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

★ 생명 공학의 거침없는 질주 앞, 변화의 최전선으로 우리를 데려간다.
―노정혜(서울 대학교 생명 과학부 교수)

★ 창조자를 꿈꾸는 우리 자신에 대한 성찰, 이 책을 읽고 시작해도 늦지 않다.
―장대익(서울 대학교 자유 전공학부 교수)

우리는 과학 기술과 인간에 어떤 질문을 던져야 할까?

우리는 이제 우리 자신의 유전체를 임의로 교정할 수 있는 능력을 가지는 새로운 시대로 넘어가고 있다. 생명 과학 기술은 우리 자신을 포함한 생명체를 대상으로 하므로 그 파급 효과나 윤리적, 사회적 중요성이 크다. 과학자만이 아니라 일반 시민들도 “먹어서 안전한가” 이상의 질문을 던져야 할 필요가 있다.―본문에서

21세기 초, 인간 유전체의 정보를 읽어내겠다는 인간 유전체 계획(Human Genome Project, 인간 게놈 프로젝트)이 완료된 이후 생명 과학 기술은 놀라운 속도로 진보를 거듭하고 있다. 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(CRISPR-Cas9) 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.
생명 과학 기술은 인간의 사유가 쉽게 따라가지 못할 정도로 인간의 사상과 가치관을 빠른 속도로 앞질러 가고 있다. 그러나 인간 배아의 유전체 편집이 실제로 일어난 일임에도 불구하고, 유전체가 무엇인지조차 제대로 들어보지 못한 이들은 자세한 내용을 이해하고 싶어도 복잡한 과학적 개념의 장벽 때문에 무슨 일이 일어나고 있는지를 잘 이해하지 못하는 경우가 많다. 실제 생명 과학 기술 연구가 상당히 급진적으로 진행되고 있지만 그 연구 결과들은 대중에게 현실로 다가가지 못하고 유리되고 있는 것이다.
생명 공학이라는 학문 분야는 생명의 정체성과 인간성에 예리한 질문을 던지며 우리 자신의 존재 인식에 첨예한 갈등을 일으키는 논쟁적인 분야이다. 생명 과학이 생명체 창조라는 꿈을 꾸고 있는 현재, 이 학문이 가진 사회·윤리적 의미만으로도 현대를 살아가는 사람들 모두와 함께 공유되고 토론될 필요가 있다.
이번에 ㈜사이언스북스에서 나오는 『송기원의 포스트 게놈 시대: 생명 과학 기술의 최전선, 합성 생물학, 크리스퍼, 그리고 줄기 세포』는 생명 과학을 대중 앞으로 가지고 나와 논의의 장을 열고자 하는 시도의 결과물이다. 이 책은 합성 생물학, 크리스퍼 가위, 세포 치료제 등 생명 과학의 최전선에 있는 지식을 체계적이고 밀도 높게 담아내며 입문자와 전공자 모두에게 유익한 개괄서이다. 장별로 제공되어 있는 상세한 일러스트와 컷 만화들은 독자의 이해를 깊게 하고 즐거운 독서 경험을 제공할 것이다.

합성 생물학, 유전자 가위, 그리고 줄기 세포

『송기원의 포스트 게놈 시대』는 합성 생물학, CRISPR-Cas9을 비롯한 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 가위인 크리스퍼(CRISPR-Cas9)를 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 비교하여 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.

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(변호사, 포럼 지구와사람 대표)


과학과 윤리 사이의 균형

과학과 기술의 발전이 시민의 것이 되기 위해서는 시민이 먼저 그 기술을 이해하고 있어야 한다. 민주 시민이 『송기원의 포스트 게놈 시대』를 읽어야 하는 이유이다.―이정모(서울 시립 과학관 관장)

『송기원의 포스트 게놈 시대』는 최전선의 생명 과학 지식을 제공하는 동시에 생명 과학 기술의 발전이 가져올 수 있는 윤리적 쟁점을 짚는다. 현재 과학계에서 활발하게 활동하고 있는 생명 과학자이자 대통령 소속 국가 생명 윤리 심의 위원회의 위원으로 활동하고 있는 저자가 직접 제시하는 쟁점들은 더욱 무게감 있게 다가온다. 저자가 과학자인 만큼 이 책은 과학 기술의 발전보다 윤리적인 면을 더 중요하게 고려해야 한다는 입장에 서 있지는 않다. 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. 그러나 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. 이 책은 과학과 윤리 사이에서 객관적인 태도를 취하려고 노력하며 긴장감 있게 균형을 유지한다.

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(서울 시립 과학관 관장)

21세기 생명 과학은 과학의 영역뿐 아니라 비과학의 영역인 자본, 윤리, 종교 등의 영역에서 우리에게 많은 질문을 쏟아내고 있다. 생명 과학을 공부하는 나도 이 쏟아지는 질문들이 버겁다고 느낀다. 과학자로써 내 실험실의 연구를 어떤 방향으로 끌고 가야하는가도 고민이고, 또 한 인간으로서 이런 변화들을 어떻게 수용해야 하는지 늘 질문이 머릿속에서 떠나지 않는다. 이 책이 나와 같이 질문의 홍수 속에 선 여러분이 나름의 길을 찾아가는 데 조그만 도움이라도 되었으면 하는 간절한 바람이다.―본문에서

강금실(변호사, 포럼 지구와사람 대표)
인간이 인간을 만들어 내는 포스트 게놈 시대의 필수 교양서
생명 과학은 현대를 상징하고 미래를 이끄는 가장 앞선 영역으로 알려져 있다. 생명 과학이라는 말을 모르는 사람은 없을 것이다. 그런데 유전자, 줄기 세포 등 몇몇 자주 언급되는 용어 이상으로 생명 과학에 대해서 알고 있는 사람도 또한 거의 없다고 생각된다. 이 책은 대중의 관심을 받아야 하는 영
역임에도 실제로는 관심 밖에 놓여 있고, 그 전모를 알기도 어려운 합성 생물학, 유전자 가위와 같은 최첨단 생명 과학의 지식을 쉽고 구체적으로 정확히 알려 준다. 최소한의 교양을 위해서도 꼭 읽어 봐야 할 책이다.
이 책은 우리가 이미 유전체(genome)를 더듬더듬 읽는 시대를 넘어 인간 유전체를 합성하는, 쉽게 말하면 인간을 만들어 내고 싶어 하는 포스트 게놈 시대에 살고 있다고 전한다. 과학 기술이 생명의 비밀에 어디까지 손을 댈지 그 끝을 알 수 없는 오늘날, 우리는 그저 속수무책으로 거대한 홍수에 휩쓸려 가고 있는 느낌이다. 이 문제는 정부, 기업, 학계와 모두 깊이 관련되어 있을 뿐 아니라 한 국가만의 문제도 아니기 때문에 발전 방향과 속도를 조절하고 적정한 윤리적 지점을 찾는다는 것은 너무 어려운 일이다. 포스트 게놈 시대에 무엇을 어떻게 해야 할지 가늠하기 위해서라도 이 책을 펼쳐야 하지 않을까.

노정혜(서울 대학교 생명 과학부 교수)
생명 공학의 거침없는 질주 앞, 변화의 최전선으로 우리를 데려간다
송기원 교수가 책을 썼다고 초고를 보내 왔다. 최근에 새로운 임무를 맡게 된지라 도저히 틈이 날 것 같지 않았지만, 궁금함이 앞서 읽어 보겠노라 덜컥 약속을 했다. 그리고는 빨려 들어가듯 재미있게 원고를 읽었다. 인간의 유전체 정보를 읽어 낸 후, 또 그 기술로 지구상의 생명체들이 가진 정보들도 함께 읽어 내면서, 생명 현상을 재구성하고 새로운 생명체로 변형하는 작업이 가속화되고 있다. 전공자들조차도 그 속도를 따라잡기 힘들 정도로 포스트 게놈 시대 생명 공학의 질주는 거침이 없다. 『송기원의 포스트 게놈 시대』에서는 우리를 포함한 지구 생명체에 적용될 현대 생명 공학의 철학과 기술들을 합성 생물학과 유전자 편집의 두 줄거리로 요약하여 설명한다. 일반 시민들에게 현대 생물학의 첨단을 쉽게 설명하는 이 책은 우리가 당면한 변화의 실상이 무엇인지를 이해하는 데에 큰 도움을 줄 것이다.

이정모(서울 시립 과학관 관장)
명쾌한 CRISPR 가위 해설서
송기원은 내 대학 동기다. 고백컨대 그가 없었으면 나는 대학을 졸업하지 못했을 것이다. 비단 나뿐만이 아니다. 우리 동기 대부분은 그의 노트로 공부했다. 나와 (특히 남자) 동기들이 수업 시간에 딴청 피운 게 아니다. 수업 시간에 전달되는 내용은 너무 많았고 이해할 수 없는 내용이 대부분이었다. 그런데 그의 노트를 보면 이해가 되었다. 그의 노트는 교수님 강의보다 더 좋았다. 다행히 그는 동기 가운데 가장 먼저 교수가 되었다. 그리고 시민을 위해 책을 썼다.
이 책은 합성 생물학과 CRISPR 유전자 가위 기술에 대한 해설서다. 송기원은 2018년을 살아가는 민주 시민이 알아야 하는 적절한 수준의 내용을 약 200쪽에 걸쳐서 친절하게 알려준다. 당연히 시작은 유전자 가위의 역사(history)이다. 그리고 CRISPR 유전자 가위를 둘러싼 특허 전쟁도 흥미진진하게 다룬다. 하지만 최고의 미덕은 CRISPR 유전자 가위의 정체와 작동 방식을 쉽게 설명했다는 것이다. 다시 한 번 고백하자면, 이 책을 읽고서야 생화학 전공자인 내가 CRISPR 가위를 비로소 제대로 이해하게 되었다. 마치 학부 시절 그의 노트를 복사해서 공부하는 것 같았다.
생명 과학은 하루가 다르게 발전하고 있다. 과학과 기술의 발전은 시민을 위한 것이어야 한다. 결정은 시민이 해야 한다. 그러기 위해서는 일단 시민이 먼저 그 기술을 이해하고 있어야 한다. 민주 시민이 『송기원의 포스트 게놈 시대』를 읽어야 하는 이유이다.

장대익(서울 대학교 자유 전공학부 교수)
창조자를 꿈꾸는 우리 자신에 대한 성찰, 이 책을 읽고 시작해도 늦지 않다
모든 생명체는 40억 년에 걸친 진화의 결과물이다. 호모 사피엔스도 예외가 아니다. 하지만 합성 생물학과 유전자 가위 기술 덕택으로 우리의 지위가 뒤바뀔 가능성이 생겼다. 마침내 인간이 자연을 창조하는 존재로 진화를 시작했기 때문이다. 물론 이런 기술의 발전 뒤에는 실용적 이유들이 존재한다. 하지만 그 너머의 생태적, 사회적, 윤리적 쟁점들은 인류가 처음으로 마주하는 중대한 문제들이다. 생명 과학자들만의 문제가 아닌 것이다. 그들이 진실을 이야기해 주지 않으면 일반 대중은 그것의 중요성을 알아차리지 못한다. 탁월한 생명 과학자로서 과학 기술의 사회적 영향에 대해 그 누구보다 합리적 담론을 펼쳐 온 저자가, 자연의 산물에서 창조자로 변신하려는 우리 자신
에 대해 잠시 함께 고민해 보자고 제안한다. 이 책을 읽고 시작해도 늦지 않다. 송기원 교수가 있다는 게 얼마나 다행인가!

한문정
교과서의 지식을 넘어선 생명 과학 길잡이
우연히 보강을 하게 된 어느 날, 오랜만에 만난 수향이랑 수다를 떨었다. 수향이는 우리 학교 생명 과학 동아리 회장이고 의사가 꿈인 3학년 학생이다.
“유전자 가위, 들어 봤어?”
“네…….”
“수업 시간에 배웠어?”
“음…… 자세히는 아니지만 그런 게 있다는 정도는 배웠어요.”
“그럼 CRISPR 유전자 가위에 대해서도 배웠어?”
“아뇨. 배우진 않았지만 대강은 알아요.”
“그런 지식은 어디서 얻니?”
“관련된 책을 읽었어요.”
수향이는 관련된 책이 있다면 더 읽고 싶다고 했다. 수향이 같은 아이를 위해 좋은 책을 추천해 주고 싶어서 이 책을 읽기 시작했다. 그러나 처음엔 사실 조금 버거운 마음이었다.
‘아무리 쉽게 풀어서 썼다 해도 생명 공학의 최첨단 이야기들인데, 생물학이 전공이 아닌, 나 같은 사람이나 청소년에게는 무겁지 않을까?’
‘시험 공부하듯이 밑줄 쳐 가며 읽어야 겨우 이해가 되는 내용들이면 어쩌지? 내가 아무리 호기심 많은 과학 교사라 해도, 책 읽기는 말랑말랑한 게 좋은데…….’
그런데 이 책은 현란한 수사나 재밌는 에피소드로 양념을 치지 않은 담백한 이야기이면서도 무겁지 않았다. 그야말로 21세기의 첨단 생명 공학의 이야기를 과장하지 않고 담담하게 풀어 내는데도 내용이 머리에 쏙쏙 들어오고 호기심을 불러 일으켰다. 유전자 가위나 합성 생물학을 연구하고 있
는 과학자의 실험실이 머리에 그려졌고 유전학이 가져올 미래에 대한 상상이 머릿속을 휘저었다. 과학 저널과 SF를 동시에 읽는 느낌이랄까?
이 책은 수향이처럼 생명 과학에 관심을 가지고 자신의 미래를 꿈꾸는 아이들에게 좋은 길잡이별이 되어 줄 것이다. 하루가 다르게 지식이 변화하는 시대에, 교과서의 지식을 넘어 과학의 최신 연구 동향과 그 연구가 가져올 명암을 제시해야 할 교사들에게도 좋은 참고 도서가 될 것이다. 우리는 기후 변화와 환경 오염과 인공 지능의 문제와 더불어 유전학이 바꿀 변화에도 대비를 해야 하는, 과학적으로 드라마틱한 시대를 살고 있으니까.
(서울 대학교 사범 대학 부설 고등학교 과학 교사, 변화를 꿈꾸는 과학기술인 네트워크(ESC) 대표)

프롤로그 인간, 드디어 조물주의 자리로?

1부 생명을 디자인하다
1장 합성 생물학의 시작: 이것은 인간이 ‘직접 만든’ 생명체입니다
2장 합성 생물학의 출현: 기계도 만드는데, 생명은 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 모델 유전체 디자인과 합성 성공

4부 크리스퍼 유전자 가위를 발견하다
11장 유전자 가위 기술의 의미: 혁명이라고 불러도 좋을 유전자 가위 ‘CRISPR’
12장 유전자 가위 기술의 역사: 왜 유전자 가위가 필요한가?
13장 유전자 가위 기술의 적용: 유전자 가위, GMO인 듯 GMO 아닌 GMO?

5부 크리스퍼 테크놀로지가 바꾼 세계
14장 유전자 가위 기술과 유전자 드라이브: 말라리아모기 줄이는 획기적 방법, 아시나요?
15장 유전자 가위 기술의 활용: 유전자 가위, 에이즈 완치 길 열었다
16장 유전자 가위 기술와 유전자 치료: ‘부모 유전자 탓’ 운명에 맞서다

6부 누구를 위한 기술인가?
17장 인간 배아 유전체 편집의 이해: 유전자 가위, 사람에게 쓴다면?
18장 인간 배아 유전체 편집이 불러온 논쟁: 중국의 유전자 가위 연구, 충격과 한계
19장 인간 배아 유전체 편집의 한계: 유전병 없는 아기 얻으려 유전자 교정? 위험한 시도!
20장 인간 배아 유전체 편집의 현황: ‘맞춤 아기’ 가능성, 윤리 논란 부른다

7부 만능 가위의 불편한 진실
21장 유전자 가위 기술의 수수께끼: CRISPR는 정말 만능 유전자 가위인가?
22장 다양한 유전자 가위 기술: 더 정확한, 더 뛰어난, 더 훌륭한 ‘가위’를 찾아서
23장 유전자 가위 기술에 대한 성찰: ‘DNA 혁명’ 크리스퍼, 우린 얼마나 알고 있나?

8부 난치병 치료의 구원 투수?
24장 세포 치료제 시대: 개인 맞춤형 치료의 시대 열리다
25장 면역 세포 치료제: 우리 몸의 세포로 만드는 미래의 항암 치료제
26장 줄기 세포 치료제: 체세포의 운명을 되돌리다, 만능 치료제의 미래

에필로그

더 읽을거리
용어 해설
후주
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