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- 미국의 생명공학 회사가 처음으로 매머드와 비슷한 털을 가진 쥐 만들어
- 이 "멸종 복원"의 기초는 영구 동토층 등에서 보존된 표본의 DNA
- 자연에서 수백만 년이 걸려 발달된 복잡한 유전적 조합을 재구성할 수 있다는 것 보여
- 이 접근 방식이 언젠가는 멸종된 종을 복원하는 데 실제로 도움이 될 수 있지만, 상당한 생물학적 한계가 과학적, 기술적 과제 남아

유전자 변형으로 매머드 털을 가진 쥐
매머드 모델을 기반으로 한 유전자 변형으로 '털 많은 쥐' 탄생

복제 매머드의 다음 단계는? 미국의 생명공학 회사가 처음으로 매머드와 비슷한 털을 가진 쥐를 만들어냈다. 이들의 털은 멸종된 모털 매머드와 마찬가지로 곱슬곱슬하고 갈색이며 빽빽하다. "털이 많은 쥐"는 매머드의 유전자와 유사하도록 여러 유전자를 의도적으로 변형하여 만들어졌다. 연구자들은 이러한 실험이 매머드 유전자의 기능에 대한 새로운 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 "멸종 복원" 방법을 최적화할 수 있기를 바라고 있다. 

▲ 이 쥐들은 유전적으로 변형되어 매머드와 같은 털을 가지게 되었다. © Colossal Biosciences

"쥬라기 공원"은 우리에게 그것이 어떻게 이루어지는지 보여주었다. 유전공학적 방법의 도움으로 미국의 회사 "콜로설 바이오사이언스(Colossal Biosciences)"는 도도새에서 태즈매니아 호랑이, 매머드에 이르기까지 멸종된 종을 다시 살리려고 한다. 이 "멸종 복원"의 기초는 영구 동토층 등에서 보존된 표본의 DNA다. 이러한 유전 물질의 일부를 코끼리와 같은 가까운 종의 유전체에 삽입할 수 있으며, 이렇게 생산된 줄기세포로부터 매머드를 복제할 수도 있다.

청사진으로 매머드 털을 위한 유전자

실제로는 멸종된 동물의 모든 중요 유전자를 재구성하는 것조차 파편화된 화석 DNA 때문에 어렵다. 또한 단백질을 코딩하는 유전자의 DNA 코드 외에도 어떤 세포에서 언제 이 유전자가 활성화되는지 아는 것도 필요하다. 이것은 보존된 경우 메신저 RNA를 통해 밝혀질 수 있으며, 2024년 매머드에서 발견된 것처럼 DNA의 유리화를 통해 밝혀질 수 있다. 그러나 그러한 행운은 극히 드물며 대부분 경우 유전자 활동과 유전자 조절의 일부만이 재구성될 수 있다.

Colossal Biosciences의 연구자들은 이제 다른 접근 방식을 선택했다. 그들은 다른 동물 종인 쥐에서 일부를 "재창조"하여 매머드 DNA가 작동하는 방식을 알아내려고 노력하고 있다. 구체적으로, 연구팀의 현재 연구는 털매머드의 어떤 유전자가 두껍고 추위를 막아주는 털과 기타 추운 날씨에 적응하는 능력을 담당하는지, 그리고 이 유전자들이 어떻게 작동하는지 알아내는 것을 목표로 했다.

▲ 털매머드는 두꺼운 털 덕분에 빙하기의 추위로부터 잘 보호받을 수 있었다. 하지만 어떤 유전자가 이러한 결과를 낳았을까? © Orla/ Getty 이미지

유전자 편집으로 '털 많은 쥐' 탄생

연구팀은 매머드와 코끼리 121마리의 유전체를 비교해 매머드의 특징적인 갈색빛을 띠고 두껍고 약간 곱슬거리는 털과 피부에 두꺼운 지방층을 갖게 한 유전자를 먼저 찾아냈다. 이들 중에서 그들은 쥐의 유전체에 유사한 유전자가 존재하는 10개의 유전자를 선택했다. 연구진은 CRISPR/CAS9 유전자 가위를 사용해 쥐의 수정란과 배아줄기세포에서 이 유전자를 변형해 거대한 유전자와 유사하게 만들었다.

결과:
이러한 난세포와 줄기세포에서 자란 쥐는 실제로 매머드와 같은 털을 발달시켰다. 털은 갈색을 띠고, 일반 털보다 길고, 두껍고, 곱슬곱슬했다. "털이 많은 쥐"는 또한 지방 대사에 변화를 보이는데, 이를 통해 지방산 결합 단백질이 매머드의 단백질과 유사해진다.

Colossal은 이 "털이 많은 쥐"를 중요한 진전으로 보고 있다. Colossal CEO Ben Lamm은 "털이 많은 쥐는 우리의 멸종 위기 종을 구제하는 임무에서 이정표를 세웠다"고 말했다. "매머드의 여러 내한성 특성을 살아있는 모델 종에 통합함으로써, 우리는 자연에서 수백만 년이 걸려 발달된 복잡한 유전적 조합을 재구성할 수 있다는 것을 보여주었다.“

“매머드는 모피 코트를 입은 코끼리가 아니다”

하지만 이것이 정말로 멸종된 매머드를 부활시키는 데 도움이 될까? 셰필드 대학의 생물학자 토리 헤리지는 "매머드는 모피 코트를 입은 코끼리보다 더 큰 존재"라고 말했다. 그는 이 연구에 참여하지 않았다. "아직까지 매머드 유전체의 어느 부분이 코끼리가 북극 생활에 적합하게 만드는 데 정말로 필수적인지는 알려지지 않았다." 마우스에 이에 상응하는 유전자가 존재하지 않는 거대한 유전자의 기능을 연구하는 것은 훨씬 더 어렵다. 헤리지는 "문제는 세부 사항에 있다"고 말했다.

게다가 마우스 게놈에 대한 이러한 비교적 관리 가능한 개입(최대 7개의 유전자를 한 번에 변경)조차도 수많은 실패한 시도로 이어졌다. 유전자 편집된 배아의 대부분은 자궁 내에서 죽었다. 모든 실험 중 털북숭이 쥐가 태어나는 데 성공한 경우는 10%도 안 되며, 새로 태어난 쥐 중 일부에서만 원하는 유전적 변화가 모두 유지되었다.

따라서 이 방법은 현재의 기술 수준을 감안할 때 "털이 많은 코끼리"를 생산하기에는 적합하지 않다. 옥스포드 브룩스 대학의 생물학자 사드 아리프는 "코끼리는 포유류 중 가장 긴 번식 기간을 가지고 있다. 약 2년이고 일반적으로 새끼를 한 마리만 낳는다"고 설명했다. 그러므로 실패한 시도는 엄청난 시간의 손실을 가져온다. 게다가, 코끼리에서 인공수정과 유도줄기세포를 생산하는 방법은 지금까지 제한적인 성공만을 거두었다.

그래도 한 걸음 앞으로 나아갔다.

그래도 연구자들은 몇 가지 혁신을 이루는 데 성공했다. 그들은 다수의 유전자를 동시에 바꿀 수 있도록 유전자 조작 방법을 최적화했는데, 이로 인해 바람직하지 않은 돌연변이가 발생하지 않는 것으로 보인다. "거대한 털북숭이 쥐는 우리가 정밀한 게놈 편집에서 이룬 놀라운 진전을 보여준다"며 "이제 우리는 복잡한 유전적 적응을 목표에 맞춰 계획하고 만들어낼 수 있다"고 Wyss 연구소와 하버드 의대의 공동 저자인 조지 처치가 말했다.

새롭게 개발된 방법을 사용하면 여러 유전자를 동시에 매우 정밀하게 수정할 수 있다. 이는 의학 연구, 가축 사육 또는 종 보존을 위한 유전공학적 접근 방식에도 도움이 될 수 있다. 이 방법이 멸종 위기 종(種) 퇴치에 도움이 될지는 아직 알 수 없다.

"종합적으로, 이것은 머리카락 특성과 대사 과정의 유전적 기초를 밝히는 데 기여하는 유망한 연구 접근 방식이다“고 뭔헨 공과대학의 이종이식 연구자 콘라트 피셔(Konrad Fischer)r가 언급했다. "이러한 접근 방식이 언젠가는 멸종된 종을 복원하는 데 실제로 도움이 될 수 있지만, 상당한 생물학적 한계가 과학적, 기술적 과제로 남아 있다."
(PrePrint Biorxiv)
출처: Colossal, Science Media Center

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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