2023년 11월 16일, 영국 보건 당국이 신약 '카스게비(Casgevy)'를 승인했습니다. 이는 의생명과학 역사에 한 획을 그은 사건이었죠. 바로 '크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas9)' 기술이 치료제로 첫 데뷔하는 순간이기 때문입니다. 카스게비는 난치성 유전 질환인 '낫모양적혈구병(Sickle Cell Disease, SCD)'의 치료를 위해 개발되었습니다. 이 질병에 걸리면 적혈구가 둥근 모양이 아니라 낫 모양으로 변형되어, 산소 운반 능력이 떨어지고, 악성 빈혈로 고통받습니다. 이 병을 근본적으로 치료하려면 결국 원인이 되는 유전자 자체를 바꿔야하는데, 유전자 교정은 오랫동안 실현하기 어려운 과제로 여겨졌습니다. 그런데 카스게비는 어떻게 이 어려운 문제를 해결한 걸까요? 유전자를 이루는 물질인 DNA는 네 개의 로마자 알파벳으로 쓰인 기다란 문장이라고 할 수 있습니다. 이 알파벳은 A(아데닌), G(구아닌), C(시토신), T(티민)으로, ‘염기’라고 부르죠. 1987년 일본 연구진은 대장균의 DNA에서 아주 독특한 구조를 발견했습니다. 앞으로 읽으나 뒤로 읽으나 똑같은 ‘회문 구조(palindrome)’였습니다. 예를 들어, ‘토마토’, ‘기러기’, '다시 합창합시다’처럼 말이죠. 이후 과학자들은 많은 세균에 다양한 회문 구조를 발견했지만, 이 구조의 기능은 오랫동안 미스터리였습니다. 심지어 부르는 이름도 연구진마다 제각각이였죠. 결국 2002년에 이르러서야 이 구조는 '크리스퍼(CRISPR)'라고 부르기로 통일했습니다. 크리스퍼는 '짧은 회문 서열이 일정한 간격으로 규칙적으로 반복된 구조'(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, CRISPER)라는 의미입니다. 지구상의 모든 생물은 바이러스 감염에 노출되어 있습니다. 2007년, 덴마크의 한 요구르트 제조회사 연구팀이 흥미로운 현상을 발견했습니다. 유산균을 키우던 중 일부 균들은 특정 바이러스에 잘 감염되지 않는다는 사실을 발견한 거죠. 이 유산균의 DNA를 분석한 결과, 크리스퍼 안에 바로 바이러스 DNA의 일부가 존재했습니다. 바로 크리스퍼가 바이러스의 DNA 정보를 기억하고 있다는게 밝혀지는 순간이였죠. 그로부터 15년 후인 2012년, 두 여성 과학자가 크리스퍼의 작동 원리를 밝혀내는 데 성공했습니다. 바로 2020년 노벨 화학상 수상자인 제니퍼 다우드나(Jennifer Doudna, 1964~)와 에마뉘엘 샤르팡티에(Emmanuelle Charpentier, 1968~)가 그 주인공입니다. 그녀들은 세균이 바이러스로부터 어떻게 자신을 보호하는지 연구했습니다. 세균은 바이러스가 침입하면 바이러스의 DNA를 작게 잘라 분해하고, 그 조각 중 일부를 자신의 크리스퍼 영역에 저장합니다. 이후 동일한 바이러스가 다시 침입하면, 세균은 크리스퍼에 저장된 바이러스 DNA 정보를 바탕으로 ‘가이드 RNA(guide RNA, gRNA)’를 생성합니다. 이 가이드 RNA는 길잡이 역할을 하여 바이러스 DNA의 특정 부분을 정확히 찾아가 결합하지요. 그리고 가이드 RAN에 결합한 절단 단백질이 가위처럼 바이러스 DNA를 정확하게 잘라내어 바이러스의 감염을 막아냅니다. 이 절단 단백질을 '캐스9(Cas9)'이라고 합니다. 이 크리스퍼 유전자가위 기술에서 중요한 점은 특정 DNA 서열을 정확히 인식하는 것입니다. 크리스퍼는 가이드 RNA가 원하는 서열을 정확히 찾아내고, 캐스9 단백질이 그 부분을 정밀하게 절단하는 방식으로 작동하죠. 덕분에 이 기술은 세균뿐만 아니라 다양한 생명체의 DNA를 편집하는데 광범위하게 활용되고 있습니다. 이 기술은 질병 치료에 획기적인 발전을 가져왔습니다. 카스게비가 낫모양적혈구병을 치료하는 방법도 바로 이것입니다. 또, 2015년 하버드 의대 부속병원과 보스턴 어린이병원 연구팀은 크리스퍼 유전자가위를 이용해 후천성면역결핍증(Acquired Immune Deficiency Syndrome, AIDS) 환자 치료를 시도했습니다. AIDS는 인간면역결핍바이러스(HIV)가 면역세포의 특정 수용체와 결합해 세포에 침투하고, 결국 면역기능을 약화시키면서 각종 감염증이나 악성 종양을 유발하는 병입니다. 연구팀은 크리스퍼 기술을 활용해 골수의 조혈모세포에서 HIV와 결합하는 수용체 유전자를 제거한 후, 이 세포를 환자에게 이식해 HIV가 더 이상 세포에 들어가지 못하도록 했습니다. 이 접근법은 실제로 환자의 면역 기능이 개선되는 성과를 얻었지만, 아직은 예상치 못한 부작용 가능성을 완전히 배제할 수 없어서 유전자가위 치료법의 안전성 확보를 위한 추가 연구가 필요합니다. 크리스퍼 유전자가위 기술은 앞으로 더욱 정교해질 것입니다. 하지만 이 기술을 활용할 때는 안전성과 윤리적 고려사항을 신중하게 검토해야 합니다. 현대 생물학은 DNA라는 '생명의 프로그램'을 편집해 생명체라는 '하드웨어'를 변화시키고 있습니다. 이로 인해 현대를 '바이오 시대'라고 부르죠. 중요한 것은 기술 자체가 아니라, 이를 사용하는 우리의 지혜와 책임감입니다. 급속도로 발전하는 유전자 편집 기술이 인간 사회에 가져올 의미와 영향에 대해 깊이 고민해야 할 시점입니다.