자식은 왜 부모를 닮을까? 유전의 수수께끼를 풀다 우리는 자주 부모 형제와 닮은 자신을 발견한다. 겉모습뿐만 아니라 식성이나 예술적 취향, 사소한 습관까지 희한하게 비슷하다. 무엇 때문에 우리는 부모를 닮을까? 『유전자는 왜 그럴까?』는 이 수수께기의 첫 번째 실마리를 잡았던 멘델 이야기부터 시작하여 유전자의 비밀이 밝혀진 순서에 따라 과학자들의 실험실로 안내하여 흥미진진한 이야기를 들려준다. 수도사였던 멘델은 남다른 끈기와 열정으로 형질이 다른 완두콩을 반복해서 재배하여, 유전의 기본 법칙과 유전자의 존재를 발견했다. 멘델의 발견은 여러 차례 다른 과학자의 연구에서 증명되었으며, 지금까지도 유효한 유전의 기본이다. 그런 까닭에 멘델은 오늘날 유전학의 아버지로 불린다. 19세기 중반 독일의 발터 플레밍은 염색체를 발견하고 체세포 분열 과정을 관찰했다. 그로부터 약 50년 후엔 테어도어 보베리가 감수 분열이라는 생식 세포의 분열 법칙을 알아냈고 토머스 모건은 초파리 염색체 지도를 그렸다. 과학자들의 다양한 연구들이 이어지며 1953년 마침내 왓슨과 크릭이 DNA라는 유전의 구조를 밝혀냈다. 유전의 모든 정보와 생명의 설계도인 DNA를 알아냈지만 인간의 호기심은 점점 더 강해졌다. 생명의 설계도인 DNA를 바꾸면 인간은 어떻게 될까? 우리가 DNA를 조작할 수 있을까? 유전공학, 후성유전학이란 무엇일까? DNA 구조를 알아낸 후부터 유전공학 기술은 빠른 속도로 진화했다. 『유전자는 왜 그럴까?』는 DNA의 네 가지 코드가 어떻게 조합되면서 여러 단백질을 만드는지, 단백질이 형질로 발현되는 과정, 그리고 이 과정에서 어떻게 오류가 생기는지, 생긴다면 어떻게 수정되는지 일련의 과정을 생생하고 친절하게 설명해 준다. 40개 나라 천 명이 넘는 과학자가 참여하여 인간 유전체 해독 프로젝트를 진행해 2003년 마침내 모든 분석이 완료되었다. 이제 생명을 설계하는 신의 영역에 도전하기에 이른 것이다. 결과는 어떻게 되었을까? 한편으로 생명의 신비나 다양성은 유전자만으로는 다 설명하기 어렵다. 지구에서 생명이 진화하는 과정은 유전자의 변이가 없었다면 가능하지 않았다. 또 어려서 헤어진 일란성 쌍둥이가 수십 년 후에 보았더니 이름이 같은 여성과 결혼했고 비슷한 생활 습관을 가지고 있었다는 사실도 있다. 일벌과 여왕벌이 똑같은 유전자를 가졌으나 무엇을 먹느냐에 따라 달라진다는 것도 밝혀졌고 인간과 침팬지는 99%, 인간과 인간은 99.9% 유전자가 같다고 한다. 이 작은 차이가 큰 변화로 이어지는 이유를 밝히려는 후성유전학 연구가 계속 발전하고 있다. 이 연구는 생명과 공동체, 지구라는 큰 생태계를 더 깊이 이해하는 데 큰 역할을 하게 될 것이다. 유전자 조작은 성공을 거듭하며 발전해 왔다. 1982년에는 유전자 조작 기술로 만들어진 인슐린이 승인받아 당뇨병 환자에게 공급되었다. 그전에는 돼지와 소에서 어렵고 복잡한 과정을 거쳐 인슐린을 추출했지만 이제는 박테리아를 이용해서 손쉽게 만들게 된 것이다. 1990년에는 ADA 유전자에 이상이 생겨 면역계가 아주 약한 네 살짜리 여자아이가 유전자 치료를 받았고, 마침내 유전자 치료가 승인받았다. 크리스퍼 유전자 가위 기술로는 비타민A가 결핍되어 생기는 문제를 해결하기 위해 황금쌀을 만들었고 인간의 질병을 고치는데도 유전자 가위는 널리 사용되기 시작했다. 어쩌면 유전자 조작 기술은 인류를 질병으로부터 구할 가장 강력한 무기인지도 모른다. 유전공학이 인류를 질병으로부터 구할까? 눈부신 유전공학 기술의 발전이 인간의 삶을 윤택하게 한다는 사실에는 이견이 있기 어렵다. 게다가 코로나19 팬데믹을 겪으면서 한층 더 유전공학 기술에 대한 기대가 커졌다. 그런 까닭에 유전공학 기술 연구는 더 과감하게, 전폭적인 지원을 받으며 이루어지리라 예상된다. 어느 분야에서나 신기술이 등장했을 때 우려의 목소리가 있다. 특히 유전공학 기술은 생명에 직접 조작을 가하는 기술인만큼 그 범위와 속도를 고민할 필요가 있다. 『유전자는 왜 그럴까?』에는 각각의 기술과 혜택을 설명하는 한편, 생각해야 할 걱정거리도 다룬다. 유전자 치료에 쓰이는 바이러스의 위험성, 크리스퍼 가위 기술이 적용된 식물이 생태계에 미치는 영향 등 긍정적인 면에만 치우쳐 우리가 생각하지 못한 문제점을 찬찬히 짚어 주는 것이다. 미래의 과학자이자 시민인 어린이들이 유전공학 기술의 쓰임과 윤리적 문제에 대해 고민해 볼 수 있는 좋은 계기가 될 것이다. 이 책의 빼놓을 수 없는 장점은 그림이다. 세 어린이 주인공이 거의 모든 쪽마다 등장하여 과학자들의 연구를 살펴보거나 유전자 코드를 조립해 보는 놀이를 하고, 유전자나 동물과 대화를 나누는 유머러스한 그림이 나와 내용 이해를 도우며 미소를 짓게 한다. 부드러운 색채로 그려진 정확한 도판과 내용을 요약한 박스도 독자들을 책으로 즐겁게 끌어들인다.

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사실 유전자가 전달되는 기본 법칙은 멘델이 발견한 거야. 그 법칙은 특별히 완두콩에만 적용되는 게 아니야. 모든 생물의 유전 정보는 유전자를 통해서 전달되지. 유전자에는 생물의 특징에 대한 정보가 들어 있어. 그런 유전자가 어떻게 부모에게서 자녀로 전달되는지 설명하는 게 유전 법칙이야. 완두콩뿐만 아니라 너도 그 법칙을 따르지._10쪽 1953년 3월, 왓슨과 크릭은 마침내 DNA 구조의 수수께끼를 풀었어. DNA 이중 나선은 아주 길고 비비 꼬인 줄사다리 같은 모양이었어. 당과 인산으로 구성된 사슬이 바깥쪽 두 줄이고, 염기쌍들이 디딤대들인 셈이지. 결국 모든 생물의 설계도는 아주 간단한 네 가지 염기로 짠 코드였어. A(아데닌, Adenine), T(티민, Thymine), G(구아닌, Guanine), C(시토신, Cytosine), 이렇게 단 네 글자로 말이야! 이런 설계도가 모든 세포의 핵 속에 다 들어 있단다._21쪽 인간 염색체 46개를 잘 풀어서 모든 DNA를 한 줄로 늘어놓으면, 그 길이가 2미터쯤 돼. 그렇게 긴 DNA가 압축되어 세포핵 속에 들어 있는 거지. 그런데 세포핵의 지름은 100분의 1밀리미터 정도야. 어떻게 이게 가능할까? 한번 생각해 봐. 야구공 크기의 실뭉치에 감겨 있는 실은 엄청나게 길잖아. 세포 속 DNA도 그와 비슷한 상태로 있어._27쪽 이제 유전자를 원하는 대로 재조합하거나 변형하는 게 가능해졌어. 모든 생물이 같은 DNA 코드를 사용하니까 다른 생물들끼리 유전자를 교환할 수 있어. 인간 유전자를 박테리아에 넣어 증식할 수도 있어. 그 유전자에 특정 단백질을 생산하는 정보가 들어 있다면, 박테리아가 증식하면서 그 단백질을 생산하겠지. 박테리아가 생산한 단백질을 추출해서 약을 만들 수도 있어. 1982년에 이런 방법으로 만든 약이 처음으로 사용 승인을 받았어. 그 약이 인슐린이라는 단백질이야._44쪽 크리스퍼/카스9의 발견으로 새로운 길이 열렸어. 짧게 줄여서 크리스퍼라고 불러! 이건 한층 발전한 유전 공학 기술이야. 과학자들이 박테리아에서 처음으로 크리스퍼를 발견했는데, 박테리아가 적대적인 바이러스로부터 자신을 지키는 무기라고 할 수 있지. 크리스퍼는 두 부분으로 이루어져 있어. 먼저 수색대 역할을 하는 부분이 적대적인 바이러스의 염기 배열이 어디 있는지 샅샅이 뒤져. 그러다가 목표 염기 배열을 찾으면, 수색대는 그 지점에 멈춰. “여기 있다!” 하고 알려 주는 거지. 그러면 두 번째 부분인 절단 도구가 나서서 바깥에서 들어온 유전 물질을 필요한 만큼 정확하게 잘라 내._48쪽 mRNA 백신이 코로나19 바이러스와 싸우는 데 효과가 아주 좋다는 게 증명되었어. 이 백신에서는 mRNA가 바이러스 단백질에 대한 정보를 세포에 전달해. mRNA를 세포에 침투시키기 위해서는 지방 껍질 안에 넣어야 해. 이 껍질이 우리 몸의 세포 껍질과 융합하면 mRNA가 세포 속으로 들어가지. 그러면 세포가 mRNA가 전달한 정보로 바이러스 단백질을 생산해. 그다음에 벌어지는 일은 다른 백신을 맞았을 때와 똑같아. 면역계가 병원체를 알아보고, 무기를 만들어서 나중에 진짜 병원체가 공격했을 때 싸울 준비를 하는 거지. 적절한 껍질이 있으면, 병원체에 대한 어떤 유전 정보도 세포에 전달할 수 있어. 똑같은 장난감 블록으로 여러 건물을 만드는 것과 비슷해! 이 방법을 사용하면 백신을 빨리 개발할 수 있고, 필요할 때 그 백신을 바꾸기도 쉬워. mRNA 백신의 이런 특성이 코로나19 바이러스와 싸울 때 좋은 효과를 발휘한 거지. 말라리아나 암 같은 심각한 질병을 예방하는 mRNA 백신도 이미 개발 중이야._59쪽