Gene editing can now change an entire species -- forever | Jennifer Kahn

번역: Ji Kim 검토: ejay kim

So this is a talk about gene drives,

오늘 이야기는 유전자 드라이브에 관한 것입니다.

but I'm going to start by telling you a brief story.

일단 짧은 이야기를 들려드릴게요.

20 years ago, a biologist named Anthony James

20년 전, 안토니 제임스라는 생물학자는

got obsessed with the idea of making mosquitos

한 가지 생각에 빠져있었습니다.

that didn't transmit malaria.

말라리아를 옮기지 않는 모기를 만들어 내는 것이었죠.

It was a great idea, and pretty much a complete failure.

멋진 생각이었지만 처참하게 실패했어요.

For one thing, it turned out to be really hard

그 이유는

to make a malaria-resistant mosquito.

말라리아에 내성이 있는 모기를 만들기가 정말 힘들었기 때문이죠.

James managed it, finally, just a few years ago,

제임스는 몇 년 전, 마침내 이 문제를 해결해냈습니다.

by adding some genes that make it impossible

말라리아 원충이 모기에서 살 수 없게 만드는 유전자를

for the malaria parasite to survive inside the mosquito.

모기 체내에 만들었어요.

But that just created another problem.

그러자 다음 과제가 생겼습니다.

Now that you've got a malaria-resistant mosquito,

말라리아에 내성이 있는 모기는 준비가 됐고요.

how do you get it to replace all the malaria-carrying mosquitos?

그러면 이제 어떻게 모든 말라리아 모기를 이 모기로 바꿀 수 있을까요?

There are a couple options,

몇 가지 방법이 있긴 합니다.

but plan A was basically to breed up

첫 번째 방법은

a bunch of the new genetically-engineered mosquitos

유전자 변형으로 만들어진 이 모기들을

release them into the wild

번식시키고 야생에 방사해서

and hope that they pass on their genes.

말라리아 내성 유전자를 퍼뜨리기를 바라는 거죠.

The problem was that you'd have to release

그런데 문제는 이 방법이 효과가 있으려면

literally 10 times the number of native mosquitos to work.

원래 모기 개체수의 열 배나 되는 모기를 방사해야 한다는 거에요.

So in a village with 10,000 mosquitos,

1만 마리의 모기가 있는 마을에

you release an extra 100,000.

추가로 십만 마리의 모기를 풀어요.

As you might guess,

여러분도 짐작하듯이

this was not a very popular strategy with the villagers.

마을 주민들이 좋아할 만한 그런 전략은 아니죠.

(Laughter)

(웃음)

Then, last January, Anthony James got an email

그러다가 지난 1월 안토니는

from a biologist named Ethan Bier.

이든 비어라는 생물학자로부터 이메일 한 통을 받게됩니다.

Bier said that he and his grad student Valentino Gantz

비어는 자신이 발렌티노 간츠라는 학생과 함께

had stumbled on a tool that could not only guarantee

특정 유전 형질을 확실하게 물려줄 뿐만 아니라

that a particular genetic trait would be inherited,

엄청 빠르게 퍼뜨릴 수 있는 기법을

but that it would spread incredibly quickly.

발견했다고 했습니다.

If they were right, it would basically solve the problem

비어와 간츠의 말대로라면

that he and James had been working on for 20 years.

지난 20년간 비어와 제임스가 풀지 못했던 문제가 해결된다는 뜻이죠.

As a test, they engineered two mosquitos to carry the anti-malaria gene

비어와 제임스는 시험삼아 항 말라리아 유전자를 조작했습니다.

and also this new tool, a gene drive,

이 기법이 바로 유전자 드라이브라는 것인데요.

which I'll explain in a minute.

잠시 후 설명해드릴게요.

Finally, they set it up so that any mosquitos

마침내 그들은 항 말라리아 유전자를 보유한

that had inherited the anti-malaria gene

모기를 만들었습니다.

wouldn't have the usual white eyes, but would instead have red eyes.

모기를 조작해서 흰 눈 대신 빨간 눈을 갖게 만들었는데

That was pretty much just for convenience

한 눈에 어떤 모기인지 알아볼 수 있게

so they could tell just at a glance which was which.

편의상 그렇게 한 것이죠.

So they took their two anti-malarial, red-eyed mosquitos

빨간 눈을 가진 항 말라리아 모기 두 마리를

and put them in a box with 30 ordinary white-eyed ones,

보통의 흰 눈 모기 30마리가 있는 상자에 넣고 번식시킵니다.

and let them breed.

In two generations, those had produced 3,800 grandchildren.

불과 2세대 만에 손자 3,800 마리를 번식했어요.

That is not the surprising part.

깜짝 놀랄 부분은 여기가 아니고

This is the surprising part:

바로 여깁니다.

given that you started with just two red-eyed mosquitos

빨간 눈 모기 두 마리와

and 30 white-eyed ones,

흰 눈 모기 30 마리로 시작했다면

you expect mostly white-eyed descendants.

대부분 흰 눈 후손일 거라고 예상이 되죠.

Instead, when James opened the box,

그런데 제임스가 상자를 열어보니

all 3,800 mosquitos had red eyes.

3,800마리 모두 빨간 눈이었습니다.

When I asked Ethan Bier about this moment,

비어에게 그 순간 어땠냐고 물어봤더니

he became so excited that he was literally shouting into the phone.

너무나 흥분한 나머지 전화기에 대고 소리를 지르고 있었어요.

That's because getting only red-eyed mosquitos

왜냐하면 오로지 빨간 눈 모기만 있었다는 것은

violates a rule that is the absolute cornerstone of biology,

생물학의 토대라고 할 수 있는 기본 법칙

Mendelian genetics.

즉, 멘델의 유전법칙을 위반한 것이기 때문이에요.

I'll keep this quick,

짧게 설명드릴게요.

but Mendelian genetics says when a male and a female mate,

멘델의 유전법칙에서는 수컷과 암컷이 교미하면

their baby inherits half of its DNA from each parent.

자손은 각각의 부모로부터 DNA 절반씩을 물려받습니다.

So if our original mosquito was aa and our new mosquito is aB,

그래서 원래 모기의 유전자가 aa, 새로 만든 모기가 aB라면

where B is the anti-malarial gene,

B가 항 말라리라 유전자고요.

the babies should come out in four permutations:

자손들은 이렇게 4가지 조합으로 나와야 정상이에요.

aa, aB, aa, Ba.

aa, aB, aa, Ba

Instead, with the new gene drive,

그런데 유전자 드라이브 기법에서는

they all came out aB.

자손들이 모두 aB 조합으로 나온 것이죠.

Biologically, that shouldn't even be possible.

생물학적으로는 불가능한데

So what happened?

어떻게 된 걸까요?

The first thing that happened

이게 가능해진 첫 번째 이유는

was the arrival of a gene-editing tool known as CRISPR in 2012.

2012년, 유전자 편집 기술인 크리스퍼의 등장입니다.

Many of you have probably heard about CRISPR,

아마 많은 분들이 크리스퍼에 대해 들어보셨을텐데요.

so I'll just say briefly that CRISPR is a tool that allows researchers

간략하게 설명드리자면

to edit genes very precisely, easily and quickly.

과학자가 정확하고, 쉽고, 신속하게 유전자를 편집할 수 있는 기법입니다.

It does this by harnessing a mechanism that already existed in bacteria.

박테리아의 메커니즘을 이용한 것인데요.

Basically, there's a protein that acts like a scissors

가위와 같은 기능을 하는 단백질이 있어서

and cuts the DNA,

DNA를 자를 수 있고요.

and there's an RNA molecule that directs the scissors

이 가위를 통제하는 RNA 분자가 있는데

to any point on the genome you want.

우리가 원하는 게놈의 어느 부분을 자를지 지시해요.

The result is basically a word processor for genes.

즉, 유전자를 위한 워드 프로세서인 셈이죠.

You can take an entire gene out, put one in,

유전자 전체를 자를 수도 있고 넣을 수도 있고

or even edit just a single letter within a gene.

심지어 유전자의 염기서열 하나만 따로 편집할 수도 있어요.

And you can do it in nearly any species.

게다가 거의 모든 종에서 가능합니다.

OK, remember how I said that gene drives originally had two problems?

그럼 유전자 드라이브에는 애초에 두 가지 문제가 있다고 했지요?

The first was that it was hard to engineer a mosquito

첫 번째 문제는 말라리아에 내성이 있는 모기를

to be malaria-resistant.

만들기 어렵다는 것이었는데

That's basically gone now, thanks to CRISPR.

크리스퍼 덕분에 이 문제는 이제 해결됐고요.

But the other problem was logistical.

다른 하나는

How do you get your trait to spread?

어떻게 항 말라리아 형질을 전파시키는가 하는 문제였죠.

This is where it gets clever.

여기가 바로 기발해지는 지점입니다

A couple years ago, a biologist at Harvard named Kevin Esvelt

몇 년 전, 하버드 대 생물학자인 케빈 에스벨트는

wondered what would happen

크리스퍼를 새로운 유전자뿐만 아니라

if you made it so that CRISPR inserted not only your new gene

자르고 붙이는 작업을 하는 기계에도 삽입하면

but also the machinery that does the cutting and pasting.

어떻게 될까 생각했습니다.

In other words, what if CRISPR also copied and pasted itself.

즉, 크리스퍼가 스스로를 복제하고 붙이면 어떨까 한거죠.

You'd end up with a perpetual motion machine for gene editing.

아마 유전자 편집이 끝없이 작동되겠죠.

And that's exactly what happened.

바로 그렇게 된겁니다.

This CRISPR gene drive that Esvelt created

에스벨트가 만든 크리스퍼 유전자 드라이브는

not only guarantees that a trait will get passed on,

유전형질을 완벽하게 전달할 뿐만 아니라

but if it's used in the germline cells,

생식세포에 사용하면

it will automatically copy and paste your new gene

새로운 유전자를 자동으로 복사해서

into both chromosomes of every single individual.

모든 개체에 있는 두 개의 염색체에 붙입니다.

It's like a global search and replace,

전체 검색해서 바꾸기 기능과 같죠.

or in science terms, it makes a heterozygous trait homozygous.

과학용어로는 이형성질을 동형성질로 만든다고 합니다.

So, what does this mean?

이게 무슨 의미일까요?

For one thing, it means we have a very powerful,

엄청난 위력을 가진 기법,

but also somewhat alarming new tool.

동시에 다소 두려운 새로운 기법이 등장한 겁니다.

Up until now, the fact that gene drives didn't work very well

현재까지는 유전자 드라이브가 잘 작동하지 않아서

was actually kind of a relief.

어느 정도 안도감이 느껴지는데요.

Normally when we mess around with an organism's genes,

일반적으로 생물체의 유전자를 조작할 때는

we make that thing less evolutionarily fit.

진화적으로 적응하기 힘들게 만들곤 합니다.

So biologists can make all the mutant fruit flies they want

그래서 생물학자들은 그다지 걱정하지 않고

without worrying about it.

돌연변이 초파리를 만듭니다.

If some escape, natural selection just takes care of them.

몇 마리가 탈출하더라도 자연도태 될 테니까요.

What's remarkable and powerful and frightening about gene drives

그런데 유전자 드라이브에서는 그렇지 않습니다.

is that that will no longer be true.

그 점이 바로 막강하고 두려운 것이죠.

Assuming that your trait does not have a big evolutionary handicap,

날지 못하는 모기처럼 진화적으로 그다지 불리하지 않은

like a mosquito that can't fly,

유전 형질이 있다고 가정해 볼게요.

the CRISPR-based gene drive will spread the change relentlessly

크리스퍼 기반의 유전자 드라이브는 군집의 모든 개체가

until it is in every single individual in the population.

이 형질을 보유할 때까지 끈질기게 퍼뜨립니다.

Now, it isn't easy to make a gene drive that works that well,

물론, 그 정도로 잘 작동하는 유전자 드라이브를 만드는 건 쉽지 않지만

but James and Esvelt think that we can.

제임스와 에스벨트는 할 수 있다고 생각해요.

The good news is that this opens the door to some remarkable things.

좋은 점은, 이제 엄청난 일들이 가능해진다는 겁니다.

If you put an anti-malarial gene drive

유전자 드라이브를 통해

in just 1 percent of Anopheles mosquitoes,

항 말라리아 유전자를

the species that transmits malaria,

말라리아를 옮기는 모기 1%에 삽입하면

researchers estimate that it would spread to the entire population in a year.

전체 개체로 퍼지는 데 1년도 안 걸릴 거라고 합니다.

So in a year, you could virtually eliminate malaria.

1년 안에 말라리아를 완전히 없앨 수 있는 겁니다.

In practice, we're still a few years out from being able to do that,

아직 현실적으로 그렇게 되기까지 몇 년이 더 걸리겠지만

but still, a 1,000 children a day die of malaria.

지금도 매일 천 명의 어린이가 말라리아로 죽어가고 있는데

In a year, that number could be almost zero.

1년 만에 사망자 수가 0이 되는 것입니다.

The same goes for dengue fever, chikungunya, yellow fever.

뎅기열, 치쿤구니야, 황열병도 마찬가지예요.

And it gets better.

점점 좋아지죠.

Say you want to get rid of an invasive species,

오대호의 포식자인 아시아 잉어처럼

like get Asian carp out of the Great Lakes.

없애고 싶은 외래종이 있다고 해볼게요.

All you have to do is release a gene drive

여러분이 할 일은 수컷 새끼만 낳게 하는

that makes the fish produce only male offspring.

유전자 드라이브를 방사하기만 하면 됩니다.

In a few generations, there'll be no females left, no more carp.

몇 세대 안 가서 암컷은 없어지고 아시아 잉어도 사라질 거예요.

In theory, this means we could restore hundreds of native species

이론적으로 멸종 위기 직전에 있는

that have been pushed to the brink.

수백만 마리의 토착종을 복원할 수 있다는 것을 의미합니다.

OK, that's the good news,

그럼 여기까지가 좋은 점이었고요.

this is the bad news.

지금부터는 나쁜 점입니다.

Gene drives are so effective

유전자 드라이브는 효과가 너무 뛰어나서

that even an accidental release could change an entire species,

어쩌다 방사될 경우 그 종 전체를 바꿔놓을 수 있습니다.

and often very quickly.

그것도 엄청 빠르게요.

Anthony James took good precautions.

그래서 안토니 제임스는 신중하게 예방조치를 취했습니다.

He bred his mosquitos in a bio-containment lab

격리된 생화학 실험실에서 모기를 배양하고

and he also used a species that's not native to the US

미국의 고유종이 아닌 외래종을 사용했습니다.

so that even if some did escape,

그래야 일부 모기가 빠져나가더라도

they'd just die off, there'd be nothing for them to mate with.

교미할 대상이 없으니 결국 죽게 되는 거죠.

But it's also true that if a dozen Asian carp with the all-male gene drive

그런데 만약 수컷 유전자 드라이브를 가진 수십 마리의 아시아 잉어가

accidentally got carried from the Great Lakes back to Asia,

예기치 않게 오대호에서 아시아로 옮겨진다면

they could potentially wipe out the native Asian carp population.

아시아 잉어 고유종 개체군 전체가 전멸될 수도 있습니다.

And that's not so unlikely, given how connected our world is.

전세계가 서로 연결된 상태이니 불가능한 일이 아닙니다.

In fact, it's why we have an invasive species problem.

사실 이점이 바로 우리가 외래종 문제를 겪고 있는 이유이기도 하고요.

And that's fish.

어류니까 이 정도죠.

Things like mosquitos and fruit flies,

모기나 초파리 같은 생물은

there's literally no way to contain them.

어디 가둬 놓을 방법이 없어요.

They cross borders and oceans all the time.

얘들은 국경도 넘고 바다도 건너니까요.

OK, the other piece of bad news

나쁜 점이 하나 더 있습니다.

is that a gene drive might not stay confined

바로 유전자 드라이브가 우리가 목표로 하는 생물 종에만

to what we call the target species.

국한되지 않을 수도 있다는 것인데요.

That's because of gene flow,

이는 유전자 흐름이라는 것 때문입니다.

which is a fancy way of saying that neighboring species

유사 종과의 이종 교배를 일컫는 말인데

sometimes interbreed.

유전자 흐름이 일어나면

If that happens, it's possible a gene drive could cross over,

아시아 잉어 종이 다른 잉어 종에 영향을 미치듯이

like Asian carp could infect some other kind of carp.

유전자 드라이브도 교차할 수 있습니다.

That's not so bad if your drive just promotes a trait, like eye color.

눈동자 색깔같은 형질 하나만 바꾸는 유전자 드라이브라면 나쁜 정도는 아닌데

In fact, there's a decent chance that we'll see

사실은 얼마 안가 아주 괴상한 초파리 집단이

a wave of very weird fruit flies in the near future.

나타날 가능성이 상당해요.

But it could be a disaster

하지만 유전자 드라이브가

if your drive is deigned to eliminate the species entirely.

어떤 종을 전멸시키기 위해 설계된다면 그 파장은 어마어마할 거에요.

The last worrisome thing is that the technology to do this,

마지막으로 우려되는 사항은

to genetically engineer an organism and include a gene drive,

생물을 유전적으로 변형하는 데 사용하는 기술입니다.

is something that basically any lab in the world can do.

유전자 드라이브는 전세계 어느 실험실에서도 진행할 수 있어요.

An undergraduate can do it.

학부생도 할 수 있고요.

A talented high schooler with some equipment can do it.

장비만 있다면 재능 있는 고등학생도 할 수 있는 일이죠.

Now, I'm guessing that this sounds terrifying.

이제 여러분도 슬슬 두렵게 느끼시는 것 같은데요.

(Laughter)

(웃음)

Interestingly though, nearly every scientist I talk to

흥미롭게도 제가 얘기를 나눈 과학자 대부분이

seemed to think that gene drives were not actually that frightening or dangerous.

유전자 드라이브가 무섭거나 위험하다고 생각하지 않는 것 같았습니다.

Partly because they believe that scientists will be

아마도 과학자들은 신중하고 책임 있게

very cautious and responsible about using them.

기술을 사용한다고 생각하기 때문이겠죠.

(Laughter)

(웃음)

So far, that's been true.

지금까지는 그래왔습니다.

But gene drives also have some actual limitations.

하지만 유전자 드라이브에는 한계점도 있습니다.

So for one thing, they work only in sexually reproducing species.

그 중 한 가지가 유성번식 종에서만 효과가 있다는 것입니다.

So thank goodness, they can't be used to engineer viruses or bacteria.

그래서 정말 다행히도, 바이러스나 박테리아에는 사용할 수 없어요.

Also, the trait spreads only with each successive generation.

유전형질도 각 세대에 연이어 전파되기 때문에

So changing or eliminating a population

전체 개체를 변화시키거나 제거하는 것은

is practical only if that species has a fast reproductive cycle,

사실상 곤충이나 쥐, 물고기 같이

like insects or maybe small vertebrates like mice or fish.

생식주기가 짧은 동물에서만 됩니다.

In elephants or people, it would take centuries

코끼리나 사람의 경우

for a trait to spread widely enough to matter.

한 유전형질이 퍼지려면 수 백년이 걸릴 거예요.

Also, even with CRISPR, it's not that easy to engineer a truly devastating trait.

또, 제아무리 크리스퍼 기술이라도 파괴적인 형질을 만들기는 쉽지 않습니다.

Say you wanted to make a fruit fly

예를 들어

that feeds on ordinary fruit instead of rotting fruit,

미국 농업산업을 망하게 하려는 목적으로

with the aim of sabotaging American agriculture.

썩은 과일이 아닌 정상과일을 먹는 초파리를 만들고 싶다고 가정해볼게요.

First, you'd have to figure out

먼저, 초파리의 먹이를 결정하는

which genes control what the fly wants to eat,

유전자를 알아내야 합니다.

which is already a very long and complicated project.

아주 오래 걸리고 복잡한 일이죠.

Then you'd have to alter those genes to change the fly's behavior

그 다음, 우리가 원하는대로 초파리가 행동하도록

to whatever you'd want it to be,

유전자를 조작해야 합니다.

which is an even longer and more complicated project.

아까보다 훨씬 더 오래 걸리고, 훨씬 더 복잡한 일이죠.

And it might not even work,

뜻대로 잘 안 될 수도 있어요.

because the genes that control behavior are complex.

행동을 결정하는 유전자는 아주 복잡하기 때문이죠.

So if you're a terrorist and have to choose

여러분이 테러리스트라면

between starting a grueling basic research program

수년간 실험실에 박혀 연구해야 하고 또 성공하리라는 보장도 없는

that will require years of meticulous lab work and still might not pan out,

엄청 힘든 연구를 하시겠어요?

or just blowing stuff up?

아니면 그저 폭파시켜버리겠어요?

You'll probably choose the later.

아마도 폭파시키겠죠.

This is especially true because at least in theory,

이론상으로 역 유전자 드라이브를

it should be pretty easy to build what's called a reversal drive.

만들기는 쉽거든요.

That's one that basically overwrites the change made by the first gene drive.

첫 번째 유전자 드라이브가 변형한 유전자 형질을 덮어쓰는 거죠.

So if you don't like the effects of a change,

그래서 유전형질 변화 결과가 맘에 들지 않으면

you can just release a second drive that will cancel it out,

취소시키는 두 번째 유전자 드라이브를 방사시키면 됩니다.

at least in theory.

적어도 이론상으로는 가능해요.

OK, so where does this leave us?

그렇다면 우리는 어떻게 될까요?

We now have the ability to change entire species at will.

이제 인간은 뜻대로 생물 종 전체를 바꿀 수 있는 능력이 있습니다.

Should we?

그래야 할까요?

Are we gods now?

이제 신의 영역에 도달한 것일까요?

I'm not sure I'd say that.

저는 거기까지는 잘 모르겠습니다만

But I would say this:

이 점은 말씀 드릴 수 있어요.

first, some very smart people

일부 똑똑한 사람들이

are even now debating how to regulate gene drives.

유전자 드라이브를 규제할 방안을 논의 중이고

At the same time, some other very smart people

또 다른 똑똑한 사람들은

are working hard to create safeguards,

유전자 드라이브가 작동하고 몇 세대 후에

like gene drives that self-regulate or peter out after a few generations.

자기규제를 하고 소멸될 수 있는 안전장치를 개발하기 위해 노력중이지요.

That's great.

훌륭한 일입니다.

But this technology still requires a conversation.

하지만 이 기술에 대해 더 많이 논의해야 합니다.

And given the nature of gene drives,

유전자 드라이브의 특성상

that conversation has to be global.

전세계적으로 논의가 이루어져야 해요.

What if Kenya wants to use a drive but Tanzania doesn't?

케냐는 유전자 드라이브에 찬성하는데 탄자니아는 반대하는 경우

Who decides whether to release a gene drive that can fly?

방사할지 말지 누가 결정할까요?

I don't have the answer to that question.

저는 그에 대한 답은 모르겠습니다.

All we can do going forward, I think,

우리가 할 일은

is talk honestly about the risks and benefits

위험요소와 혜택에 대해 솔직히 얘기하고

and take responsibility for our choices.

선택에 대한 책임을 함께 지는 것입니다.

By that I mean, not just the choice to use a gene drive,

그 선택은 유전자 드라이브를 사용하겠다는 선택 뿐 아니라

but also the choice not to use one.

사용하지 않을 선택도 의미하지요.

Humans have a tendency to assume that the safest option

인간은 현상유지를 위해

is to preserve the status quo.

가장 안전한 선택을 하는 경향이 있습니다만

But that's not always the case.

항상 그런 것은 아닙니다.

Gene drives have risks, and those need to be discussed,

유전자 드라이브에는 위험요소가 있고 이 점을 논의할 필요는 있습니다.

but malaria exists now and kills 1,000 people a day.

하지만 말라리아는 현재 매일 천 명의 생명을 앗아가고 있어요.

To combat it, we spray pesticides that do grave damage to other species,

우리가 말라리아를 퇴치하려고 뿌리는 살충제는

including amphibians and birds.

양서류, 조류 등 다른 생물 종에 심각한 피해를 줍니다.

So when you hear about gene drives in the coming months,

앞으로 여러분은 유전자 드라이브에 대한 소식을

and trust me, you will be hearing about them,

분명히 듣게 되실 거예요.

remember that.

그 때 이 말을 기억해 주시기 바랍니다.

It can be frightening to act,

“행동하는 것이 두려울 수 있다.

but sometimes, not acting is worse.

하지만 때때로 행동하는 것이 행동하지 않는 것보다 낫다.”

(Applause)

(박수)