도권이 형성되지 않는 상태이다. 이번 일본 연구진의 발견은 24개 유전자 중에서 네 가지 유전자의 결합을 통해서 다능성 줄기세포를 개발할 수 있는 것이다. 문제는 아직 이 네 가지 유전자에 대한 연구가 모든 것을 해결해 줄 수 있는 방법이 아니라는 점이다. 나머지 20개의 유전자에 대한 조합을 통해 줄기세포 연구의 잠재성을 너무 크다고 할 수 있다. 현재 일본의 연구그룹은 네가지 유전자를 이용한 연구에 대한 지적재산권을 등록했을 것이다. 하지만 나머지 20개 유전자 조합을 통해 과연 줄기세포의 다능세포를 만들어낼 수 있는 화학메신저를 가지고 있는지의 여부를 판단하기 위한 연구는 아직 이루어지지 않고 있으며 무한한 잠재성을 가진 분야라고 생각된다. 이 유전자 조합을 통한 줄기세포주 형성의 가능성이 실현화된다면 2005년 '사이언스'지에 황우석 교수 연구팀이 주장했던 맞춤형 배아줄기세포의 형성보다 더 윤리적으로 문제가 되지 않는 이상적인 맞춤형 줄기세포를 형성할 수 있게 되어 줄기세포 연구 및 질병치료관련분야의 경제적인 파급효과가 잠재적으로 엄청날 것으로 예상된다. 또한 위의 보도가 지적하고 있듯이 일본의 연구자들은 극도로 소수의 피부세포 (0.1%)를 줄기세포로 전환시키는데 성공했을 뿐이다. 이러한 전환율이 증가를 가져올 수 있는 기술이 또한 개발된다면 줄기세포연구계에서 획기적으로 효율성을 증대시킬 수 있는 가능성이 존재한다. 현재 영국과 일본 등 줄기세포 연구에 집중적인 지원을 하고 있는 국가들에서는 배아를 파괴하지 않고 줄기세포를 얻는 방안에 대한 대단위 연구에 대해 집중지원하고 있다 (영국의 경우 인간-토끼의 이종합성배아를 통한 줄기세포 형성방안에 대해 투자할 계획이 있다). 이 분야는 지금까지 배아줄기세포와 다른 성체줄기세포 형성에 집중해온 연구방향을 다변화시켜 다양한 대안을 창출함으로써 지금까지 한국이 집중적으로 육성해왔던 줄기세포 분야를 재도약할 수 있게 하는 기회도 될 수 있을 것이다. 현재 황우석 사태로 인해 정체된 배아줄기세포 연구계의 문제해결책은 다시 배아줄기세포로 직접 연구를 재개하는 방법과 함께 윤리적인 문제를 해결할 수 있는 여러 가지 대안을 통해 줄기세포 연구의 가능성을 다시 여는 것이 중요하다고 볼 수 있다. 이러한 연구는 한국의 연구자들이 국제적인 줄기세포 연구계에서 다시 주도권을 잡을 수 있는 새로운 기회라고 할 수 있다. * yesKISTI 참조 |
