동물 실험 '아낌없이 주는 동물'- 시험관 아기-우유로 바이오 의약품 연구-차이나는 클라스
서울대학교 수의학과 장구 교수가 '아낌없이 주는 동물'을 주제로 출연진들과 동물과 현대의학에 관한 궁금증을 풀어가면서 질문과 답을 이야기하면서
15년간 동물의 단백질과 유전자, 임신과 출산을 통해 희생되고 인간을 각종 질병에서 구하고 생명을 연장시키는 사실에 대해 흥미 있게 과학적인 이야기를 풀어본다.
돌고래의 독특한 태교법은 휘파람 소리와 혀 차는 소리로 소통하고 이를 듣고 자란 아기 돌고래도 어미와 같은 소리를 낸다.
동물을 통해 인간의 질병과 치료까지 연구하는 수의학과 장구 교수는 2019년 대한 수의학회 학술 대상을 수상했고 동물에 대한 기본 지식을 습득하는 것의 중요성을 이야기하고 점차 세분화된 소, 돼지, 양 등 동물 진료를 공부해야 한다.
'큰 동물'혹은 '작은 동물'로 나뉘어 전공을 공부하고 동물의 임신과 출산 진료 및 연구를 하는 인간으로 말하면 산부인과와 유사한 수의산과학이다.
어린 시절 축산업을 했던 아버지가 돼지를 많이 키우셨는데 돼지의 탄생에 흥미로움을 느껴 수의학을 선택하게 되었다고 한다.
생명 탄생의 신비와 생명에는 그 귀함에 무거운 책임감을 느껴야 하며 함부로 다룰 수 없는 부분임을 강조하였다.
항응고제를 생산하는 과정에서 놀라운 사실과 소에게서 찾아낸 메르스의 항체와 전 세계적으로 연구 중 코로나 19 치료제와 백신 개발 등 동물을 통해 놀라운 발전을 이루고 있는 현대의학의 동물의 희생과 중요성이 소개된다.
동물을 통해 발전한 현대의학에서 아낌없이 모든 것을 인간에게 다 주는 동물을 통해 우유로 바이오 의약품을 연구하고 코로나 바이러스가 창궐하는 현시대의 백신도 만들어 내고 약 10년에 걸친 연구로 소 유전자 변형에 성공하였다.
트랜 스포존(이동성 유전인자, 영어: transposon)은 게놈 내에서 위치를 이동할 수 있는 유전자로 약재 내성 등의 유전자를 가지고 있으며, 전이되는 형태를 띤다
DNA가 한 부분에서 다른 부분으로 옮겨갈 수 있다는 것은 매우 생소한 개념이었기 때문에,
1940년대에 처음 이러한 내용이 주장되었을 때는 오랫동안 받아들여지지 않았다.
현재는 이 전위 요소가 점핑한다는 사실뿐만 아니라, 트랜스포 손이 대부분의 생명체에 광범위하게 존재한다는 사실까지도 잘 알려져 있다.
트랜스포 손(Transposon)은 점핑 유전자(jumping gene)라고도 불리며, 염색체 내의 한 위치에서 다른 위치로 움직일 수 있는 DNA 서열을 말한다.
DNA는 고정된 것으로 보이지만 인간의 몸의 40% 이상이 움직이는 DNA이다.
실제로 인간 게놈의 45% 정도는 트랜스포 손에서 왔다고 하며, 식물 세포의 경우는 90% 정도가 트랜스포 손(Transposon)이라고 한다.
다양한 색의 알이 박혀있는 옥수수가 바로 트랜스 보손(Transposon)의 점핑 유전자의 역할을 보여주는 것이다.
유전자가 움직이기 때문에 색소 유전자에 트랜 스포존이 끼어들어가 변이 된 알록달록 옥수수를 맛있게 먹고 있는 박사의 딸이다.
바버라 매클린 톡(Barbara McClintock-1902∼1992)의 업적은 옥수수 세포 속의 유전자 중 원래 자리를 이탈해 옮겨 다니는 ‘튀는 유전자’(jumping genes)에 대한 상세한 보고였다.
그녀는 '움직이는 DNA가 있다.'-유전자의 ‘자리바꿈’은 모든 생명에서 벌어지는 현상임이 그녀가 작업을 완료한 지 30여 년이 흐른 뒤 확인된 것이다.
1983년 81세의 나이로 생리·이화학 분야에서 여성 단독으로는 노벨상을 처음 받았다.
1950년대 과학계에서는 전자는 중앙정보부 사령실에 꼼짝 않고 자리를 지키며 일방적으로 지시하고 명령을 내리는 존재라고 확신하던 사람들에게 “생명은 끊임없는 소통을 통해 스스로를 조절한다”며 시시콜콜한 이야기를 늘어놓는 그녀의 이야기는, 한동안 무시하는 게 상책인 ‘미친 소리’로 취급받았다.
그녀는 평생 옥수수 돌연변이를 연구하면서 유전자 자리바꿈 현상인 '점핑 유전자'를 실제로 증명하여 염색체 내 유전자 위치가 고정되어 있다는 주류 과학계 생각을 뒤엎는 주장을 하였다.
당시 드물었던 여성 과학자로서 주류 학계와 다른 내용을 주장한 그가 얼마나 힘들었을지 가히 상상할 수조차 없다. 그녀의 업적은 30년 넘게 무시되었지만 그는 주위 시선에 아랑곳 않고 연구 자체를 즐기면서 이 과정을 극복했다.
이를 계기로 트랜 스포존(Transposon)을 이용한 유전자 변형 기술이 개발되었다.
장구 교수는 이러한 유전자를 소에 최초로 접목시켜 단백질을 쉽게 얻을 수 있는 우유를 변형시키고자 시작한 연구로 코와 눈이 형광색으로 빛을 발하는 유전자 변형 소를 탄생시켰다.
선생님이 탄생시킨 유전자 변형 소는 코와 눈이 형광 빛을 띠고 있는 해파리 유전자를 주입하여 만들어 유전자를 변형시킨 것이다.
이것은 소에 해파리 유전자를 주입하여 밖에서 보는 해파리와 바닷속 해파리와의 색깔이 다른 것을 착안하여 소에 접목시킨 것이다.
해파리의 형광 유전자는 분자 생물학 연구에 광범위하게 활용되고 있다.
분자생물학 연구에서 형광색을 접목한 소에게서 나온 우유도 형광색으로 나온다는 것이다.
자신의 딸에게 직접 형광 우유를 보여준 박사는 딸에게 DNA가 움직이는 것을 증명해주는 것이라고 할 수 있다.
DNA의 신기함을 알려주고자 한 시도로
알록달록한 옥수수에서도 평소 우리가 알지 못하던 점핑 유전자인 트랜스포 손이 유전자의 일부가 다른 유전자로 뛰어다닌다는 개념이기 때문에 한편으로는 대단히 위험한 작용이라고 생각될 수 있다.
다음으로 백신, 장기이식, 시험관 아기 등의 발전에 동물의 도움을 빼놓을 수 없다.
종류를 나누긴 하였으나 모두 인간에게 도움을 주는 동물류들이다.
당뇨병의 구원자 인슐린을 얻을 수 있게 된 것도 동물인 비글 실험 덕분이다.
영국의 의사 제너는 1789년 소 우유를 짜는 사람은 천연두에 걸리지 않는 것을 발견하고 소 고름을 사람에게 주입한 최초의 백신으로 당시 최악의 전염병이었던 천연두를 치료하기에 이른다.
밴딩은 당시 걸리는 나을 수 없다던 당뇨병에 걸린 친구의 건강이 점차 악화되자 친구를 구하기 위해 당뇨병 경부를 시작하였다.
비글 10마리를 연구에 투입하여 실험하면서 계속되던 실패에 좌절을 하였으나 바로 그때 33번 실험견의 증상이 호전되는 기적이 일어났다.
그러한 공로로 1923년 32세에 최연소 노벨 생리의학상을 받았다. 시작은 당뇨에 걸린 친구를 구하고자 하였으나 끊임없는 연구 끝에 인류를 구할 수 있게 되었다.
인슐린 개발 전 과거의 유일한 치료법은 식단 조절이었다. 그것도 하루 500Kcal의 최소한의 열량만 섭취를 허락하였었다.
이러한 극한의 최소한의 생존만을 위해 먹어야 하는 식단에서 벗어날 수 있었던 것은 비글 실험을 통해 인슐린을 발견한 덕분이다.
이것을 발견할 수 있었던 것은 개에게서도 사람과 같은 당뇨병이 발견된 데에 있었다.
다행히 소리 없는 시한폭탄 당뇨의 타이머는 인슐린의 발견으로 멈췄다.
그러나 이 위대한 발견의 시작에 '비글'이 있었다는 사실이 놀라웠고 무명 의사 밴팅이 비글의 희생과 함께 인슐린을 발견한 사실을 알게 되었다.
인슐린 발견의 열쇠가 된 실험견 마저리는 인슐린 실험에서 사망하였다.
당뇨병은 체내에서 흡수된 포도당이 세포에서 에너지로 쓰이기 위해서는 췌장에서 분비되는 ‘인슐린’이라는 호르몬이 필요한데 췌장에서 분비되는 인슐린이 부족하거나 우리 몸에 제대로 작용하지 못하는 질환으로 혈액 속의 혈당이 에너지로 이용되지 못하고 혈액 속에 쌓여서 고혈당 증상이 나타나게 되어 여러 가지 합병증이 생기는 질병이다.
밴딩은 마저리 33번을 이용하여 연구한 결과 14세 소년을 최초로 치료하고 영국 왕 조지 5세도 치료하였으며 특허권도 포기하고 단 1달러를 받고 특허를 냈다.
1978년 세계 최초의 시험관 아기가 탄생한 이후, 현재 전 세계에서 태어난 시험관 아기는 800만 명에 달 한다고 했다.
체외 수정 및 배아 이식술은 여성의 난관이 모두 막혔을 때, 절제 수술을 받아 양쪽 난관을 모두 잃은 경우, 난관 상태가 좋지 않아 난관 성형 수술을 받았으나 임신에 실패한 경우, 자궁내막증이 심각한 경우, 여성에게 정자를 받아들이지 못하는 면역 항체가 있는 면역성 불임인 경우에 시술합니다.
또한 남성의 정자수가 부족하거나 운동성이 부족하여 정상적으로 임신이 되지 않는 경우에 시술합니다. 그 외에도 원인 불명의 불임으로 다른 방법은 모두 실패한 경우에 선택하게 됩니다.
망막색소 변성증은 10~20세 이상부터 망막에 색소가 쌓이면서 망막 기능이 사라져 시력이 떨어지는 유전적 질환으로 치료가 어려웠는데 개와 고양이 연구로
2017년 FDA(미국 식품 의약국의 정식 승인을 받아 유전 질환을 극복하고 있다.
그러나 한 번 치료비가 9억 원이나 되는 치명적인 단점으로 대중화 데는 아직 더 시간이 필요한 것 같다.
체외 수정의 부작용은 1% 미만 복제에 쓰는 세포는 피부, 머리카락, 혈액에서 채취하여 이러한 과정을 거친 수정란이 소에 이식되어 임신을 하게 되는데 이 과정에서 새롭게 분화하려면 기억이 포맷이 되어야 하는 과정을 거치는데 이로써 건강한 복제 동물이 탄생된다.
실험동물은 실험 과정에서 고통을 받는다. 복제를 위해서는 실험견이 수술절차를 거치는 것이 불가피하다.
난자를 채취하고, 호르몬이 조절되고, 배아가 주입되고, 초음파 검사 등을 반복적으로 받는다.
우수 복제견 실험에 대한 논문을 보면 복제를 위해서 수백 개의 난모세포가 채취된다.
수많은 난모세포 채취를 위해서는 많은 수의 암컷 개가 필요하다.
한 논문에 따르면 202개의 난모세포 채취를 위해 33마리의 개가 이용되었고,
다른 논문에는 544개의 난모세포 채취를 위해 51마리의 개가 이용된 것으로 나온다.
최근에는 복제 성공률이 개선됐다고 하지만 아직도 복제를 위해선 많은 수의 동물이 필요한 게 사실이다.
2018년 대한 수의 학회지에 실린 서울대 이병천 교수의 논문에서는 복제 과정의 성공률을 높이기 위해 18마리의 개가 난자 추출을 위해 이용됐고 총 127개의 배아가 8마리의 대리모견에 주입된 사실이 확인된다.
최종 7마리의 강아지가 태어났는데, 결국 7마리의 복제견을 탄생시키기 위해 최소 26마리의 개가 이용된 것이다.
장 구 교수는 아이를 키우면서 생명에 대한 소중함이 더 절실해져서 실험에 쓰인 동물을 키우고 싶다는 생각도 하게 되었다.
비글 프리덤 법은 동물실험에 가장 많이 쓰이는 견종인 비글의 이름을 딴 법으로 주 정부의 기금으로 운영되는 동물실험기관에서 실험에 사용된 개와 고양이는 반드시 수의사의 진단을 받아 입양이 가능한 상태인지 확인하고, 가정 입양에 적합하다고 판단될 경우 등록된 보호소나 동물보호단체에 인계할 것을 의무화하는 내용이다.
장구 교수는 "최근 학계에서는 동물들의 희생을 줄이기 위한 연구가 진행 중"이라고 밝혔다.. 이어 장구 교수는 변화하는 학계의 분위기와 더불어 우리가 동물들을 위해 할 수 있는 일을 소개해 호응을 얻었다.
동물 실험 후 안락사를 시키는 기존 방식에서 벗어나 새 삶을 찾게 된 비글 프리덤 법이다.
그는 비동물 실험, 사용 동물의 수를 축소하고 실험동물들의 고통을 최대한 완화하는 3R 원칙, 인간의 장기와 유사한 '인공장기'를 제작하는 미니 오가노이드 연구를 대표적인 사례로 꼽았다.
오가노이드는 배아줄기세포, 성체줄기세포. 유도만능 줄기 세포 등을 3차원적으로 배양하거나 재조합해서 만든 장기 유사체로'미니 장기', '유사 장기'라고도 부른다. 실제 장기의 구조와 기능을 재현하는 것이 가능하다.
장구 교수는 많은 난임 부부들에게 큰 희망을 안겨주는 시험관 아기를 예로 들어 눈길을 끌었다.
우유 생산량의 급증이 최초의 아기를 탄생시킬 수 있는 조건을 만들어 내었다.
로버트 G 에드워드(Robert G. Eduards)는 시험관 아기 기술을 개발하여 난임 부부들에게도 큰 희망을 준 의사로 2010년 조벨 생리의학상을 수상하였다.
단백질은 대부분 3차원의 구조로 자세히 보면 각기 조금 다른 형태이기 때문에 같은 약이라도 사람에 따라 효과가 떨어지는 부작용이 발생된다.
미국 농무부에 따르면 연구에 의하여 많은 단백질을 얻기 위해 소 한 마리당 우유를 대량 생산할 수 있게 되었다.
부작용이 적은 단백질을 대량 생산할 수 있는 방법은 모든 포유류에게서 나오는 젖 성분으로 2009년 FDA가 염소젖으로 만든 항응고제를 승인하여 혈액의 응고 능력을 감소시킴으로써 혈관 내에 비정상적으로 일어나는 혈전의 형성을 방지하는 약물이다. 정맥혈전증, 폐색전증, 심장판막수술, 심방세동, 뇌경색 등 혈액응고 질환의 예방과 치료에 사용된다.
방탄조끼의 필수조건은 그 단단함에 있는데 자연에서 얻을 수 있는 질긴 소재는 과연 무엇일까?? 바로 우리가 알고 있는 거미 유전자를 염소에 주입하여 단단한 단백질 구조를 얻을 수 있었다.
2011년 네덜란드 연구진에 의해 진행된 프로젝트로 거미 유전자를 주입한 염소젖으로 만든 천에 22 구경 소총을 발사하여 염소젖에서 분리한 단백질을 이용해 방탄조끼를 만들어 낼 수 있었다.
이것은 플라스틱과 비슷한 우유 속 카세인 성분으로 단추, 주판알 등 카세인 플라스틱을 만들어 실제 쓰인 경우도 있고 카세인을 분리해 내어 집에서도 플라틱을 만들어 볼 수 있다.
핵심은 유전자 변형 기술로 우유도 딸기맛, 초코맛의 우유생산이 가능하다는 설명이다. 이렇게 우리 의학의 발달에 동물을 매개체로 하여 발달해 가는 의료와 과학기술이다.
미국의 고양이에 이어 반려견도 코로나 19 감염 사례가 발생하여 인간과 밀접하게 생활하고 있는 동물들이 인간의 질병연구에 많이 도움이 되고 있다.
마음과 몸을 치유해 주는 주변의 동물들은 죽을 때까지 여러모로 인간에게 베풂을 주면서 살아가고 있다.