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[과학돋보기] 미래에 활용 가능성 기대…경고 신호 보내는 '똑똑한' 미생물 개발

■ 이대희 / KRIBB 합성생물학전문연구단 박사

[앵커]
우리 몸속에는 수많은 미생물이 살고 있는데요. 이런 미생물들은 우리 몸을 구성하며 알레르기나 비만 등 건강에도 많은 영향을 미칩니다. 최근, 우리나라 연구진이 합성생물학을 통해 사람의 몸에 이로운 영향을 주는 장내 미생물을 개발했다고 하는데요.

오늘 '과학돋보기'에서는 '미생물과 합성생물학'에 대해 알아보겠습니다. 한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단 이대희 박사님과 함께하겠습니다. 안녕하십니까?

박사님께서는 우리 몸속 미생물 전체인 '마이크로바이옴'을 연구하고 계신다고 들었습니다. 저는 처음 들어보는 단어인데 마이크로바이옴이 정확히 어떤 건가요?

[인터뷰]
마이크로바이옴에 대해서 설명하기 전에 앵커님께 깜짝 질문 하나 하겠습니다. 지구의 나이는 몇 살일까요?

[앵커]
저 이거 알아요. 저 45억 년 정도 된 것 같습니다.

[인터뷰]
네, 맞습니다. 정답입니다. 그럼 오늘의 주제인 미생물은 몇 살일까요?

[앵커]
한 지구가 태어나고 조금 있다가 나오지 않았을까요?

[인터뷰]
네, 지구가 생겨나고 나서 한 5억 년쯤 후에 미생물이 발생했습니다. 인간은 미생물에 비하면 정말 나이가 어린데요. 인간보다 훨씬 오래 살았지만, 눈에 보이지 않는 미생물에 관심이 많았고, 저는 연구를 그래서 시작하게 되었습니다. 특히 우리 몸에 사는 미생물에 관심이 많은데요. 우리 몸이 가지고 있는 미생물 전체를 '마이크로바이옴'이라고 합니다.

미생물은 피부, 장, 눈이나 코 등 우리 몸 안 모든 곳에 있습니다. 우리 몸속에 미생물은 어느 정도로 많을까요? 한 사람의 미생물을 한 줄로 나열했을 때 지구 전체를 한 바퀴를 돌 수 있다고 하고요. 그 개수로 보면 38조 개가 됩니다.

[앵커]
그 작은 미생물을 빙 둘렀는데 지구 한 바퀴를 돌 수 있다고요? 우리 몸에 이렇게 미생물이 이렇게 정말 많은데 미생물이 이렇게 많으면 아마 건강에도 분명히 영향을 미칠 것 같거든요.

[인터뷰]
네, 맞습니다. 뇌부터 장까지 우리 몸에 있는 미생물이 건강에 영향을 미치지 않는 곳이 없습니다. 대표적으로 비만, 당뇨와 같은 대사성 질환, 우울증, 자폐증과 같은 정신질환, 파킨슨병과 같은 신경계 질환까지 관련성이 차례차례 밝혀지고 있습니다. 우선 많은 분이 관심 있어 하는 비만과 관련된 사례 하나를 말씀드릴게요.

미국에 일란성 여자 쌍둥이가 있었어요. 그런데 한 명은 뚱뚱하고 다른 한 명은 마른 체형이었어요. 근데 보통 일란성 쌍둥이라고 하면 유전적으로 같아서 체형도 비슷한데, 의문이 생긴 거죠. 그래서 미생물을 연구하는 사람들이 원인을 살펴봤더니, 뚱뚱한 쌍둥이의 장내 미생물과 마른 쌍둥이 체형의 쌍둥이의 장내 미생물이 서로 달랐던 것이었습니다. 그래서 뚱뚱한 쌍둥이의 미생물을 회수해서 실험동물 쥐에게 옮겨줬더니 살이 찌기 시작했고, 마른 체형에 있는 쌍둥이의 미생물을 회수해서 똑같은 쥐에 넣었을 때는 더이상 살이 찌지 않았어요.
그만큼 우리 몸속에 있는 장내 미생물이 중요한 것이죠.

[앵커]
이 실험을 통해서 확실히 몸에 더 좋은 미생물이 있지 않을까, 이런 생각이 드는데요. 그런 취지로 '사람에게 도움을 주는 장내 미생물 만들기' 연구가 최근 시작이 되고 있다고 들었습니다. 이를 합성생물학으로 만드는 시도가 없어서 연구를 진행하게 되었다고 들었는데요. 우선 '합성생물학'이 뭔지 알 수 있을까요?

[인터뷰]
네, 다소 어려운 개념인데 합성생물학은 자연계에 존재하지 않는 생명 시스템을 설계하고 합성하여 유용한 목적에 사용하거나, 존재하는 생명체를 다시 설계하고 합성하는 연구 분야입니다. 생명과학 연구는 오랫동안 관찰을 중심으로 진행되어 왔는데요.

이에 반해 합성생물학은 관찰보다는 공학적으로 해석해서 더 적극적으로 엔지니어링 하려는 연구 분야라고 할 수 있습니다. 합성생물학은 생명현상을 연구하는 분야 중 가장 근원적인 융합기술을 필요로 하는 영역입니다. 접근 방법이나 데이터 해석 측면에서 생명공학에 기반한 정보기술이나 나노기술 등 고도의 융합기술이 뒷받침되어야 제대로 된 연구를 할 수 있습니다. 4차 산업혁명 시대에는 많은 양의 유전체 정보 데이터를 인공지능, 빅데이터 분석, 로보틱스 등의 기술과 접목해서 산업적으로나 경제적으로나 파급효과가 큰 미래 바이오산업의 핵심이 될 거라고 저는 자신합니다.

[앵커]
그럼 합성생물학을 통해서 원래 없던 미생물을 공학적인 도움을 받아서 만들었다, 이런 말씀을 하시는 것 같은데요. 그럼 이 장내 미생물이 우리 건강에 어떤 이로운 점을 줄 수가 있을까요?

[인터뷰]
네, 저희가 지금 만들고 있는 미생물은 사실 장 속에 살다가 염증을 감지하면 형광물질을 생산해서 소변이나 대변으로 내보냅니다. 사람에게 경고 신호를 먼저 보내는 거죠. 또한, 이 미생물은 염증을 감지하면서 동시에 염증을 치료할 수 있는 물질도 만들어내서 저희가 병원에 가기 전부터 장을 치료하게 됩니다.

이때 미생물이 만드는 염증 치료제는 식물에서 유래한 '터펜'이라는 성분인데요. 이 물질은 원래 브라질에서 자라는 특정 나무에서만 주로 얻을 수 있었습니다. 그런데 이 나무가 보호종으로 지정된 후에는 화학적인 방법으로 만들어지다 보니 화학적으로 만들다 보니 불순물이 섞여 있어 알레르기를 유발하는 문제가 있었습니다. 그래서 저는 화학적으로 합성하는 것보다 깨끗하고 안전하게 만들 수 있는 미생물을 이용해서 터펜을 생산하고 있습니다.

[앵커]
그렇군요. 합성생물학으로 개발된 장내 미생물 연구가 미래에는 대단한 산업이 될 수 있다. 이렇게 말씀을 해주셨는데요. 그런데 윤리적인 문제를 무시할 수는 없을 것 같습니다. 아무래도 세상에 없던 생물을 만들다 보니까 어쩌면 사람도 합성할 수 있는 게 아닌가, 이런 생각이 들거든요. 이런 문제에 대해 어떻게 보시나요?

[인터뷰]
네, 과학자로서 늘 고민하는 부분입니다. 과학자는 늘 새로운 연구를 위해서 늘 도전정신으로 무장되어 있어야 하는데 오늘날에 과학이라는 것이 우리 삶에 매우 큰 영향을 주고 있습니다. 따라서 윤리적인 문제를 늘 염두에 두면서 연구를 하고 있다고 보시면 됩니다. 특히 작년 중국에서 크리스퍼 유전자 가위를 이용해서 '디자이너 베이비'가 태어나면서부터 다시 합성생물학의 윤리적 문제가 다시 촉발되었습니다. 이로 인해서 세계적으로 과학자들이 윤리적인 가이드라인은 다시 정립하려고 노력하고 있고, 공동의 노력으로 안전이 검증되지 않은 기술을 직접 적용하거나 위험한 생명체를 만드는 일은 하지 못하도록 같이 노력하고 있습니다.

[앵커]
말씀하셨던 유전자 가위부터 합성생물학까지 있었는데요. 앞으로 미생물 분야가 더욱더 발전하기 위해서 어떤 연구가 또 필요할까요?

[인터뷰]
저는 미생물을 공학적으로 활용하기 위해서 노력하고 있습니다. 그런 관점에서 본다면 앞으로 미생물을 이용한 합성생물학 분야는 미생물을 합성하는 공유 플랫폼과 속도가 매우 중요할 것으로 생각합니다. 특히 합성생물학 선두 국가인 영국, 미국, 일본, 중국 등은 합성생물학 오픈 플랫폼으로 바이오 파운드리를 만들어 이미 공유를 약속했습니다. 우리나라도 최근 여기에 가입하여 본격적으로 세계와 공유할 수 있는 합성생물학 시스템을 구축하고 있습니다.

[앵커]
그렇군요. 아까 박사님이 비만과 관련된 미생물도 있다 이렇게 말씀하셨는데요. 요즘 가장 관심 갖고 있는 장래의 미생물과 합성생물학에서 이용될 수 있는 미생물은 뭐가 있을까요?

[인터뷰]
저는 사실 우리 몸속에 있는 대장균을 이용해서 연구하고 있는데요. 저희 대장 안에 있는 미생물입니다. 근데 이 미생물도 과거와 달리 프로바이오틱 효과를 가지는 미생물로 알려져 있어서 이 미생물을 대상으로 해서 우리 몸 안에 있는 장래 미생물이 어떤 영향을 주고받을 수 있는지를 연구를 하고 있습니다.

[앵커]
네, 그렇군요. 우리가 사실 심장이나 간 같은 장기들은 익숙한데 미생물은 미지의 영역이었거든요. 오늘 말씀을 통해서 그 가능성에 대해서 많이 알게 된 것 같습니다. 오늘 말씀 고맙습니다.
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