동성인 부모 사이에서 탄생한 쥐들이 탄생해 이미 어른이 됐으며, 또한 생식 능력을 지니고 있는 것으로 밝혀져 세계적인 화제가 되고 있다.

12일 ‘인디펜던트’, ‘가디언’, ‘뉴스위크’ 지 등에 따르면 중국과학원(CAS) 과학자들이 두 마리의 엄마 쥐로부터 29마리의 새끼를 얻었으며, 이들 쥐들은 어른 쥐로 성장해 또 다른 새끼를 낳은 것으로 전해지고 있다.

CAS 과학자들은 줄기세포‧유전자편집 기술을 활용해 두 마리의 엄마 쥐, 두 마리의 아빠 쥐 사이에서 새끼 쥐를 얻는데 성공했다. 그러나 두 마리의 아빠 쥐 사이에서 탄생한 쥐들은 출산 후 이틀이 지나지 않은 상황에서 모두 죽어, 암수 간의 차이를 드러냈다.

29마리 출산해 3대째 자손 번식 중

CAS의 저우치(周琦, Zhou Qi) 박사는 “그동안 포유류가 어째서 암수 양성 개체 사이의 유성생식(sexual reproduction)을 통해 번식할 수 있는지 의문을 품어왔다”고 말했다.

그는 “지금까지 동물 실험에서 세포 합성을 통해 출산에 성공한 사례가 많이 있었다”고 밝히고 “관련 기술을 활용해 유전자가 삭제된 배아줄기세포를 배양, 건강한 두 마리의 암컷 쥐와 수컷 쥐로부터 다수의 새끼를 출산할 수 있었다”고 밝혔다.

관련 논문은 과학저널 ‘세포줄기세포(Cell Stem Cell)’ 12일자에 게재됐다. 논문 제목은 ‘Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions’이다.

CAS 과학자들은 논문을 통해 “하등 척추동물(lower vertebrates)에게서 이루어지고 있는 단성 생식이 포유류에게서는 이루어지지 않고 있다. 그런데 최근 유전자가위, 줄기세포 기술을 통해 포유류 사이에서도 단성 생식이 가능하다는 사실이 확인되고 있다”고 말했다.

일부 파충류, 양서류, 물고기 들은 생존을 위해 암‧수 양성으로 존재하면서 단성생식 번식활동을 이어가고 있다. 그런데 포유류에게는 양성 생식만 이루어지고 있는 것에 대해 지금까지는 설명이 이루어지지 않고 있었다.

CAS 과학자들의 이번 연구는 이 수수께끼가 밝히기 위한 것이다.

양성 생식과 단성 생식의 장벽 사이에는 ‘유전자 각인(genetic imprinting)’이라는 생명현상이 존재하고 있다. 특정 유전 형질이 부모 중 누구에게서 유래되었는지에 따라 다르게 나타나는 후성적인 현상을 말한다.

그동안 CAS 과학자들은 포유류에게서도 단성 생식이 가능하다는 것을 증명하기 위해 포유류 염색체 수를 절반으로 줄인 세포, 즉 반수체(haploid) 배아줄기세포 ‘haESCs’를 배양했다.

향후 포유류 단성생식 시대 예고

그리고 이들 생식세포에서 부모에게서 물려받은 유전자 중 어떤 유전자를 발현할 것인지 결정하는 ‘각인유전자’를 인위적으로 제거했다. 그리고 각인유전자를 없앤 암컷 쥐 반수체 배아줄기세포를 두 개 준비해 이를 대리모 쥐의 난자에 주입했다.

그 결과 210개의 배아에서 모두 29마리의 건강한 쥐를 출산하는데 성공했다. 출산에 성공한 쥐들은 암컷 X염색체만 받았기 때문에 모두 암컷이다. 이렇게 태어난 쥐들은 이후 성장해 새끼를 낳았고 3세대까지 이어지고 있는 것으로 알려졌다.

연구팀은 또 새로운 방식으로 수컷들 사이에서도 단성생식에 성공할 수 있었다. 연구팀은 논문을 통해 그동안 배양해왔던 반수체 배아줄기세포 ‘haESCs’에서 수컷 단성 생식의 실마리를 찾을 수 있었다고 밝혔다.

그 안에서 원시 배세포(germ cell, 생식세포)에서 발생하고 있는 DNA 저메틸화(hypomethylation)가 이루어지고 있다는 사실을 발견했고, ‘각인 유전자’를 제거한 이 배아줄기세포와 정자 등을 결합해 수컷 사이에서 새끼 쥐를 출산할 수 있었다고 말했다.

그러나 수컷 쥐들 사이에서 태어난 쥐들은 태어난 지 이틀을 넘기지 못하고 모두 죽었다. 연구진은 추가 연구를 통해 새끼 쥐들이 일찍 죽은데 대해 그 원인을 분석하고 있는 중이다.

논문 작성에 공동 참여한 왕리빈(Li-Bin Wang) 박사는 수컷 사이에서 태어난 새끼들이 죽은데 대해 “ ‘각인 유전자’ 제거과정에서 문제가 있었던 것으로 추정된다”며 추가 연구를 통해 문제점을 개선해나가겠다고 밝혔다.

CAS의 이번 연구 결과는 포유류에게 나타나는 양성 생식의 장벽이 과학으로 허물어질 수 있다는 것을 말해주고 있다.

이번 연구 결과는 또 귀상어나 왕도마뱀에게 가능한 단성생식이 포유류에게 있어 왜 불가능하며, 또한 포유류에게 양성 생식이 왜 필요한 것인지 그 원인을 밝혀낼 수 있는 중요한 계기가 되고 있다.

한편 이번 연구에는 유전자가위(Crispr-Cas9) 기술이 동원된 것으로 알려졌다.

연구진은 이 기술을 통해 DNA로부터 양성 생식의 출발점이 되는 ‘각인 유전자’를 제거할 수 있었다. 또한 두 마리의 암컷 쥐로부터 채취한 줄기세포를 합성해 인공배아를 만들 수 있었다.