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세계 최초로 유전자변형마우스가 생산된 때는 1982년이다. 미국의 팔미터(R. Palmiter) 박사와 브린스터(R. Brinster) 박사는 아연에 의해 성장호르몬을 많이 분비하도록 조절한 유전자를 수정란에 이식한 후 정상보다 훨씬 몸집이 크고 몸무게가 무거운 쥐를 생산했다.
1994년 미국 록펠러 대학의 프리드만(J. Friedman) 교수는 Ob라는 유전자를 없애버린 쥐를 생산했는데, 이 쥐 역시 정상 쥐보다 살이 찌고 몸무게는 2배 이상 무거웠다. 이 사례는 비만의 원인이 식성의 문제 때문만은 아니라는 사실을 말해줬다.
유전적으로 그렇게 태어났기 때문에 비만해질 수밖에 없었던 이 쥐는 세계적으로 큰 반향을 일으켰다. 프리드만 교수는 자신이 생산한 쥐의 마우스 특허를 제약회사 앰젠(Amgen)에 2천만 달러를 받고 양도했다.
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그리고 인간 게놈 프로젝트가 끝난 지 1년 후인 2002년 12월 5일, 마우스게놈 프로젝트를 통해 밝혀진 쥐의 유전체는 사람과 매우 비슷한 32억 개의 짝(base pair)과 3만개 정도의 유전자로 이루어졌다는 사실이 확인됐다.
변형쥐… 사람을 대신한 실험에 가장 적합
이는 곧 유전자변형마우스(GEM, Genetically Engineered Mice)를 사람을 대신한 실험에 활용할 수 있다는 사실을 말해주는 내용이었다. 물론 쥐보다 인간과 더 유사한 침팬지 등의 영장류가 있었다. 그러나 영장류는 생명주기가 길고 유전자 조작이 어려워 유전자 실험에는 적합치 않다는 단점이 있다.
대신 신약이나 물질을 사람에게 실험(임상시험)하기 직전 단계인 전(前) 임상시험에 활용되고 있다. 반면 유전자변형마우스는 유전자 조작이 비교적 간편한데다 변형으로 인해 나타나는 증상이 사람의 질환과 대단히 유사해 질환모델 개발, 병태기전 연구, 신약 개발 등에 매우 유용하게 활용할 수 있다는 강점이 있다.
또한 유전자 염기서열 정보가 모두 밝혀져 있어, 계획적인 유전자 조작이 가능하고, 다른 포유동물에 비해 신체 크기가 작아 사육이 용이하며 경제적이다. 또한 번식률이 매우 높고 세대가 짧아 유전학적 연구에 적합한 많은 장점을 가지고 있다.
이 쥐의 생산기술을 개발한 미국의 올리버 스미시즈(Oliver Smithies)외 3인은 인간 유전자 기능 해석을 위한 가장 중요한 연구방법을 제시한 공로로 지난 2007년 노벨 생리의학상을 수상했다.
실제로 2007년 네이처, 셀, 사이언스 게재 논문 중 이 쥐를 이용한 논문이 21.5%를 차지할 정도였다. 그리고 지금까지 이 쥐는 신약 개발 등 생명공학 연구에 있어 큰 역할을 해냄으로써 생명공학 전반에 걸쳐 필수적인 인프라로 인식되고 있다.
유전자변형마우스를 만들기 위해서는 유전자 조작 기술이 필요하다. 유전물질(DNA)을 빼거나 더해서 조작하는 기술을 말한다. 특정 DNA를 ‘제한효소(DNA를 잘라내는 일종의 칼)’로 절단해 원하는 유전자 조각으로 만든 후 이것을 유전자를 운반하는 DNA 분자, ‘벡터(vector)’에 접속시킨다.
유전자조작기술로 신기한 쥐 양산 중
예를 들어 사람 DNA를 집어넣은 벡터를 대장균 속으로 넣어 대장균을 배양하면 사람의 유전자가 대장균 속에서 발현해 목적하는 단백질을 얻게 된다. 대장균은 간단하게 대량으로 배양할 수 있어 인슐린 등의 치료에 유용한 단백질 등을 대량 생산할 수 있게 된다.
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마찬가지로 특정 물질을 벡터 안에 넣어 쥐 염색체 내에 삽입하면, 목표로 하고 있는 쥐 유전자를 제거하거나 변형시키는 것이 가능하다. 이 방법을 이용해 갖가지 쥐들이 생산되고 있다.
지난 99년 1월 미국 메사추세츠 주립병원의 조나단 틸리(Jonathan Tilly) 박사는 유전자 조작기술을 이용, 폐경기 징후가 없는 쥐를 만들었다. 쥐에 있는 백스라는 유전자를 무능하게 만들어 노화가 진행 되더라도 난소 조직을 건강하게 유지할 수 있도록 유전적 소질을 변화시키는데 성공한 것이다.
2004년 미국, 영국, 스위스, 프랑스 등 4개국 과학자들은 보통 쥐들보다 비상하게 오래 기억력을 유지하는 똑똑한 쥐를 탄생시켰다. 연구진은 뇌 속의 신호 단백질인 ‘칼시네우린’의 작용을 억제 하도록 유전자를 조작 했다. 이 유전자 변형 쥐들은 보통 쥐들보다 3일이나 더 주위 환경과 물체를 기억하는 비상한 기억력을 보였으며 미로 통과 학습 훈련량도 보통 쥐의 절반 밖에 걸리지 않았다.
같은 해 일본 도쿄농대 고노 도모히로 교수팀과 서울대 의대 서정선 교수팀, 국내 바이오 벤처 기업인 마크로젠은 정자 없이 암컷 생쥐의 난자를 결합시켜 생쥐를 탄생시키는데 세계 최초로 성공했다고 밝혔다.
지난해 초 한국생명공학연구원 김형진 박사팀은 식품의약청 산하 국립동성과학원과 공동으로 2년 이상이 소요되는 발암성 평가 기간을 6개월로 단축시킬 수 있는 새로운 유전자 변형마우스와 이를 이용한 발암성 평가법에 대한 특허를 출원했다.
이 유전자 변형마우스는 사람의 간업 질병에서 가장 중요한 원인으로 알려진 B형 간염 바이러스 X 유전자를 갖는 형질전환 마우스(B6-HBx)다. 사람의 발암과정과 유사한 발암기전을 나타내며, 특히 간 발암성을 효과적으로 단기간에 검색할 수 있는 장점을 지닌 것으로 전해졌다.
미, 일, 유럽 등 주요국들 변형 쥐 개발 경쟁
물론 쥐 대신 다른 동물들을 사용할 수도 있다. 초파리, 꼬마선충, 제브라피시 등을 활용하는 경우도 많이 있다. 이들 동물들은 쥐와 비교해 인간 유전자와의 유사성은 떨어지지만 생명주기가 짧고 이미 세계적으로 연구돼온 결과물이 많다는 장점을 갖고 있다.
유전자 변형이 이뤄진 수백 종의 생쥐를 유지하려면 큰 비용 부담을 감수해야 하기 때문에 과학자들은 그동안 초파리 등을 실험용으로 활용해왔다.
그러나 최근 유전자변형 마우스의 생산기술이 개발되고, 생산량이 늘어나면서 쥐가 실험실의 주역으로 부상하고 있다. 최근 생명공학 관련 주요 연구 성과들을 보면 변형 쥐를 이용한 경우가 대부분일 만큼 쥐의 역할이 커지고 있다.
유전자변형 마우스의 중요성을 인식한 세계 주요국들은 글로벌 GEM 컨소시엄(IJMC, International Knock Out Mouse Consortium)을 구성해 국제 공동프로젝트를 진행하면서 연구 성과를 공유하고, 유전자 기능해석에 따른 특허확보에 많은 노력을 기울이고 있는 것으로 전해졌다.
미국을 중심으로 진행되고 있는 KoMP, 캐나다 중심의 NorCOMM, 유럽 중심의 EuCOMM 등이 대표적인 사례다. 그러나 한국은 GEM 연구기반이 부족해 국가적인 GEM 사업투자가 전무한 상태였으며, 국제 컨소시엄에도 참여하지 못하고 있었다.
그러나 18일 교육과학기술부가 유전자변형마우스(GEM)의 생산 및 분석기술개발사업을 본격 추진한다고 밝힘에 따라 의약품 개발 및 치료법 개발에 필수적이라고 할 수 있는 유전자변형마우스 자체 생산에 기대를 걸 수 있게 됐다.
교과부는 한국생명공학연구원 김형진 박사팀에 향후 6년간 210억원을 투자해 GEM 생산 및 분석 원천기술을 개발, 고부가가치의 GEM 자체 생산 기반을 마련토록 할 계획이다. 특히 국제컨소시엄 참여도 적극 지원해 선진국들과의 전략적 제휴 및 연구 성과 공유를 통해 관련 기술을 국제적인 수준으로 높인다는 방침이다.
생명공학연구원 김형진 박사팀은 지난 해 3월, 국립독성과학원과 공동으로 B형 간염 바이러스의 X 유전자를 갖는 형질전환 마우스(B6-HBx)로서 사람의 발암과정과 유사한 발암기전을 나타내는 새로운 유전자변형마우스를 개발, 특허출원하는 등 자체적인 시험을 진행해왔다.
1994년 미국 록펠러 대학의 프리드만(J. Friedman) 교수는 Ob라는 유전자를 없애버린 쥐를 생산했는데, 이 쥐 역시 정상 쥐보다 살이 찌고 몸무게는 2배 이상 무거웠다. 이 사례는 비만의 원인이 식성의 문제 때문만은 아니라는 사실을 말해줬다.
유전적으로 그렇게 태어났기 때문에 비만해질 수밖에 없었던 이 쥐는 세계적으로 큰 반향을 일으켰다. 프리드만 교수는 자신이 생산한 쥐의 마우스 특허를 제약회사 앰젠(Amgen)에 2천만 달러를 받고 양도했다.
그리고 인간 게놈 프로젝트가 끝난 지 1년 후인 2002년 12월 5일, 마우스게놈 프로젝트를 통해 밝혀진 쥐의 유전체는 사람과 매우 비슷한 32억 개의 짝(base pair)과 3만개 정도의 유전자로 이루어졌다는 사실이 확인됐다.
변형쥐… 사람을 대신한 실험에 가장 적합
이는 곧 유전자변형마우스(GEM, Genetically Engineered Mice)를 사람을 대신한 실험에 활용할 수 있다는 사실을 말해주는 내용이었다. 물론 쥐보다 인간과 더 유사한 침팬지 등의 영장류가 있었다. 그러나 영장류는 생명주기가 길고 유전자 조작이 어려워 유전자 실험에는 적합치 않다는 단점이 있다.
대신 신약이나 물질을 사람에게 실험(임상시험)하기 직전 단계인 전(前) 임상시험에 활용되고 있다. 반면 유전자변형마우스는 유전자 조작이 비교적 간편한데다 변형으로 인해 나타나는 증상이 사람의 질환과 대단히 유사해 질환모델 개발, 병태기전 연구, 신약 개발 등에 매우 유용하게 활용할 수 있다는 강점이 있다.
또한 유전자 염기서열 정보가 모두 밝혀져 있어, 계획적인 유전자 조작이 가능하고, 다른 포유동물에 비해 신체 크기가 작아 사육이 용이하며 경제적이다. 또한 번식률이 매우 높고 세대가 짧아 유전학적 연구에 적합한 많은 장점을 가지고 있다.
이 쥐의 생산기술을 개발한 미국의 올리버 스미시즈(Oliver Smithies)외 3인은 인간 유전자 기능 해석을 위한 가장 중요한 연구방법을 제시한 공로로 지난 2007년 노벨 생리의학상을 수상했다.
실제로 2007년 네이처, 셀, 사이언스 게재 논문 중 이 쥐를 이용한 논문이 21.5%를 차지할 정도였다. 그리고 지금까지 이 쥐는 신약 개발 등 생명공학 연구에 있어 큰 역할을 해냄으로써 생명공학 전반에 걸쳐 필수적인 인프라로 인식되고 있다.
유전자변형마우스를 만들기 위해서는 유전자 조작 기술이 필요하다. 유전물질(DNA)을 빼거나 더해서 조작하는 기술을 말한다. 특정 DNA를 ‘제한효소(DNA를 잘라내는 일종의 칼)’로 절단해 원하는 유전자 조각으로 만든 후 이것을 유전자를 운반하는 DNA 분자, ‘벡터(vector)’에 접속시킨다.
유전자조작기술로 신기한 쥐 양산 중
예를 들어 사람 DNA를 집어넣은 벡터를 대장균 속으로 넣어 대장균을 배양하면 사람의 유전자가 대장균 속에서 발현해 목적하는 단백질을 얻게 된다. 대장균은 간단하게 대량으로 배양할 수 있어 인슐린 등의 치료에 유용한 단백질 등을 대량 생산할 수 있게 된다.
마찬가지로 특정 물질을 벡터 안에 넣어 쥐 염색체 내에 삽입하면, 목표로 하고 있는 쥐 유전자를 제거하거나 변형시키는 것이 가능하다. 이 방법을 이용해 갖가지 쥐들이 생산되고 있다. 지난 99년 1월 미국 메사추세츠 주립병원의 조나단 틸리(Jonathan Tilly) 박사는 유전자 조작기술을 이용, 폐경기 징후가 없는 쥐를 만들었다. 쥐에 있는 백스라는 유전자를 무능하게 만들어 노화가 진행 되더라도 난소 조직을 건강하게 유지할 수 있도록 유전적 소질을 변화시키는데 성공한 것이다.
2004년 미국, 영국, 스위스, 프랑스 등 4개국 과학자들은 보통 쥐들보다 비상하게 오래 기억력을 유지하는 똑똑한 쥐를 탄생시켰다. 연구진은 뇌 속의 신호 단백질인 ‘칼시네우린’의 작용을 억제 하도록 유전자를 조작 했다. 이 유전자 변형 쥐들은 보통 쥐들보다 3일이나 더 주위 환경과 물체를 기억하는 비상한 기억력을 보였으며 미로 통과 학습 훈련량도 보통 쥐의 절반 밖에 걸리지 않았다.
같은 해 일본 도쿄농대 고노 도모히로 교수팀과 서울대 의대 서정선 교수팀, 국내 바이오 벤처 기업인 마크로젠은 정자 없이 암컷 생쥐의 난자를 결합시켜 생쥐를 탄생시키는데 세계 최초로 성공했다고 밝혔다.
지난해 초 한국생명공학연구원 김형진 박사팀은 식품의약청 산하 국립동성과학원과 공동으로 2년 이상이 소요되는 발암성 평가 기간을 6개월로 단축시킬 수 있는 새로운 유전자 변형마우스와 이를 이용한 발암성 평가법에 대한 특허를 출원했다.
이 유전자 변형마우스는 사람의 간업 질병에서 가장 중요한 원인으로 알려진 B형 간염 바이러스 X 유전자를 갖는 형질전환 마우스(B6-HBx)다. 사람의 발암과정과 유사한 발암기전을 나타내며, 특히 간 발암성을 효과적으로 단기간에 검색할 수 있는 장점을 지닌 것으로 전해졌다.
미, 일, 유럽 등 주요국들 변형 쥐 개발 경쟁
물론 쥐 대신 다른 동물들을 사용할 수도 있다. 초파리, 꼬마선충, 제브라피시 등을 활용하는 경우도 많이 있다. 이들 동물들은 쥐와 비교해 인간 유전자와의 유사성은 떨어지지만 생명주기가 짧고 이미 세계적으로 연구돼온 결과물이 많다는 장점을 갖고 있다.
유전자 변형이 이뤄진 수백 종의 생쥐를 유지하려면 큰 비용 부담을 감수해야 하기 때문에 과학자들은 그동안 초파리 등을 실험용으로 활용해왔다.
그러나 최근 유전자변형 마우스의 생산기술이 개발되고, 생산량이 늘어나면서 쥐가 실험실의 주역으로 부상하고 있다. 최근 생명공학 관련 주요 연구 성과들을 보면 변형 쥐를 이용한 경우가 대부분일 만큼 쥐의 역할이 커지고 있다.
유전자변형 마우스의 중요성을 인식한 세계 주요국들은 글로벌 GEM 컨소시엄(IJMC, International Knock Out Mouse Consortium)을 구성해 국제 공동프로젝트를 진행하면서 연구 성과를 공유하고, 유전자 기능해석에 따른 특허확보에 많은 노력을 기울이고 있는 것으로 전해졌다.
미국을 중심으로 진행되고 있는 KoMP, 캐나다 중심의 NorCOMM, 유럽 중심의 EuCOMM 등이 대표적인 사례다. 그러나 한국은 GEM 연구기반이 부족해 국가적인 GEM 사업투자가 전무한 상태였으며, 국제 컨소시엄에도 참여하지 못하고 있었다.
그러나 18일 교육과학기술부가 유전자변형마우스(GEM)의 생산 및 분석기술개발사업을 본격 추진한다고 밝힘에 따라 의약품 개발 및 치료법 개발에 필수적이라고 할 수 있는 유전자변형마우스 자체 생산에 기대를 걸 수 있게 됐다.
교과부는 한국생명공학연구원 김형진 박사팀에 향후 6년간 210억원을 투자해 GEM 생산 및 분석 원천기술을 개발, 고부가가치의 GEM 자체 생산 기반을 마련토록 할 계획이다. 특히 국제컨소시엄 참여도 적극 지원해 선진국들과의 전략적 제휴 및 연구 성과 공유를 통해 관련 기술을 국제적인 수준으로 높인다는 방침이다.
생명공학연구원 김형진 박사팀은 지난 해 3월, 국립독성과학원과 공동으로 B형 간염 바이러스의 X 유전자를 갖는 형질전환 마우스(B6-HBx)로서 사람의 발암과정과 유사한 발암기전을 나타내는 새로운 유전자변형마우스를 개발, 특허출원하는 등 자체적인 시험을 진행해왔다.
- 이강봉 편집위원
- aacc409@naver.com
- 저작권자 2010-07-20 ⓒ ScienceTimes
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