유전자 조작 않고 만능 줄기세포로…생명과학 연구 전환점

2014-02-05 12면기사 편집 2014-02-05 06:56:33

日 연구원 쥐 혈액세포 약산성용액 자극 초간단 방식

올해 30세의 젊은 일본 여성 과학자가 유전자를 조작하지 않고 체세포를 만능줄기세포로 만드는 방법을 개발해 세계가 떠들썩하다. 만능줄기세포는 포유류의 어떤 세포로도 분화할 수 있어 세계에서 활발한 연구가 이뤄지고 있지만 지금까지는 생명윤리 논란이나 부작용 위험에서 자유롭지 못했던 반면 아주 간단하고도 획기적인 방법이 제안됐기 때문이다.

일본 고베 이화학연구소 오보카타 하루코 박사는 쥐의 체세포를 약산성 용액에 담그는 간단한 방법만으로 어떤 유전자 조작도 없이 만능줄기세포를 만드는데 성공하고 연구결과를 지난 30일 '네이처'지에 발표했다.

오보카타 박사는 스트레스를 받은 세포가 어떤 세포로든 분화할 수 있는 '만능성'을 가질 수 있다는 아이디어에 착안해 실제 세포에 열이나 굶주림 같은 스트레스 환경을 주는 실험을 했다. 세포를 배양하는 무수한 실험과정 중에서 모세관을 간신히 통과한 세포가 줄기세포 만큼 수축하는 현상을 관찰한 데서 착안한 것이다. 열이나 굶주림 뿐 아니라 칼슘이 높은 환경이나 산성에 변화를 주는 등 다양한 실험 끝에 세포막에 구멍을 뚫는 독소를 제공하거나 낮은 산성도 환경, 물리적인 스트레스를 줄 때 세포가 만능성의 표지를 띤다는 점을 확인했다.

처음 연구팀은 성숙한 쥐의 체세포에 형광표지를 붙여 실험 쥐의 배아에 주입했다. 그 세포가 만능줄기세포가 됐다면 쥐의 모든 조직에서 형광을 발하는 세포가 나타나야 했지만 희미한 정도에 불과했다. 실험방법을 바꿔 갓 태어난 쥐에서 완전히 분화된 성숙한 체세포를 약산성 용액에 30분 간 담갔다 배양하는 방법으로 다시 실험한 결과 이번에는 완벽하게 녹색 형광을 내뿜는 쥐의 배아를 얻는데 성공했다. 실험결과 세포 중 7-9%가 만능줄기세포로 변했으며 기간은 일주일 밖에 걸리지 않았다. 또 많은 과학자는 STAP가 태반으로도 분화할 수 있다는 사실에 가장 놀라고 있다. 기존의 만능줄기세포를 얻는 연구들은 인체의 다양한 조직을 만드는 세포로 분화시킬 수는 있었지만 태반으로 분화하는 것은 불가능한 것으로 여겨져 왔다.

하지만 이 결과 만으로는 연구팀이 주입한 세포에서 비롯된 것인지 원래부터 존재하던 것인지 증명하기 어려웠다. 그래서 연구팀은 발달과정에서 유전자 재배열이 일어나 확인이 비교적 쉬운 백혈구 일종인 'T세포'에 스트레스를 주는 방법을 택했다. 또 이 분화 과정을 동영상으로도 촬영하고 '자극촉발만능(STAP·stimulus-triggered acquisition of pluripotency) 세포' 라고 이름 붙였다.

지금까지 만능줄기세포를 만들기 위한 연구는 활발히 지속돼왔다. 대표적인 방법으로는 체세포에서 핵과 핵을 제거한 난자를 채취하고 이를 결합해 배아줄기세포를 만드는 방법과 체세포에 4가지 유전자를 주입하는 방법이 있다.

첫 번째 방법은 성공률이 낮은데다 난자를 사용하기 때문에 생명윤리적인 논란에서 자유롭지 못하다는 문제가 있었다. 지난해 미국 오리건 보건과학대학 슈크라트 미탈리포프 교수 연구팀이 이 방식으로 배아줄기세포를 만드는 데 성공했다는 논문을 발표했지만 논문에 같은 사진을 다른 사진인 것처럼 중복 사용하면서 논란을 빚었다.

이에 앞서 지난 2004년 황우석 박사도 세계 최초로 배아줄기세포를 배양하는데 성공했다는 논문을 허위로 발표한 적 있다. 반면 2012년 노벨생리의학상을 받은 일본 교토대학의 야마나카 신야 교수 연구팀은 체세포에 4가지 유전자발현인자를 주입하는 방식으로 iPSC(iPCS·induced Pluripotent Stem Cell)를 만드는 데 성공했다. 하지만 바이러스를 이용하기 때문에 부작용으로 암의 발생이 높아질 수 있다는 단점을 해결하지 못한 상태다.

물론 아직 밝혀져야 할 것은 남아 있다. 오보카타 박사 연구팀이 자극촉발만능(STAP)세포로 명명한 이 세포는 쥐에서 신경이나 근육, 장기 등 다양한 세포로 분화하는 것이 확인됐지만 아직 갓 태어난 쥐 차원에서 밖에 확인되지 않았고 STAP가 어떤 작용을 통해 발현되는지 그 과정은 차차 풀어가야 할 과제다.

한편 이번 실험에 참여했던 미국 하버드대학 연구팀이 STAP 세포로 척수 손상을 입은 원숭이를 치료하는 실험을 진행하고 있는 것으로 밝혀져 이 결과에도 관심이 쏠리고 있다.

오보카타 연구팀은 "만능세포는 체내에 늘 존재하는 것이 아니라 스트레스를 견디는 과정에서 만들어지는 것"이라며 "지금 연구결과로는 스트레스를 준 세포 중 평균 25%가 살아남았으며 그 중 30%가 만능세포로 전환됐는데 기존의 iPSC의 성공률이 1%대인 점을 감안하면 놀라운 수치"라고 설명했다. 오정연 기자

<저작권자ⓒ대전일보사. >