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희귀·반려동물 복제 꾸준, 기술 한계·윤리 논란 여전
[TECHNOLOGY] 상업적 동물복제 어디까지
[153호] 2023년 01월 01일 (일) 쉬루이 economyinsight@hani.co.kr

쉬루이 徐路易 <차이신주간> 기자

   
▲ 중국에서 유전자복제로 태어나 백일을 맞은 북극늑대. Sinogene 누리집

2022년 6월10일 중국 베이징시 창핑구, 비글의 몸에서 거무스레한 작은 동물이 태어났다. 어미와 털 색깔이 다르고 몸집이 큰 이 동물은 비글이 아니라 북극늑대였다. 이 북극늑대는 유전자복제로 태어났다. 복제 대상은 하얼빈극지공원에서 한때 유명했던 북극늑대 ‘마야’다. 개 품종인 비글이 유전자를 담은 난모세포(난자의 근원이 되는 세포)를 제공하고 대리모 역할을 했다.
갓 태어난 북극늑대는 활력 징후가 안정적이었지만 연구진은 긴장을 늦추지 않았다. 지난번 비글의 배를 빌려 세상에 나온 북극늑대가 태어난 지 사흘도 지나지 않아 세상을 떠났기 때문이다. 이번 북극늑대는 건강하게 백일을 맞이했다. 9월28일 시노진바이오과학기술유한공사(Sinogene, 希諾谷)는 하얼빈극지공원과 함께 이 소식을 세상에 알렸다. 중국 농업과학원은 북극늑대의 피부 섬유아세포(섬유성 결합조직의 중요한 성분을 이루는 세포)를 ‘공여핵 세포’(핵을 제공하는 세포)로 삼아 복제에 성공한 세계 최초의 사례라고 밝혔다.

백일 맞은 북극늑대
1997년 세계 최초로 체세포를 이용해 복제한 양 ‘돌리’가 태어났고 복제기술에 대한 과학계의 열정이 절정에 이르렀다. 돌리는 인류가 복제한 최초의 포유동물이 아니었다. 하지만 배아세포가 아닌 체세포만 채취해 복제해 의미가 남달랐다. 이런 기술을 ‘체세포 핵이식 기술’(SCNT)이라고 한다.
돌리의 유전정보는 임신기에 있는 핀란드 암컷 흰 양에게서 왔다. 영국 과학자는 이 암컷 양의 유선(젓샘) 세포를 채취한 뒤 영양을 조절해 배양했다. 그리고 스코틀랜드 검은 양 암컷의 난세포를 채취해 핵을 제거했다. 성호르몬을 주사한 유선 세포와 핵을 제거한 난세포를 배양접시에 넣은 뒤 35시간 동안 미세한 전류를 흘려 유선 세포의 핵이 난세포에 들어가도록 자극해 완전한 유전물질을 가진 난세포를 만들었다. 현대 생물학 기술은 난세포가 유사분열 단계에 진입해 초기 배아세포가 되도록 할 수 있다. 마지막으로 배아세포를 대리모인 다른 스코틀랜드 암컷 검은 양의 자궁에 이식해 자라게 했다.
중국과학원 광저우생물의약건강연구원의 라이량쉐 연구원은 “돌리를 만들어낸 복제 방식을 지금도 사용한다”고 말했다. 1952년 세포의 낭배를 이용해 표범개구리를 복제한 것을 시작으로 세계에서 55종이 넘는 동물을 복제했다. 복제동물은 대부분 생식능력을 지녔다. 하지만 돌리의 실험에서 배양한 277개 배아 가운데 단 하나만 복제에 성공했다. 2003년 2월 돌리는 7살을 채우지 못하고 조로 증상과 폐렴으로 세상을 떠났다. 20년이 흐른 지금 ‘복제’라는 단어는 사람들의 관심에서 사라진 것 같다.
지금의 복제 기술은 희귀동물 보호와 인간의 불치병 치료를 돕는 도구가 됐다. 일부 나라에선 상업적인 반려동물 복제 시장이 조용히 발전했다. 이 분야 과학자들은 복제의 효율성을 높이고 다양한 종의 동물을 복제하는 데 주력한다. 하지만 복제 기술의 한계와 윤리적 논란은 반드시 직면해야 하는 문제다.

   
▲ 대리모와 함께 있는 복제 프르제발스키말 ‘커트’. 미국 샌디에이고동물원 누리집

보호동물 기사회생
이번 복제를 결정한 이유가 있었다. 북극늑대 마야가 곧 세상을 떠날 것이기 때문이다. 15살 북극늑대는 사람으로 치면 90살 고령이다. 중국에는 북극늑대의 서식처가 없다. 2006년 하얼빈극지공원이 처음 캐나다에서 북극늑대 한 쌍을 들여왔지만 이 늑대들은 지금까지 새끼를 낳지 않았다. 개과 회색늑대종에 속하는 북극늑대는 빙하기에도 살아남은 동물이다. 지금은 세계자연보전연맹(IUCN)의 적색목록에 등재됐지만 아직 멸종위기종은 아니다. 하지만 북극 서식지의 기후가 변하고 사냥감이 줄면서 생존이 위협받고 있다.
복제 기술은 희귀동물 보호의 새로운 길을 열었다. 1998년 중국과학원 동물연구소와 푸저우 판다연구센터가 함께 판다 ‘바쓰’의 체세포를 채취한 뒤 핵을 제거한 토끼 난세포에 넣어 판다의 초기 배아를 복제했다. 이는 우주선 선저우호 시험비행 성공과 함께 1999년 중국 10대 과학기술 성과로 기록됐다.
다른 나라에서도 희귀동물 복제 소식이 들린다. 2020년 9월 스페인에서 멸종위기 동물인 야생말 프르제발스키를 복제했다. 연구진은 40년 전에 보존한 냉동세포를 이용했다. 대리모는 아메리카 쿼터호스였다. 2020년 12월에는 미국 과학자들이 멸종위기종인 야생 검은발족제비를 복제해 ‘엘리자베스 앤’이라는 이름을 붙였다고 발표했다. 세계에서 멸종된 것으로 알려진 동물이다.
검은발족제비를 복제한 것은 캘리포니아주 비영리단체 리바이브앤드리스토어(Revive & Restore) 연구진이다. 연구진은 1988년 죽은 암컷 검은발족제비의 체세포를 사용했다. 가정에서 키우던 흰족제비가 난모세포를 제공하고 대리모 역할을 했다. 이 연구를 맡은 벤 노박 수석과학자에 따르면 흰족제비 세 마리에게 배아를 이식했다. 한 마리만 건강한 새끼를 낳았다. 다른 두 마리는 임신에 실패했다. 엘리자베스와 같이 태어난 다른 한 마리는 얼마 지나지 않아 죽었다.
2020년 11월 하얼빈극지공원은 마야와 함께 온 수컷 ‘하얼’의 복제를 결정했다. 11월5일 미지둥 시노진 회장을 대표로 하는 연구진이 마야와 하얼의 피부세포를 채취해 20일 만에 세포배양을 마쳤다. 두 북극늑대의 세포를 각각 800만 개씩 냉동했다. 모든 포유동물의 복제 과정은 같다. 하지만 종에 따라 효율과 성공률이 달라진다. 사만다 와이즐리 미국 플로리다대학 보존유전학 교수는 “아무도 그 이유를 모른다”며 “생식의 과정과 결과는 제각각”이라고 말했다.
북극늑대도 예외가 아니었다. 비글 여러 마리가 모두 137개 난모세포를 제공했다. 비글의 난자를 한 번에 충분히 채취해 반복 채취에 따른 상해를 방지했다. 마야의 체세포와 비글 세포의 융합률은 64.7%였다. 북극늑대와 비글은 서로 다른 아종에 속해 개를 복제할 때보다 융합률이 낮았다. 비글 일곱 마리가 임신을 시도해 두 마리가 성공했다. 그 가운데 한 마리가 낳은 새끼는 사흘 뒤 세상을 떠났다.

야생성 회복 과제
2022년 9월 말 순조로운 출산으로 살아남은 ‘어린 마야’가 하얼빈극지공원에서 공개됐다. 이 새끼는 불안한 듯 ‘어미’인 비글을 핥고 치댔다. 100일이 지난 새끼의 체격이 비글보다 훨씬 컸다. 희귀동물 보호에서 새끼를 낳는 것은 끝이 아니라 새로운 시작이다. 복제된 새끼가 가장 연약한 시기를 이겨내고 동족 무리로 돌아갈 때까지 지켜봐야 모든 과정이 끝난다.
다이루이 하얼빈극지공원 총경리는 “사람 손으로 동물을 기르는 인공포육 기술 등으로 태어난 어린 동물이 동족 무리에 들어가는 과정에서 많은 어려움을 겪는다”고 말했다. 북극늑대는 태어나면서 바로 가족 구성원으로 인정된다. 복제된 북극늑대가 어떻게 무리에 들어가 건강하게 성장할 것인지가 문제다. 현재 이 공원에 있는 북극늑대는 20마리가 되지 않는다. 다이루이 총경리는 이들 북극늑대가 작은 가족을 만들어 자랄 수 있기를 기대한다.
태평양 건너편에 있는 엘리자베스는 곧 두 살이 된다. 모든 검은발족제비가 태어난 뒤 30일까지 생존하는 것은 아니다. 야생에서 자라는 검은발족제비 새끼는 형제와 먹이를 다투다가 죽기도 하고 어미가 새끼를 잡아먹는 일도 있다. 출생 30일이 될 때까지 연구진은 엘리자베스와 대리모를 24시간 관찰하고 안전을 챙겼다. 노박 박사는 “지금도 매일 엘리자베스의 체중을 재고 정상적으로 먹고 자라는지 확인한다”고 말했다. 대리모는 엘리자베스를 새끼로 받아들여 잘 보살폈다. 엘리자베스는 같은 방을 쓰는 친구들과 장난치며 어울렸다. 연구진은 2023년 봄 더 많은 족제비과 동물을 복제해 흰족제비 무리의 생물다양성을 풍부하게 할 계획이다.
지금까지 복제한 검은발족제비와 야생말 프르제발스키는 대리모가 키웠지만 본능적으로 야생의 습성을 배웠다. 프르제발스키는 무리 지어 사는 동물이다. 복제말 ‘커트’가 젖을 뗀 뒤 얼마 지나지 않아 암컷 말이 자신의 프르제발스키 무리에 소개했고 커트는 무리와 어울려 정상적으로 생활했다.

   
▲ 태어난 지 4개월 된 검은발족제비 ‘엘리자베스 앤’. 리바이브앤드리스토어 누리집

높은 ‘생식 장벽’
희귀동물에게 복제 기술을 적용할 때 가장 어려운 점은 적은 개체수와 개체군 간 생식적 격리다. 먼 진화적 거리는 두 종 사이에 ‘생식 장벽’이 있음을 의미한다. 말하자면 닭이 오리를 낳을 수 없다. 전문가들에 따르면 중국인들은 판다 복제의 어려움 때문에 많이 걱정한다. 판다는 생식계통이 퇴화해 교미능력이 있는 것은 8%에 못 미친다. 초기 배아세포 배양에 성공해도 같은 종류의 큰 동물에게 배아를 이식하기 쉽지 않다.
기본 생물학 분류에서 판다는 ‘곰과 판다속 판다종’에 속한다. 이종 복제 기술에 지금까지 큰 진전이 없다. 생식적 격리를 초래하는 장벽이 겹겹이 가로막아 속이나 과가 다른 동물을 통한 복제는 아직 가야 할 길이 멀다. 자오젠궈 중국과학원 동물연구소 연구원은 “북극늑대와 개는 1만5천 년의 진화적 거리가 있어도 같은 회색늑대종에 속해 이종 복제에 해당하지 않지만, 북극늑대 복제가 이종 복제 기술 발전에 도움이 될 수 있다”고 말했다.
전문가들에 따르면 복제 기술이 포유류, 양서류, 어류 보호에 도움이 될 수 있다. 하지만 조류는 난세포의 특수성 때문에 복제하기 어렵다. 복제는 희귀동물을 보호하는 보조 기술일 뿐이다. 많은 종의 개체수가 서식지 감소, 외래 질병 전파, 다른 종 침입, 기후변화 등의 영향을 받는다. 각자의 진화 역사와 생물학적 특성에 따라 다양한 해결 방법이 필요하다. 때로는 하나의 종을 구하기 위해 한 가지 이상의 기술이 필요하다. 많은 사람이 수십 년 동안 노력해야 성공하기도 한다.
벤 노박 박사는 “자연적 방법이든 인공적 방법이든 모든 보호 성격의 번식 계획은 재번식과 개체수 확대라는 도전에 직면한다”고 말했다. 자오젠핑 시노진 부총경리는 “북극늑대 복제 과정에서 복제 효율이 관건이었다”고 말했다. 연구진은 세포의 융합과 활성화 등 관련 기술의 매개변수를 조정해 효율을 개선했다. 개를 복제한 경험을 기반으로 많은 매개변수를 조정해야 했다. 고양이와 개의 상업적 복제보다 비용이 많이 들었다.

성공률 20% 미만
희귀동물 보호가 복제 기술의 유일한 응용 분야는 아니다. 사실 반려동물 복제 시장이 훨씬 크다. 2015년 세계 최초의 상업적 반려동물 복제 업체 비아젠페츠(Viagen Pets)가 미국 텍사스주에서 논란 속에 설립됐다. 2018년 미국 유명 가수 바브라 스트라이샌드는 키우는 개 두 마리가 비아젠에서 복제한 것이라고 인정했다. 복제 과정에서 강아지 네 마리가 태어났으나 한 마리는 얼마 지나지 않아 죽었다. 친구가 한 마리를 입양했고, 스트라이샌드가 나머지 두 마리를 키우고 있다.
반려동물을 복제하는 비용은 상당하다. 비아젠의 복제 가격은 개 5만달러(약 6500만원), 고양이 3만달러, 말은 8만5천달러다. 중국 반려동물 복제 업체에서 개를 복제하는 비용은 품종과 크기에 따라 20만~45만위안(약 8400만원)이다. 고양이 복제 비용은 10만위안 이상이다.
반려동물 복제 방법도 돌리, 북극늑대, 검은발족제비와 비슷하다. 실험용 비글이 난모세포를 제공하고 대리모 역할을 한다. 개 복제 과정이 고양이보다 어렵다. 2001년 미국 텍사스A&M공과대학 연구진이 처음으로 반려동물 고양이를 복제했다. 2005년에는 당시 서울대 교수이던 황우석 박사 연구진이 세계 최초의 복제개 ‘스너피’를 공개했다.
자오젠핑 시노진 부총경리는 “개의 난모세포는 나팔관에서 성숙해져 정확한 배란 시기를 예측하기 어렵다”며 “때로는 연구진이 난자를 채취할 기회가 몇 시간밖에 안 된다”고 말했다. 공개된 자료를 보면 오랜 기간 개 복제의 성공률이 20%에 미치지 못했다. 실패율이 높아 반려동물 개 복제가 상업적으로 성공하기 어려웠다.
중국의 반려동물 시장은 규모가 상당히 크다. ‘2021년 중국 반려동물산업 백서’를 보면 중국 도시 지역 가정에서 키우는 고양이는 5800만 마리, 개는 5400만 마리가 넘었다. 인터넷 사용자 10만 명을 대상으로 진행한 조사에서 2만6천 명이 경제 여건이 허락한다면 세상을 떠난 반려동물을 복제하고 싶다고 응답했다. 반려동물이 주는 정서적 유대감이 가족과 다르지 않아 반려동물이 언젠가 죽을 것이라는 공포를 피하기 위해 복제를 선택하겠다는 것이다.

   
▲ 2018년 세계 최초의 상업적 반려동물 복제 업체 비아젠페츠의 기술로 복제된 반려견을 안고 있는 미국의 유명 가수 바브라 스트라이샌드. 바브라 스트라이샌드 인스타그램

비싼 비용에 소송도
일종의 ‘사치’ 서비스인 반려동물 복제를 둘러싼 논란은 끊이지 않는다. 로버트 클리츠먼 미국 컬럼비아대학 교수는 “반려동물 복제의 윤리적 문제점은 반려동물이나 인간의 건강에 아무런 의학적 이익이 되지 않는 것”이라고 지적했다.
자신이 사랑했던 동물과 다시 관계를 맺는다면 이것도 일종의 이익이라고 생각하겠지만 이를 위해 비싼 대가를 치른 뒤 실망할 수도 있다. 최근 베이징에 거주하는 여성은 복제한 반려동물의 성별이 다르고 건강 문제 등 결함이 있다는 이유로 복제서비스 제공업체를 상대로 소송을 제기했다. 반려동물 복제 과정에서 나타난 문제가 ‘품질 문제’에 속하는지가 이 소송의 핵심 사안이다.
비슷한 소송을 맡았던 변호사는 “서면계약을 체결할 때 업체는 복제 뒤 나타날 수 있는 문제점을 명확하게 고지해야 한다”고 말했다. 하지만 실제로는 상담부터 계약까지 위험을 알리고 동의를 받는 과정이 부족하다. 복제한 반려동물을 인도하는 시기와 외부 기관의 유전자검사보고서를 제공하는 조항 등이 있을 뿐이다. 만약 ‘반품’을 할 수 있다면 반품한 동물의 처리 과정에서 도덕적 문제가 생길 수 있다.
영국, 미국, 중국, 한국에서 민간업체가 상업적인 반려동물 복제 서비스를 제공할 수 있다. 오스트레일리아를 비롯한 여러 나라는 법률로 금지하지 않았지만 서비스할 기업이 없는 상태다. 클리츠먼 교수는 반려동물을 복제해 주인이 얻는 ‘이익’에 의문을 제기했다. 우선 복제 과정에서 적잖은 동물이 잔인한 대우를 받는다. 돌리는 여러 차례의 임신 실패 뒤 유일하게 성공한 사례였다. 복제한 반려동물이 겉으론 원래 반려동물과 닮았지만 완전히 같다고 할 수 없다. 동일 유전체라도 동물마다 나타나는 기능이 다를 수 있다. 환경요인이 생물의 물리적 속성과 개성 발달에 큰 영향을 끼친다.
미국 비아젠에 따르면 적어도 25%의 복제한 반려동물은 대리모 또는 처음 사육한 환경의 영향을 받는다. 노박 박사는 “집에서 기른 흰족제비로 검은발족제비를 복제했다”며 “복제해 나온 검은발족제비가 흰족제비의 미토콘드리아 DNA를 가졌을 것”이라고 말했다. 미토콘드리아 DNA가 난소 핵을 제거한 뒤에도 일부 흰족제비 난자에 존재하기 때문이다.

생리적 결함
복제 결과를 보면 일부 복제동물에서 다양한 유전적, 생리적 결함이 나타난다. 너무 큰 체형과 비만, 발육 부진, 장기 결함, 약한 면역력, 새끼 때의 높은 사망률 등이다. 핵을 받아들이는 수용체 난모세포가 공여체 세포의 유전체에 자연적인 재프로그래밍(Reprogramming) 장벽을 만들기 때문이라는 해석이 우세하다. 복제한 배아에서 유전자의 이상 발현이 나타난다는 것이다.
복제동물의 수명이 짧거나 생육에 문제가 있다는 의견에 광저우생물의약건강연구원 라이량쉐 연구원은 “과학적으로 그런 결론을 내릴 수는 없다”고 말했다. “어떤 동물은 복제한 텔로미어(세포 수명을 결정하는 염색체 말단 염기서열)가 짧고 어떤 동물은 길다. 유전자 재프로그래밍 과정은 상당히 임의적이다. 지난 수십 년 동안 과학계는 주요 종의 세포 재프로그래밍 과정에서 생기는 유전자의 이상 발현 문제를 연구했다. 복제 기술은 이미 성숙한 수준이고 응용 분야도 고정돼 있다. 복제 효율을 높이는 것이 중요하다.”

ⓒ 財新週刊 2022년 제42호
克隆技術低調潛行
번역 유인영 위원

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