합성 세포 SpudCell (무생물 합성, 자기복제, 바이오경제)

생명은 반드시 자연에서 태어나야 할까요? 저는 이 질문이 그저 철학적인 이야기인 줄만 알았습니다. 그런데 미네소타 대학교 연구팀이 무생물 화학 성분만으로 스스로 먹고 자라고 복제하는 세포를 처음부터 새로 만들어냈다는 소식을 접하고, 솔직히 잠깐 멍했습니다. 영화가 아니라 지금 당장 벌어지고 있는 일이라는 게 실감이 안 났거든요.

무생물 화학 성분으로 세포를 만든다는 게 말이 됩니까

평소 과학 뉴스를 꽤 챙겨보는 편이라 합성 생물학(Synthetic Biology)이라는 단어가 낯설지는 않았습니다. 여기서 합성 생물학이란 생물학적 시스템을 공학적 원리로 설계하고 재구성하는 학문을 말합니다. 쉽게 말해 세포나 유전자를 레고 블록처럼 다루겠다는 발상이죠.

그런데 이번 연구는 그 수준을 훌쩍 넘어섰습니다. 미네소타 대학교의 케이트 아다말라 교수 연구팀은 기존의 자연 세포를 변형하거나 재프로그래밍한 것이 아니라, 아무것도 없는 상태에서 화학 성분들을 하나씩 조립해 세포를 만들어냈습니다. 이 결과물에는 SpudCell이라는 이름이 붙었는데, 1950년대 우주 시대를 열었던 소련의 인공위성 스푸트니크에서 따온 이름이라고 합니다. 아다말라 교수는 자신의 이름을 붙이고 싶지 않았다고 했는데, 그 소탈함이 오히려 인상 깊었습니다.

SpudCell은 150~200개의 분자로 구성되어 있습니다. 수십억 개의 분자를 품고 있는 자연 세포와 비교하면 극단적으로 단순한 구조입니다. 게놈(Genome), 즉 유전 정보 전체의 크기도 9만 개의 염기쌍에 불과합니다. 대장균의 게놈이 460만 개의 염기쌍으로 이루어진 것과 비교하면 그 차이가 체감이 되시나요? 아다말라 교수 본인도 SpudCell을 "먹이를 먹고 가끔 딸세포를 만드는 것 외에는 아무것도 못 하는 믿을 수 없을 정도로 허약한 유기체"라고 표현했을 정도입니다.

요약: SpudCell은 무생물 화학 성분만으로 조립된 세계 최초의 합성 세포로, 자연 세포보다 극단적으로 단순하지만 영양 섭취·성장·복제가 가능하다.

 

자기복제까지 하는데, 이걸 생명이라고 불러야 할까요

이번 연구에서 제가 가장 흥미롭게 읽은 부분은 SpudCell이 자기복제(Self-Replication)를 한다는 대목이었습니다. 자기복제란 하나의 개체가 자신과 동일한 복사본을 스스로 만들어내는 과정을 뜻합니다. 생명의 가장 핵심적인 특성 중 하나로 꼽히죠.

SpudCell은 약 5세대에 걸쳐 영양을 섭취하고 성장하며 복제합니다. 섭씨 30도 환경에서 한 번 분열하는 데 약 12시간이 걸립니다. 대장균이 30분마다 분열하는 것과 비교하면 느리긴 하지만, 중요한 것은 속도가 아니라 사실 자체입니다. 처음부터 화학 물질로 만든 구조물이 스스로 나뉜다는 것, 그게 핵심이니까요.

흥미로운 점은 복제 메커니즘도 자연 세포와 다르다는 겁니다. 자연 세포는 세포골격(Cytoskeleton)이라는 내부 구조적 틀을 이용해 세포를 나눕니다. 여기서 세포골격이란 세포의 형태를 유지하고 분열을 돕는 단백질 섬유 구조물을 가리킵니다. 그런데 SpudCell에는 이 세포골격이 없습니다. 대신 단백질을 만들어 세포막에 빽빽하게 채워 넣는 방식으로 분열을 유도합니다. 다른 길로 같은 목적지에 도착하는 셈이죠.

그렇다면 이게 진짜 "생명"일까요? 스탠포드 대학교 생명공학과 부교수이자 바이오틱(Biotic) 공동 창립자인 드류 엔디는 "케이트가 세포를 만들었다고는 할 수 있지만, 생명을 창조했다고는 생각하지 않는다"라고 선을 그었습니다. 물리학자들이 중력을 완전히 이해하지 못해도 다리를 짓는 것처럼, 생명을 완전히 이해하지 않아도 생명과 유사한 구조물을 만들 수는 있다는 거죠. 저도 이 비유가 꽤 솔직한 표현이라고 느꼈습니다.

• SpudCell 게놈 크기: 9만 염기쌍 (대장균의 약 2% 수준)
• 복제 주기: 섭씨 30도 환경에서 약 12시간 (대장균은 30분)
• 복제 세대: 약 5세대에 걸쳐 자기복제 확인
• 세포골격 없이 단백질 밀집 방식으로 세포 분열 유도

요약: SpudCell은 세포골격 없이도 자기복제에 성공했지만, 생명 여부에 대한 과학계의 판단은 아직 신중하다.

 

바이오경제 시대, SpudCell은 어디까지 쓰일 수 있을까요

새로운 기술이 나올 때마다 처음엔 "도대체 이게 실생활에 무슨 쓸모가 있나" 싶은 생각이 드는 게 솔직한 반응 아닐까요? 저도 처음 이 기사를 읽었을 때 그랬습니다. 그런데 조금 더 읽다 보니 그 그림이 상당히 넓어지더라고요.

합성 세포가 주목받는 이유는 자연 세포의 진화적 한계에서 완전히 자유롭다는 점에 있습니다. 지금까지 과학자들은 인간 인슐린 유전자를 대장균에 삽입해 인슐린을 생산하는 방식처럼 자연 세포를 변형해왔습니다. 유용하지만 자연 세포가 가진 진화의 흔적과 제약을 그대로 안고 가야 했죠. 반면 SpudCell은 처음부터 목적에 맞게 설계할 수 있습니다. 임페리얼 칼리지 런던의 유발 엘라니 부교수는 "살아있는 세포가 쉽게 수행하지 못하거나 전혀 수행하지 못하는 일들을 하도록 시스템을 설계할 가능성이 열린다"라고 평가했습니다(출처: 임페리얼 칼리지 런던).

아다말라 교수와 연구팀이 설립한 비영리 공익 기관 바이오틱(Biotic)은 SpudCell의 핵심 기술을 오픈 소스(Open Source) 형태로 공개할 계획입니다. 오픈 소스란 소스 코드나 핵심 설계를 누구나 열람하고 활용할 수 있도록 공개하는 방식을 뜻합니다. 리눅스(Linux) 같은 운영체제가 대표적인 사례죠. 학계와 비영리 기관은 무료로 이용할 수 있고, 상업적 목적에는 라이선스 비용이 발생하는 구조입니다. 전 세계 연구자들이 공통 플랫폼 위에서 개발 속도를 높여가는 바이오경제(Bio-economy) 시대, 즉 생물학적 기술이 경제의 핵심 동력이 되는 시대를 열겠다는 구상입니다.

제 경험상 새로운 기술이 정말 힘을 발휘하는 순간은 혼자 독점할 때가 아니라 표준으로 자리 잡을 때였습니다. 이 방향이 실현된다면 생각보다 빠르게 진전될 수도 있겠다 싶었습니다.

요약: SpudCell은 진화적 제약 없이 목적 설계가 가능한 세포로, 바이오경제 시대의 오픈 소스 플랫폼을 목표로 한다.

 

기대만큼 큰 물음표, 안전과 윤리는 어떻게 볼 것인가

솔직히 이번 기사를 처음 읽으면서 기대보다 걱정이 먼저 들었습니다. 생명체를 처음부터 설계한다는 발상은 아무리 유익한 목적이라도 어딘가 섬뜩한 느낌을 줍니다. 유전자 편집 기술 크리스퍼(CRISPR)가 처음 등장했을 때도 비슷한 반응이 많았으니까요.

과학계 내부에서도 우려의 목소리는 있습니다. 학자들은 거울 박테리아(Mirror Bacteria)의 잠재적 위험성을 경고해 왔는데, 거울 박테리아란 자연에 존재하는 분자 구조가 좌우 반전된 합성 유기체를 가리킵니다. 인간과 동물의 면역 체계가 이 거울 구조를 인식하지 못할 수 있어 위험한 병원균이 될 가능성이 있습니다. 물론 SpudCell 자체는 이와 다르고, 엔디는 "현재 형태의 SpudCell은 실험실 밖에서 스스로 증식하는 능력이 전혀 없다"라고 못 박았습니다. 리보솜(Ribosome)을 외부에서 공급받아야만 복제가 가능하기 때문입니다. 여기서 리보솜이란 단백질을 합성하는 세포 내 필수 구조물로, SpudCell은 이것을 스스로 만들지 못해 대장균 리보솜을 먹이로 공급받아야 합니다.

시카고 대학교 종교윤리학 교수 로리 졸로스는 바이오틱의 공익 기관 설립이 "누가 이익을 얻는가, 누가 사용 여부를 결정하는가, 누가 안전장치를 마련하는가"라는 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있다고 평가했습니다. 다만 "그 이상적인 형태가 얼마나 오래 유지될지 지켜봐야 할 것"이라고 덧붙였는데, 저는 이 말이 가장 현실적인 지적이라고 느꼈습니다. 미국 국립표준기술연구소(NIST) 세포공학그룹의 엘리자베스 스트리찰스키 그룹장도 SpudCell이 "화학 물질 덩어리와 자연 세포 사이의 경계에 서 있다"라고 평가하며 이 연구의 의미를 인정했습니다(출처: 미국 국립표준기술연구소 NIST).

제가 이번 기사를 읽으며 가장 많이 든 생각은, 기술 자체보다 그것을 둘러싼 논의의 속도가 중요하다는 것이었습니다. 기술은 빠르게 나아가는데 윤리와 규범이 뒤따라가지 못하는 상황을 인공지능에서도 이미 보았으니까요. 합성 세포 연구도 결국 같은 과제 앞에 서 있습니다.

요약: SpudCell은 현재 실험실 밖에서 자립 증식이 불가능하지만, 기술 발전과 함께 안전·윤리 논의가 병행되어야 한다는 점이 과학계의 공통된 목소리다.

 

자주 묻는 질문

Q. SpudCell은 진짜 살아있는 생명체인가요?

A. 과학자들은 아직 조심스럽게 "그렇지 않다"고 봅니다. 영양 섭취, 성장, 자기복제 같은 생명과 유사한 행동을 보이지만, 스스로 진화하거나 완전히 독립적으로 살아남는 능력은 없습니다. 스탠포드 대학교의 드류 엔디 교수는 "세포를 만들었다고는 할 수 있지만, 생명을 창조했다고는 생각하지 않는다"고 선을 그었습니다. 생명의 정의 자체가 여전히 논쟁 중인 만큼, 어떻게 정의하느냐에 따라 달라질 수 있습니다.

 

Q. SpudCell이 생물 무기나 위험한 병원균으로 쓰일 수 있나요?

A. 현재 형태로는 불가능하다는 게 연구팀의 설명입니다. SpudCell은 리보솜을 외부에서 공급받아야만 복제가 되기 때문에, 실험실 환경 밖에서는 스스로 증식할 수 없습니다. 연구팀은 또한 처음부터 설계하는 합성 세포의 특성상 유전체에 안전장치를 심어 환경에 방출되더라도 위험을 초래하지 않도록 설계할 수 있다고 강조합니다.

 

Q. SpudCell 연구는 어디에 활용될 수 있나요?

A. 연구자들이 기대하는 분야는 상당히 넓습니다. 새로운 암 치료제 개발, 탄소 포집, 맞춤형 화학 물질 생산 등이 대표적으로 언급됩니다. 아직은 "무엇도 효율적으로 만들지 못하는" 초기 단계이지만, 처음부터 목적에 맞게 설계할 수 있다는 특성 때문에 자연 세포로는 불가능한 기능을 구현할 가능성이 있다고 봅니다.

 

Q. SpudCell 연구는 줄기세포 연구와 어떻게 다른가요?

A. 줄기세포 연구는 이미 존재하는 생물학적 세포를 재프로그래밍하고 조작하는 방식입니다. 반면 SpudCell은 생물학적 세포를 전혀 사용하지 않고 무생물 화학 성분만으로 처음부터 조립하는 합성 생물학 접근법입니다. 출발점 자체가 다르기 때문에, 진화적 제약에서 자유로운 설계가 가능하다는 것이 가장 큰 차이점입니다.

 

결론

SpudCell은 아직 "믿을 수 없을 정도로 허약한" 존재입니다. 스스로 리보솜도 못 만들고, 5세대마다 먹이를 줘야 하며, 대장균보다 24배 느리게 분열합니다. 하지만 저는 이 허약함이 오히려 이 연구의 정직함이라고 느꼈습니다. 완성된 척하지 않고 "이건 뼈대이며 시작"이라고 말하는 태도 말이죠.

과학기술을 무조건 두려워하거나 무조건 환호하기보다, 발전 속도만큼 안전과 윤리 논의도 함께 달려가는 것이 중요하다고 생각합니다. 합성 생물학에 관심이 생기셨다면, 바이오틱(Biotic)의 공개 자료나 관련 논문 동향을 직접 찾아보시는 것도 좋은 출발점이 될 겁니다.

참고: https://edition.cnn.com/2026/07/01/science/synthetic-cell-research