• 대소변을 보면서 바로 건강검진을 받을 수 있고 음식점에서 나오는 고기가 한우인지 수입육인지 즉석에서 확인할 수 있다. 예비 신랑신부의 유전병 내림 가능성도 알아볼 수 있다. 이 모두가 DNA칩 덕분이다.

21세기에 급격하게 발전한 생명공학 기술의 하나인 DNA칩(chip)은 인류의 미래를 어떻게 바꿀까. 2019년에 살고 있는 한 중년남자의 일상을 소개하는 것으로 얘기를 시작할까 한다.

1964년 용의 해에 태어난 나의 이름은 한국인(韓國人). 나이는 쉰여섯으로 결혼을 앞둔 딸과 고등학생인 아들을 둔 평범한 직장인이다. 직업은 웰빙프로그래머(Well Being Programer)다. 2000년 초 전세계에 불어온 웰빙 바람을 타고 생겨난 직업으로 사람들의 건강한 몸과 정신을 위해 개개인에게 맞는 프로그램을 개발하고 지도하는 일이다.

아침 일찍 침대에서 일어난 나는 먼저 화장실로 간다. 내가 화장실에서 보내는 시간은 약 30분. 화장실의 좌변기 앞에 놓인 큰 화면에서 간밤의 모든 뉴스를 보고 오늘 일정을 확인한다.

한 가지 특별한 점은 좌변기에 나의 대소변을 순간적으로 검사할 수 있는 바이오칩 장치가 달려 있다는 것이다. 옛날에는 왕의 대소변을 검사해 건강을 검사하는 어의가 있었다는데, 지금은 이 장치가 매일 나의 건강을 검진해 이상이 발견되면 주치의와의 원격진료 약속을 잡아준다.

좀더 정밀한 검사가 필요하면 동네마다 마련된 첨단종합의료검진센터를 찾아간다. 검사 결과는 차 한잔 마시는 동안이면 얻을 수 있다. 그 결과는 바로 주치의에게 통보돼 조기진단을 하는 데 활용된다. 이토록 검사 결과가 빨리 나올 수 있게 된 것은 DNA칩 같은 첨단 의료장치가 개발된 덕분이다. 지난 15년 동안 의료시스템에서 가장 주목할 만한 변화 중 한 가지는 병이 걸리기 전에 그 병을 예측하는 DNA 검사가 보편화됐다는 것이다.



나는 오늘도 대소변이 매우 정상적이라는 결과를 보면서 하루를 상쾌하게 시작한다. 먼저 집에 마련된 TV를 보면서 네트워크로 연결된 고객들과 단전호흡을 같이한다. 오늘은 2명의 신규 고객과 약속이 있고, 저녁에는 미래의 사위를 만나 술 한잔 하기로 돼 있다. 고객과 만나서 하는 일은 건강검진 결과를 바탕으로 적절한 음식과 운동 프로그램을 개발해 지도해주는 것이다.

먼저 현재의 질병 유무와 DNA 검사를 통한 질병 유발 가능성을 검사한다. DNA칩을 이용한 DNA 의료검사는 바이러스와 같은 감염균 존재 유무뿐만 아니라 유전병과 암 유발 및 심혈관 질환 가능성, 습관성 유무, 치매와 같은 신경질환 발전 유무 등을 진단해준다.

오늘의 첫 고객인 30대 여성은 DNA칩 검사 결과 자궁암과 간암 유발 바이러스에 감염돼 있고, 심혈관 계통에 질병가능성이 큰 것으로 진단됐다. 이 여성 고객에게 맞는 프로그램은 의사에게 정규적으로 자궁암과 간암을 검사받고, 체질에 맞는 식사를 하면서 적당한 양의 운동을 하는 것이다. 물론 술과 지방질 음식은 피해야 한다.

아울러 전문의 상담을 통해 개인 맞춤형 심혈관 질환 예방약을 복용하도록 유도한다. 이 약은 개인의 DNA 검사를 통해 본인에게 가장 적합하도록 디자인된 것으로 치료효과가 뛰어나다. 같은 약이라도 사람마다 다른 효과를 내는 것은 서로 조금씩 다른 DNA를 가지고 있기 때문이다.

두 번째 고객인 20대 남성은 DNA 검사 결과 폐암에 걸릴 가능성이 높고 습관성의약품에 노출됐을 때 쉽게 빠져 나오지 못하는 체질을 가진 것으로 진단됐다. 또한 DNA칩 검사결과 남성불임으로 판정됐다. 먼저 이 고객에게는 담배를 끊도록 유도했다. 이 고객은 지금까지 여러 번 금연을 시도했지만 검사결과가 보여주듯 번번이 실패했기 때문에 그에게 맞는 금연약과 식사, 운동 프로그램을 마련해 주었다. 그리고 생식 능력이 없으므로 결혼할 때 배우자에게 이 사실을 미리 알리고 인공수정이나 입양 문제를 상의하는 것이 현명한 처사라고 일러줬다.

질병 미리 알아 마음의 병 안 되게

상담에 응할 때는 고객이 질병 가능성을 미리 알게 됨으로써 도리어 마음의 병을 얻지 않도록 세심하게 주의를 기울여야 한다. 병의 정확한 진로와 가능성, 그리고 예방과 치료에 대한 정보를 충분히 줘야 한다. 질병에 걸린 것이 아니라 질병의 가능성이 일반인에 비해 높은 것이므로 정규검진을 받으면 조기에 치료될 수 있다는 점을 알리는 데 많은 노력을 기울였다.

이러한 이유로 고객들과 정기적인 모임을 가지는 한편 비슷한 처지에 있는 고객들끼리 소모임을 가져 서로에게 필요한 정보를 나누는 자리를 마련하는 게 나의 중요한 업무 중 하나다. 다행히 이러한 고객의 DNA 정보가 개인에게 어떠한 불이익도 줄 수 없다는 법이 제정돼 있어 아무런 제약을 받지 않고 있다.

바쁜 일정을 마치고 미래의 사위와 술 한잔 하기로 한 한우고기 전문식당으로 간다. 이 음식점은 한우인지 수입육인지를 고객이 보는 앞에서 DNA칩으로 검사해 주는 것으로 유명하다. 또한 곁들여 나오는 채소와 반찬의 원산지와 기능성 유전자변형식품인지 아닌지를 바로 분간할 수 있는 DNA칩을 가지고 항상 품질관리를 한다. 내가 이 음식점을 자주 찾는 이유는 맛뿐만 아니라 개인의 건강상태에 따라 다양한 맞춤 음식을 내놓기 때문이다.

미래의 사위는 얼마 전 딸과 함께 건강검진(일명 ‘DNA 궁합’)을 받아 보았다. 다행히 염려할 만한 유전병이 미래의 손자들에게서 나타날 가능성은 없었다. 사위 본인의 건강도 별 문제가 없었다. 기분이 좋아져 조금 과음한 나는 사위와 헤어진 뒤 집으로 발길을 돌렸다.

집에 들어오는 문의 열쇠는 최근에 인간 ID DNA칩을 내장한 것으로 교체했다. 이 열쇠는 손가락을 대면 느끼지 못하는 사이에 소량의 혈액을 뽑아 본인 유무를 판정한다. 이 열쇠를 달면 가족의 DNA ID를 보관했다가 혹시 사고가 생기면 바로 찾아주는 부가서비스도 제공한다. 문이 열리고 안으로 들어서자 집사람이 반갑게 맞이하며 생수기에서 시원한 물을 한잔 뽑아줬다. 이 생수기에는 미생물 검사 DNA칩이 부착돼 있어 혹시 있을지 모를 오염에 대비한다. 편안한 잠자리를 위해 소변을 보러간 나는 “과도한 음주는 건강에 좋지 않습니다”라는 음성메시지를 들었다. 나는 ‘언제쯤 이 변기가 내 기분을 맞추어 줄 수 있을까’ 생각하며 깊은 잠에 빠진다.

위의 내용은 현존하는 생명공학 기술과 DNA칩의 발전 방향에 기초해 가상으로 꾸며본 15년 후의 세상이다. 지금부터는 DNA칩의 개발배경과 현재의 기술수준, 그리고 발전 가능성에 대해 살펴보고자 한다.

1953년 DNA의 구조가 밝혀진 이후 인류는 모든 생명체의 기본인 DNA를 주목하기 시작했다. DNA 발견은 생명공학의 수준을 크게 높였다. 21세기를 맞아 눈부시게 발전한 생명공학은 새로운 연금술로 각광받고 있다.

이처럼 생명공학이 인류의 주요 관심사로 떠오른 것은 1990년부터 본격 시작된 인간 게놈 프로젝트(Human Genome Project) 때문이다. 인간이 가지고 있는 24종류의 염색체에 담겨 있는 약 32억개의 염기 서열을 모두 밝히는 이 계획은 전세계 과학자들의 공동연구로 2003년에 실현됐다.

박테리아를 비롯해 여러 동식물의 게놈 구조를 밝히는 작업이 동반돼 지금까지 200여종이 넘는 생명체의 게놈구조가 밝혀졌다. 유전자 해독기술이 향상됨에 따라 이들의 수는 급속히 늘어날 것이며, 향후 인간과 밀접한 관계에 있는 생명체의 게놈은 대부분 밝혀질 것으로 예상되고 있다.

지금은 인간이 가지고 있는 약 3만종의 유전자 기능을 모두 밝히는 연구에 전세계 과학자들이 참여하고 있다. 인간의 몸에는 250여종의 다른 세포가 10조개 이상 존재한다. 이들 세포는 모두 같은 염색체를 가지고 있지만 필요한 유전자들만이 발현해 단백질을 생산함으로써 서로 다른 기능을 수행하고 있다. 피부와 뇌가 각기 다른 역할을 수행할 수 있는 이유다. 만약 이들 유전자 기능정보를 모두 밝힌다면, 인류는 새로운 패러다임에 살게 될 것이다. 또한 이들 유전자에 돌연변이가 발생하면 유전병이나 암 같은 질병을 일으킬 수 있기 때문에 돌연변이 검색은 인류의 건강을 위해 아주 중요한 일이다.

게놈 차원에서의 유전자 연구와 검색은 기존의 유전공학 방법에서 나타난 한계, 즉 동시에 검색할 수 있는 유전자 수의 제한성을 뛰어 넘어야 했다. 이런 문제점을 극복하기 위해 최근 개발된 방법 중 하나가 바로 DNA칩이다.

DNA칩이란 일반적으로 DNA 분자를 아주 작은 공간의 표면 위에 결합시킨 형태를 말하며, 이 분자들의 정량 및 정성 분석에 필요한 프로그램이나 장비도 함께 포함한다. 1990년 초부터 미국의 실리콘밸리를 중심으로 개발이 시작된 DNA칩은 생물학적 지식에 기계 및 전자공학의 기술이 접목돼 만들어졌다.

암환자 치료제 선정에 도움

현재 DNA칩은 유전자발현 검색과 돌연변이 같은 유전자변이 검색에 사용되고 있다. 아직까지는 연구용으로 폭넓게 사용되고 있다. 최근 한국식품의약품안전청으로부터 자궁암 바이러스 진단용 DNA칩이 허가를 받았다. 또한 DNA칩을 비전문가가 진단용으로 손쉽게 사용할 수 있도록 기존의 생물학적 실험과정을 축소해 칩 안에서 자동으로 일어나게 만든 랩온어칩(lab-on-a-chip) 기술과 접목을 시도하고 있다. 이외에도 단백질칩, 세포칩 등이 있으며 이들을 합쳐 바이오칩이라고 부른다.

DNA칩이 가장 많이 사용되고 있는 분야가 바로 유전자의 기능을 분석하는 유전자발현 측정 분야다. 이는 유전자는 필요에 의해서만 발현, 즉 단백질을 생산한다는 점에 착안해 암이나 약에 특이한 유전자들을 찾는 것이다.

최근엔 여러 논문을 통해 유전자 발현 변화 패턴을 검색해 질병의 종류를 진단할 수 있다는 증거가 하나둘 나오기 시작했다. 2000년 미국 국립의료원에서 사용하고 있는 60여개의 암세포에 대해 8000개의 유전자가 있는 DNA칩으로 발현검사를 하자 세포주의 생성 장소나 시기가 달라도 종류가 같은 세포주에서는 유사한 형태의 유전자 발현 패턴이 나타난다는 점이 확인됐다.

또한 최근에는 유방암 환자에 대한 화학치료 과정에서 치료제에 반응을 나타내는 환자와 나타내지 않는 환자를 구별할 수 있는 후보 유전자들이 발견됐다. 이들 유전자를 이용한 DNA칩은 유방암 환자들에게 적절한 치료제를 선정하는 데 유효한 예측 도구로 활용될 수 있을 것이다. 우리나라에서 가장 흔한 위암의 경우에도 최근 12개의 위암세포주를 이용한 DNA칩 실험에서 이들에게만 독특하게 발현되는 유전자들을 찾아냈다.

이와 같은 임상연구 결과가 축적되면 과거 임상병리학적으로 구별하기 힘들었던 질병에 대해서도 DNA칩을 이용한 정확한 진단과 치료의 길이 열릴 것으로 예상된다. 은 1만3000개의 유전자가 약 4×1.5cm 안에 집적돼 있는 실험결과를 보여주고 있다.

유전자변이 검색용 DNA칩은 DNA 이상으로 생기는 유전병이나 감염성 바이러스 및 세균의 종류를 검색해 진단하는 DNA칩을 말한다. 짧은 DNA가 칩 위에 심어져 있는 형태인데 많은 종류를 동시에 검색한다는 점에서 기존 검사법과 다르다. 유전자발현 검색용 DNA칩보다 진단용 개발이 더 쉽기 때문에 국내외적으로 여러 바이오벤처회사가 개발하고 있거나 상품화를 시도하고 있다. 대표적으로 암유발 가능성을 검색하는 p53 암억제유전자 돌연변이검사칩, 간과 자궁바이러스인 HCV와 HPV검사칩 등이 나와 있다. 또한 개인 맞춤약물시대에 맞추어 개개인의 DNA 다양성을 검색할 수 있는 칩과 장기이식에 적합한 조직을 찾을 때 쓰이는 HLA 검색칩도 개발중이다.

DNA 랩온어칩은 임상시료의 처리부터 검색까지 모든 과정을 칩 안에서 자동으로 처리해 질병 관련 유전자를 검색할 수 있는 장치를 말한다. 최첨단 미세가공기술과 유체역학, 전자제어기술 등이 집적되는 분야다. 아직 세계적으로 연구 초기 단계지만 이 칩은 미래의 의료진단 시장에 큰 영향을 끼칠 것으로 예측되고 있다.

이러한 이유 때문에 국내에서도 산업자원부 지원하에 삼성종합기술원이 차세대 기술로 집중개발하고 있다. 최근엔 한양대 안산캠퍼스 내에 마이크로바이오칩센터가 설립돼 기술개발과 지원에 앞장서고 있다. 랩온어칩이 융합된다면 앞에 소개한 가상 이야기는 현실이 될 것이다.

초기 단계에서 세계 DNA칩 시장을 예측하기란 쉽지 않다. 하지만 2001년 6월에 나온 Strategic Directions International Inc.의 ‘Market analysis and perspectives(시장 분석과 전망) : Microarray Technology(미세배열 기술)’ 분석 자료를 보면 그 규모를 어느 정도 예측할 수 있다. 자료에 따르면 2004년 현재 바이오칩 관련 시장은 약 24억달러 규모이고, 2005년에는 약 33억달러로 급속히 넓어질 전망이다.

이 보고서에 따르면 미래 진단 분야는 상당부분이 바이오칩으로 대치될 것으로 예상된다. 또 병원, 임상병리센터, 그리고 제약회사에서 바이오칩을 가장 많이 찾고 소비할 것으로 예측된다. 이들은 전체 바이오칩 시장의 52% 이상을 차지할 것으로 분석됐다.

그러므로 바이오칩을 개발하는 국내 바이오벤처들은 이들이 필요로 하는 칩을 연구·개발해야 한다. 국내 바이오칩 전문 벤처들은 기술력은 뛰어나지만 영세하다. 따라서 국내시장을 보호하고 수출을 하기 위해서는 비슷한 바이오칩을 개발하는 업체끼리 제휴해 개발비용과 시간을 절약해야 할 것이다.

또한 세계적인 바이오칩 개발 경쟁에서 살아남기 위해서는 대규모 수요자와 전략적인 제휴를 맺어 개발비용을 지원 받고 잠재고객을 미리 확보해야 한다. 이를 위해서 대규모의 병원, 임상병리센터 및 제약회사들이 이 분야에 관심을 갖고 투자해 미래의 진단시장에서 우수한 국산 칩제품을 사용할 수 있는 터전을 마련하는 것이 절실히 요구된다.

식품의약품안전청이 최근 DNA칩 생산에 대한 허가기준을 마련함으로써 바이오벤처들에게 칩 개발의 길이 활짝 열린 것은 매우 고무적인 일이다. 급변하는 신기술이 신속히 평가받을 수 있는 제도적 장치 마련이 어느 때보다 필요한 시기다.

1997년에 개봉한 영화 ‘가타카(GATTACA)’에는 일종의 DNA칩을 이용해 개인의 운명이나 ID를 불과 몇 초 만에 밝히는 장면이 나온다. 이 영화는 개개인의 DNA 구조를 분석해 그 사람의 평생 건강 상태를 예견하고 결국 그 사람의 품질(?)을 결정하는 미래 사회를 그리고 있다. 영화에서처럼 DNA로 인간의 등급을 정하는 사회가 도래하지 않게 하기 위해서는 사회적, 윤리적, 법적 제도가 마련돼야 할 것이다.

그렇다면 DNA칩은 우리가 몰라도 되는 금단의 비밀(DNA)을 알게 해 사회에 혼란만을 가져올 것인가? 은 바로 DNA칩이 변화시킬 미래의 생활상을 ‘DNA 토정비결’에 비유해 만들어 본 것이다.

사람들은 자신의 미래를 알아보려 토정비결 따위에 귀기울인다. 마찬가지로 자신의 건강을 점검해 다가올 병을 차단할 수 있다면 우리는 병 없는 건강한 삶을 살 수 있을 것이다. 모든 사물에는 서로 다른 두 개의 면이 동시에 존재하듯 DNA칩 같은 기술이 인류에게 복이 될지 해가 될지는 결국 기술을 운용하는 인간의 손에 달려 있다.



신기술은 사회의 구조를 바꾸어 새로운 직업군을 많이 만들어낼 것이다. 인터넷이 우리의 생활을 완전히 뒤바꾼 것처럼. 21세기는 생명공학의 발달로 과거에 상상하지 못했던 일들이 현실로 나타날 것이며, 때문에 새로운 패러다임의 이동을 이끌어나갈 인재의 양성과 제도의 마련이 시급하다.