출판사 리뷰
두 번째 창세기가 시작되다
우리는 지금 제2의 창세기를 목도하고 있다. 약 40억 년 전 지구에 처음으로 생명이 창조되었다. 과학자들은 해양 열수구 같은 원시 지구의 고온 지역에서 원핵세포 또는 그보다 더 단순한 원시적 단세포가 우연히 만들어진 것으로 추정한다. 그로부터 40억 년이 흐른 2010년 5월 미국의 J. 크레이그 벤터 연구소는 일명 '신시아'라고 불리는 인공 세포 Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0의 배양에 성공했다. 신시아는 이제까지 자연에 존재하지 않았던 유전자를 사람이 새롭게 설계하고 화학적으로 합성하여 생명을 작동시킨 첫 사례였다. 실험을 이끈 크레이그 벤터는 40억 년 전의 첫 생명 창조와 비교해 신시아 실험 성공을 '지구 역사상 두 번째 창조'라고 선언했다. 최초의 세포로부터 수십억 년의 진화 과정을 거쳐 가까스로 등장한 인류가 이제는 스스로 생명 창조의 역사를 시작한 것이다.
벤터에 따르면 신시아는 컴퓨터가 부모인 지구 최초의 자기복제 종이었다. 더 정확하게는 과학자 스무 명과 컴퓨터 팀이 부모이고, 인간과 기계가 함께 조합한 수천 개의 선택으로 만들어졌다. 신시아는 "현재 살아 있는 종, 지구 생명체 목록의 일부"라고 벤터는 말했다. 이 연구는 생명체의 기본 원칙을 이해하기 위해 설계되었으며, 이 합성 세포는 지구의 모든 생명체를 연결하는 최후의 보편적 공통 조상의 유사체다. -235쪽
인공 세포 신시아를 만들어 낸 과학 또는 기술을 '합성생물학Synthetic Biology'이라고 한다. 부키에서 펴낸 신간 《바이오테크 레볼루션》(원제: Genesis Machine)은 아직 대중에게는 생소하지만, 가까운 시일 내에 인류의 삶과 지구 생태계 전체에 근본적 지각 변동을 가져올 합성생물학의 과거와 현재 그리고 미래를 다룬 책이다. 미래학자 에이미 웹과 합성생물학 연구자인 앤드루 헤셀이 공동 저술한 이 책은 바이오테크 분야에서 과거의 유전공학이 합성생물학으로 점프하여 완전히 새로운 단계로 접어든 과정을 탐색하고 현재의 기술 발전 수준과 미국 및 유럽, 중국, 인도 등 세계 각국의 바이오산업 패권 전략, 미래 가상 시나리오, 생명 창조로 인한 사회 갈등과 철학, 윤리, 법률, 제도와 국제 관계 등 합성생물학에 관한 거의 모든 지식을 꼼꼼히 담아냈다.
《바이오테크 레볼루션》 1부에서는 컴퓨터를 부모로 삼아 합성 생물을 창조하는 합성생물학의 기원과 과학자들이 생명의 암호를 해독하고 조작한 역사를 설명한다. 2부에서는 창조 기계가 만들어 내는 바이오경제의 파급력과 사회적 파장을 다룬다. 바이오 해킹부터 유전자 격차 문제, 즉 유전자 기술로 젊음과 건강을 얻는 부유층과 신기술의 혜택에서 소외되는 빈곤층의 분열처럼 합성생물학이 제기하는 사회적 위험을 다각도로 조명한다. 3부에서는 바이오테크 혁명이 가져올 다양한 미래를 탐색한다. 마지막으로 4부에서는 인류가 창조주와 동격이 되는 시대를 맞이하기 위해 필요한 기술적, 윤리적, 사회적 대안과 정책을 모색한다.
합성생물학이란?합성생물학 시대의 도래는 인간 유전체에 대한 상세한 탐색과 인공지능 기술의 발전 덕분에 가능했다. 자연과학의 한 분야로 생명 현상을 연구하는 생물학Biology은 생물의 구조, 기능, 발생, 진화, 생태 등을 탐구하면서 생명체의 자기 복제의 핵심에 유전자DNA가 있음을 발견했다. 과학자들은 인간 유전자의 본격적 탐색을 위해 1990년부터 2003년까지 미국 국립보건원과 에너지부의 주도하에 세계 20여 개 나라가 참여한 '인간 게놈 프로젝트'를 수행했다. 30억 개 염기쌍으로 구성된 인간의 전체 DNA 서열을 해독하고 모든 유전자의 위치와 기능을 밝혀내는 이 연구 프로젝트 결과로 인간 유전체의 약 99.9% 서열을 해독 완료할 수 있었다. 이는 현대 생명과학, 의학, 바이오산업의 전환점이 되었고 합성생물학이라는 새로운 바이오테크 혁명을 불러온 동인이다.
인간 게놈 프로젝트가 완료되기 전 제한된 유전자 지식 수준에서 이루어졌던 유전공학은 이미 존재하는 유전자를 복제하거나 편집하여 기능을 개량하거나 일부 특성을 추가하는 기술, 한마디로 기존 유전자를 '활용'하는 기술이라고 할 수 있다. 이에 반해 합성생물학은 유전체에 대한 풍부한 지식과 연구에 기초하여 자연계에 전혀 존재하지 않았던 새로운 생명 시스템을 얼마든지 '설계하고 창조'하는 기술이다. 생명이 만들어지는 일부 과정에 개입하는 기술이 유전공학이라면, 합성생물학은 생명체를 설계하고 부품화하고 조립하고 제조하는 전체 공정을 일괄적으로 수행한다.
유전공학의 대표 사례는 1996년 영국 스코틀랜드의 로슬린 연구소에서 태어난 복제양 돌리Dolly다. 돌리의 탄생은 복사기로 원본을 복사하는 과정과 크게 다르지 않다. 기존 양의 체세포 핵을 그대로 복제하여 태어났기 때문이다. 이와 달리 유전자를 설계하고 새로운 생명을 탄생시키는 합성생물학은 복사가 아니라 새로운 프로그램의 코딩과 3D 프린터 출력에 비유할 수 있다. 컴퓨터 프로그래머가 필요에 따라 전체 프로그램을 짤 수도 있고 일부 기능만 작동하는 프로그램을 만들 수도 있듯이 합성생물학도 꼭 온전한 생명체만 만들 필요는 없다. 생물의 특정 부위나 장기, 기능, 생명 활동 부산물만을 제조할 수도 있다. 예를 들면 인류 진화사 어느 한 페이지에서 사라진 네안데르탈인의 유전자를 만들어 현대인의 신체에 이식하는 것도 이론적으로 가능하다.
네안데르탈인을 부활시키는 것은 어리석어 보일 수도 있다. 그러나 네안데르탈인의 유전자를 몇 개만 빌려와서 우리 몸을 조금만 수정한다면 어떨까? 네안데르탈인에게는 글루텐에 알레르기가 있는 현대인을 고통스럽게 하는 셀리악병이 없다. 그들의 면역계는 현대인과 다르게 반응하므로 류마티스관절염, 다발경화증, 크론병 같은 자가면역 질병을 치료하는 데 관한 통찰을 얻을 수 있다. 또 네안데르탈인의 뼈는 엄청나게 강하므로 골밀도와 관련된 유전자를 빌려다가 수억 명의 여성 노인이 앓는 골다공증을 치료할 수도 있다. -133쪽
인공지능의 발전은 유전공학을 합성생물학 단계로 점프시킨 또 하나의 동력이다. 인공지능이 발전할수록 생물학적 응용법의 시험과 현실화도 늘어났다. 인공지능의 머신러닝을 통해 유전자를 설계하고 시뮬레이션 테스트하는 도구가 더 강력해지고, DNA 프린팅과 조립 기술이 발전하면서 개발자들은 점점 더 복잡한 생명 시스템을 만들 수 있게 되었다.
생물학적 맥락에서 머신러닝은 과학자들이 수많은 패턴을 찾도록 돕는다. (...) 인공지능 시스템을 연구하고 구축하면서 복잡한 문제를 촉발했던 구글의 딥마인드DeepMind 부서는 긴 아미노산 사슬이 접히는 복잡한 패턴을 시험하고 모델링할 방법을 개발하면서 오랫동안 과학자들을 성가시게 했던 문제를 해결했다. 딥마인드 시스템인 알파폴드AlphaFold는 인간과 20종의 모델 생물에서 35만 개 이상의 단백질 구조를 예측하는 성취를 이루었다. 2022년이면 데이터집합에 포함되는 단백질 구조가 1억 3000만 개를 넘어설 것이다. -53쪽
합성생물학 기술로 만들어진 생산물은 이미 현실에서 사용 중이다. 합성 박테리아 세포는 백신 등 약물 제작에 사용되며, 거미 유전자로 만든 합성 실크는 가벼우면서도 인장 강도가 강해 의류와 운동화 등의 소재로 쓰인다. 합성 유전자를 이용해 배양한 동물 고기도 일부 국가에서 승인을 거쳐 판매하고 있다. 닭이나 소를 키우지 않고도 고기를 얻는 것인데 가슴살, 다리살 등 부위별 선택 배양이 이루어진다.
합성생물학은 멸종된 매머드를 되살릴 수도 있고, 신화에나 존재하던 상상 속의 생명체를 새로 만드는 것도 가능하다. 게다가 이 모든 과정을 설계 가능한 엔지니어링 대상으로 다루어 제조, 조립, 자동화에 기반한 생산 공정으로 처리할 수 있다는 점도 합성생물학의 특성 중 하나다.
상상을 초월하는 경제적 투자 가치소프트웨어를 설계하고 프로그램을 만들듯이, 완전히 새로운 생명을 창조하고 대량 생산하여 거래하는 시장이 활짝 열린다면 그 경제적 가치는 얼마나 될까?
미국 국립과학·공학 아카데미는 2020년 1월 미국 바이오경제의 가치가 국내총생산GDP의 5퍼센트, 9500억 달러(1290조 원) 이상이라고 발표했다. 2020년 5월에 맥킨지 연구는 400개에 이르는 합성생물학 관련 혁신이 지구 경제에 미친 영향을 분석하고, 이 발전이 지금부터 2040년까지 매년 평균 4조 달러(5434조 원)의 가치를 창출하리라고 내다봤다. 이는 합성생물학 산업이 발전하면서 필연적으로 나타날 연관 산업, 서비스, 제품의 경제적 영향은 계산에 넣지 않은 숫자이다.
보다 적극적으로 시장 규모를 예측한 글로벌 컨설팅 기업인 보스턴컨설팅그룹(BCG)은, 2040년까지 전 세계 GDP의 3분의 1이 합성생물학 관련 산업에서 창출될 가능성이 있다고 분석하기도 했다.
합성생물학의 가치 네트워크는 이제 막 생성되기 시작했다. 물론 코로나19 범유행에 대한 대응으로 성장이 빨라졌지만, 아직 각 분야의 기업은 소수에 지나지 않는다. 그러나 이런 상황은 빠르게 바뀌고 있다. 2020년에 투자자들은 합성생물학 스타트업에 80억 달러(10조 8688억 원)를 쏟아부었다. 틱톡을 만든 바이트댄스Bytedance사가 2021년 초에 4000억 달러(543조 원)로 평가된 것에 비해 크게 인상적인 숫자는 아니지만, 합성생물학에 대한 투자 증가 속도가 2018년 이후 매년 두 배로 빨라졌다. (...) 합성생물학 기업의 기업공개(IPO) 중앙값도 치솟고 있다. 2020년의 평균 공모가는 2019년보다 두 배나 높아졌다. -160쪽
컴퓨터 분야에 "동일한 비용으로 집적회로에 올릴 수 있는 트랜지스터 수는 18~24개월마다 두 배가 된다"는 '무어의 법칙'이 있다면 합성생물학에는 '칼슨의 법칙'이 존재한다. 기술 발전으로 염기서열 분석 및 합성 비용 역시 급격히 낮아진다는 것이다. 미국 국립인간유전체연구소에 따르면 2006년 인간 유전체의 완전한 염기서열 분석 비용은 2000만~2500만 달러(273억~342억 원)가량이었다. 2015년 중반이 되자 완전한 분석 비용은 4000달러(547만 원)까지 낮아졌다. 현재 중국 기업인 BGI사는 유전체 서열 분석 비용으로 100달러(13만 7000원)를 받는다. 인간 유전체 분석 비용이 에어 조던 한 켤레 값에도 미치지 못하는 것이다.
《바이오테크 레볼루션》의 공저자인 앤드루 헤셀은 합성생물학 분야의 선구자이자 합성 바이러스를 개발하는 신생 기업인 휴먼지노믹스사의 사장이다. 공저자 에이미 웹은 싱커스50이 뽑은 세계적 경영 사상가 50인에 선정된 영향력 있는 미래학자이자 미래 전략 수립 기업 퓨처투데이연구소 CEO이다. 학자, 연구자인 동시에 현실 비즈니스 사업가이기도 한 저자들은 바이오경제의 현실과 잠재력, 국제적 역학관계와 국가별 정책을 입체적이고 다면적으로 추적한다. 바이오산업 투자를 계획하는 투자자나 엄청난 잠재력을 지닌 바이오테크 기술을 국가 성장 동력으로 육성해야 할 관계자들에게 많은 시사점을 제공한다.
SF 영화처럼 펼쳐지는 바이오테크 혁명의 파노라마 《바이오테크 레볼루션》의 큰 미덕 중 하나는 복잡한 합성생물학의 원리와 개념, 사회적 파장을 흡인력 있는 스토리로 풀어낸다는 점이다. 책의 3부에서는 합성생물학의 발전으로 인해 지극히 가까운 시일 내에 펼쳐질 새로운 미래의 모습을 마치 잘 만든 SF 영화처럼 보여 준다. 유전자를 맞춤 설계해 태어나는 아기(시나리오 1), 노화가 멈춘 사회에서의 일자리 문제와 세대 갈등(시나리오 2), 고객의 건강 상태나 기호에 따라 최적의 상태로 배양된 식재료가 제공되는 식당과 식생활(시나리오 3), 신종 사이버 생물 테러의 발생과 사회의 대처(시나리오 5) 등 미래 사회의 다양한 풍경이 생생하게 그려진다.
"아기 창조 기업 웰스프링에 오신 것을 환영합니다. 당사는 인공지능 시스템으로 수백만 번의 시뮬레이션을 거쳐 고객을 만족시킬 최적의 유전체를 설계하여 배아를 만들고, 원하는 모체 또는 최고 등급의 인공 자궁에서 출산일까지 안전하게 배양하여 아기를 만들어 드립니다. 건강보험 외에 추가 비용을 내면 업그레이드가 제공됩니다. 현재 기억력, 체질량지수, 골밀도, 폐활량, 인두강 확장, 발가락 사이의 갈퀴(수상 스포츠 관련 행동 개선) 등을 제공 중입니다. 호모 사피엔스보다 신체 기능이 강했던 네안데르탈인의 케라틴 생산 유전자 옵션을 추가하시면 더 부드럽고 단단하며 시간이 흘러도 주름지지 않는 피부와 굵은 머리카락을 아기에게 적용할 수 있습니다." - 309~316쪽(시나리오1) 요약
책의 마지막 부분(4부)은 미래를 맞기 위해 필요한 실용적이고 현실적인 제안과 사회적 대책들로 구성된다. 바이오산업의 패권을 둘러싼 미국, 중국, 러시아, 인도, 유럽 등 주요국의 자세한 상황과 대응책도 확인할 수 있다. 저자들은 비즈니스적 측면에만 치우치지 않고 합성생물학 기술을 인류 공통의 자산으로 유용하게 성장시키는 데 많은 관심을 쏟는다. 이 신기술을 둘러싸고 국제 사회가 '생명공학판 브레턴우즈 협정'을 맺어야 한다고 제안하는 대목에서는 감탄하지 않을 수 없다.
우리가 제안하는 체제(생명공학판 브레턴우즈 체제)는 세계 통화 풀을 감독하고 통제하는 대신에 세계 유전자 정보 풀을 통제할 것이다. 회원국은 블록체인에 기반해 조작할 수 없는 거래명세 원장과 유전자 서열을 기록할 추적 체제, 부품·주문·제품의 표준화에 동의할 것이다. 과학자들이 태즈매니아 호랑이를 복원하든, 크리스퍼로 성인의 콜라겐 생성을 강화하든, 새로운 병원체를 발견하든, 사용하거나 창조한 유전자 정보는 세계가 공유하는 이 체제에 기록될 것이다. 엄격하게 강화한 기준을 충족하는 시설과 제품 검수를 통해 체제에 기록되면서 책임의 사슬이 형성된다. -396쪽
저자들은 합성생물학의 발전이 불가피하다고 전제하며, 우리가 반드시 다뤄야 할 윤리적·정책적 질문을 던진다. 인간의 유전 정보를 특정 기업이 독점 소유할 권리가 있는가? 이해충돌이 예상되는 전통적 집단 예컨대 의사, 환경 단체, 종교인과의 갈등은 어떻게 해결할 것인가? 책은 합성생물학을 둘러싼 이 복잡다단한 논쟁에서 어느 한편에 일방적으로 서지 않는다. 과학으로 문제를 해결하려는 사람들 그리고 그 과학이 불러올 변화에 두려움을 느끼는 이들 모두를 설득하려는 태도를 일관되게 유지한다. 기술의 위험성과 가능성을 균형 있게 다루고 윤리와 정책, 경제와 공공 가치의 경계에서 진지하게 고민한다.
이 책에서 가장 흥미로운 지점은 인류가 생명을 설계하는 '신의 역할'을 하게 될 가능성과 그에 따르는 윤리적·사회적 함의를 다룬 부분이다. 결국 저자들은 두 번째 창세기 앞에 선 독자에게 다음과 같은 질문을 던지는 셈이다.
"인간이 조물주와 동격의 위치에 선다면 이 세상은 어떻게 변할 것인가? 그리고 우리는 무엇을 해야 하는가?"
완전히 다른 미래를 상상하라한국 사회는 지금 미래 전략이 절실한 시점이다. 경제 성장 동력의 고갈, 고령화와 저출생, 기후 위기 등 다양한 도전 앞에서 우리는 해일처럼 밀려드는 합성생물학과 인공지능이라는 신기술을 어떻게 이해하고 사용할 것인지 스스로 결정해야 할 시점에 와 있다. 《바이오테크 레볼루션》은 그 고민에 지적 기반을 제공하는 책이다. 합성생물학이 만들어 갈 세계를 이해하고 싶은 독자는 물론 한국 사회의 미래, 인류라는 생물종의 미래를 고민하는 이들에게 이 책은 풍부하고도 친절한 길잡이 역할을 할 것이다.
21세기는 인공지능으로 지식을 읽고 편집하고 재작성하는 시대다. 이게 다가 아니다. 우리는 이제 생명을 읽고 편집하고 재작성할 수 있다. 인공지능 의 시대이자 생물학의 시대를 살고 있는 셈이다. 《바이오테크 레볼루션》은 이 두 흐름이 어떻게 함께 진화하고 있는지를 통찰력 있게 보여 준다. 유전자를 설계하고 생명을 재창조하는 합성생물학, 그리고 데이터를 학습해 예측과 결정을 보조하는 인공지능은 서로를 가속화하며 인류 문명의 향방을 근본적으로 바꾸고 있다. 이 책은 그 기술의 진보를 따라가면서도 우리가 무엇을 할 수 있는가에 머물지 않고 무엇을 해야 하는가를 묻는다.
합성생물학Synthetic Biology이라고 부르는 이 과학의 목적은 하나다. 새로운, 그리고 아마도 더 뛰어난 생물 암호를 창조하기 위해 세포를 조작하는 것이다. 20세기 생물학자들은 조직, 세포, 단백질의 기능을 이해하기 위해 이들을 분리하는 데 집중했다. 이번 세기에 등장한 새로운 과학자 집단은 생명의 기본단위로 새로운 물질을 만들려 시도하고 있으며, 이미 많은 사람이 초기 단계인 합성생물학 분야에서 성공하고 있다. 공학자들은 생물학에 사용할 새로운 컴퓨터 시스템을 설계하고, 스타트업은 컴퓨터 코드를 생물로 바꾸는 프린터를 판매한다. 네트워크 설계자는 DNA를 하드 드라이브로 사용한다. (...) 생물학자, 공학자, 컴퓨터 과학자, 그 외 많은 사람이 함께 창조 기계를 구축했다. 연구자, 연구실, 컴퓨터 시스템, 정부 기관, 기업이 참여한 이 복잡한 기계는 생명을 새롭게 해석할 뿐 아니라 새로운 형태의 생명을 창조한다.
