모기를 멸종시킬 수 있을까?
인류에게 안겨진 제2의 불
새로운 시대를 이끌 혁명적 도구, 크리스퍼 유전자가위
1년에 70만 명 이상의 사람이 모기 때문에 죽는다. 익히 알려진 이야기지만 모기는 세상 어느 동물보다 사람에게 위협적인 동물이다. 모기가 세상에서 멸종한다면 어떻게 될까? 아니, 모기를 세상에서 멸종시키는 방법이 있을까?
크리스퍼 유전자가위는 DNA의 수없이 긴 서열 중에서 필요한 서열을 인식하고 자른 다음, 필요한 서열로 바꾸거나 없애는 기술이다. 크리스퍼 유전자가위는 인공지능과 함께 인류의 특이점을 이끌 혁명적인 기술로 손꼽힌다. 《네이처》, 《사이언스》는 2015년 가장 혁신적인 기술로 크리스퍼 유전자가위를 꼽았다. 이 기술을 이용한다면 모기를 멸종시키는 것은 그다지 어렵지 않다.
암컷 모기의 DNA에는 두 벌이 모두 정상이 아닐 때 불임이 되는 유전자가 있다. 크리스퍼 유전자가위로 모기 수정란에서 이 유전자를 망가뜨린다. 그러면 성체가 된 모기는 모두 불임이다. 이 모기와 교배해 생긴 자손들 중에서 암컷은 모두 불임이기 때문에 알을 낳지 못하고, 수컷은 망가진 유전자를 다음 세대의 새끼에게 물려준다. 세대를 거듭하면 거듭할수록 불임인 모기 개체수는 점점 늘어날 것이고, 결국 모기는 멸종에 이른다. SF같이 들리겠지만 이 계획은 영국 연구진들이 설계한 실험이고, 2017년 현재 중국에서 실제로 진행되고 있다.
크리스퍼 유전자가위는 DNA를 인식하고 자른다. DNA는 A, T, G, C 네 개의 알파벳이 서로 쌍을 이루어 길게 나열된 긴 서열이다. 이 알파벳 서열에는 생명의 모든 정보가 담겨 있다. 인간 DNA 서열은 총 예산 30억 달러를 들여, 13년에 걸쳐 2003년 해독이 완료됐다. 인간의 유전체는 알파벳 32억 개가 서로 쌍을 이룬 방대한 서열이다. 크리스퍼 유전자가위는 32억 염기쌍에서 원하는 유전자만을 정확하게 인식하고 자른 다음, 원하는 서열을 없애기도 바꾸기도 다른 서열을 집어넣기도 한다.
DNA는 변하지 않는 것이라 여겨졌다. 그대로 보존되어 다음 세대에 나를 남기는 상징적인 매개체였다. 32억 염기쌍의 DNA 서열 중에서 필요한 서열만 골라 바꾸겠다는 것은 마치 모래사장에서 바늘 찾기 같이 불가능에 가까운 일이라 생각했고, SF에서나 그리는 미래의 일이라 여겼다. 유전자를 바꾸는 일은 유전공학자들의 마지막 성배, 궁극적 목표라 불리기도 하고 신의 영역을 침범하는 일이라 경계하기도 한다.
21세기의 유전공학은 크리스퍼의 등장으로 넘지 못했던 거대한 장벽을 넘고 있다. 크리스퍼의 등장으로 마침내 인류는 DNA를 마음대로 다룰 수 있게 되었다.

아주대학교 약학대학 교수다. 서울대학교 약학대학 약학과를 졸업하고 동 대학원에서 석사학위와 박사학위를 받았다. 국립보건원 박사 후 연구원과 인하대학교 의과대학 연구교수를 지냈으며 피츠버그대학교 의과대학, 하버드대학교 의과대학에서 연구했다.

천연물 화학, 헴 생물학, 바이오 활성가스, 생물학, 자기소화, 면역학과 관련된 다수의 논문을 썼다.

한국연구재단이 톰슨로이터 DB의 피인용 상위 10% 논문을 대상으로 분석한 조사에서 ‘2009∼2014년 한국인 기초과학 상위 연구자’로 의학(4위), 약학(3위) 두 분야에 이름을 올렸다.

연구 분야와 관심 분야는 기초 생물학과 진화생물학, 진화의학이다.

지은 책으로 『가장 먼저 증명한 것들의 과학』(2018), ??김홍표의 크리스퍼 혁명』(2017), 『먹고 사는 것의 생물학』(2016), 『산소와 그 경쟁자들』(2013)이 있고, 옮긴 책으로 『물의 과학』(2017), 『진화하는 물』(2017), 『내 안의 바다, 콩팥』(2016), 『우리는 어떻게 태어나는가』(2015), 『진화와 의학』(2015), 『인간과 동물의 감정 표현』(2014), 『신기관』(2014), 『제2의 뇌』(2013)가 있다. 2017년부터 ≪경향신문≫에 ‘과학의 한귀퉁이’ 칼럼을 연재하고 있다.

들어가며

제0장. 미리 알아두면 좋을 몇 가지
유전자 빌딩블록 / 첩첩산중 / 꿈 / 핵 / 유전체 문법 / 춥고 건조한 곳에서의 삶 / 고삐 풀린 망아지가 준마가 되다

제1장. 유전체 회문구조: ‘소주 만 병만 주소’의 생물학
실러캔스 유전자: 뭍으로 / 인간 유전체: 유전형, 표현형 / 인간 유전체: 광고편 / 유전체 암흑물질 / 비암호화 유전체 가족들 / 익은 과일을 눈으로 보다: 상동염색체 / 인트론 / 회문구조 / 리보자임

제2장. 자르고 이어 붙이기
세균의 분자생물학 / ‘뭣이 중헌디?’ / 제한효소 / 나를 알고 적을 알고 / 제한효소와 선천성 면역 / 자르고 이어 붙이기 / 유전자가위들 / 크리스퍼를 찾아서 / 쿠닌의 가설: 세균의 적응성 면역계 / 대니스코의 발효세균 / 크리스퍼 진화 / 작고 작은 것들의 세계

제3장. 크리스퍼 연대기
알파고가 크리스퍼를 만나다 / 크리스퍼 연대기 / 크리스퍼의 숨은 얼굴들 / 크리스퍼 삼인방 / 크리스퍼의 가까운 미래

제4장. 크리스퍼가 뭐길래-응용
참을 수 있는 존재의 가려움 / 물고기도 가렵다 / 아메바 면역계 / 슬픈 모기 / 유전자 싹쓸이Gene Drive / 감수분열 싹쓸이? / 침팬지 염색체는 우리보다 두 개 많다! / 파초의 꿈: 캐번디시 바나나 / 크리스퍼와 고슴도치 / 스스로를 속이는 메커니즘 / 단 것은 대인저Danger / 식물의 세포벽 / 곰팡이와의 전쟁 / T세포 수용체를 재조합하다

제5장. 생명체를 향하여
신시틴syncytin: 바이러스 설화 / 왜 노화는 대물림되지 않는가? / 미토콘드리아 유전체: ‘나를 잊지 말아요’ / 미토콘드리아 나눠주기 / 병목을 통과하다 / 미토콘드리아 후성유전학 / 크리스퍼 유전자가위가 미토콘드리아를 만나다

제6장. 크리스퍼는 야누스인가?
인간 세포를 갖는 돼지 / 나쁜 과학, 유사 과학 / 과학지식과 기술의 사회적 성격 / 새로운 유전자를 가진 생물들

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참고문헌
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