필수정보

인간이 생명의 비밀을 편집하고 다시 쓰는 포스트 게놈 시대 필수 교양서
CRISPR-CAS9 유전자 가위와 RNA 연구에 노벨상이 주어진 2020년대,
합성 생물학 응용 암 치료제, 프라임 에디팅, 오가노이드 등
최신 생명 과학 트렌드를 반영한 3개 챕터 추가!

생명 공학의 거침없는 질주 앞, 변화의 최전선으로 우리를 데려간다.
- 노정혜(서울 대학교 명예 교수)

우리는 기후 변화와 환경 오염과 인공 지능의 문제와 더불어 유전학이 바꿀 변화에도 대비를 해야 하는, 과학적으로 드라마틱한 시대를 살고 있다.
- 한문정(서울 대학교 사범 대학 부설 고등학교 과학 교사)

얼마 전 《네이처 바이오테크놀로지》에는 크리스퍼 유전자 가위를 이용한 암 진단 플랫폼 개발 소식이 실렸다. 인공 지능으로 인간 유전체 전체를 분석, 생성한 데이터를 빅데이터 플랫폼에 이관하는 사업이 소개되기도 했다. 다양한 지도책 사업과 각각의 데이터 플랫폼 작업들은 이미 생명 과학의 연구 방법을 크게 바꾸고 있고 그 추세는 더욱 가속화될 것이다. 생명 과학은 세포를 들여다보고 유전자를 추출하는 실험실에서 벗어나 가상 공간에 구축된 데이터 플랫폼에서 생명 현상에 관련된 질문과 답을 찾아내는 정보 과학을 향해 달려 나가고 있다.

생명 과학 발달의 방향과 속도를 바꾼 최신 현대 기술을 받아들이기 위한 새로운 기준과 정보가 그 어느 때보다 필요한 시점이기도 하다. 연세 대학교 생화학과 교수로 재직 중인 생화학자 송기원 교수의 『송기원의 포스트 게놈 시대: 생명 과학 기술의 최전선, 합성 생물학, 크리스퍼, 그리고 줄기 세포』(개정 증보판)는 하루가 다르게 발전하는 생명 과학을 둘러싼 논의를 올바르게 이해하고 큰 그림을 그려낼 수 있도록 하는 길잡이다.

개정 증보판에 부쳐 생물학의 새로운 경치, 새로운 안목
프롤로그 인간, 드디어 조물주의 자리로?

1부 생명을 디자인하다

1장 합성 생물학의 시작: 이것은 인간이 ‘직접 만든’ 생명체입니다
2장 합성 생물학의 출현: 기계도 만드는데, 생명체는 왜 못 만드나?
3장 생명체의 기계화: 생명 블록 쌓기

2부 21세기 혼종 매머드가 온다

4장 생명체 변형의 역사: ‘유전자 조작’ 연어는 어떻게 탄생했나?
5장 합성 생물학의 성과: 이 청바지는 옥수수로 만들었습니다
6장 멸종 유전체와 동물 복원: 16년 전에 죽었던 생쥐가 살아났습니다!

3부 합성 생물학의 두 얼굴

7장 합성 생물학의 대중화: 넌 PC 조립하니? 난 생명체 만든다!
8장 합성 생물학의 위험성: ‘좀비 바이러스’가 유출된다면?
9장 합성 생물학과 생명 윤리: 신이 아니라 내가 생명의 창조자!
10장 유전체 계획: 쓰기, 한 걸음 더 가까이: 진핵 세포 모형 유전체 디자인과 합성 성공
11장 합성 생물학으로 재설계된 세포를 이용한 치료법: 옛날에는 약을 먹었다고요?

4부 CRISPR 유전자 가위를 발견하다

12장 유전자 가위 기술의 의미: 혁명이라고 불러도 좋을 유전자 가위 CRISPR
13장 유전자 가위 기술의 역사
왜 유전자 가위가 필요한가?
14장 유전자 가위 기술의 적용: 유전자 가위, GMO인 듯 GMO 아닌 GMO?

5부 CRISPR 테크놀로지가 바꾼 세계

15장 유전자 가위 기술과 유전자 드라이브: 말라리아모기 줄이는 획기적 방법, 아시나요?
16장 유전자 가위 기술의 활용: 유전자 가위, 에이즈 완치 길 열었다
17장 유전자 가위 기술과 유전자 치료: ‘부모 유전자 탓’ 운명에 맞서다

6부 누구를 위한 기술인가?

18장 인간 배아 유전체 편집의 이해: 유전자 가위, 사람에게 쓴다면?
19장 인간 배아 유전체 편집이 불러온 논쟁: 중국의 유전자 가위 연구, 충격과 한계
20장 인간 배아 유전체 편집의 한계: 유전병 없는 아기 얻으려 유전자 교정? 위험한 시도!
21장 인간 배아 유전체 편집의 현황: ‘맞춤 아기’ 가능성, 윤리 논란 부른다

7부 만능 유전자 가위의 불편한 진실

22장 유전자 가위 기술의 수수께끼: CRISPR는 정말 만능 유전자 가위인가?
23장 다양한 유전자 가위 기술: 더 정확한, 더 뛰어난, 더 훌륭한 ‘가위’를 찾아서
24장 유전자 가위 기술의 혁신: 프라임 에디팅이라는 신기술
25장 유전자 가위 기술에 대한 성찰: ‘DNA 혁명’ CRISPR, 우린 얼마나 알고 있나?

8부 난치병 치료의 구원 투수?

26장 세포 치료제 시대: 개인 맞춤형 치료의 시대 열리다
27장 면역 세포 치료제: 미래의 항암 치료제, 우리 몸의 세포로 만든다
28장 줄기 세포 치료제: 체세포의 운명을 되돌리다, 만능 치료제의 미래
29장 세포로 만든 소형 장기 오가노이드: 개인 맞춤형 치료를 위한 새로운 방법

에필로그 더 많은 질문과 마주하며
특별 기고 2020년 노벨상에 부쳐
더 읽을거리
용어 해설
후주
찾아보기

이 책의 초판인 『송기원의 포스트 게놈 시대』(사이언스북스, 2018년)에서 송기원 교수는 유전자 가위 기술과 합성 생물학, 줄기 세포 연구가 어떤 것인지, 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 다채롭게, 심도 있게 다루었다. 생화학자로 80여 편의 SCI 급 논문을 발표하는 일급 연구자인 동시에 대통령 소속 국가 생명 윤리 심의 위원회 위원, 국가 지식 재산권 위원회 위원으로 복무하며 사회적 발언과 책임을 다하는 활동가로 이름 높은 송기원 교수의 이 책은 21세기 눈부시게 발전하고 있는 생명 과학의 최전선을 소개하는 한편, 그 사회적 여파를 성찰하는 책으로 많은 독자들의 사랑을 받았다. 한때 신의 영역으로 금기시되었던 생명의 핵심을 파고드는 현대 과학을 두려움 모르는 지적 탐구와 신중한 사회적 반성 사이에서 균형을 잡으며 함께 아우르고 알기 쉽게 소개하는 송기원 교수의 글쓰기에 독서계의 관심이 모였다.

그러나 이 책 출간 이후 생명 과학 분야에서 혁명적이라고 할 만한 커다란 변화가 있었다. 예를 들어, 송 교수가 이 책을 쓰는 계기가 되었던 에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 다우드나의 CRISPR-Cas9 유전자 가위 기술이 2020년 노벨 화학상을 수상했다. 또한 기존 유전자 가위 기술이 가지고 있던 표적 이탈 가능성을 개선하며 정확성을 높이려는 노력의 결과로 프라임 에디팅(prime editing)이라는 획기적인 기술 개발이 이루어졌다. 유전자 회로를 새로 삽입함으로써 세포 자체의 기능을 원하는 대로 조절할 수 있게 해 주는 합성 생물학은 치료제 개발에 본격적으로 활용되기 시작했다. 줄기 세포로부터 소형 장기인 오가노이드(organoid, 장기 유사체)를 만들어 생명 발생의 신비를 이해하고 다양한 질환의 개인 맞춤형 치료에 이용하는 방법이 일반화되었다. 저자는 이 책의 초판에서 유전자 속에 담긴 생명의 암호를 읽는 시대에서 쓰는 시대로 바뀌고 있다고 전망했다. 그런데 시대는 7년 만에 그 전망도 뛰어넘고 있다. 송기원 교수는 지금을 이렇게 진단한다. “생명 과학의 정보 과학화”라고.

송기원 교수는 자신의 이 진단을 설명하기 위해 생명 과학의 개괄서인 『송기원의 생명 공부』(개정 증보판)과 『RNA 특강』을 새로 펴냈고, 2018년에 초판을 낸 이 책의 개정 증보판까지 새로 펴내게 되었다. 이 세 권의 책을 함께 읽는다면, “생명 과학의 정보 과학화”라는 생명 과학의 혁명을 개괄할 수 있으리라.
송 교수는 매일같이 쏟아지는 새로운 정보를 반영하는 작업이 시급함을 절감하고 ‘포스트 게놈 시대’를 넘어설 개정 증보판을 펴내기에 이르렀다. 우선 기존 판본의 내용을 철저하게 재검토하고, 정보의 업데이트 정도로 충분한 챕터와 완전한 개고(改稿)가 필요한 챕터를 파악하고 정비했다. 그리고 7년 사이 새롭게 등장한 과학 기술은 새로 챕터를 써 다뤘다. 이번 개정 증보판에서는 3개의 챕터가 추가되었는데, 합성 생물학의 의학적, 약학적 이용을 다룬 11장, 프라임 에디팅을 비롯한 유전자 가위 기술의 혁신을 다룬 24장, 오가노이드 기술의 이모저모를 다룬 29장이 그것이다. 입문자와 전문가 모두를 위한 체계적이고 밀도 높은 본문에 걸맞은 삽화도 추가되어 독자의 이해를 돕는다.

생명의 정보를 읽어 낼 수 있게 된 게놈 시대를 넘어
생명체를 편집하고 창조하는 포스트 게놈 시대로

창조자를 꿈꾸는 우리 자신에 대한 성찰, 이 책을 읽고 시작해도 늦지 않다.
―장대익(가천 대학교 창업 대학 석좌 교수)

대중의 관심을 받아야 하는 영역임에도 실제로는 관심 밖에 놓여 있고, 그 전모를 알기도 어려운 합성 생물학, 유전자 가위와 같은 최첨단 생명 과학의 지식을 쉽고 구체적으로 정확히 알려 준다.―강금실(전 법무부 장관)

『송기원의 포스트 게놈 시대』는 합성 생물학, 유전자 가위, 줄기 세포를 설명하는 세 부분으로 크게 나눠진다. 1부에서 3부는 합성 생물학이라는 학문을 소개한다. 1부는 합성 생물학이 출현하게 된 역사와 최신 연구 결과를 소개하고 생명에 관한 새로운 관점을 제시하는 합성 생물학의 행보를 보여 준다. 2부는 합성 생물학을 적용하여 생명체를 변형시킨 여러 사례들을 소개한다. 바이러스를 복원해 확산시키면 심각한 사회적 해를 끼칠 수 있지만 멸종한 동물을 살려내 생명 다양성을 지킬 수도 있는 합성 생물학의 양면적 특성도 논한다. 3부는 합성 생물학이 위험하게 활용될 수 있는 가능성을 경고하고 2018년 여름 발표된 효모 유전체 재설계 연구와 그 의의를 소개하며 합성 생물학이 가져올 미래에 대한 열린 논의의 필요성을 제기한다.

4부에서 7부는 합성 생물학을 가능하게 하는 중요한 기술인 유전자 가위 기술, 그중에서도 최근 가장 주목받고 있는 유전자 가위를 중점적으로 소개한다. 4부는 유전자 가위의 역사를 기술한다. 크리스퍼 이전의 유전자 가위의 역사를 훑고 크리스퍼 출현 이후 합성 생물학의 발전 경과를 정리한다. 5부에서는 크리스퍼의 발전으로 실현이 가능하게 된 유전자 드라이브 기술과 유전자 치료 등 새로운 유전자 가위의 활용법을 소개한다. 6부에서는 인간 배아 유전체 편집에 사용되는 유전자 가위 기술과 그에 따르는 사회적 쟁점을 정리하고 있으며, 7부에서는 다른 유전자 가위 기술과 비교해 크리스퍼 유전자 가위의 장점과 단점을 소개하고 유전자 가위 기술의 미래를 개괄한다.

8부는 세포 치료를 주제로 한다. 세포 치료에는 세포를 추출해 병을 유발하는 특정 세포만 파괴할 수 있도록 유전적으로 변형해 다시 주입하는 면역 세포 치료와, 생체에서 제대로 기능하지 못하는 세포의 줄기 세포를 체내에 주입해 생체 기능이 회복되도록 하는 줄기 세포 치료 두 가지가 있다. 세포 치료는 병의 근본적인 원인을 찾아서 해결하는 것이기 때문에, 이 기술이 더 발전한다면 약을 통한 기존의 치료는 완전히 사라지고 세포를 이용한 개인 맞춤 치료가 대세를 이루게 될 수 있음을 예견한다.

과학과 윤리 사이의 균형
교과서 지식을 넘어선 생명 과학 길잡이

흔히 생명 과학에 대한 기술을 소개하는 책은 둘 중 하나의 노선을 정한다. 기술을 적극 옹호하든지 아니면 기술을 반대하는 것이다. 아주 편한 방식이다. 하지만 둘 다 옳지 않다는 것은 자명하다. 두 입장 사이에 적절한 긴장 관계를 유지하며 줄타기를 하는 노력이 필요하다. 민주 시민이 『송기원의 포스트 게놈 시대』를 읽어야 하는 이유이다.
―이정모(펭귄 각종 과학관 관장)

인류는 21세기 초 인간 유전체 대부분의 정보를 읽어 냈지만 그 의미를 정확히 이해하기 위해서는 개인 유전체의 차이가 어떻게 개인마다 다른 표현형의 차이로 연결되는가에 대한 많은 사람의 정보가 필요하다. 미래의 대세가 될 유전 정보에 따른 정확한 개인 맞춤형 치료를 위해서는 유전체와 여기서 유래된 표현형에 대한 대량의 유전적 정보가 필수적이다. 2003년 인간 유전체 계획(Human Genome Project, 인간 게놈 프로젝트)이 완료된 이후 생명 과학 기술은 놀라운 속도로 진보를 거듭하고 있다. 2006년 시작된 암 유전체 지도책(The Cancer Genome Atlas, TCGA) 프로그램, 2022년 시작된 인간 바이러스체 프로그램(Human Virome Program, HVP)을 비롯해 생명 과학계에서는 인간의 몸을 구성하는 모든 세포와 유전체에 관련된 데이터를 축적하고 관련 플랫폼을 구축하는 작업이 시작되어 왕성하게 진행 중이다.

2016년 5월 합성 생물학의 세계적 대가들이 하버드 의과 대학에 모여 인간의 유전체를 합성하는 프로젝트를 진지하게 논의한 바 있고, 2017년 8월에는 우리나라와 미국 공동 연구 팀이 크리스퍼 카스나인 유전자 가위를 이용해 인간 배아의 유전체 교정에 성공했다는 결과를 발표했다. 그리고 2018년 여름, 중국 과학 아카데미의 합성 생물학 연구 그룹과 뉴욕 대학교의 제프 보에케 교수 연구팀은 효모의 염색체 16개를 각각 1개, 2개의 염색체로 이어 붙여 재설계했고 이 효모들이 문제없이 생명 현상을 유지하고 있음을 보고했다. 이렇듯 인간이 직접 유전체를 합성하여 인간을 비롯한 생명체를 창조할 수 있는 가능성이 열린 ‘포스트 게놈 시대’를 우리는 살고 있다.

『송기원의 포스트 게놈 시대』는 최전선의 생명 과학 지식을 제공하는 동시에 생명 과학 기술의 발전이 가져올 수 있는 윤리적 쟁점을 짚는다. 이 책은 생명 과학의 빠른 발전이 인간 사회의 윤리적 틀을 너무 빨리 앞질러 나갈 것을 우려하면서도, 인류의 역사에서 과학이 논쟁과 윤리적 쟁점 때문에 나아가기를 멈춘 적이 없었다며 과학의 진보는 인간의 우려나 논쟁으로 막을 수 있는 것은 아니라는 입장을 견지한다. 동시에 저자는 과학 기술에 대해 질문하도록 가르치는 것을 매우 중요한 가치로 생각한다. 과학의 진보를 막을 수는 없지만 그 진보가 이루어지는 속도만큼 사회·윤리적인 논의가 그 속도를 따라가야 한다는 의견을 개진한다.