세계 두번째 형질전환 복제돼지생산 성공
만성신부전으로 신장 기능을 잃은 환자에게 돼지의 신장을 이식한다. 형질 전환(외부에서 주어진 DNA에 의해 생명체의 개체나 세포의 형질이 유전적으로 변하는 현상)된 소로부터 인슐린이 함유된 젖을 짜내 당뇨 환자의 치료에 사용하기도 한다.
공상과학소설에서만 가능할 것 같은 이런 이야기가 현실화되는 날이 머지 않았다.
최근 충북대 동물바이오신약장기개발사업단(단장 김남형) 연구진이 세계에서 두 번째, 국내에서 최초로 특정 유전자가 나타나는 시기를 조절할 수 있는 형질 전환 복제돼지를 생산해 언론의 집중적인 조명을 받았다. 그 뉴스의 중심에 선 김남형 단장(56·사진·충북대 축산학과 교수)을 만났다.
김 단장이 이끈 연구진은 3년여의 시간을 거쳐 지난해 가을 복제돼지를 생산하는 데 성공했다. 체세포 복제 방법으로 생산한 4101개의 수정란을 33마리의 대리모 돼지에게 이식해 38마리의 형질전환 복제돼지를 탄생시킨 것이다.
최근 공개된 이 복제돼지는 테트라사이클린 계열의 항생제가 첨가된 사료를 먹으면 몸에서 녹색형광단백질이 나타난다. 특정 단백질 유전자가 나타나고 있다는 표시다. 테트라사이클린이 든 사료를 먹지 않으면 단백질 유전자도 발현되지 않는다. 필요할 때 스위치를 켰다가 필요가 없으면 끄는 식으로 특정 단백질 유전자가 나타날 수 있는 시기를 조절할 수 있는 것이다. 연구진은 이러한 과정을 ‘온 오프(on/off) 시스템’이라 일컬었다.
이런 식으로라면 당뇨병, 신장병, 관절염 등을 치료할 수 있는 단백질을 생산할 때도 이 시스템을 활용할 수 있어 고가 치료제의 저비용 대량 생산이 가능하게 됐다. 이번 연구가 바이오 신약 연구와 생산의 전환점이 됐다는 평가를 받고 있는 이유다.
김 단장은 “그동안 이 형질 전환 동물을 활용한 바이오-신약 개발이 어려웠던 것은 이들이 태어나도 약하게 발현되거나 조기에 죽는 경우가 많았기 때문”이라며 “이번 연구를 통해 이러한 문제점을 기술적으로 해결했다”고 밝혔다.
그가 형질 전환 동물을 이용한 바이오-신약 생산, 이종(異種)간 이식용 장기 생산 등 미래 기술을 위한 기반을 마련하는 이번 연구를 시작한 것은 사업단장을 맡은 2011년부터였다. 그러나 생각 보다 긴 시행착오의 시간을 겪었고, 결국 비슷한 시기에 연구를 시작했던 독일 연구팀에 ‘세계 최초’라는 타이틀을 뺏기고 말았다.
김 교수는 “우수한 실력의 연구진과 선진 기술을 보유하고 있어 처음에는 어렵지 않게 성공할 것이라고 생각했다”며 “기반 시설의 부족으로 돼지 관리가 어려워 난항을 겪었고 연구 기간이 길어졌다”고 말했다.
형질 전환 돼지 탄생의 소식이 알려지면서 많은 매스컴을 탔지만 아직 국내 제약회사들에서는 복제돼지를 활용한 바이오 신약 개발에 다소 미온적인 반응을 보이고 있다. 김 교수는 3월 중 미국의 몇몇 회사와 접촉해 올해 말부터 공동 개발 등을 적극적으로 추진할 계획이다.
이번 연구는 바이오 신약의 안정적 생산 가능성을 제시할 뿐 아니라 이종간 이식용 형질 전환 돼지로부터 이식용 장기를 생산하는 분야에도 결정적인 기여를 할 것으로 보인다. 돼지가 살아 있는 생태공장이 되는 것이다.
“장기 이식이 필요한 환자에 비해 공급되는 장기가 적어 이식이 어려운 경우가 많습니다. 그런 경우 동물로부터 각막과 심장판막 등을 추출해 사람에게 장기 이식을 하려는 것입니다.”
사업단은 2012년, 국내 최초, 세계에서 네 번째로 형질전환 돼지의 심장과 신장을 영장류인 원숭이에 이식해 25일간 생존시키는 데 성공하기도 했다. 200일 이상 생존할 경우 산업화가 가능하다. 김 단장은 지난해 이종 간 장기 이식 상용화를 위한 구심점이 될 대한이종이식연구회를 발족하고 초대 회장으로 활동하고 있기도 하다.
강원 동해에서 태어난 김 단장은 건국대 축산학과와 동 대학원(가축번식학)을 졸업하고 미국 오레곤 주립대에서 가축번식학 박사 학위를 받았다. 현재 한국가축번식학회 회장, 한국 발생 생물학 부회장, 한국과학기술한림원 정회원 등으로 활동하고 있다. 발생학의 신비함에 매료돼 꾸준히 생명공학과 복제에 관한 연구 활동을 계속하고 있으며, 7년 전 전국 농과대학 중 처음으로 국가 지정 연구실 지정을 받기도 했다.
“그동안 동물은 주로 식용이나 역용에 사용돼 왔습니다. 그러나 동물생명공학분야에서는 바이오 신약을 만들고, 유전자 조작을 통해 사람의 면역기능을 갖춘 무균돼지를 통해 장기를 생산하는 것을 목표로 합니다. 앞으로 더욱 기술을 개발해 우리나라 동물생명산업이 세계 최고가 될 수 있도록 노력하겠습니다.”
▶글/조아라·사진/임동빈
동양일보TV