우선 이런 내용으로 작금의 광풍과도 현상에 또 다른 하나의 회오리를 더하는 것 같아 마음이 무겁습니다.

12월 5일 세포사진의 조작설, 12월 6일 DNA fingerprinting에 대한 의혹이 제기되었으나 전문가집단에서는 전국민과 정치권까지 똘똘 뭉쳐서 여기서 그만 묻어두려는 모습에 다들 긴장을 하셨는지 내부적으로만 공감을 표할 뿐 스스로의 생각들을 표시하지 않고 있습니다. 아니, 표시할 수가 없었습니다. 일개(?) MBC도 무너뜨리는 거대한 힘 앞에 누가 나서려고 하겠습니까? 네, 맞습니다. 국익을 위해서... 국익을 위해서라면 입닥치고 숨죽이고 있어야 함이 지당하신 말씀입니다. 그러나, 우리는... 과학하는 사람들은 시야가 좁아서 작은 현상 하나가 삐뚤어져 보이면 끝없이 Why? Why?를 외치며 덤벼듭니다. 저 역시 그러한 사람 중에 하나입니다.

참고로 저는 지방 국립대학교에서 유전공학을 전공하고 있는 박사과정이며, STR 분석을 통해 Genotyping하는 것을 꽤 오랫동안 해 왔습니다. 사용해 본 기기는 LI-COR 社의 4200 시리즈와 ABI3100입니다(황우석 박사의 경우 ABI310으로 실험한 결과를 내 놓으셨습니다).

황교수팀이 185개의 난자로 11개의 '배아줄기세포'를 성공적으로 배양하였고, 이것은 작년에 242개의 난자에서 1개를 성공한 것에 비하면 비교할 수 없을 만큼 기술적 발전을 가져온 탁월한 결과로 볼 수 있습니다.

그런데, 이러한 11개에 대해 체세포 공여자와 일치하는지의 여부와 성공적인 배아줄기세포인지를 검증하기 위해 여러 가지 방법을 시도하여 논문에 수록하였습니다. 핵형분석(karyotyping), 유전자분석(DNA fingerprinting), 면역학적 분석(MHC-HLA typing, immunohistochemical markers), 면역절제술(immunosurgery) 등으로 증명하였습니다.

세포사진들의 경우 배아에서만 나타나는 항원-항체 반응을 이용한 immunohistochemical 분석 사진들이었습니다만,  단순 실수였고 사이언스紙에 정정 요청을 하였다고 공식 발표를 하였으나 세계적인 논문에 누가 되는 아쉬운 부분입니다(아직 논란이 끝난 것은 아니지만 □세상□은 그만 종지부를 찍으라 하시네요).

제가 하는 일이 STR genotyping이다 보니 관심을 갖고 자세히 들여다 본 것이 DNA fingerprinting 자료였습니다. 'Supporting Online Material'에 의하면 인간의 STR markers를 분석하기 위해 Perkin Elmer 社의 AmpFLSTR Profiler kit를 사용하였고, 사용기기는 Applied Biosystems 社의 ABI310 Genetic Analyzer를 이용하였다고 나와 있습니다. 분석은 아마 GeneScan/Genotyper software를 이용하였을 것으로 생각합니다.

좀 더 정확히는 16개의 각기 서로 다른 표지자를 하나의 튜브에서 수행할 수 있는 AmpFLSTR Identifiler PCR Amplification Kit(Perkin Elmer Corp., Wellesley, MA)를 사용하여 시료를 분석하였습니다. 아래 이 kit에 대한 일반적인 설명과 분석 예를 들어 놓았습니다.

Kit 일반설명

https://products.appliedbiosystems.com/ab/en/US/adirect/ab;jsessionid=DJDmpb0pRvnnpCnMLGz4TQ7Bd7tGbCD1sBLynTLlRyjJFmJ0TjC1!-472192238!139399589?cmd=catNavigate2&catID=600805&tab=Overview

GeneScan software 분석 예

http://www.appliedbiosystems.com/products/popup.cfm?prod_id=505&seq_id=1

DNA fingerprinting 실험이 이 논문에서 차지하는 비중은 꽤 높습니다. 배아줄기세포가 체세포공여자와 동일한지 아닌지 증명할 수 있는 가장 강력하면서도 확실한 방법 중 하나이기 때문입니다. 즉, 배아줄기세포를 성공적으로 만들었는지 아닌지, 만들었다면 그 수가 몇 개인지를 확인할 수 있는 방법중 하나인 셈입니다.

논문과 부록에 나와 있는 DNA fingerprinting 사진들은 가공하기 이전의 'raw data'들이고, 작년 논문에도 동일한 방법으로 실렸던 사진들입니다(2004년 논문 Fig. 4. A, B, C, 2005년 논문 Fig. 2., 2005년 Supporting Online Material Figure S2.).

Genotyping을 해 보신 분들은 아시겠지만 동일한 샘플과 kit를 사용하더라도 결국 사람이 하는 일이라 peak의 위치는 동일하게 나오더라도 peak의 모양, 높이, 근처의 background(noise), 불규칙성 등은 수행할 때마다 조금씩 다르게 나온다는 것을 잘 아실겁니다. 아무리 세심한 주의를 기울이더라도 똑같은 모양과 높이를 가진 peak는 결코 나올 수 없음을... 더군다나 서로 다른 세포에서 채취한 DNA라면...

아래 그림은 2004년 1개의 배아줄기세포를 만들었을 때 증거로 보여준 논문의 본문에 나와 있는 DNA fingerprinting 사진입니다. 각각의 peak가 의미하는 것은 특정한 형질을 나타내고 이것의 숫자에 따라 서로 구분하는데, 상하로 비교해서 같은 숫자의 형질이 나와야만 유전적으로 서로 동일한 세포로 볼 수 있습니다. 하나의 마커당 peak는 1개 혹은 2개가 나타날 수 있습니다. 염색체는 쌍으로 존재하므로 동일한 크기의 형질을 가질 경우 1개, 서로 다르다면 2개의 peak로 나타납니다. 이러한 마커를 작년 논문의 경우 10개, 올해의 경우 16개를 사용하여 체세포공여자와 배아줄기세포가 유전적으로 동일하다는 것을 증명하였습니다. 10개의 마커가 동일한 크기를 가질 확률과 16개의 마커가 동일한 크기를 가질 확률을 따져본다면 그 정확성을 쉽게 짐작하실 수 있습니다. 친자감별도 이러한 방법으로 실시합니다.

다음 그림을 보시기 바랍니다. 전혀 상관없는 컨트롤 3개와 체세포공여자, 배아줄기세포, 그리고 테라토마에 대해 3개의 marker(D3S1358, vWA, FGA)로 DNA fingerprinting한 사진입니다. 맨 위의 □Control□과 비교했을 때 범위내의 유의미한 peak들만 나왔으며, 상하로 동일한 얼릴(allele) 번호를 가진 peak끼리 서로 비교해 보았을 때 그 어느 하나도 peak의 모양이 동일한 것은 없습니다. 이렇게 나와야 바로 정상적인 데이타로 인정받을 수 있습니다. 나머지 그림 B, C 역시 마찬가지의 결과를 나타냅니다. 논문의 원본 PDF 파일을 구하셔서 나머지도 자세히 살펴보시기 바랍니다.

Fig. 4. DNA fingerprinting analysis. (A) Isogenic analysis in loci D3S1358(chromosome locatioin 3p), vWA(chromosome locatioin 12p12-pter), and FGA(chromosome location 4q28)).

이 peak의 모양, 높이, 불규칙성, noise는 백번 실험하면 백번 다 다르게 나옵니다. 동일한 DNA를 반복 실험해도 역시 다르게 나옵니다. 동일한 증폭결과물을 두 번으로 나누어 결과를 봐도 다르게 나옵니다. 일일이 사람이 해야 하는 부분이 많고, 기계에 넣는 양이 미세하게나마 차이가 날 수 밖에 없기 때문이지요. 높이는 소프트웨어적으로 얼마든지 조절 가능하나 불규칙적인 모양까지는 결코 같을 수 없습니다.

위의 그림은 D21S11 locus에 대해 4, 5, 6, 8, 11번 셀라인에 대하 genotyping한 결과 중 32.2번 얼릴(allele) 부분만 따로 모은 것입니다. 셀라인이 달라질 경우 peak들이 모두 다름을 알 수 있습니다. 그러나 체세포공여자(Donor)와 배아줄기세포(NT-hESC)의 관계를 보게 되면 거의 동일함을 볼 수 있습니다. 이게 문제인 것입니다.

제가 일일이 100개에 달하는 DNA fingerprinting 사진을 살펴본 바에 의하면 체세포공여자(Donor *)와 배아줄기세포(NT-hESC-*)의 DNA는 분명 다른 과정을 거쳐 추출한 것이 분명한데 peak의 모양, 높이, noise들이 똑같은 것들이 꽤 많이 보이더군요. 심지어는 하나의 peak안에 있는 울퉁불퉁한 것, 꺾이고 파여지는 불규칙성까지도 동일한 것들이 보였습니다. 잘못 정리한 것이라는 네 쌍의 Immunohistochemical 분석 사진보다도 더 많았습니다(실제는 다섯 쌍입니다! 수정하신다면 제대로 해서 알려주십시오).

자, 지금부터 그 내용을 상세히 설명해 드리겠습니다. 그림의 내용에 따라 논문 원본을 구하셔서 다시 한번 자세히 살펴보시기 바랍니다.

이번 2005년 5월 사이언스 논문의 부록에 실린 DNA fingerprinting 결과 사진들 중에서 동일한 것으로 추정되는 것들만 따로 모았습니다. 각각의 세트별로 총 25개의 샘플(컨트롤 3개, 체세포공여자 11개, 배아줄기세포 11개)에 대한 실험 결과가 부록에 실려 있습니다만 비교하는 체세포공여자와 배아줄기세포 사진의 상당부분이 그대로 복사한 듯한 그림들이 보였습니다. DNA fingerprinting이 왜 중요한가 하면, 체세포 공여자와 배아줄기세포가 동일한 것인가를 판별할 수 있는 가장 중요한 근거 자료이며, 결국 제대로 된 배아줄기세포가 있기는 한가, 있다면 몇 개나 되는가를 판가름 할 수 있는 중요한 단서가 될 수도 있습니다. 지금껏 세상에 분열과 반목을 불러일으키는 문제도 바로 이 방법에 의한 2차 검증을 황교수님이 해 주시지 않기 때문입니다. 한때 복제양 돌리(Dolly)를 만든 연구팀도 사기꾼으로 취급당할 뻔했으나 DNA 검증을 통해 그 불신을 단번에 해소한 바 있습니다.

색상(염색시약; 표지자) : Cell line Number

Red(PET ; Amelogenin, D5S818, FGA) : 12, 6, 7

Black(NED ; D19S433, vWA, TPOX, D18S51) : 2, 3, 7, 9, 6, 12

Green(VIC ; D3S1358, TH01, D13S317, D16S539, D2S1338) : 12, 6, 7, 2, 8

Blue(FAM ; D8S1179, D21S11, D7S820, CSF1PO) : 11, 12, 6, 8, 4, 5

앞에 있는 번호들이 본인의 판단에 의하면 가장 유사하다고 생각되는 것이며, 뒤로 갈수록 부분적으로 가공한 흔적이 보이는 것들인데, 세세한 것은 다음의 그림들을 보시면서 판단하시기 바랍니다.

Red(PET ; Amelogenin, D5S818, FGA) : 12, 6, 7

만일 이것이 사실이라면, 세 장의 사진을 여섯 장으로 늘렸다는 얘기가 됩니다(전체 27장 중 6장. 그나마 세 장은 컨트롤입니다). 즉, 적어도 세 개의 배아줄기세포에 대한 유전학적 검증 중 이 마커들에 대한 실험은 하지 않았거나 다른 이유가 있었다는 말이 됩니다.

Black(NED ; D19S433, vWA, TPOX, D18S51) : 2, 3, 7, 9, 6, 12

27장중 12장이 문제가 있는 것으로 보입니다. 적어도 여섯 개의 배아줄기세포에 대한 유전학적 검증 중 이 마커들에 대한 실험은 하지 않았거나 다른 이유가 있었다는 말이 됩니다. 같은 얼릴(allele)이라도 세포번호가 달라질 경우 peak는 아주 판이하게 달라집니다. 2, 3, 6, 7, 12번의 17번 allele에 주목해 주십시오. 높이와 모양 패턴 등이 서로 전혀 다릅니다. 이렇게 나와야 하는 겁니다. 아무리 체세포공여자와 배아줄기세포가 동일하더라도 DNA 추출물은 따로 뽑았을 것이기 때문입니다.

Green(VIC ; D3S1358, TH01, D13S317, D16S539, D2S1338) : 12, 6, 7, 2, 8

27장의 사진 중 10장의 사진에 문제가 있어 보입니다. 적어도 다섯 개의 배아줄기세포에 대한 유전학적 검증 중 이 마커들에 대한 실험은 하지 않았거나 다른 이유가 있었다는 말이 됩니다.

Blue(FAM ; D8S1179, D21S11, D7S820, CSF1PO) : 11, 12, 6, 8, 4, 5

셀라인 4, 5번의 경우 체세포공여자가 동일인(36세 남자)이지만 서로 다른 세포에서 DNA를 추출했기 때문에 크기는 같지만 조금씩 서로 다른 패턴의 peak가 나와야만 하는데도 불구하고 몽땅 같습니다.

27장의 사진 중 12장의 사진에 문제가 있습니다. 적어도 여섯 개의 배아줄기세포에 대한 유전학적 검증 중 이 마커들에 대한 실험은 하지 않았거나 다른 이유가 있다는 말이 됩니다.

혹자는 몇 개가 중요한 것은 아니라고들 합니다. 그러나 이런 실험의 경우 했다는 것도 중요하지만 더 중요한 것이 몇 개, 나아가 몇 % 성공하였는가도 매우 중요한 문제입니다. 그게 과학입니다.

또한 국익을 위해서라는 말도 합니다. 죄송하지만 진정한 국익이 무엇인지 다시 한번 생각해 보시기 바랍니다.

지금까지 제가 살펴본 바에 의하면 총 100개의 유전학적 검사에 대한 증거 결과 중에서 40개의 검사결과에 문제가 있는 것으로 보이는데, 이것은 충분히 검토할 만한 내용이라고 생각합니다. 물론 더 있습니다만 그것들까지 단정적으로 확실하다고 말씀드릴 수는 없어서 제외한 상태에서 이 정도입니다.

조금 다른 얘기지만, 심지어는 DNA가 손상되었더라도 결과는 나옵니다. AmpFLSTR Identifiler PCR Amplification Kit는 법의학에서도 사용하는 것인데, 인간의 전체 염색체의 염기는 약 60억개입니다(30억개+30억개). 이 방법에 의해 증폭되는 염색체 일정 부위의 길이는 마커 하나당 약 100-400쌍 사이입니다. 60억개 중에 마커 하나당 100-400쌍 미만의 염기만 증폭할 수 있으면 되는 것입니다. 아래 사이트의 그림에 황교수님팀이 사용한 AmpFLSTR  Identifiler PCR Amplification Kit의 예가 있는데 맨 위에 숫자 나와 있는 것이 염기의 숫자입니다. 제일 긴 사이즈 스탠다드가 염기 400쌍입니다.

http://www.appliedbiosystems.com/products/popup.cfm?prod_id=505&seq_id=1

화재에 의해 전소되었거나(대구 지하철 방화사건시 일부 미확인 시신), 몇백 몇천년의 시간과 좋지 않은 보관상태라는 경우가 겹쳐서 DNA가 완전히 소실되는 경우가 아니라면 DNA 손상이 일부 있더라도 결과는 나옵니다. 왜냐하면 60억개의 염기중에서 100-400쌍의 부위들이 파괴될 확률은 극히 미미하기 때문입니다. 부서져도 다른 곳이 부서집니다. 잘 부러지는 곳들이 있지요. 그러나 상용화한 이 마커들은 그런 것들도 다 염두에 두고 만들어진 겁니다. 겨우 200 샘플 실험이 가능한 위의 kit를 괜히 몇 백만원에 팔겠습니까?

법의학에서 다루는 DNA들이 온전한 것들이 없는 경우가 많습니다. 그러나 법의학에서 사용하는 대부분의 kit들은 일정 규모의 DNA가 부서지더라도 마커가 증폭하고자 하는 부위의 DNA를 증폭하는데는 큰 어려움이 없습니다. 100% 원하는 결과가 나오지 않을 수도 있습니다. 어떤 경우 아무리해도 나오지 않을 수도 있습니다만, 그것은 엄청난 손상이 가해졌을 때입니다. 흔히 유전자조작식품에 대해 그 여부를 알기 위한 유전자검사를 할 때, 두부나 스낵 등 익히거나 기름에 튀긴 것도 검사 가능합니다. 물론 특정 kit와 특정 마커를 사용했을 때의 이야기입니다. 익히거나 기름에 튀겨서 DNA가 손상되더라도 마커가 원하는 부위는 워낙 짧기 때문에 대량의 샘플로부터 DNA를 추출해서 실험을 할 경우 그대로 온전한 경우가 있을 수도 있기 때문에 얼마든지 검증 가능합니다.

오늘은 개인적으로 무척 슬픈 날입니다. 어찌 되었건 일개 쫄 수준의 과학하는 놈이 수십 명의 교수팀 업적에 대해 공개적으로 왈가왈부하는 꼴이 되었기 때문입니다. 그간 국내의 전례로 보아, 아니, 전세계 어느 나라에서도 내부비판자 혹은 내부고발자가 온전히 살아가는 꼴은 볼 수 없었습니다. 그건 진실입니다(ㅡ.ㅡ;). 저도 밥숟갈 놔야할지도 모르겠군요. 차라리 제가 틀렸다면 저 혼자 조용히 사라지면 그만이라지만 만일 사실이라면... 생각만해도 끔찍하군요. 잘되든 잘못되든 이 나라의 수많은 과학하시는 분들께도 폐를 끼치게 될 것 같아 마음 아픕니다.

황교수팀이 이 문제에 대해서 어떤 식으로 방어를 하실 지 무척 궁금해집니다. 제발 어떤 식으로든 저의 궁금증을 해결해 주십시오. 미즈메디 노성일 이사장이 했다는 □... 과학자들이 볼 때 줄기세포를 만드는 과정에서 똑같은 절차를 거쳤다면 일부 검사를 생략할 수도 있다. 논문의 재현성과 결론이 중요하다. 연구의 속도를 내기 위해 일부 생략했다고 해도 연구 결과에는 아무런 지장이 없다...□ 이런 식의 방어는 곤란합니다.

2005년 12월 7일