20년간 생쥐 복제했더니 58세대만에 실패…"포유류 무한정 복제 불가능"

56세대 복제 생쥐. 건강한 성체로 자랐다. 야마나시대 제공

포유류를 무성생식인 복제로 계속 번식시키는 데는 한계가 있으며 결국 유성생식에 의존해야만 종을 유지할 수 있다는 사실이 20년에 걸친 장기 실험으로 확인됐다. 

와카야마 사야카 일본 야마나시대 연구원 외 연구팀은 한 마리의 생쥐에서 시작해 20년간 58세대에 걸쳐 연속 복제를 수행한 결과를 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 25일(현지시간) 발표했다.

포유류 복제는 체세포의 핵을 꺼내 핵을 제거한 난자에 이식하는 '핵이식' 기술을 이용한다. 멸종위기종 보전이나 우수한 형질의 가축 대량 생산 등에 활용될 수 있다는 기대를 받아온 기술이다. 1996년 복제 양 돌리가 태어난 이후 생쥐·소·돼지 등 다양한 포유류 복제가 성공했다. 

개체가 복제를 거듭할수록 얼마 지나지 않아 죽는다는 사실은 알려져 있었으나 원인이 후성유전체 오류 때문인지 DNA 돌연변이 때문인지는 불분명했다. 복제된 개체가 빨리 죽는 탓에 연속 복제 실험이 수 세대에 그쳐 DNA 돌연변이가 장기간에 걸쳐 얼마나 누적되는지를 직접 추적한 연구가 없기 때문이다.

연구팀은 핵 재프로그래밍을 촉진하는 약물을 활용해 복제 성공률을 높여 관찰할 수 있는 세대를 늘렸다. 연구팀은 2005년부터 생쥐 한 마리의 체세포를 이용한 핵이식 복제를 반복했다. 복제 성공률은 초반에는 세대가 거듭될수록 오히려 높아져 26세대에서 최대 15.5%를 기록했다. 

27세대 생쥐부터 복제 성공률이 점차 하락하기 시작했다. 57세대에서는 성공률이 0.6%까지 떨어졌고 58세대 복제 생쥐는 전원 태어난 다음 날 죽었다. 20년간 단 한 마리에서 총 1200마리 이상의 복제 생쥐가 탄생했지만 결국 58세대에서 한계가 찾아온 셈이다. 

원인은 DNA 돌연변이의 누적이다. 유전체 분석 결과 복제가 거듭될수록 DNA에 오류가 꾸준히 쌓였다. 세대당 평균 70개의 돌연변이가 발생했고 57세대에 이르러서는 유전자 기능을 망가뜨리는 심각한 오류가 수십 개 누적됐다. 유전자 활성 조절 방식인 후성유전체 이상은 세대를 거듭해도 쌓이지 않았다. 복제 실패의 주된 원인이 후성유전적 오류가 아닌 DNA 돌연변이 자체의 누적이었다는 의미다.

체세포의 핵을 생쥐 난자에 이식하는 핵이식 복제 과정. 야마나시대 제공

복제로 쌓인 유전적 오류는 유성생식을 통해 일부 회복할 수 있는 것으로 나타났다. 복제 생쥐를 수컷과 교배시켜 유성생식으로 낳은 자손은 태반 크기가 정상으로 돌아왔고 손자 세대는 건강하게 태어났다. 유성생식으로 인한 감수분열과 수정 과정이 복제 중 쌓인 유전체 이상을 일부 정상화했기 때문으로 분석됐다. 

연구팀은 "이번 연구는 복제 기술이 멸종위기종 보전이나 가축 생산에 활용되려면 DNA 돌연변이 누적 문제를 먼저 해결해야 한다는 점을 보여준다"며 "포유류가 왜 유성생식을 통해서만 종을 유지할 수 있는지를 실험으로 직접 증명했다는 데 의의가 있다"고 밝혔다.

<참고> 
doi.org/10.1038/s41467-026-69765-7

[임정우 기자 jjwl@donga.com]