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대학시론

생명공학이란?

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생명공학이란, 세포내에서 일어나는 현상을 연구하여, 인류를 위해서 활용하고자 하는 생물과학의 한 분야이다. 생명공학은 보건의료, 식품, 환경보존, 바이오에너지 개발 등에 적용된다. 근본적으로는 세포내의 모든 반응들은 각 세포내의 유전체내에 들어 있는 유전자에 의해서 결정된다. 
본인은 유전학, 미생물유전학, 미생물유전체학 등을 주 교과목으로 강의와 연구를 수행하였기에, 유전과 DNA를 중심으로 기술해보고자 한다.  
유전연구는 1866년 멘델에 의해서 최초로 발표되었으며, 1953년에 왓슨에 의해서 DNA 이중나선구조가 밝혀지고, 1961년에 유전암호가 해독되고, 1970년대에 제한효소 및 DNA 시퀀싱 법의 개발 등으로 유전자 재조합 연구가 활발하게 진행되어, 1980년대에 유전공학 연구의 붐이 조성되었다.   
그리고 박테리오파아지, 대장균, 빵효모, 애기장대등의 유전체 구조가 결정되었다. 한 생명체가 가지고 있는 DNA 한 세트를 유전체(게놈)라 한다. 2003년에 인간유전체 프로젝트(HGP)가 완성되어, 인간의 유전체는 길이가 30억 염기쌍이며, 유전자의 수는 약 22,000개임이 밝혀졌다. 
인체 미생물 군집 프로젝트(HMP)도 완성되었는데, 비강, 구강, 피부, 위장관, 및 비뇨 생식기관으로부터 100,000 미생물의 유전체 염기배열이 결정되었다. 이들 미생물 유전체 정보는 인간의 질병과 미생물의 관련성을 규명하는 데, 효과적으로 활용되고 있다. 인간의 유전자는 미생물 유전자와 비교했을 때, 세균 유전자와는 6,600개(30%)가 본질적으로 동일하였으며, 빵효모와는 6,000개(25%)의 유전자가 유사하였다. 그리고, 인간의 유전체의 10%는 바이러스 DNA로, 100,000개의 흔적이 남아있다. 이러한 사실을 미루어 봤을 때, 과거에 바이러스 유전자가 인간의 유전체에 침투해서, 긴세월 동안 바이러스활성이 소멸되고, 비활성인 상태로 남아있다고 생각할 수 있다. 
요즈음에는 미생물 유전체의 구조결정이 매우 신속하게 진행되고 있다. 미국의 식품의약품 안전청(FDA)에서는, 2012년도에 Genome-Trakr 네트워크라는 조직을 구성하여, 317,000이상의 세균 유전체 염기배열을 결정하여, 식품오염사고에 신속히 대처하고 있다. 
DNA구조에 기초한 생명공학 분야에는 미생물 포렌식분야가 있는데, 이 방법을 이용하여, 돼지 인플루엔자, 아이티의 콜레라, 그리고 미국의 C-형 간염 집단 발병시, 미생물 포렌식이 이용되어 병원균의 유입경로 확인에 유용하게 적용되었다. 그리고 현재에도 모든 국가에서 코로나 바이러스-19의 진단을 위해서 미생물포렌식이 매우 활발하게 이용되어 인류의 보건의료에 기여하고 있다. 그리고 mRNA백신이 상용화됨에 따라, mRNA 제작이 또 다른 가능성 있는 분야로 대두되고 있다.  
지구상의 미생물 중 98%는 배양이 아주 어려우며, 보통의 조건에서는 배양되지 않는다. 이러한 난배양성 미생물 연구분야는 메타유전체학이라 불리우며, 토양이나 물, 또는 조직샘플에서 DNA를 추출하여, 증폭시키면 혼합물 중 한 가지의 고유한 유전체의 구조가 밝혀질 수 있어서, 미생물 집단간 또는 집단내의 미생물 상호관계 연구에 활용되고 있다. 
이러한 메타유전체학은 의료분야에 적용되어, 감염성 질환을 진단하고 치료하고 예방하는 데 필요한 전략수립에 이용되고 있다. 환경분야에는 기후변화의 영향을 이해하고 예측하는 데 이용되고 있으며, 에너지 분야에서는, 바이오에너지원을 지속가능하고 친환경적인 방식으로 이용할 수 있다. 생물복원분야에서는, 환경파괴를 모니터링하고, 유류, 지하수, 하수, 핵폐기물 및 기타 독성화합물의 제거효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 농업분야에 적용되어, 작물과 가축의 질병 예방이 가능하고, 진전된 농업기술의 개발이 촉진될 수 있다. 그리고 생체방어분야에 적용되면, 병원균 모니터링과, 생물테러에 대한 효과적인 백신과 치료방법의 개발이 가능하며, 미생물 질병의 감염경로를 추적할 수 있다. 
사람 개인의 유전체구조를 분석하면, 미래에 어떤 질병이 발병될지 예측할 수 있다. 그래서 이미 잘 알려진 사실이지만, 헐리우드의 유명인 안젤리나 졸리의 경우 자신의 유전체 분석으로, 유방암과 난소암의 위험을 알게 되자, 그 부위들을 제거하여, 질병을 예방한 예로서 널리 소개되고 있다. 그러나 이후에 유전자 편집기술 CRISPR가 개발됨으로써, 유전자치료로 이러한 문제가 해결될 수 있는 새로운 길이 열리게 되었다.  
2017년 파이낸셜 타임스에 인류의 생활방식을 근본적으로 바꿀 몇 가지 기술이 소개되었는데, 1위가 생명공학이고, 2위가 인공지능이었다. 생명공학의 대표적인 성과로는 제니퍼 다우드나교수가 유전자편집기술 개발로 2020년 노벨화학상을 수상했는데, 질병의 발생과 관련이 있는 유전자에 이 기술을 적용하면, 유전병과 종양과 같은 질병의 치료가 가능하다. 실지로 중국의 한 과학자가 배아상태에서 CCR5라는 에이즈바이러스의 수용체 유전자를 제거한 결과, 태어난 아기는 에이즈에 걸리지 않으며, 학습과 기억능력이 매우 우수하였음이 2019년에 발표되었다. 따라서 질병에 걸릴 확률이 낮으며, 지능이 매우 우수한 아기가 태어나게도 할 수가 있음이 증명되고 있다. 세포의 염색체 말단을 구성하는 텔로미어는 세포분열을 반복함에 따라 조금씩 짧아지는데, 인위적으로 이 부분을 늘림으로써, 수명연장 효과를 거둔 결과도 스탠포드대학의 연구진이 발표하였으며, 인공장기의 개발 등도 속속 진행되고 있으므로, 생명공학의 발전으로, 인류는 풍요로운 “건강과 장수”를 향유하는 시대를 맞게 되었다.



김종국 명예교수
(자연대 생명공학)

1988.4-2021.8 경북대학교 자연대학 생명과학부 생명공학전공 교수
2011.4~2016.3. 환경부지정 국가환경연구실(ERC)
2012 한국미생물생명공학회 부회장
2012.6.5 환경부 장관상 수상
2012.10.26 학국생명과학회 학술상 수상
2013.6.12 환경기술우수상 
2014.2.~2016.1 미생물연구소장
2016 한국 생명과학회장, 한국균학회장 
2020.8.20 한국균학회 학술대상.
2021.9 ~ 경북대 명예교수
학술논문 238편, 특허 20건, 저역서 미생물학입문, 미생물유전학 등 9건




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