[핵잼 사이언스] 사람-쥐 유전자 혼합된 ‘하이브리드 배아’ 美 실험실서 탄생

미국 연구진이 사람과 쥐의 세포를 합친 ‘하이브리드 배아'(인간과 동물 세포를 합한 배아)를 만드는데 성공했다고 밝혀 학계의 관심이 쏠리고 있다.

미국 뉴욕주립대 버펄로캠퍼스 연구진은 인간과 동물의 세포를 결합해 인공장기를 만들기 위한 첫 번째 단계로 키메라 배아 연구를 시작했다.

동물 체내에서 인간 장기를 생산하기 위해서는 우선 유전자 조작으로 특정 장기를 만들 수 없게 된 동물의 배아(수정란)에 세포로 분화가 가능한 인간의 줄기세포를 주입한다. 줄기세포가 배아 안에서 인간의 장기로 어느 정도 성장하면, 이 하이브리드 배아를 다른 동물의 자궁에 다시 주입해 인간의 장기를 몸에 지닌 새끼를 낳게 한다.

연구진에 따르면 이번 연구를 통해 탄생한 하이브리드 배아에서 인간의 줄기세포가 차지하는 부분은 0.1~4% 정도다. 이는 지금까지 사람과 쥐의 DNA를 혼합한 연구는 여러 차례 있었지만, 인간 세포가 차지하는 비중이 최대 4%에 달한 것은 이번이 처음이다.

연구를 이끈 뉴욕주립대 버펄로캠퍼스의 펑 젠 박사는 “쥐의 배아에서 인간의 줄기세포가 안정적으로 자라게 하기 위해서는 인간의 세포를 착상 전 초기 발생 단계에서 나온 ‘나이브형‘으로 되돌리는 것이 중요하다”고 설명했다. 일반적으로 나이브형 줄기세포는 미분화 상태를 유지하면서 무한대로 자가 증식할 수 있는 능력과 인체의 모든 세포로 분화할 수 있는 분화 능력을 가지고 있기 때문에 재생 의학적 활용에 있어 그 가치가 높이 인정된다.

연구진은 세포의 성장, 이동, 증식에 관여하는 단백질인 mTOR를 일시적으로 비활성화시키는 과정을 통해 인간의 세포를 초기 단계로 되돌린 뒤 이를 쥐의 줄기세포와 혼합한 배아를 17일간 실험실에서 발육시켰다.

그 결과 혼합 배아는 사람의 유전자를 보유하고 있음에도 불구하고 정상적으로 성장하기 시작했다. 쥐의 세포에 주입된 인간의 세포는 간과 심장, 골수 및 혈액이 될 수 있는 쥐의 대부분의 조직과 결합한 것을 확인했다.

특히 일부 하이브리드 배아 세포 내에서는 인간의 적혈구 세포가 매우 풍부하게 성장했고, 뇌로 성장할 수 있는 소수의 조직도 발견됐다. 또 다른 하이브리드 배아에서는 빛을 감지하는데 도움이 되는 눈 세포인 광수용체 더미가 발견되기도 했다.

연구를 이끈 펑 박사는 “인간 배아에서 성숙되려면 몇 달이 걸리는 세포들이 (하이브리드 배아 세포 안에서는) 17일 안에 성장하는 것을 확인했다”면서 “만약 이러한 과정이 (동물에서 인간 장기를 얻는데) 효과가 있다면, 과학계에 매우 큰 영향을 미칠 것”이라고 밝혔다.

다만 이번 연구는 인간의 줄기세포를 이용했다는 점에서 윤리적 논란에 부딪힐 가능성이 있다. 2017년 미국 캘리포니아의 솔크연구소가 인간의 DNA가 주입된 돼지를 만들었지만, 10만개의 세포 중 단 1개 만이 인간의 세포였다. 당시 문제는 그렇게 만들어진 돼지의 뇌가 부분적으로 인간일 수 있다는 것이었다. 또 윤리적 이유로 배아는 단 한 달 동안만 실험에 이용할 수 있었다.

자세한 연구결과는 세계적인 과학저널인 ‘사이언스’의 자매지인 ‘사이언스 어드밴시스‘ 최신호(13일자)에 실렸다.

송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr