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맞춤아기

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목차

1. 개요

맞춤아기는 특정 유전자와 속성을 가진 아이를 인공적으로 선택하여 태어나게 하는 기술을 의미한다. 2004년 옥스퍼드 영어사전에 등재되었으며, 시험관 수정과 유전자 조작 기술을 활용한다. 1990년대부터 유전 질환 예방을 목적으로 논의되었으나, 외모, 지능, 체력 등 부모의 요구를 반영하는 방향으로 논의가 확대되었다.

PGD(착상 전 유전자 진단) 기술은 유전적 결함 여부에 따라 배아를 선택하거나 폐기하는 데 사용되며, 성별, 눈 색깔, 피부색 등을 선택하는 데 활용될 수 있다. 또한, 구원자 형제 선택에도 사용된다. 유전자 치료, ZFN, TALEN, CRISPR/Cas9 등의 기술이 맞춤아기 기술에 활용된다.

맞춤아기 기술은 윤리적, 법적 논쟁의 중심에 있으며, 찬성 측은 유전 질환 예방, 부모의 선택권, 인류 발전에 기여할 수 있다고 주장하는 반면, 반대 측은 인간 존엄성 훼손, 사회적 불평등 심화, 예측 불가능한 부작용 발생 가능성 등을 우려한다. 각국은 PGD 사용에 대한 규제를 다르게 적용하고 있으며, 배아 편집 및 생식 세포 변형을 금지하는 국가도 있다. 한국은 PGD를 의료 목적으로 허용하고 있다.

2. 유래

'맞춤형 아기(Designer Babies)' 용어는 2004년에 옥스포드(Oxford) 영어사전에서 생겨났다.[98][99] 특정한 유전자와 속성이 있는 지, 없는 지를 증명하기 위해 시험관 수정과 함께 유전 성질이 인공적으로 선택된 아기로 정의가 되었다. 이 용어는 과학자가 아닌 저널리스트(기자)에 의해 만들어졌다.[98][99] 유전학의 발전은 '맞춤아기'라는 개념을 만들어 냈고, 그러므로 인해 부모와 의사들은 유전적 장애에 대한 배아를 유전자 상으로 구별할 수 있다.

맞춤아기란, 유전자를 선택하여 눈이나 머리카락 색깔과 같은 특정 특징을 가진 아이가 태어날 확률을 높이는 기술이다.[98][99] 1990년대부터 수정란의 유전자 조작은 유전 질환을 회피하는 것을 주된 목적으로 논의되어 왔지만[100], 부모의 과잉 간섭 ( "더 뛰어난 아이를", "원하는 대로의 아이를" 등 ) [101]을 받아들여 외모적 특징이나 지력, 체력에 관한 유전자 조작도 논의되기 시작했다.[98][102][103][104]

한편, 아이가 특정 성질을 가지도록 사전에 유전자를 설계하는 것은, 기술적으로도 윤리적으로도 강하게 문제시되고 있다.[98][102] 키타사토 대학 의과대학 임상 유전학 교수인 타카다 후미오(高田史男)는 "신장이나 지능 등 부모의 "퍼펙트 베이비(Perfect Baby) 소망"을 실현하는 검사가, 비즈니스 세계에서 제어 없이 확산되는 것은 위험하다.[98] 생활 습관병이나 암 등의 리스크는 확정적인 것이 아니며, 다수의 유전자와 환경 인자가 관여한다는 이해가 필요하다"고 우려를 표명하고 있다.[98]

3. 기술

1980년대 말부터 사용되기 시작한 착상 전 유전자 진단(PGD)은 유전적 결함 여부에 따라 임신 전에 배아를 선택하거나 폐기할 수 있게 한다.[8] 이 기술은 체외 수정(IVF)을 통해 얻은 배아를 대상으로 유전자 검사를 실시한다.[8] 부모는 PGD를 통해 아이의 성별, 눈 색깔, 피부색, 머리카락 색 등을 선택할 수 있다고 알려져 있으며,[9] 지능, 외모, 키, 비만 경향, 정신 질환, 운동 능력 등 다양한 신체적 특성도 결정될 수 있다고 주장된다.

착상 전 유전자 진단 과정. 체외 수정은 정자와 난자를 함께 배양하거나 정자를 난자에 직접 주입하는 것을 포함한다. PCR - 중합효소 연쇄 반응, FISH - 형광 ''생체 내'' 혼성화.


PGD는 주로 가능한 유전적 결함의 경우에 착상할 배아를 선택하는 데 사용되며, 돌연변이 또는 질병 관련 대립 유전자를 식별한다.[9] 이는 부모 중 한 명 또는 둘 다가 유전 질환을 가지고 있는 경우에 유용하다. PGD는 특정 성별의 배아를 선택하는 데 사용될 수 있으며, 질병이 다른 성별보다 한 성별과 더 강하게 연관될 때 가장 일반적이다(예: X 연관 질환은 남성에게 더 흔하며, 혈우병과 같은 경우).[9]

PGD의 한 가지 적용은 '구원자 형제'의 선택인데, 이들은 일반적으로 생명을 위협하는 질병을 가진 형제에게 이식 (장기 또는 세포군)을 제공하기 위해 태어난 아이들이다. 구원자 형제는 IVF를 통해 잉태된 후 PGD를 사용하여 이식이 필요한 아이와의 유전적 유사성을 분석하여 거부 반응의 위험을 줄인다.[10]

PGD를 위한 배아는 체외 수정(IVF) 절차를 통해 얻어진다. 여성의 난자는 여러 개의 난자 생성을 유도하는 불임 치료를 포함하는 조절 난소 과자극 (COH) 후 채취된다. 난자를 채취한 후 배양액에서 여러 정자와의 배양 또는 정자를 난자에 직접 주입하는 세포질 내 정자 주입술 (ICSI)을 통해 ''체외''에서 수정된다. 결과적으로 생성된 배아는 보통 3~6일 동안 배양되어 분할구 또는 배반포 단계에 도달하게 한다.[11]

배아가 원하는 발달 단계에 도달하면 세포를 생검하고 유전자 검사를 실시한다. 검사 절차는 조사 중인 질환의 성격에 따라 다르다.

중합효소 연쇄 반응(PCR)은 DNA 서열을 증폭하여 동일한 세그먼트의 사본을 훨씬 더 많이 생성하는 과정으로, 대규모 샘플을 검사하고 특정 유전자를 식별할 수 있게 한다.[12] 이 과정은 단일 유전자 질환 (예: 낭성 섬유증)을 검사할 때 자주 사용된다.

형광 생체 내 혼성화(FISH)는 염색체의 고도로 상보적인 서열에 특이적으로 결합하는 형광 탐침을 사용하며, 이를 형광 현미경을 사용하여 식별할 수 있다.[13] FISH는 이수성과 같은 염색체 이상을 검사할 때 자주 사용되므로 다운 증후군과 같은 질환을 검사할 때 유용한 도구이다.

검사 후, 원하는 특성을 가진 배아(또는 돌연변이와 같은 원치 않는 특성이 없는 배아)를 어머니의 자궁에 이식한 다음 배아 발달을 자연적으로 진행시킨다.

=== 인간 생식 계열 유전자 편집 ===

인간 생식 계열 유전자 편집은 정자나 난자와 같은 생식 세포에서 인간 게놈을 편집하거나 수정 후 접합자 또는 배아에서 편집하는 과정으로, 이는 유전 가능한 변화를 일으킨다.[22] 생식 계열 유전자 편집은 유전체의 변화를 자손의 신체 내 모든 세포(또는 배아 생식 계열 유전자 편집 이후의 개인)에 통합되도록 한다. 이 과정은 유전 가능한 변화를 초래하지 않는 체세포 편집과는 다르다. 대부분의 인간 생식 계열 편집은 개별 세포와 생존할 수 없는 배아에서 수행되며, 이는 발달의 아주 초기 단계에서 파괴된다. 그러나 2018년 11월, 중국 과학자 허젠쿠이는 최초로 인간 생식 계열 유전자 편집 아기를 만들었다고 발표했다.[23]

유전자 편집은 인간 게놈 내 모든 유전자의 위치와 기능을 식별한 인간 게놈 프로젝트와 같은 연구를 통해 가능해진 인간 유전 정보에 대한 지식에 의존한다.[24] 2019년 현재, 고처리량 염기 서열 분석 방법은 게놈 시퀀싱을 매우 빠르게 수행할 수 있게 하여 기술을 연구자들에게 널리 사용할 수 있게 한다.[25]

생식 계열 수정은 일반적으로 새로운 유전자를 특정 위치의 배아 또는 생식 세포의 게놈에 통합하는 기술을 통해 수행된다. 이는 원하는 DNA를 세포에 직접 도입하여 통합하거나, 유전자를 관심 있는 유전자로 대체함으로써 달성할 수 있다. 이러한 기술은 또한 돌연변이 서열을 포함하는 유전자와 같이 원치 않는 유전자를 제거하거나 파괴하는 데 사용될 수 있다.

인간 세포에서 가장 일반적으로 사용되는 것은 생식 계열 유전자 치료와 조작된 뉴클레아제 시스템인 CRISPR/Cas9이다.

=== 유전자 치료 ===

유전자 치료는 질병 치료를 위해 핵산(DNA 또는 RNA)을 약제로서 세포 내로 전달하는 것이다.[26] 일반적으로 벡터를 사용하여 수행되며, 이는 핵산 (일반적으로 치료 유전자를 암호화하는 DNA)을 표적 세포로 운반한다. 벡터는 원하는 유전자 사본을 특정 위치로 형질도입하여 필요에 따라 유전자 발현되도록 할 수 있다. 또는 전이 유전자를 삽입하여 원치 않거나 돌연변이된 유전자를 의도적으로 파괴하여 결함이 있는 유전자 산물의 전사 및 번역을 방지하여 질병 표현형을 피할 수 있다.

세포로의 유전자 전달은 일반적으로 벡터 전달에 의해 이루어진다. 벡터는 일반적으로 바이러스와 비바이러스의 두 가지 클래스로 나뉜다.

바이러스는 유전 물질을 숙주 세포에 전달하여 감염시키고, 숙주 세포의 세포 기전을 사용하여 복제 및 증식에 필요한 바이러스 단백질을 생성한다. 바이러스를 변형하고 치료용 DNA 또는 RNA를 로딩함으로써, 원하는 유전자를 세포에 전달하는 벡터로 사용할 수 있다.[34]

레트로바이러스는 가장 일반적으로 사용되는 바이러스 벡터 중 하나인데, 유전 물질을 숙주 세포에 주입할 뿐만 아니라 숙주의 게놈에도 복사하기 때문이다. 유전자 치료의 맥락에서, 이는 원하는 유전자를 환자 자신의 DNA에 영구적으로 통합하여 더 오래 지속되는 효과를 제공한다.[35]

바이러스 벡터는 효율적으로 작동하며 대부분 안전하지만, 몇 가지 합병증이 있어 유전자 치료에 대한 규제가 엄격해지는 요인으로 작용한다. 유전자 치료 연구에서 바이러스 벡터의 부분적인 비활성화에도 불구하고, 여전히 면역원성을 가질 수 있으며 면역 반응을 유발할 수 있다. 이는 원하는 유전자의 바이러스 전달을 방해할 수 있으며, 임상적으로 사용될 때, 특히 심각한 유전 질환을 이미 앓고 있는 환자에게 합병증을 유발할 수 있다.[36] 또 다른 어려움은 일부 바이러스가 핵산을 게놈에 무작위로 통합하여 유전자 기능을 방해하고 새로운 돌연변이를 생성할 가능성이 있다는 것이다.[37] 이는 배아나 자손에서 새로운 돌연변이를 생성할 가능성 때문에 생식 계열 유전자 치료를 고려할 때 중요한 문제이다.

비바이러스성 유전자 전달 방법은 유전체에 통합하기 위해 세포에 노출된 DNA 플라스미드를 주입하는 것을 포함한다.[38] 이 방법은 비교적 비효율적이었고 통합 빈도가 낮았지만, 이후 관심 유전자의 세포 내 전달을 향상시키는 방법을 사용하여 효율성이 크게 향상되었다. 또한, 비바이러스성 벡터는 대규모로 생산하기가 쉽고 면역원성이 높지 않다.

일부 비바이러스성 방법은 다음과 같다.

  • 전기천공법은 고전압 펄스를 사용하여 DNA를 세포막을 가로질러 표적 세포로 전달하는 기술이다. 이 방법은 막을 가로질러 기공이 형성되어 작용하는 것으로 여겨지지만, 이 기공이 일시적임에도 불구하고 전기천공법은 높은 비율의 세포 사멸을 초래하여 사용이 제한적이다.[39]
  • 유전자총은 DNA 플라스미드가 중금속(일반적으로 금) 입자에 로드되어 '총'에 장착되는 DNA 형질 감염의 물리적 방법이다.[41] 이 장치는 세포막을 관통하는 힘을 생성하여 DNA가 금속 입자를 유지하면서 들어갈 수 있도록 한다.
  • 올리고뉴클레오타이드는 유전자 치료를 위한 화학적 벡터로 사용되며, 변이된 DNA 서열의 발현을 막기 위해 자주 사용된다.[42] 이러한 방식으로의 중단은 siRNA라고 하는 작은 RNA 분자를 도입하여 달성할 수 있으며, 이는 원치 않는 mRNA 서열을 절단하여 전사를 막도록 세포 기구를 신호한다. 또 다른 방법은 표적 유전자의 전사에 필요한 전사 인자에 결합하는 이중 가닥 올리고뉴클레오타이드를 활용한다. 이러한 전사 인자에 경쟁적으로 결합함으로써, 올리고뉴클레오타이드는 유전자의 발현을 막을 수 있다.


=== 아연 핑거 뉴클레아제 (ZFN) ===

아연 핑거 뉴클레아제(ZFNs)는 아연 핑거 DNA 결합 도메인을 DNA 절단 도메인에 융합하여 생성된 효소이다. 아연 핑거는 9~18개의 염기 서열을 인식한다. 따라서 이러한 모듈을 혼합함으로써 연구자들이 복잡한 게놈 내에서 이상적으로 변경하고자 하는 모든 서열을 쉽게 표적화할 수 있다. ZFN은 각 하위 단위가 아연 도메인과 FokI 엔도뉴클레아제 도메인을 포함하는 단량체에 의해 형성된 거대 분자 복합체이다. FokI 도메인은 활성을 위해 이합체화되어야 하므로 두 개의 가까운 DNA 결합 이벤트가 발생하도록 하여 표적 영역을 좁힌다.[43]

결과적인 절단 이벤트는 대부분의 게놈 편집 기술이 작동하도록 한다. 절단이 생성된 후, 세포는 이를 복구하려고 시도한다.

  • 한 가지 방법은 비상동 말단 연결(NHEJ)로, 세포가 끊어진 DNA의 두 끝을 다듬어 다시 봉합하여 프레임 시프트를 생성하는 경우가 많다.
  • 또 다른 방법은 상동 지향적 복구이다. 세포는 백업으로 서열 사본을 사용하여 손상을 복구하려고 시도한다. 연구자는 자체 템플릿을 제공하여 시스템이 원하는 서열을 대신 삽입하도록 할 수 있다.[43]


유전자 치료에서 ZFN의 사용 성공 여부는 세포에 손상을 주지 않고 유전자를 염색체 표적 영역에 삽입하는 데 달려 있다. 맞춤형 ZFN은 인간 세포에서 유전자 교정을 위한 옵션을 제공한다.

=== TALEN ===

TALEN은 전사 활성제 유사 이펙터 뉴클레아제(Transcription Activator-Like Effector Nucleases)를 의미한다. TALEN은 TAL 이펙터 DNA 결합 도메인을 DNA 절단 도메인에 연결하여 만든다. TALEN은 33-35개의 아미노산 모듈 배열로 구성되어 있으며, 연구자들은 이러한 배열을 조립하여 원하는 서열을 표적으로 삼을 수 있다.[43] 이 현상을 반복 가변 이중 잔기(Repeat Variable Diresidue, RVD)라고 한다. 아미노산 간의 관계는 연구자들이 특정 DNA 도메인을 설계할 수 있게 해준다. TALEN 효소는 DNA 가닥의 특정 부분을 제거하고 해당 부분을 대체하도록 설계되어 편집이 가능하게 한다. TALEN은 비상동 말단 연결(NHEJ) 및 상동 재조합 복구를 사용하여 유전체를 편집하는 데 사용할 수 있다.

=== CRISPR/Cas9 ===

CRISPR-Cas9. PAM (Protospacer Adjacent Motif)은 표적 결합에 필요합니다.


CRISPR/Cas9 시스템(CRISPR - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, Cas9 - CRISPR 관련 단백질 9)은 세균의 항바이러스 CRISPR/Cas 시스템을 기반으로 하는 유전자 편집 기술이다. 세균 시스템은 바이러스 핵산 서열을 인식하고, 이를 절단하여 감염된 바이러스를 손상시키도록 진화했다. 이 유전자 편집 기술은 세균 시스템의 구성 요소를 조작하여 위치 특이적인 유전자 편집을 허용함으로써 이 과정을 단순화한 버전을 사용한다.[44]

CRISPR/Cas9 시스템은 크게 두 가지 주요 구성 요소, 즉 Cas9 핵산분해효소와 가이드 RNA(gRNA)로 구성된다. gRNA에는 Cas 결합 서열과 약 20개의 뉴클레오티드 스페이서 서열이 포함되어 있으며, 이는 관심 있는 DNA의 표적 서열에 특이적이고 상보적이다. 따라서 이 스페이서 서열을 수정하여 편집 특이성을 변경할 수 있다.[44]

이중 가닥 절단 후 DNA 복구


세포에 시스템이 전달되면 Cas9과 gRNA가 결합하여 리보핵단백질 복합체를 형성한다. 이로 인해 Cas9의 입체 구조 변화가 일어나 gRNA 스페이서 서열이 숙주 게놈의 특정 서열에 충분한 상동성으로 결합하는 경우 DNA를 절단할 수 있다.[45] gRNA가 표적 서열에 결합하면 Cas가 유전자좌를 절단하여 이중 가닥 절단(DSB)을 일으킨다.

결과적인 DSB는 다음 두 가지 메커니즘 중 하나로 DNA 복구될 수 있다.

  • 비상동 말단 결합(NHEJ) - 효율적이지만 오류가 발생하기 쉬운 메커니즘으로, 종종 DSB 부위에 삽입 및 삭제(인델)을 유발한다. 즉, 유전자를 파괴하고 기능 손실 돌연변이를 도입하기 위해 녹아웃 실험에 자주 사용된다.
  • 상동성 지향 복구(HDR) - 덜 효율적이지만 고충실도 프로세스로, 표적 서열에 정확한 수정을 도입하는 데 사용된다. 이 프로세스에는 원하는 서열을 포함하는 DNA 복구 템플릿을 추가해야 하며, 세포의 기계 장치는 이를 사용하여 DSB를 복구하고 관심 있는 서열을 게놈에 통합한다.


NHEJ가 HDR보다 더 효율적이기 때문에 대부분의 DSB는 NHEJ를 ''통해'' 복구되어 유전자 녹아웃을 유발한다. HDR 빈도를 높이기 위해 NHEJ와 관련된 유전자를 억제하고 특정 세포 주기 단계(주로 S 및 G2)에서 프로세스를 수행하는 것이 효과적이다.

CRISPR/Cas9는 동물 뿐만 아니라 인간 세포 ''in vitro''에서 게놈을 조작하는 효과적인 방법이지만, 전달 및 편집 효율성과 관련된 몇 가지 문제로 인해 생존 가능한 인간 배아 또는 신체의 생식 세포에서 사용하는 것은 안전하지 않은 것으로 간주된다. NHEJ의 높은 효율성으로 인해 의도하지 않은 녹아웃이 발생할 가능성이 높을 뿐만 아니라 CRISPR는 의도하지 않은 게놈 부위에 DSB를 유발할 수 있으며, 이를 비표적 효과라고 한다.[46] 이는 gRNA의 스페이서 서열이 게놈의 임의 유전자좌에 충분한 서열 상동성을 부여하여 전반에 걸쳐 임의 돌연변이를 유발할 수 있기 때문에 발생한다. 생식 세포에서 수행하면 돌연변이가 발달 중인 배아의 모든 세포에 도입될 수 있다.

유전자 편집으로 인해 비표적 효과라고 하는 의도하지 않은 결과를 방지하기 위한 개발이 진행 중이다.[47] 비표적 효과 발생을 방지하는 새로운 유전자 편집 기술을 개발하기 위한 경쟁이 벌어지고 있으며, 일부 기술은 편향된 비표적 감지 및 Anti-CRISPR 단백질로 알려져 있다.[47] 편향된 비표적 효과 감지의 경우 비표적 효과가 발생할 수 있는 위치를 예측하는 여러 도구가 있다.[47] 편향된 비표적 효과 감지 기술 내에는 두 가지 주요 모델이 있다. 즉, gRNA의 서열을 게놈의 서열과 정렬한 다음 비표적 위치를 예측하는 정렬 기반 모델이다.[47] 두 번째 모델은 각 gRNA 조각이 위치에 따라 비표적 효과에 대해 점수를 매기는 채점 기반 모델이다.

3. 1. 착상 전 유전자 진단 (PGD)

1980년대 말부터 사용되기 시작한 착상 전 유전자 진단(PGD)은 유전적 결함 여부에 따라 임신 전에 배아를 선택하거나 폐기할 수 있게 한다.[8] 이 기술은 체외 수정(IVF)을 통해 얻은 배아를 대상으로 유전자 검사를 실시한다.[8] 부모는 PGD를 통해 아이의 성별, 눈 색깔, 피부색, 머리카락 색 등을 선택할 수 있다고 알려져 있으며,[9] 지능, 외모, 키, 비만 경향, 정신 질환, 운동 능력 등 다양한 신체적 특성도 결정될 수 있다고 주장된다.

PGD는 주로 가능한 유전적 결함의 경우에 착상할 배아를 선택하는 데 사용되며, 돌연변이 또는 질병 관련 대립 유전자를 식별한다.[9] 이는 부모 중 한 명 또는 둘 다가 유전 질환을 가지고 있는 경우에 유용하다. PGD는 특정 성별의 배아를 선택하는 데 사용될 수 있으며, 질병이 다른 성별보다 한 성별과 더 강하게 연관될 때 가장 일반적이다(예: X 연관 질환은 남성에게 더 흔하며, 혈우병과 같은 경우).[9]

PGD의 한 가지 적용은 '구원자 형제'의 선택인데, 이들은 일반적으로 생명을 위협하는 질병을 가진 형제에게 이식 (장기 또는 세포군)을 제공하기 위해 태어난 아이들이다. 구원자 형제는 IVF를 통해 잉태된 후 PGD를 사용하여 이식이 필요한 아이와의 유전적 유사성을 분석하여 거부 반응의 위험을 줄인다.[10]

PGD를 위한 배아는 체외 수정(IVF) 절차를 통해 얻어진다. 여성의 난자는 여러 개의 난자 생성을 유도하는 불임 치료를 포함하는 조절 난소 과자극 (COH) 후 채취된다. 난자를 채취한 후 배양액에서 여러 정자와의 배양 또는 정자를 난자에 직접 주입하는 세포질 내 정자 주입술 (ICSI)을 통해 ''체외''에서 수정된다. 결과적으로 생성된 배아는 보통 3~6일 동안 배양되어 분할구 또는 배반포 단계에 도달하게 한다.[11]

배아가 원하는 발달 단계에 도달하면 세포를 생검하고 유전자 검사를 실시한다. 검사 절차는 조사 중인 질환의 성격에 따라 다르다.

중합효소 연쇄 반응(PCR)은 DNA 서열을 증폭하여 동일한 세그먼트의 사본을 훨씬 더 많이 생성하는 과정으로, 대규모 샘플을 검사하고 특정 유전자를 식별할 수 있게 한다.[12] 이 과정은 단일 유전자 질환 (예: 낭성 섬유증)을 검사할 때 자주 사용된다.

형광 생체 내 혼성화(FISH)는 염색체의 고도로 상보적인 서열에 특이적으로 결합하는 형광 탐침을 사용하며, 이를 형광 현미경을 사용하여 식별할 수 있다.[13] FISH는 이수성과 같은 염색체 이상을 검사할 때 자주 사용되므로 다운 증후군과 같은 질환을 검사할 때 유용한 도구이다.

검사 후, 원하는 특성을 가진 배아(또는 돌연변이와 같은 원치 않는 특성이 없는 배아)를 어머니의 자궁에 이식한 다음 배아 발달을 자연적으로 진행시킨다.

PGT-M(단일 유전자 질환에 대한 착상 전 유전자 검사)은 단일 유전자의 DNA 염기 서열의 돌연변이 또는 변화로 인해 발생하는 유전 질환을 감지하는 데 사용된다.[20] PGT-A(이수성에 대한 착상 전 유전자 검사)는 수적 이상(이수성)을 진단하는 데 사용된다.[21]

3. 2. 인간 생식 계열 유전자 편집

인간 생식 계열 유전자 편집은 정자나 난자와 같은 생식 세포에서 인간 게놈을 편집하거나 수정 후 접합자 또는 배아에서 편집하는 과정으로, 이는 유전 가능한 변화를 일으킨다.[22] 생식 계열 유전자 편집은 유전체의 변화를 자손의 신체 내 모든 세포(또는 배아 생식 계열 유전자 편집 이후의 개인)에 통합되도록 한다. 이 과정은 유전 가능한 변화를 초래하지 않는 체세포 편집과는 다르다. 대부분의 인간 생식 계열 편집은 개별 세포와 생존할 수 없는 배아에서 수행되며, 이는 발달의 아주 초기 단계에서 파괴된다. 그러나 2018년 11월, 중국 과학자 허젠쿠이는 최초로 인간 생식 계열 유전자 편집 아기를 만들었다고 발표했다.[23]

유전자 편집은 인간 게놈 내 모든 유전자의 위치와 기능을 식별한 인간 게놈 프로젝트와 같은 연구를 통해 가능해진 인간 유전 정보에 대한 지식에 의존한다.[24] 2019년 현재, 고처리량 염기 서열 분석 방법은 게놈 시퀀싱을 매우 빠르게 수행할 수 있게 하여 기술을 연구자들에게 널리 사용할 수 있게 한다.[25]

생식 계열 수정은 일반적으로 새로운 유전자를 특정 위치의 배아 또는 생식 세포의 게놈에 통합하는 기술을 통해 수행된다. 이는 원하는 DNA를 세포에 직접 도입하여 통합하거나, 유전자를 관심 있는 유전자로 대체함으로써 달성할 수 있다. 이러한 기술은 또한 돌연변이 서열을 포함하는 유전자와 같이 원치 않는 유전자를 제거하거나 파괴하는 데 사용될 수 있다.

인간 세포에서 가장 일반적으로 사용되는 것은 생식 계열 유전자 치료와 조작된 뉴클레아제 시스템인 CRISPR/Cas9이다.

유전자 치료는 질병 치료를 위해 핵산(DNA 또는 RNA)을 약제로서 세포 내로 전달하는 것이다.[26] 일반적으로 벡터를 사용하여 수행되며, 이는 핵산 (일반적으로 치료 유전자를 암호화하는 DNA)을 표적 세포로 운반한다. 벡터는 원하는 유전자 사본을 특정 위치로 형질도입하여 필요에 따라 유전자 발현되도록 할 수 있다. 또는 전이 유전자를 삽입하여 원치 않거나 돌연변이된 유전자를 의도적으로 파괴하여 결함이 있는 유전자 산물의 전사 및 번역을 방지하여 질병 표현형을 피할 수 있다.

세포로의 유전자 전달은 일반적으로 벡터 전달에 의해 이루어진다. 벡터는 일반적으로 바이러스와 비바이러스의 두 가지 클래스로 나뉜다.

환자에서의 유전자 치료는 일반적으로 일부 백혈병 및 혈관 질환과 같은 질환을 치료하기 위해 체세포에서 수행된다.[27][28][29] 반면에, 인간 생식 세포 유전자 치료는 일부 국가에서 ''시험관 내'' 실험으로 제한되며, 오스트레일리아, 캐나다, 독일 및 스위스를 포함한 다른 국가에서는 이를 전면적으로 금지하고 있다.[30]

미국 국립 보건원에서는 현재 ''자궁 내'' 생식 세포 유전자 전달 임상 시험을 허용하지 않지만, ''시험관 내'' 시험은 허용하고 있다.[31] 국립 보건원 지침은 ''자궁 내'' 연구를 고려하기 전에 유전자 전달 프로토콜의 안전성에 대한 추가 연구가 필요하다고 명시하고 있으며, 현재 연구를 통해 실험실에서 기술의 효능을 입증해야 한다고 요구하고 있다.[32] 이러한 종류의 연구는 현재 생존 불가능한 배아를 사용하여 유전성 미토콘드리아 질환과 같은 질환의 치료에서 생식 세포 유전자 치료의 효능을 조사하고 있다.[33]

아연 핑거 뉴클레아제(ZFNs)는 아연 핑거 DNA 결합 도메인을 DNA 절단 도메인에 융합하여 생성된 효소이다. 아연 핑거는 9~18개의 염기 서열을 인식한다. 따라서 이러한 모듈을 혼합함으로써 연구자들이 복잡한 게놈 내에서 이상적으로 변경하고자 하는 모든 서열을 쉽게 표적화할 수 있다. ZFN은 각 하위 단위가 아연 도메인과 FokI 엔도뉴클레아제 도메인을 포함하는 단량체에 의해 형성된 거대 분자 복합체이다. FokI 도메인은 활성을 위해 이합체화되어야 하므로 두 개의 가까운 DNA 결합 이벤트가 발생하도록 하여 표적 영역을 좁힌다.[43]

결과적인 절단 이벤트는 대부분의 게놈 편집 기술이 작동하도록 한다. 절단이 생성된 후, 세포는 이를 복구하려고 시도한다.

  • 한 가지 방법은 비상동 말단 연결(NHEJ)로, 세포가 끊어진 DNA의 두 끝을 다듬어 다시 봉합하여 프레임 시프트를 생성하는 경우가 많다.
  • 또 다른 방법은 상동 지향적 복구이다. 세포는 백업으로 서열 사본을 사용하여 손상을 복구하려고 시도한다. 연구자는 자체 템플릿을 제공하여 시스템이 원하는 서열을 대신 삽입하도록 할 수 있다.[43]


유전자 치료에서 ZFN의 사용 성공 여부는 세포에 손상을 주지 않고 유전자를 염색체 표적 영역에 삽입하는 데 달려 있다. 맞춤형 ZFN은 인간 세포에서 유전자 교정을 위한 옵션을 제공한다.

TALEN은 전사 활성제 유사 이펙터 뉴클레아제(Transcription Activator-Like Effector Nucleases)를 의미한다. TALEN은 TAL 이펙터 DNA 결합 도메인을 DNA 절단 도메인에 연결하여 만든다. TALEN은 33-35개의 아미노산 모듈 배열로 구성되어 있으며, 연구자들은 이러한 배열을 조립하여 원하는 서열을 표적으로 삼을 수 있다.[43] 이 현상을 반복 가변 이중 잔기(Repeat Variable Diresidue, RVD)라고 한다. 아미노산 간의 관계는 연구자들이 특정 DNA 도메인을 설계할 수 있게 해준다. TALEN 효소는 DNA 가닥의 특정 부분을 제거하고 해당 부분을 대체하도록 설계되어 편집이 가능하게 한다. TALEN은 비상동 말단 연결(NHEJ) 및 상동 재조합 복구를 사용하여 유전체를 편집하는 데 사용할 수 있다.

CRISPR/Cas9 시스템(CRISPR - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, Cas9 - CRISPR 관련 단백질 9)은 세균의 항바이러스 CRISPR/Cas 시스템을 기반으로 하는 유전자 편집 기술이다. 세균 시스템은 바이러스 핵산 서열을 인식하고, 이를 절단하여 감염된 바이러스를 손상시키도록 진화했다. 이 유전자 편집 기술은 세균 시스템의 구성 요소를 조작하여 위치 특이적인 유전자 편집을 허용함으로써 이 과정을 단순화한 버전을 사용한다.[44]

CRISPR/Cas9 시스템은 크게 두 가지 주요 구성 요소, 즉 Cas9 핵산분해효소와 가이드 RNA(gRNA)로 구성된다. gRNA에는 Cas 결합 서열과 약 20개의 뉴클레오티드 스페이서 서열이 포함되어 있으며, 이는 관심 있는 DNA의 표적 서열에 특이적이고 상보적이다. 따라서 이 스페이서 서열을 수정하여 편집 특이성을 변경할 수 있다.[44]

세포에 시스템이 전달되면 Cas9과 gRNA가 결합하여 리보핵단백질 복합체를 형성한다. 이로 인해 Cas9의 입체 구조 변화가 일어나 gRNA 스페이서 서열이 숙주 게놈의 특정 서열에 충분한 상동성으로 결합하는 경우 DNA를 절단할 수 있다.[45] gRNA가 표적 서열에 결합하면 Cas가 유전자좌를 절단하여 이중 가닥 절단(DSB)을 일으킨다.

결과적인 DSB는 다음 두 가지 메커니즘 중 하나로 DNA 복구될 수 있다.

  • 비상동 말단 결합(NHEJ) - 효율적이지만 오류가 발생하기 쉬운 메커니즘으로, 종종 DSB 부위에 삽입 및 삭제(인델)을 유발한다. 즉, 유전자를 파괴하고 기능 손실 돌연변이를 도입하기 위해 녹아웃 실험에 자주 사용된다.
  • 상동성 지향 복구(HDR) - 덜 효율적이지만 고충실도 프로세스로, 표적 서열에 정확한 수정을 도입하는 데 사용된다. 이 프로세스에는 원하는 서열을 포함하는 DNA 복구 템플릿을 추가해야 하며, 세포의 기계 장치는 이를 사용하여 DSB를 복구하고 관심 있는 서열을 게놈에 통합한다.


NHEJ가 HDR보다 더 효율적이기 때문에 대부분의 DSB는 NHEJ를 ''통해'' 복구되어 유전자 녹아웃을 유발한다. HDR 빈도를 높이기 위해 NHEJ와 관련된 유전자를 억제하고 특정 세포 주기 단계(주로 S 및 G2)에서 프로세스를 수행하는 것이 효과적이다.

CRISPR/Cas9는 동물 뿐만 아니라 인간 세포 ''in vitro''에서 게놈을 조작하는 효과적인 방법이지만, 전달 및 편집 효율성과 관련된 몇 가지 문제로 인해 생존 가능한 인간 배아 또는 신체의 생식 세포에서 사용하는 것은 안전하지 않은 것으로 간주된다. NHEJ의 높은 효율성으로 인해 의도하지 않은 녹아웃이 발생할 가능성이 높을 뿐만 아니라 CRISPR는 의도하지 않은 게놈 부위에 DSB를 유발할 수 있으며, 이를 비표적 효과라고 한다.[46] 이는 gRNA의 스페이서 서열이 게놈의 임의 유전자좌에 충분한 서열 상동성을 부여하여 전반에 걸쳐 임의 돌연변이를 유발할 수 있기 때문에 발생한다. 생식 세포에서 수행하면 돌연변이가 발달 중인 배아의 모든 세포에 도입될 수 있다.

유전자 편집으로 인해 비표적 효과라고 하는 의도하지 않은 결과를 방지하기 위한 개발이 진행 중이다.[47] 비표적 효과 발생을 방지하는 새로운 유전자 편집 기술을 개발하기 위한 경쟁이 벌어지고 있으며, 일부 기술은 편향된 비표적 감지 및 Anti-CRISPR 단백질로 알려져 있다.[47] 편향된 비표적 효과 감지의 경우 비표적 효과가 발생할 수 있는 위치를 예측하는 여러 도구가 있다.[47] 편향된 비표적 효과 감지 기술 내에는 두 가지 주요 모델이 있다. 즉, gRNA의 서열을 게놈의 서열과 정렬한 다음 비표적 위치를 예측하는 정렬 기반 모델이다.[47] 두 번째 모델은 각 gRNA 조각이 위치에 따라 비표적 효과에 대해 점수를 매기는 채점 기반 모델이다.

3. 2. 1. 유전자 치료

유전자 치료는 질병 치료를 위해 핵산(DNA 또는 RNA)을 약제로서 세포 내로 전달하는 것이다.[26] 일반적으로 벡터를 사용하여 수행되며, 이는 핵산 (일반적으로 치료 유전자를 암호화하는 DNA)을 표적 세포로 운반한다. 벡터는 원하는 유전자 사본을 특정 위치로 형질도입하여 필요에 따라 유전자 발현되도록 할 수 있다. 또는 전이 유전자를 삽입하여 원치 않거나 돌연변이된 유전자를 의도적으로 파괴하여 결함이 있는 유전자 산물의 전사 및 번역을 방지하여 질병 표현형을 피할 수 있다.

세포로의 유전자 전달은 일반적으로 벡터 전달에 의해 이루어진다. 벡터는 일반적으로 바이러스와 비바이러스의 두 가지 클래스로 나뉜다.

바이러스는 유전 물질을 숙주 세포에 전달하여 감염시키고, 숙주 세포의 세포 기전을 사용하여 복제 및 증식에 필요한 바이러스 단백질을 생성한다. 바이러스를 변형하고 치료용 DNA 또는 RNA를 로딩함으로써, 원하는 유전자를 세포에 전달하는 벡터로 사용할 수 있다.[34]

레트로바이러스는 가장 일반적으로 사용되는 바이러스 벡터 중 하나인데, 유전 물질을 숙주 세포에 주입할 뿐만 아니라 숙주의 게놈에도 복사하기 때문이다. 유전자 치료의 맥락에서, 이는 원하는 유전자를 환자 자신의 DNA에 영구적으로 통합하여 더 오래 지속되는 효과를 제공한다.[35]

바이러스 벡터는 효율적으로 작동하며 대부분 안전하지만, 몇 가지 합병증이 있어 유전자 치료에 대한 규제가 엄격해지는 요인으로 작용한다. 유전자 치료 연구에서 바이러스 벡터의 부분적인 비활성화에도 불구하고, 여전히 면역원성을 가질 수 있으며 면역 반응을 유발할 수 있다. 이는 원하는 유전자의 바이러스 전달을 방해할 수 있으며, 임상적으로 사용될 때, 특히 심각한 유전 질환을 이미 앓고 있는 환자에게 합병증을 유발할 수 있다.[36] 또 다른 어려움은 일부 바이러스가 핵산을 게놈에 무작위로 통합하여 유전자 기능을 방해하고 새로운 돌연변이를 생성할 가능성이 있다는 것이다.[37] 이는 배아나 자손에서 새로운 돌연변이를 생성할 가능성 때문에 생식 계열 유전자 치료를 고려할 때 중요한 문제이다.

비바이러스성 유전자 전달 방법은 유전체에 통합하기 위해 세포에 노출된 DNA 플라스미드를 주입하는 것을 포함한다.[38] 이 방법은 비교적 비효율적이었고 통합 빈도가 낮았지만, 이후 관심 유전자의 세포 내 전달을 향상시키는 방법을 사용하여 효율성이 크게 향상되었다. 또한, 비바이러스성 벡터는 대규모로 생산하기가 쉽고 면역원성이 높지 않다.

일부 비바이러스성 방법은 다음과 같다.

  • 전기천공법은 고전압 펄스를 사용하여 DNA를 세포막을 가로질러 표적 세포로 전달하는 기술이다. 이 방법은 막을 가로질러 기공이 형성되어 작용하는 것으로 여겨지지만, 이 기공이 일시적임에도 불구하고 전기천공법은 높은 비율의 세포 사멸을 초래하여 사용이 제한적이다.[39]
  • 유전자총은 DNA 플라스미드가 중금속(일반적으로 금) 입자에 로드되어 '총'에 장착되는 DNA 형질 감염의 물리적 방법이다.[41] 이 장치는 세포막을 관통하는 힘을 생성하여 DNA가 금속 입자를 유지하면서 들어갈 수 있도록 한다.
  • 올리고뉴클레오타이드는 유전자 치료를 위한 화학적 벡터로 사용되며, 변이된 DNA 서열의 발현을 막기 위해 자주 사용된다.[42] 이러한 방식으로의 중단은 siRNA라고 하는 작은 RNA 분자를 도입하여 달성할 수 있으며, 이는 원치 않는 mRNA 서열을 절단하여 전사를 막도록 세포 기구를 신호한다. 또 다른 방법은 표적 유전자의 전사에 필요한 전사 인자에 결합하는 이중 가닥 올리고뉴클레오타이드를 활용한다. 이러한 전사 인자에 경쟁적으로 결합함으로써, 올리고뉴클레오타이드는 유전자의 발현을 막을 수 있다.

3. 2. 2. 아연 핑거 뉴클레아제 (ZFN)

아연 핑거 뉴클레아제(ZFNs)는 아연 핑거 DNA 결합 도메인을 DNA 절단 도메인에 융합하여 생성된 효소이다. 아연 핑거는 9~18개의 염기 서열을 인식한다. 따라서 이러한 모듈을 혼합함으로써 연구자들이 복잡한 게놈 내에서 이상적으로 변경하고자 하는 모든 서열을 쉽게 표적화할 수 있다. ZFN은 각 하위 단위가 아연 도메인과 FokI 엔도뉴클레아제 도메인을 포함하는 단량체에 의해 형성된 거대 분자 복합체이다. FokI 도메인은 활성을 위해 이합체화되어야 하므로 두 개의 가까운 DNA 결합 이벤트가 발생하도록 하여 표적 영역을 좁힌다.[43]

결과적인 절단 이벤트는 대부분의 게놈 편집 기술이 작동하도록 한다. 절단이 생성된 후, 세포는 이를 복구하려고 시도한다.

  • 한 가지 방법은 비상동 말단 연결(NHEJ)로, 세포가 끊어진 DNA의 두 끝을 다듬어 다시 봉합하여 프레임 시프트를 생성하는 경우가 많다.
  • 또 다른 방법은 상동 지향적 복구이다. 세포는 백업으로 서열 사본을 사용하여 손상을 복구하려고 시도한다. 연구자는 자체 템플릿을 제공하여 시스템이 원하는 서열을 대신 삽입하도록 할 수 있다.[43]


유전자 치료에서 ZFN의 사용 성공 여부는 세포에 손상을 주지 않고 유전자를 염색체 표적 영역에 삽입하는 데 달려 있다. 맞춤형 ZFN은 인간 세포에서 유전자 교정을 위한 옵션을 제공한다.

3. 2. 3. TALEN

TALEN은 전사 활성제 유사 이펙터 뉴클레아제(Transcription Activator-Like Effector Nucleases)를 의미한다. TALEN은 TAL 이펙터 DNA 결합 도메인을 DNA 절단 도메인에 연결하여 만든다. TALEN은 33-35개의 아미노산 모듈 배열로 구성되어 있으며, 연구자들은 이러한 배열을 조립하여 원하는 서열을 표적으로 삼을 수 있다.[43] 이 현상을 반복 가변 이중 잔기(Repeat Variable Diresidue, RVD)라고 한다. 아미노산 간의 관계는 연구자들이 특정 DNA 도메인을 설계할 수 있게 해준다. TALEN 효소는 DNA 가닥의 특정 부분을 제거하고 해당 부분을 대체하도록 설계되어 편집이 가능하게 한다. TALEN은 비상동 말단 연결(NHEJ) 및 상동 재조합 복구를 사용하여 유전체를 편집하는 데 사용할 수 있다.

3. 2. 4. CRISPR/Cas9



CRISPR/Cas9 시스템(CRISPR - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, Cas9 - CRISPR 관련 단백질 9)은 세균의 항바이러스 CRISPR/Cas 시스템을 기반으로 하는 유전자 편집 기술이다. 세균 시스템은 바이러스 핵산 서열을 인식하고, 이를 절단하여 감염된 바이러스를 손상시키도록 진화했다. 이 유전자 편집 기술은 세균 시스템의 구성 요소를 조작하여 위치 특이적인 유전자 편집을 허용함으로써 이 과정을 단순화한 버전을 사용한다.[44]

CRISPR/Cas9 시스템은 크게 두 가지 주요 구성 요소, 즉 Cas9 핵산분해효소와 가이드 RNA(gRNA)로 구성된다. gRNA에는 Cas 결합 서열과 약 20개의 뉴클레오티드 스페이서 서열이 포함되어 있으며, 이는 관심 있는 DNA의 표적 서열에 특이적이고 상보적이다. 따라서 이 스페이서 서열을 수정하여 편집 특이성을 변경할 수 있다.[44]

세포에 시스템이 전달되면 Cas9과 gRNA가 결합하여 리보핵단백질 복합체를 형성한다. 이로 인해 Cas9의 입체 구조 변화가 일어나 gRNA 스페이서 서열이 숙주 게놈의 특정 서열에 충분한 상동성으로 결합하는 경우 DNA를 절단할 수 있다.[45] gRNA가 표적 서열에 결합하면 Cas가 유전자좌를 절단하여 이중 가닥 절단(DSB)을 일으킨다.

결과적인 DSB는 다음 두 가지 메커니즘 중 하나로 DNA 복구될 수 있다.

  • 비상동 말단 결합(NHEJ) - 효율적이지만 오류가 발생하기 쉬운 메커니즘으로, 종종 DSB 부위에 삽입 및 삭제(인델)을 유발한다. 즉, 유전자를 파괴하고 기능 손실 돌연변이를 도입하기 위해 녹아웃 실험에 자주 사용된다.
  • 상동성 지향 복구(HDR) - 덜 효율적이지만 고충실도 프로세스로, 표적 서열에 정확한 수정을 도입하는 데 사용된다. 이 프로세스에는 원하는 서열을 포함하는 DNA 복구 템플릿을 추가해야 하며, 세포의 기계 장치는 이를 사용하여 DSB를 복구하고 관심 있는 서열을 게놈에 통합한다.


NHEJ가 HDR보다 더 효율적이기 때문에 대부분의 DSB는 NHEJ를 ''통해'' 복구되어 유전자 녹아웃을 유발한다. HDR 빈도를 높이기 위해 NHEJ와 관련된 유전자를 억제하고 특정 세포 주기 단계(주로 S 및 G2)에서 프로세스를 수행하는 것이 효과적이다.

CRISPR/Cas9는 동물 뿐만 아니라 인간 세포 ''in vitro''에서 게놈을 조작하는 효과적인 방법이지만, 전달 및 편집 효율성과 관련된 몇 가지 문제로 인해 생존 가능한 인간 배아 또는 신체의 생식 세포에서 사용하는 것은 안전하지 않은 것으로 간주된다. NHEJ의 높은 효율성으로 인해 의도하지 않은 녹아웃이 발생할 가능성이 높을 뿐만 아니라 CRISPR는 의도하지 않은 게놈 부위에 DSB를 유발할 수 있으며, 이를 비표적 효과라고 한다.[46] 이는 gRNA의 스페이서 서열이 게놈의 임의 유전자좌에 충분한 서열 상동성을 부여하여 전반에 걸쳐 임의 돌연변이를 유발할 수 있기 때문에 발생한다. 생식 세포에서 수행하면 돌연변이가 발달 중인 배아의 모든 세포에 도입될 수 있다.

유전자 편집으로 인해 비표적 효과라고 하는 의도하지 않은 결과를 방지하기 위한 개발이 진행 중이다.[47] 비표적 효과 발생을 방지하는 새로운 유전자 편집 기술을 개발하기 위한 경쟁이 벌어지고 있으며, 일부 기술은 편향된 비표적 감지 및 Anti-CRISPR 단백질로 알려져 있다.[47] 편향된 비표적 효과 감지의 경우 비표적 효과가 발생할 수 있는 위치를 예측하는 여러 도구가 있다.[47] 편향된 비표적 효과 감지 기술 내에는 두 가지 주요 모델이 있다. 즉, gRNA의 서열을 게놈의 서열과 정렬한 다음 비표적 위치를 예측하는 정렬 기반 모델이다.[47] 두 번째 모델은 각 gRNA 조각이 위치에 따라 비표적 효과에 대해 점수를 매기는 채점 기반 모델이다.

4. 윤리적, 법적 논쟁

맞춤아기 기술은 생명 윤리 논쟁의 중심에 있다.[73]

배아, 생식 세포 편집 및 맞춤아기 생성을 둘러싼 윤리적 논쟁이 벌어지고 있는데, 이는 유전 정보를 유전 가능한 방식으로 수정하는 데 따른 영향 때문이다. 여기에는 불균형적인 성별 선택 및 생식세포 선택에 대한 논쟁도 포함된다.[73]

개별 국가의 정부 기관이 정한 규정에도 불구하고, 표준화된 규제 프레임워크가 부재하여 과학자, 윤리학자 및 일반 대중 사이에서 생식 세포 공학에 대한 빈번한 논의가 이뤄지고 있다. 뉴욕 대학교 생명 윤리 부서의 책임자인 아서 캐플런은 이 주제에 대한 지침을 설정하기 위해 국제 그룹을 설립하는 것이 글로벌 논의에 큰 도움이 될 것이라고 제안하며, "종교, 윤리, 법률 지도자"를 임명하여 충분한 정보를 바탕으로 규제를 시행할 것을 제안한다.[74]

많은 국가에서 생식 목적으로 배아 편집 및 생식 세포 변형은 불법이다.[75] 2017년 현재 미국은 생식 세포 변형 사용을 제한하고 있으며, 이 절차는 미국 식품의약국(FDA)과 국립 보건원(NIH)의 강력한 규제를 받고 있다.[75] 미국 국립 과학 아카데미와 국립 의학 아카데미는 안전 및 효율성 문제가 해결된다면 "엄격한 감독 하에 심각한 질병에 대해" 인간 생식 세포 편집에 대한 자격을 갖춘 지원을 제공할 것이라고 밝혔다.[76] 2019년, 세계 보건 기구는 인간 생식 세포 유전자 편집을 "무책임한" 행위라고 규정했다.[77]

유전자 변형은 모든 유기체에 위험을 초래하므로, 연구자와 의료 전문가는 생식 세포 공학의 가능성을 신중하게 고려해야 한다. 주요 윤리적 우려는 이러한 유형의 치료가 미래 세대에게 전달될 수 있는 변화를 초래하고, 따라서 알려졌든 알려지지 않았든 모든 오류가 전달되어 자손에게 영향을 미칠 수 있다는 것이다.[78]

반대로, 특히 현재 기술이 제시하는 비효율성과 관련하여 맞춤아기 생성 가능성에 대한 여러 우려가 제기되었다.

인간 배아를 편집할 가능성에 대한 사회적 및 종교적 우려도 제기된다.

2020년부터, CRISPR/Cas9 기술로 HDR(상동성 지향 복구)를 수정하여 배아 이식을 거치지 않은 배아를 사용하는 미국 연구에 대한 논의가 있었으며, 그 결과는 유전자 편집 기술이 현재 실제 사용에 충분히 성숙하지 않았으며, 더 안전한 결과를 장기간에 걸쳐 생성하는 더 많은 연구가 필요하다는 것이다.[95]

''바이오사이언스 보고서'' 저널의 한 기사에서는 유전학적 측면에서 건강이 간단하지 않으므로, 기술이 실제 사용에 충분히 성숙해지고 모든 잠재적 효과가 사례별로 알려져서 대상 또는 환자에게 원치 않는 영향을 미치지 않도록 유전자 편집과 관련된 작업에 대해 광범위한 심의가 있어야 한다고 논의했다.[96]

4. 1. 찬성 측 주장

맞춤아기는 시험관 수정기술을 통해 질병 유전자가 없는 정상적인 배아를 골라 탄생시킨 아기로, 생명윤리 논쟁이 계속되고 있다.[73] 찬성 측은 유전 질환 예방 및 치료 가능성, 부모의 선택권, 인류 발전 기여 등을 주장한다.

노동당의 데스 터너 의원은 "불치병으로부터 살릴 수 있는 아이를 죽게 방치하는 것이 더 비인간적인 행위"라며 맞춤아기 시술을 옹호했다.[73]

많은 생명 윤리학자들은 생식 세포 공학이 아동의 최선의 이익을 고려하여 간주되므로 지원해야 한다고 강조한다.[82] 줄리안 사불레스쿠는 부모가 "최고의 삶을 살 것으로 예상되는" 아이를 선택해야 한다는 ''생식적 박애주의'' 개념을 제시했다.[83] 제임스 휴즈 박사는 이 결정이 아이를 가질 상대를 선택하고 아이가 잉태되는 시점을 나타내기 위해 피임을 사용하는 등 부모가 내리는 다른 잘 받아들여지는 결정과 크게 다르지 않을 수 있다고 주장한다.[82]

옥스퍼드 대학교의 철학자이자 인공 지능의 위험에 대한 연구로 유명한 닉 보스트롬은 "슈퍼 강화된" 개인들이 "창의력과 발견을 통해, 그리고 다른 모든 사람이 사용할 혁신을 통해 세상을 변화시킬 수 있다"고 말했다.[81]

너필드 생명 윤리 위원회는 2017년에 아동의 이익을 위해 수행된다면 인간 배아의 DNA를 변경하는 것을 "배제할 이유가 없다"고 밝혔지만, 이는 사회적 불평등에 기여하지 않는다는 전제 하에만 가능하다는 점을 강조했다. 또한, 2018년 너필드 위원회는 유전성 질환 제거 및 더 따뜻한 기후에 적응하는 등 평등을 유지하고 인류에게 도움이 될 응용 프로그램을 자세히 설명했다.[84]

비영리 단체 인빈시블 웰빙(Invincible Wellbeing)의 철학자이자 생명 윤리 이사인 데이비드 피어스[85]는 "맞춤아기에 대한 질문은 위험-보상 비율의 분석으로 귀결되며, 우리 자신의 진화적 과거에 의해 형성된 기본적인 윤리적 가치 그 자체이다"라고 주장한다. 피어스는 "구식 성적 생식의 각 행위 자체가 테스트되지 않은 유전적 실험"이며, 아이가 건강한 환경에서 자란다 하더라도 종종 아이의 복지 및 친사회적 능력을 손상시킨다는 점을 기억해야 한다고 지적하며,[86] 기술이 성숙해짐에 따라 더 많은 사람들이 "자연 선택의 유전적 룰렛"에 의존하는 것을 용납할 수 없게 될 것이라고 생각한다.[87]

유전학자 조지 처치는 생식 세포 공학이 사회적 불이익을 증가시킬 것으로 예상하지 않으며, 이러한 견해를 불식시키기 위해 비용을 낮추고 이 주제에 대한 교육을 개선할 것을 권장한다.[80] 그는 생식 세포 공학을 허용하면 선천적 결함으로 태어날 아이들 중 약 5%를 잠재적으로 피할 수 있는 질병으로 고통받는 것을 막을 수 있다고 강조한다.

4. 2. 반대 측 주장

맞춤아기 시술은 인간의 존엄성을 훼손하고 생명을 경시하는 풍조를 유발할 수 있다는 우려가 제기된다.[73] 보수당 데이비드 버로우스 의원은 "아기를 필요에 따라 생산하는 것은 비인륜적인 행태"라고 비난했다. 또한, 맞춤아기 시술이 부유층의 전유물이 되어 사회적 불평등을 심화시킬 수 있다는 우려도 존재한다.[88]

예측 불가능한 부작용 발생 가능성도 제기된다. 유전적 다양성이 감소하고,[79] 새로운 질병이 발생할 수 있다는 우려가 있다.[79] 다트머스 칼리지의 신학자인 로널드 마이클 그린은 "편집된" 아이들에게 알려지지 않은 유전적 부작용으로 인해 "심각한 오류와 건강 문제가 발생할 것"이라고 예측했다.[88]

종교적, 윤리적 문제도 논란의 대상이다. 배아 파괴는 인간의 생명을 보호해야 한다는 쿠란, 하디스 및 샤리아 율법의 가르침에 위배된다는 것이다.[93] 가톨릭에서는 치료 목적의 유전자 조작은 허용될 수 있지만, 인간 복제나 수퍼/우월 인종을 만드는 것은 용납될 수 없다고 본다.[90][91] 바티칸은 "인공적인 인간 생식 기술과 관련된 근본적인 가치는 두 가지이다: 즉, 생명을 얻은 인간의 생명과 결혼을 통해 인간의 생명을 전달하는 특별한 본질"이라고 말했다.[91]

2017년 미국 중서부의 메이요 클리닉이 실시한 설문 조사에 따르면, 대부분의 참가자는 맞춤아기 생성에 반대했으며, 일부는 그것의 우생학적 함의를 지적했다.[92]

런던 퀸 메리 대학교의 ''생식 윤리에 대한 논평''의 이사인 조세핀 퀸타벨레는 아이들의 특성을 선택하는 것은 "부모 역할을 관계가 아닌 불건전한 자기 만족 모델로 바꾸는 것"이라고 말한다.[97]

4. 3. 법적 규제

착상 전 유전자 진단(PGD) 규제는 각 국가 정부에 의해 결정되며, 오스트리아, 중국, 아일랜드를 포함한 일부 국가에서는 PGD 사용을 완전히 금지하고 있다.[14]

많은 국가에서는 프랑스, 스위스, 이탈리아, 영국과 같이 의료 목적으로만 매우 엄격한 조건 하에 PGD를 허용하고 있다.[15][16] 이탈리아와 스위스에서는 특정 상황에서만 PGD가 허용되지만, PGD를 수행할 수 있는 명확한 규정은 없으며, 성별에 따른 배아 선택은 허용되지 않는다. 프랑스와 영국에서는 규정이 훨씬 더 자세하며, 전담 기관이 PGD의 틀을 마련하고 있다.[17][18] 특정 상황에서 성별에 따른 선택이 허용되며, PGD가 허용되는 유전 질환은 해당 국가의 각 기관에서 자세히 설명하고 있다.

반면, 미국 연방법은 PGD를 규제하지 않으며, 의료 전문가가 따라야 할 규제 틀을 명시하는 전담 기관이 없다.[15] 선택적 성 감별은 허용되며, 미국 내 모든 PGD 사례의 약 9%를 차지하며, 난청이나 저신장증과 같은 원하는 조건에 대한 선택도 허용된다.[19]

2015년, 중국, 영국, 미국의 과학자들이 주최한 인간 유전자 편집에 관한 국제 정상 회담이 워싱턴 D.C.에서 열렸다. 이 회담은 CRISPR 및 기타 유전자 편집 도구를 사용한 체세포의 유전자 편집은 FDA 규정에 따라 허용되지만, 인간 생식 계열 공학은 추진되지 않을 것이라고 결론지었다.[31]

2016년 2월, 프랜시스 크릭 연구소의 과학자들은 초기 발달을 연구하기 위해 CRISPR을 사용하여 인간 배아를 편집할 수 있는 면허를 받았다.[48] 연구자들이 배아를 이식하는 것을 막고, 실험을 중단하고 7일 후에 배아를 폐기하도록 규제가 부과되었다.

2018년 11월, 중국 과학자 허젠쿠이는 생존 가능한 인간 배아에 대한 최초의 생식 계열 공학을 수행했으며, 이후 출산까지 이어졌다고 발표했다.[23] 이 연구는 상당한 비판을 받았고, 중국 당국은 허젠쿠이의 연구 활동을 중단시켰다.[49] 이 사건 이후, 과학자와 정부 기관들은 배아 내 CRISPR 기술 사용에 대한 더욱 엄격한 규제를 요구했으며, 일부는 생식 계열 유전자 공학에 대한 전 세계적인 모라토리엄을 요구했다. 중국 당국은 중국 공산당의 시진핑 총서기와 중국 정부의 리커창 총리가 새로운 유전자 편집 법안 도입을 요구하면서 더욱 엄격한 통제를 시행할 것이라고 발표했다.[50][51]

2020년 1월 현재, 생식 계열 유전자 변형은 법적으로 24개 국가에서 금지되어 있으며, 다른 9개 국가에서는 지침에 의해 금지되어 있다.[52] 유럽 평의회의 인간 권리와 생명 의학에 관한 협약, 일명 오비에도 협약은 13조 "인간 게놈에 대한 개입"에서 다음과 같이 명시하고 있다. "인간 게놈을 수정하려는 개입은 예방, 진단 또는 치료 목적으로만 수행될 수 있으며, 그 목적이 후손의 게놈에 어떠한 수정도 도입하지 않는 경우에만 가능하다".[53][54] 그럼에도 불구하고, 1997년에 제정되었고 유전자 공학 분야의 최근 기술 발전을 고려할 때 시대에 뒤떨어졌을 수 있다는 점을 들어, 오비에도 협약 13조를 재검토하고 갱신해야 한다는 것을 목표로 하는 광범위한 대중 논쟁이 벌어졌다.[55]

4. 4. 한국의 특수한 상황

5. 사례

2008년 5월 20일, 영국의 의료윤리 감독기구인 HFEA는 불치병에 걸린 형제나 자매를 치료하기 위해 동일한 유전 형질을 지닌 '맞춤아기'의 출생을 공식 허용했다. 영국 하원은 맞춤형 아기 출산 금지 조항을 부결시켰다. 유전 질환 자녀를 둔 부모들은 환영했지만, 의료계 일부와 시민 단체들은 윤리적 갈등을 우려하며 반대했다.

2013년 9월 24일, 미국의 유전자 분석 대기업 23앤드미는 "맞춤아기"와 관련된 특허를 미국 특허청으로부터 승인받았다.[98][99] 이 회사는 정자와 난자 제공 후보자별 유전 정보를 분석하여 원하는 아이가 태어날 확률을 예측하는 시스템을 개발했다.[98][99]

2015년 2월 24일, 영국 의회 귀족원은 MELAS 치료를 위해 3명의 유전자를 가진 수정란을 탄생시키는 기술을 승인했다.[102] 이는 미토콘드리아 DNA 이상을 가진 여성의 수정란에서 핵을 꺼내 정상적인 미토콘드리아 DNA를 가진 여성의 핵을 제거한 난자에 이식하는 방식이다.[102]

같은 해 4월, 중화인민공화국에서 세계 최초로 사람 수정란에 유전자 가위를 사용한 유전자 조작 실험이 국제적인 논란을 일으켰다.[105][106]

2018년 11월 27일, 중국 난팡과기대학의 허젠쿠이 부교수는 후천성 면역 결핍증(AIDS)에 내성을 갖게 한 쌍둥이 여아 "루루"와 "나나"의 출산을 발표했다.()[107] 이는 허젠쿠이 사건으로 이어져 국제적인 비난을 받았다.[107] 세계 보건 기구(WHO)는 유전자 가위의 국제 기준을 제정하기 위한 전문가 위원회를 설치했다.[112][113]

6. 관련 자료

6. 1. 영화

가타카(1997, 앤드루 니콜 감독), 마이 시스터즈 키퍼(2009, 닉 카사베츠 감독), 아일랜드 등의 영화에서 맞춤아기가 소재로 다루어졌다. 이러한 작품들은 "디자이너 베이비"라는 용어 외에 다른 단어를 사용하기도 한다.

6. 2. 소설

올더스 헉슬리의 소설 멋진 신세계(1932년)와 조디 피코의 나를 봐(2006) 등이 맞춤아기를 소재로 한 소설이다.

6. 3. 애니메이션

기동전사 건담 SEED, 기동전사 건담 SEED Destiny 등의 애니메이션 작품에서 맞춤아기가 소재로 다루어졌다. 이러한 작품들에서는 "디자이너 베이비"라는 용어 외에 다른 단어와 조어를 사용하는 경우가 많아, "디자이너 베이비"라는 용어의 인지도는 상대적으로 낮아지고 있다.

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