교육 | [과학 NIE] 엄마 몸이 아파요, 다른 사람 난자 빌려 절 낳는대요
조인스 기자
입력15-04-22 08:04
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‘세 부모 아기’는 어떻게 태어나나
‘세 부모 체외수정법’이 지난달 3일(현지시간) 영국 하원을 통과한데 이어 24일 상원까지 통과했다. 이로써 영국은 세계 최초로 두 엄마와 한 아빠 사이의 체외수정을 허용한 나라가 됐다. 과학 교과서에 나오는 DNA와 유전 등 기초 과학 개념은 세 부모 체외수정법을 이해할 수 있는 기초 지식이다. 강현식 서울 동북고 과학교사는 “세 부모 체외수정은 유전과 관련한 기초지식을 적용해보고 더 깊이 있는 공부를 하기에 좋은 소재”라고 말했다. 교과서와 언론, 각종 연구자료를 통해 세 부모 체외수정과 관련한 과학 지식과 논쟁을 정리해봤다.
교과서 속 개념 더 자세히 알기
①유전 결함 있는 난자, 건강 난자로 만드는 기술
세 부모 체외수정에도 핵치환 기술이 활용된다. 유전적 결함을 안고 있는 난자에서 핵을 추출해 핵을 제거한 기증자의 건강한 난자에 이식한다. 이를 정자와 체외수정시킨 뒤 자궁에 안착시켜 건강한 아기가 태어나게 한다. 시험관 아기 시술과 비슷해보이지만 세 부모 체외수정은 엄연히 ‘유전자 변형’이다. 서로 다른 두 난자, 즉 두 유전자의 인위적인 결합을 통해 새롭게 건강한 난자를 만들기 때문이다.
자손에게 유전되는 대부분의 DNA는 난자와 정자의 핵에 담겨 있다. 그리고 미량의 유전자가 난자의 세포질에 들어있다. 기증자의 난자에서 핵을 제거해도 핵을 둘러싸는 세포질엔 기증자의 DNA가 일부 남아있다. 세 부모 체외수정을 통해 아이에게 유전되는 DNA 중 부모가 아닌 기증자의 것은 0.1% 정도로 알려져있다. 세 부모라는 표현이 붙는 건 이 때문이다.
학계 일부에선 기증자로부터 물려받는 0.1%의 유전자는 아이의 키, 머리카락과 눈동자 색깔, 지능 등 외형적 특징과 성격에 아무런 영향을 주지 않는다고 주장한다. 이 때문에 세 부모 체외수정이 아닌 ‘2.001 부모’ 체외수정으로 불러야 한다는 주장도 나온다.
②미토콘드리아 돌연변이, 150여 가지 질병 요인
인체의 모든 세포는 핵과 세포질로 구성된다. 세포질 안에는 소포체·골지체·미토콘드리아·리소좀 등 다양한 소기관들이 있다. 세포 핵이 DNA 등 핵심 유전정보를 담고 있다면 세포질 내 소기관은 세포가 정상적으로 작동하도록 돕는다.
이 가운데 미토콘드리아는 인체의 발전소라고 불리는 기관이다. 비상교육 생명과학 Ⅰ 교과서는 “미토콘드리아에서 포도당은 산소와 반응하여 물과 이산화탄소로 분해되고 그 결과 에너지가 방출된다”고 설명한다. 이렇게 발생시킨 에너지를 세포에 공급하고 열은 체온유지에 쓴다. 미토콘드리아는 모든 세포에 들어 있는데 특히 호흡 활동이 활발한 뇌·간·근육 세포 등에 많다.
그런데 이 미토콘드리아가 말썽이다. 핵을 제외하고 미토콘드리아는 유일하게 독자적인 DNA를 보유하고 있는 기관이다. 인체 내 3만여 개의 유전자 정보는 대부분 핵에 담겨있지만 0.1%에 해당하는 37개의 유전자가 미토콘드리아 속에 들어있다. 문제는 미토콘드리아 DNA가 핵 DNA에 비해 돌연변이를 일으킬 확률이 1000배나 높다는 점이다. 미토콘드리아가 돌연변이를 일으키면 세포의 기능이 저하되고 세포에 에너지 공급이 제대로 되지 않는다. 특히 에너지를 많이 필요로 하는 뇌·근육·심장·신장·간세포의 미토콘드리아가 돌연변이를 일으키면 심각한 질환을 유발할 수 있다. 이런 질환을 미토콘드리아병이라고 부른다.
학계에선 미토콘드리아 DNA 돌연변이가 영향을 끼치는 질병이 파킨슨병·당뇨병·심장질환·비만 등 150여 가지에 이르는 것으로 보고 있다. 노화의 원인을 미토콘드리아에서 찾기도 한다. 지난해 미국 존스홉킨스대 연구진은 인체 내 미토콘드리아 수가 적으면 노화가 더 빨리 올 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 언론도 무병장수와 관련해 미토콘드리아에 주목한다. “사람도 나이가 들면 제일 먼저 약해지는 것이 세포 내의 엔진인 미토콘드리아다. 효율이 나쁜 엔진 때문에 남아 넘치는 영양분은 모두 지방으로 축적되고 성인병의 원인이 된다.”(중앙선데이 2013년 5월 12일 ‘세포 엔진 미토콘드리아 효율 높아져 씽씽~’)
③ 5000명 중 한 명꼴 ‘DNA 돌연변이’ 모계 유전
유전이란 생식을 통해 태어난 자손이 부모를 닮는 걸 말한다. 금성출판사 과학 교과서는 “자손은 부모로부터 각각 절반씩 조합된 염색체를 물려받고, 그 염색체에 존재하는 유전자에 의해 부모가 가진 여러 형질이 나타나게 된다”고 적었다. 유전 형질은 부모 양쪽으로부터 받는다는 것이다. 그런데 엄마로부터만 유전되는 것이 있다. 바로 미토콘드리아 DNA다.
난자의 세포질 안에도 미토콘드리아가 있다. 37개 유전자가 들어 있는데 전체 유전자의 0.1% 정도다. 정자에도 미토콘드리아가 있지만 난자와 만나는 수정 과정에서 거의 파괴된다. 만약 엄마의 미토콘드리아 DNA가 돌연변이를 일으켰다면 아이에게 이 DNA가 그대로 유전돼 아이는 유전병을 안고 태어날 확률이 높다.
세 부모 체외수정은 바로 이렇게 고장난 엄마의 난자 세포질 속 미토콘드리아를 기증자의 건강한 미토콘드리아로 대체하는 기술이다. 친모의 난자 핵과 기증자의 핵을 제거한 난자 세포질을 결합해 새롭게 건강한 난자를 만들어낸다. 이런 이유 때문에 세 부모 체외수정은 정확하게는 ‘미토콘드리아 대체’로 불린다.
학계에선 엄마에게서 미토콘드리아 DNA 돌연변이를 물려 받아 태어나는 아이가 신생아 5000명 중 1명 꼴이라고 추산한다. 영국에서 세 부모 체외수정법 연구를 이끈 영국 뉴캐슬대 연구팀은 지난 1월 의학저널인 NEJM(New England Journal of Medicine)에 보낸 서한에서 “영국 내에서만도 2000여 명 이상의 여성들이 미토콘드리아 DNA 돌연변이로 고통을 받고 있다”고 추정했다. 한국도 최근 미토콘드리아병에 대한 조사와 연구가 진행되고 있다. 국민건강보험에 따르면 2013년 ‘미토콘드리아 근(筋)병증’으로 치료받은 환자는 652명에 달했다.
논쟁과 쟁점 - “유전자 조작” vs “유전병 치료”
세 부모 체외수정에 대해 과학계·의학계는 찬성, 종교계는 반대 쪽으로 쏠리는 양상이다. 존 거든 박사 등 노벨상 수상자 5명을 비롯한 과학계 인사 40명은 법안 통과를 촉구하는 성명을 발표한 반면 가톨릭 교회와 영국 성공회는 분명한 반대 입장을 표명했다.
언론은 유전학의 발전이 양날의 검이 될 수 있다는 경고를 보낸다. “입맛에 맞는 아이를 쇼핑하듯 고른다는 것은 생각만 해도 끔찍하다 …개인 유전 정보는 21세기 인류를 질병에서 해발시킬 수 있지만 악의 구렁텅이로 몰아갈 수도 있는 ‘선악과(善惡果)’이기도 하다.”(중앙선데이 2013년 11월 17일 ‘맞춤형 아기, 질병 원천봉쇄…DNA가 팔자 고친다’)
안전성도 도마위에 올랐다. 과학저널 ‘네이처’는 지난해 5월 세 부모 체외수정을 다룬 특집기사에서 “과학계 일부에선 더 엄밀한 과학적 검증을 주장하고 있다”고 소개했다. 이 기사는 “핵과 미토콘드리아는 함께 진화해왔다…(세 부모 체외수정을 통해) 이질적인 핵과 미토콘드리아가 공존할 경우 심각한 문제가 발생할 수 있다”는 독일 튀빙겐대 클라우스 라인하르트 교수의 경고를 인용하고 있다.
글=정현진 기자 Jeong.hyeonjin@joongang.co.kr 자문=강현식 서울 동북고 과학 교사
천재교육 생명과학 Ⅱ 교과서는 유전자 치료와 핵치환 기술을 소개한다. 교과서는 “핵치환이란 한 세포에서 핵을 꺼내어 핵을 제거한 다른 세포에 이식하는 기술이다”라고 설명한다.
교과서 속 개념 더 자세히 알기
①유전 결함 있는 난자, 건강 난자로 만드는 기술
세 부모 체외수정에도 핵치환 기술이 활용된다. 유전적 결함을 안고 있는 난자에서 핵을 추출해 핵을 제거한 기증자의 건강한 난자에 이식한다. 이를 정자와 체외수정시킨 뒤 자궁에 안착시켜 건강한 아기가 태어나게 한다. 시험관 아기 시술과 비슷해보이지만 세 부모 체외수정은 엄연히 ‘유전자 변형’이다. 서로 다른 두 난자, 즉 두 유전자의 인위적인 결합을 통해 새롭게 건강한 난자를 만들기 때문이다.
자손에게 유전되는 대부분의 DNA는 난자와 정자의 핵에 담겨 있다. 그리고 미량의 유전자가 난자의 세포질에 들어있다. 기증자의 난자에서 핵을 제거해도 핵을 둘러싸는 세포질엔 기증자의 DNA가 일부 남아있다. 세 부모 체외수정을 통해 아이에게 유전되는 DNA 중 부모가 아닌 기증자의 것은 0.1% 정도로 알려져있다. 세 부모라는 표현이 붙는 건 이 때문이다.
세포 안에서 에너지를 만드는 미토콘드리아는 모계로만 유전된다.
②미토콘드리아 돌연변이, 150여 가지 질병 요인
인체의 모든 세포는 핵과 세포질로 구성된다. 세포질 안에는 소포체·골지체·미토콘드리아·리소좀 등 다양한 소기관들이 있다. 세포 핵이 DNA 등 핵심 유전정보를 담고 있다면 세포질 내 소기관은 세포가 정상적으로 작동하도록 돕는다.
이 가운데 미토콘드리아는 인체의 발전소라고 불리는 기관이다. 비상교육 생명과학 Ⅰ 교과서는 “미토콘드리아에서 포도당은 산소와 반응하여 물과 이산화탄소로 분해되고 그 결과 에너지가 방출된다”고 설명한다. 이렇게 발생시킨 에너지를 세포에 공급하고 열은 체온유지에 쓴다. 미토콘드리아는 모든 세포에 들어 있는데 특히 호흡 활동이 활발한 뇌·간·근육 세포 등에 많다.
그런데 이 미토콘드리아가 말썽이다. 핵을 제외하고 미토콘드리아는 유일하게 독자적인 DNA를 보유하고 있는 기관이다. 인체 내 3만여 개의 유전자 정보는 대부분 핵에 담겨있지만 0.1%에 해당하는 37개의 유전자가 미토콘드리아 속에 들어있다. 문제는 미토콘드리아 DNA가 핵 DNA에 비해 돌연변이를 일으킬 확률이 1000배나 높다는 점이다. 미토콘드리아가 돌연변이를 일으키면 세포의 기능이 저하되고 세포에 에너지 공급이 제대로 되지 않는다. 특히 에너지를 많이 필요로 하는 뇌·근육·심장·신장·간세포의 미토콘드리아가 돌연변이를 일으키면 심각한 질환을 유발할 수 있다. 이런 질환을 미토콘드리아병이라고 부른다.
학계에선 미토콘드리아 DNA 돌연변이가 영향을 끼치는 질병이 파킨슨병·당뇨병·심장질환·비만 등 150여 가지에 이르는 것으로 보고 있다. 노화의 원인을 미토콘드리아에서 찾기도 한다. 지난해 미국 존스홉킨스대 연구진은 인체 내 미토콘드리아 수가 적으면 노화가 더 빨리 올 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 언론도 무병장수와 관련해 미토콘드리아에 주목한다. “사람도 나이가 들면 제일 먼저 약해지는 것이 세포 내의 엔진인 미토콘드리아다. 효율이 나쁜 엔진 때문에 남아 넘치는 영양분은 모두 지방으로 축적되고 성인병의 원인이 된다.”(중앙선데이 2013년 5월 12일 ‘세포 엔진 미토콘드리아 효율 높아져 씽씽~’)
세포는 핵과 세포질로 구성된다. 세포질 안에는 소포체·골지체·미토콘드리아 등 소기관들이 있다. 세포의 구조를 설명하고 있는 교과서 속 그림. [사진 천재교육]
유전이란 생식을 통해 태어난 자손이 부모를 닮는 걸 말한다. 금성출판사 과학 교과서는 “자손은 부모로부터 각각 절반씩 조합된 염색체를 물려받고, 그 염색체에 존재하는 유전자에 의해 부모가 가진 여러 형질이 나타나게 된다”고 적었다. 유전 형질은 부모 양쪽으로부터 받는다는 것이다. 그런데 엄마로부터만 유전되는 것이 있다. 바로 미토콘드리아 DNA다.
난자의 세포질 안에도 미토콘드리아가 있다. 37개 유전자가 들어 있는데 전체 유전자의 0.1% 정도다. 정자에도 미토콘드리아가 있지만 난자와 만나는 수정 과정에서 거의 파괴된다. 만약 엄마의 미토콘드리아 DNA가 돌연변이를 일으켰다면 아이에게 이 DNA가 그대로 유전돼 아이는 유전병을 안고 태어날 확률이 높다.
세 부모 체외수정은 바로 이렇게 고장난 엄마의 난자 세포질 속 미토콘드리아를 기증자의 건강한 미토콘드리아로 대체하는 기술이다. 친모의 난자 핵과 기증자의 핵을 제거한 난자 세포질을 결합해 새롭게 건강한 난자를 만들어낸다. 이런 이유 때문에 세 부모 체외수정은 정확하게는 ‘미토콘드리아 대체’로 불린다.
학계에선 엄마에게서 미토콘드리아 DNA 돌연변이를 물려 받아 태어나는 아이가 신생아 5000명 중 1명 꼴이라고 추산한다. 영국에서 세 부모 체외수정법 연구를 이끈 영국 뉴캐슬대 연구팀은 지난 1월 의학저널인 NEJM(New England Journal of Medicine)에 보낸 서한에서 “영국 내에서만도 2000여 명 이상의 여성들이 미토콘드리아 DNA 돌연변이로 고통을 받고 있다”고 추정했다. 한국도 최근 미토콘드리아병에 대한 조사와 연구가 진행되고 있다. 국민건강보험에 따르면 2013년 ‘미토콘드리아 근(筋)병증’으로 치료받은 환자는 652명에 달했다.
논쟁과 쟁점 - “유전자 조작” vs “유전병 치료”
세 부모 체외수정에 대해 과학계·의학계는 찬성, 종교계는 반대 쪽으로 쏠리는 양상이다. 존 거든 박사 등 노벨상 수상자 5명을 비롯한 과학계 인사 40명은 법안 통과를 촉구하는 성명을 발표한 반면 가톨릭 교회와 영국 성공회는 분명한 반대 입장을 표명했다.
언론은 유전학의 발전이 양날의 검이 될 수 있다는 경고를 보낸다. “입맛에 맞는 아이를 쇼핑하듯 고른다는 것은 생각만 해도 끔찍하다 …개인 유전 정보는 21세기 인류를 질병에서 해발시킬 수 있지만 악의 구렁텅이로 몰아갈 수도 있는 ‘선악과(善惡果)’이기도 하다.”(중앙선데이 2013년 11월 17일 ‘맞춤형 아기, 질병 원천봉쇄…DNA가 팔자 고친다’)
안전성도 도마위에 올랐다. 과학저널 ‘네이처’는 지난해 5월 세 부모 체외수정을 다룬 특집기사에서 “과학계 일부에선 더 엄밀한 과학적 검증을 주장하고 있다”고 소개했다. 이 기사는 “핵과 미토콘드리아는 함께 진화해왔다…(세 부모 체외수정을 통해) 이질적인 핵과 미토콘드리아가 공존할 경우 심각한 문제가 발생할 수 있다”는 독일 튀빙겐대 클라우스 라인하르트 교수의 경고를 인용하고 있다.
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글=정현진 기자 Jeong.hyeonjin@joongang.co.kr 자문=강현식 서울 동북고 과학 교사
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