◎컴퓨터 30대로 인체유전자 24시간 “사냥”/크렉 벤터 박사,90년 세포이용 유전정보 해독법 영감/설립 3년만에 유전자 절반 해독… 전세계 경악/작년 박테리아 「유전자 지도」 사상 첫 완성 쾌거
고양이 크기만한 것을 「호랑이」로 부를 때는 다 그만한 이유가 있다.미국 워싱턴인근 타이거(TIGER)유전자연구소는 규모는 작지만 유전자 게놈(GENOME)분야에선 단연 세계최고다.3년밖에 안된 이 아담한 사설 연구소를 미국최대 의료연구기관인 국립보건원(NIH)마저도 가끔 눈치와 동향을 살피도록 만든 것은 전적으로 연구소장 크렉 벤터박사(48)의 「호랑이」급 창의적 아이디어다.
게놈연구는 「컴퓨터」에 버금가는 상식적인 용어가 된 「생명·유전공학」의 일부이긴 하나 너무 근원적이고 고답적이어서 일반인들의 관심을 끌기가 힘들었다.그런 게놈연구를 벤터박사는 「유전자 사냥」이란 공격적인 말로 업계와 일반인들에게 바짝 접근시킨 게놈연구의 대중화 시대를 연 스타였다.그는 따분하고 지지부진한 유전자연구의 면모를 일신시키는데 성공했다.
벤터박사의 유전자 「사냥터」인 TIGER연구소는 수도 워싱턴에서 20마일 떨어진 메릴랜드주 로크빌에 있다.1년 예산이 한국 국방비와 맞먹는 1백20억달러(약10조원)인 미국립보건원의 거대한 건물군들로부터 얼마 떨어져 있지 않은 곳에 있는 연구소의 실험실과 연구실은 생명현상의 궁극적 비밀을 캐는 현장치곤 너무 조용한 분위기다.유전자 사냥은 벤터박사와 80여명의 연구팀들이 개발한 소프트웨어로 가득 채워진 30여대의 컴퓨터가 소리없이 대행한다.컴퓨터,실험실,연구소 자체는 길들여진 동물처럼 조용하지만 이곳 소프트웨어는 유전의 비밀을 담고있는 화학물질인 DNA를 24시간내내 맹수처럼 포획,전 미국과 세계의 유전학계가 깜짝 놀라는 전과를 올려왔다.
『지난해 박테리아와 인간 유전자에 관한 연구발표를 계기로 DNA 염기배열을 읽어내는 새 기법이 전세계적으로 공인될 것』이라고 벤터박사는 자신한다.『벤터박사의 새 기법은 90년 그가 NIH에 있을 때 선보였지만 학계는 반신반의했다』고 실험실장인 마크 애덤즈 박사는 거든다.
○게놈연구 대중화선언
우리는 유전학을 아버지나 어머니의 발을 어떻게 해서 자식들이 신통하게 쏙 빼닮는지를 밝히는 학문으로만 이해하기 쉽다.그러나 지난 53년 제임스 왓슨 등이 염색체내 DNA의 이중나선구조 및 포도당·염기·인 분자구성을 알아내면서 염색체를 이루는 실제물질인 이 디옥시리보핵산(DNA)이 생명체의 성장 및 기능전반을 명령하는 지휘서신,즉 제조·운영 매뉴얼이란 사실이 명확해졌다.73년 이 DNA의 메시지를 편집할 수 있게 되면서 유전·생명공학이란 용어가 탄생했다.
○인간유전자 10만단위
이후 유전자조작 실험용 쥐 특허나 특정 암발병 원인의 유전자발견 등 토픽뉴스들이 끊이지 않고 있다.하지만 유전학연구의 열매라고 할 수 있는 유전자치료법에 대해 지난해말 「지금보다 10∼1백배 정교한 교환방법을 개발하지 않는 한 현재 116개나 되는 유전자 실험치료법은 하나도 성공하지 못한다」는 중간평가가 내려졌듯이 넘어야할 고개가 첩첩이다.
이에 반해 유전학의 텃밭인 「염색체내의 모든 DNA」를 뜻하면서 응용이전 유전학 기층연구의 상징인게놈 분야는 지난해 벤터박사에 의해 역사적 거보를 내디뎠다.인간의 경우 사람마다 75조의 세포가 있고 이 세포마다 세포핵 속에 23쌍의 염색체가 포진해 있다.염색체는 거대분자구조의 DNA로 이루어졌으며 이 DNA줄기에 띄엄띄엄 최대추정 10만개의 인간유전자가 자리잡는다.DNA의 총 분자구조를 읽어내면 일단 전체 지도가 만들어진 셈이며 여기에 주요지형지물인 유전자 위치를 적시하면 인간 「생명의 서」의 윤곽이 드러나는 것이다.이 계획이 바로 미국이 89년부터 노벨상수상자 왓슨박사를 주축으로 해서 15년간,총 30억달러로 추진시키고 있는 「인간게놈 프로젝트」이다.9년간 재직한 버펄로 소재 뉴욕주립대학을 떠나 84년부터 국립보건원에 근무한 벤터박사도 이 프로젝트에 참여했으나 유전자적시 및 그 기초가 되는 DNA염기서열 파악의 속도가 느린데 골머리를 앓았다.이런 속도라면 목표연도인 2005년보다 훨씬 뒤인 2030년쯤에나 유전자지도가 완성될 전망이다.
90년 어느날 도쿄국제회의 참석후 귀국하는 비행기 속에서 그는 하나의 영감을 얻는다.인간염색체 DNA염기는 총 30억단위로 이루어졌는데 이중 3%만 유전자와 직접관련된 알짜이고 나머지는 「잡동사니」로 분류되는 것과 전사(m)RNA의 DNA베끼기 기능에 착안,염기서열을 파악하는 기법을 생각해낸 것이다.그러나 이 방법의 성공 가능성에 대해 많은 거물학자들이 회의적이어서 벤터박사가 요청한 2천만달러의 프로젝트 비용 청구는 차례로 거절됐다.
○DNA 염기 3%만 알짜
92년말 보건원을 사직하고 유전공학 벤처캐피털의 도움으로 TIGER연구소를 차린 벤터박사와 보건원 실험실에서 같이 따라온 연구팀은 95년 9월 전 인간유전자의 반가량인 4만개의 유전자의 염기서열을 적시한 「유전자 디렉터리」를 공개했다.벤터박사가 새 기법을 창안하기 전까지 염기서열이 밝혀진 인간유전자는 3천개에 지나지 않았다.벤터박사는 『기존방식대로 하자면 유전자 한개 발견에 4만∼5만달러가 들지만 내 방식은 1백달러도 들지 않는다』고 말한다.
인간유전자 디렉터리 공개에 2개월 앞서 벤터박사팀은 사상최초로 한 생물체 전체의 DNA염기서열 및 유전자지도작성에 성공했다.애초 그의 새 기법에 회의적이었던 왓슨박사나 콜린스박사 모두 자신들의 판단잘못을 시인하면서 『과학의 위대한 순간』 『생물공학의 이정표』 『생물학을 다시 시작해야 될 획기적 사건』이라고 극찬했다.DNA염기량이 인간의 1500분의 1인 180만단위의 이 「헤모필러스 인플루엔자」 박테리아 유전자지도 작성은 1년이 걸렸으나 후속 실험에선 기간이 계속 단축되고 있어 어느날 한 아담한 사설연구소에 의해 인간유전자 지도가 돌연 공개될 가능성이 높아지고 있는 것이다.〈로크빌(미 메릴랜드주)=김재영 특파원〉
◎전문가 인터뷰/타이거 연구소장 크렉 벤터 박사/“2005년 유전자 지도 완결 낙관적”/증명되지 않은 새 해독법 모험적 시도 “적중”
박사가 창안한 새 게놈 해독법은 이 분야에서 진정한 돌파구로 인정받고 있는데 이 돌파구를 뚫은 개인적인 경험을 말한다면.
『유전물질의 총체인 게놈의 DNA를 해독하는 복잡한 문제에 깊숙이 빠졌으나 유전자 발견의 진행속도가 느린 데 커다란 좌절을 느꼈다.우리 연구팀이 유전자 한개의 DNA염기서열을 완전히 파악하는데 10년이나 걸렸었다.「결코 다시는 이런 식으론 하지 않겠다」고 다짐했다.아직 효능이 증명되지 않은 새 방법을 기꺼이 시도할 마음이 우선 있어야 했다.다른 사람이 고안했으나 도중에 그만둔 것,우리 실험실에서 스스로 생각해내고 발전시킨 것 등 여러 방법으로 새롭게 접근해 보았다.그러나 결정적인 순간은 도쿄에서 귀국하는 비행기에서 유전자를 발견하는데 다름아닌 세포를 활용할 수 있다는 생각이 떠오른 그때였다.문제에 대한 몰두와 좌절감의 순간적 결실이라고 할 수 있다.물론 그 즉시 그 아이디어를 실행에 옮길 수 있는 구체적 기술 및 절차가 머리에 그려졌다.창조적인 순간에는 서로 떨어져 있던 일들이 한꺼번에 일어나 완전한 전체가 이뤄진다』
박사는 수년전 국립보건원을 박차고 나갔다.개인의 창의성과 독창적인 솜씨가 조직의 관료성에 의해 좌절되곤 한다.연구소장으로서 스태프의 창의성을 북돋는 방안이 있다면.
『우리 TIGER연구소에서는 관료주의가 별로 없으며 건드려서는 안되는 성역을 결코인정하지 않는다.우리 조직은 비교적 소규모인데 이 정도로 유지하는게 건강하다고 생각한다.협동하는 환경을 조성하려 애쓴다.지식의 프론티어에서 같이 일하며 우리가 하는 일이 인류에 심대한 혜택을 준다는 생각은 결코 하찮은 자극제가 아니다.이 생각은 사기와 의욕을 높이는데도 도움을 주고 있다』
인간유전자 게놈프로젝트와 유전공학의 장래를 간단히 전망한다면.
『약 7만∼8만개로 추정되는 인간유전자의 반을 우리가 발견했다.나머지 반은 다른 연구팀들이 우리 방법을 채택했더라면 지금쯤 이미 발견했을 수도 있었을 것이다.세균을 상대로 시작한 우리 새 기법은 인간유전물질의 DNA를 해독하는 일을 가능케 했다.본래 이 일은 너무 돈과 시간이 많이 들어 어렵게 여겨졌었다.지금은 인간게놈 프로젝트 전체에 스피드가 붙어 불가능해 보이던 2005년 완결 목표가 아주 낙관적이다.새 기법의 공이라고 할 수 있다.이미 게놈 지식은 커다란 영향력과 충격을 주고 있는데 살충제·약물·항생제 등 부작용이 심한 기존 대응책이 생물학에 바탕을 둔 보다 합리적인 신 기법들로 대체될 것이다.문제 생물체의 유전자 구성이 파악되면 가장 악성의 병원체도 부작용이 거의 없는 물질 및 기법으로 무장해제시키는 일이 가능하다.곡물 해충에 자살 유전자를 삽입하는 실험을 예로 들수 있다.생물체의 게놈에 관한 기초지식은 과학자에게 거대한 힘을 선사한다』
고양이 크기만한 것을 「호랑이」로 부를 때는 다 그만한 이유가 있다.미국 워싱턴인근 타이거(TIGER)유전자연구소는 규모는 작지만 유전자 게놈(GENOME)분야에선 단연 세계최고다.3년밖에 안된 이 아담한 사설 연구소를 미국최대 의료연구기관인 국립보건원(NIH)마저도 가끔 눈치와 동향을 살피도록 만든 것은 전적으로 연구소장 크렉 벤터박사(48)의 「호랑이」급 창의적 아이디어다.
게놈연구는 「컴퓨터」에 버금가는 상식적인 용어가 된 「생명·유전공학」의 일부이긴 하나 너무 근원적이고 고답적이어서 일반인들의 관심을 끌기가 힘들었다.그런 게놈연구를 벤터박사는 「유전자 사냥」이란 공격적인 말로 업계와 일반인들에게 바짝 접근시킨 게놈연구의 대중화 시대를 연 스타였다.그는 따분하고 지지부진한 유전자연구의 면모를 일신시키는데 성공했다.
벤터박사의 유전자 「사냥터」인 TIGER연구소는 수도 워싱턴에서 20마일 떨어진 메릴랜드주 로크빌에 있다.1년 예산이 한국 국방비와 맞먹는 1백20억달러(약10조원)인 미국립보건원의 거대한 건물군들로부터 얼마 떨어져 있지 않은 곳에 있는 연구소의 실험실과 연구실은 생명현상의 궁극적 비밀을 캐는 현장치곤 너무 조용한 분위기다.유전자 사냥은 벤터박사와 80여명의 연구팀들이 개발한 소프트웨어로 가득 채워진 30여대의 컴퓨터가 소리없이 대행한다.컴퓨터,실험실,연구소 자체는 길들여진 동물처럼 조용하지만 이곳 소프트웨어는 유전의 비밀을 담고있는 화학물질인 DNA를 24시간내내 맹수처럼 포획,전 미국과 세계의 유전학계가 깜짝 놀라는 전과를 올려왔다.
『지난해 박테리아와 인간 유전자에 관한 연구발표를 계기로 DNA 염기배열을 읽어내는 새 기법이 전세계적으로 공인될 것』이라고 벤터박사는 자신한다.『벤터박사의 새 기법은 90년 그가 NIH에 있을 때 선보였지만 학계는 반신반의했다』고 실험실장인 마크 애덤즈 박사는 거든다.
○게놈연구 대중화선언
우리는 유전학을 아버지나 어머니의 발을 어떻게 해서 자식들이 신통하게 쏙 빼닮는지를 밝히는 학문으로만 이해하기 쉽다.그러나 지난 53년 제임스 왓슨 등이 염색체내 DNA의 이중나선구조 및 포도당·염기·인 분자구성을 알아내면서 염색체를 이루는 실제물질인 이 디옥시리보핵산(DNA)이 생명체의 성장 및 기능전반을 명령하는 지휘서신,즉 제조·운영 매뉴얼이란 사실이 명확해졌다.73년 이 DNA의 메시지를 편집할 수 있게 되면서 유전·생명공학이란 용어가 탄생했다.
○인간유전자 10만단위
이후 유전자조작 실험용 쥐 특허나 특정 암발병 원인의 유전자발견 등 토픽뉴스들이 끊이지 않고 있다.하지만 유전학연구의 열매라고 할 수 있는 유전자치료법에 대해 지난해말 「지금보다 10∼1백배 정교한 교환방법을 개발하지 않는 한 현재 116개나 되는 유전자 실험치료법은 하나도 성공하지 못한다」는 중간평가가 내려졌듯이 넘어야할 고개가 첩첩이다.
이에 반해 유전학의 텃밭인 「염색체내의 모든 DNA」를 뜻하면서 응용이전 유전학 기층연구의 상징인게놈 분야는 지난해 벤터박사에 의해 역사적 거보를 내디뎠다.인간의 경우 사람마다 75조의 세포가 있고 이 세포마다 세포핵 속에 23쌍의 염색체가 포진해 있다.염색체는 거대분자구조의 DNA로 이루어졌으며 이 DNA줄기에 띄엄띄엄 최대추정 10만개의 인간유전자가 자리잡는다.DNA의 총 분자구조를 읽어내면 일단 전체 지도가 만들어진 셈이며 여기에 주요지형지물인 유전자 위치를 적시하면 인간 「생명의 서」의 윤곽이 드러나는 것이다.이 계획이 바로 미국이 89년부터 노벨상수상자 왓슨박사를 주축으로 해서 15년간,총 30억달러로 추진시키고 있는 「인간게놈 프로젝트」이다.9년간 재직한 버펄로 소재 뉴욕주립대학을 떠나 84년부터 국립보건원에 근무한 벤터박사도 이 프로젝트에 참여했으나 유전자적시 및 그 기초가 되는 DNA염기서열 파악의 속도가 느린데 골머리를 앓았다.이런 속도라면 목표연도인 2005년보다 훨씬 뒤인 2030년쯤에나 유전자지도가 완성될 전망이다.
90년 어느날 도쿄국제회의 참석후 귀국하는 비행기 속에서 그는 하나의 영감을 얻는다.인간염색체 DNA염기는 총 30억단위로 이루어졌는데 이중 3%만 유전자와 직접관련된 알짜이고 나머지는 「잡동사니」로 분류되는 것과 전사(m)RNA의 DNA베끼기 기능에 착안,염기서열을 파악하는 기법을 생각해낸 것이다.그러나 이 방법의 성공 가능성에 대해 많은 거물학자들이 회의적이어서 벤터박사가 요청한 2천만달러의 프로젝트 비용 청구는 차례로 거절됐다.
○DNA 염기 3%만 알짜
92년말 보건원을 사직하고 유전공학 벤처캐피털의 도움으로 TIGER연구소를 차린 벤터박사와 보건원 실험실에서 같이 따라온 연구팀은 95년 9월 전 인간유전자의 반가량인 4만개의 유전자의 염기서열을 적시한 「유전자 디렉터리」를 공개했다.벤터박사가 새 기법을 창안하기 전까지 염기서열이 밝혀진 인간유전자는 3천개에 지나지 않았다.벤터박사는 『기존방식대로 하자면 유전자 한개 발견에 4만∼5만달러가 들지만 내 방식은 1백달러도 들지 않는다』고 말한다.
인간유전자 디렉터리 공개에 2개월 앞서 벤터박사팀은 사상최초로 한 생물체 전체의 DNA염기서열 및 유전자지도작성에 성공했다.애초 그의 새 기법에 회의적이었던 왓슨박사나 콜린스박사 모두 자신들의 판단잘못을 시인하면서 『과학의 위대한 순간』 『생물공학의 이정표』 『생물학을 다시 시작해야 될 획기적 사건』이라고 극찬했다.DNA염기량이 인간의 1500분의 1인 180만단위의 이 「헤모필러스 인플루엔자」 박테리아 유전자지도 작성은 1년이 걸렸으나 후속 실험에선 기간이 계속 단축되고 있어 어느날 한 아담한 사설연구소에 의해 인간유전자 지도가 돌연 공개될 가능성이 높아지고 있는 것이다.〈로크빌(미 메릴랜드주)=김재영 특파원〉
◎전문가 인터뷰/타이거 연구소장 크렉 벤터 박사/“2005년 유전자 지도 완결 낙관적”/증명되지 않은 새 해독법 모험적 시도 “적중”
박사가 창안한 새 게놈 해독법은 이 분야에서 진정한 돌파구로 인정받고 있는데 이 돌파구를 뚫은 개인적인 경험을 말한다면.
『유전물질의 총체인 게놈의 DNA를 해독하는 복잡한 문제에 깊숙이 빠졌으나 유전자 발견의 진행속도가 느린 데 커다란 좌절을 느꼈다.우리 연구팀이 유전자 한개의 DNA염기서열을 완전히 파악하는데 10년이나 걸렸었다.「결코 다시는 이런 식으론 하지 않겠다」고 다짐했다.아직 효능이 증명되지 않은 새 방법을 기꺼이 시도할 마음이 우선 있어야 했다.다른 사람이 고안했으나 도중에 그만둔 것,우리 실험실에서 스스로 생각해내고 발전시킨 것 등 여러 방법으로 새롭게 접근해 보았다.그러나 결정적인 순간은 도쿄에서 귀국하는 비행기에서 유전자를 발견하는데 다름아닌 세포를 활용할 수 있다는 생각이 떠오른 그때였다.문제에 대한 몰두와 좌절감의 순간적 결실이라고 할 수 있다.물론 그 즉시 그 아이디어를 실행에 옮길 수 있는 구체적 기술 및 절차가 머리에 그려졌다.창조적인 순간에는 서로 떨어져 있던 일들이 한꺼번에 일어나 완전한 전체가 이뤄진다』
박사는 수년전 국립보건원을 박차고 나갔다.개인의 창의성과 독창적인 솜씨가 조직의 관료성에 의해 좌절되곤 한다.연구소장으로서 스태프의 창의성을 북돋는 방안이 있다면.
『우리 TIGER연구소에서는 관료주의가 별로 없으며 건드려서는 안되는 성역을 결코인정하지 않는다.우리 조직은 비교적 소규모인데 이 정도로 유지하는게 건강하다고 생각한다.협동하는 환경을 조성하려 애쓴다.지식의 프론티어에서 같이 일하며 우리가 하는 일이 인류에 심대한 혜택을 준다는 생각은 결코 하찮은 자극제가 아니다.이 생각은 사기와 의욕을 높이는데도 도움을 주고 있다』
인간유전자 게놈프로젝트와 유전공학의 장래를 간단히 전망한다면.
『약 7만∼8만개로 추정되는 인간유전자의 반을 우리가 발견했다.나머지 반은 다른 연구팀들이 우리 방법을 채택했더라면 지금쯤 이미 발견했을 수도 있었을 것이다.세균을 상대로 시작한 우리 새 기법은 인간유전물질의 DNA를 해독하는 일을 가능케 했다.본래 이 일은 너무 돈과 시간이 많이 들어 어렵게 여겨졌었다.지금은 인간게놈 프로젝트 전체에 스피드가 붙어 불가능해 보이던 2005년 완결 목표가 아주 낙관적이다.새 기법의 공이라고 할 수 있다.이미 게놈 지식은 커다란 영향력과 충격을 주고 있는데 살충제·약물·항생제 등 부작용이 심한 기존 대응책이 생물학에 바탕을 둔 보다 합리적인 신 기법들로 대체될 것이다.문제 생물체의 유전자 구성이 파악되면 가장 악성의 병원체도 부작용이 거의 없는 물질 및 기법으로 무장해제시키는 일이 가능하다.곡물 해충에 자살 유전자를 삽입하는 실험을 예로 들수 있다.생물체의 게놈에 관한 기초지식은 과학자에게 거대한 힘을 선사한다』
1996-07-02 11면
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