일본 연구진이 단일 쥐를 58세대에 걸쳐 복제한 결과 치명적인 돌연변이가 축적되었으며, 이는 유성생식이 종의 생존에 필수적임을 확인시켜 주었다.

•　야마나시 대학교 연구팀은 20년 동안 암컷 쥐 한 마리를 연속 복제하여 1,200마리 이상의 자손을 생산했으며, 58세대에서 태어난 지 하루 만에 사망했다.

•　Nature Communications에 발표된 이 연구는 무성 계통이 필연적으로 치명적인 돌연변이를 축적한다는 이론인 뮬러의 톱니바퀴(Muller’s ratchet) 를 동료 심사를 거쳐 최초로 확인했다.

•　후기 세대 복제본들을 정상 수컷과 교배했을 때, 그들의 손자 세대는 건강한 새끼 수로 회복되었으며, 이는 유성생식이 복제로 인한 손상을 역전시킬 수 있음을 시사한다.

https://www.sciencealert.com/dead-end-radical-20-year-study-reveals-genetic-cloning-hits-a-limit

https://youtu.be/tdC7TtVCVBE


20년에 걸친 지속적인 연구 끝에, 일본의 연구진은 포유류 복제의 유전적 '막다른 길(Dead end)'을 발견했습니다.
이 연구는 2005년 일본 야마나시 대학교(University of Yamanashi)의 와카야마 사야카(Sayaka Wakayama) 유전학 박사가 이끄는 연구팀이 단 한 마리의 암컷 생쥐를 복제하면서 시작되었습니다.
연구진은 그 복제동물의 핵 DNA를 핵이 제거된 난자에 이식하여 '재복제(re-clone)'하는 과정을 반복했습니다. 이 과정을 57세대 동안 이어가며, 단 한 마리의 원조 기증 생쥐로부터 1,200마리 이상의 생쥐를 만들어냈습니다.
20년이 지난 후, 연구팀은 58세대에 도달했습니다. 하지만 이 재복제된 생쥐들은 유전적 변이가 너무 많이 축적된 나머지, 태어난 바로 다음 날 모두 폐사했습니다. 이 연구는 포유류를 이처럼 끝까지 '연쇄적으로' 복제하여 그 한계를 확인한 최초의 동료 검토(peer-reviewed) 연구입니다.

와카야마 박사가 이끄는 연구팀은 논문에서 "식물이나 일부 하등 동물과 달리, 포유류가 복제 번식만으로 종을 유지할 수 있는지는 오랫동안 불분명했습니다"라고 밝혔습니다. 이어 "우리의 결과는 '뮬러의 래칫(Muller's ratchet)' 이론과 밀접하게 일치합니다. 이 모델은 무성 생식 계통에서는 해로운 변이가 필연적으로 축적되어, 결국 돌연변이의 붕괴와 멸종을 초래한다고 예측합니다"라고 덧붙였습니다.

1990년대 중반 최초의 복제 포유류인 '돌리(Dolly)'가 탄생한 이후, 과학자들은 극소수의 세포만으로 동물을 재창조하는 복제 과정에 대해 많은 것을 배워왔습니다. 일부 환경 보호론자들은 이 기술이 언젠가 멸종 위기 종을 복원하는 데 도움이 되기를 바라고 있으며, 몇몇 유명인들은 이미 자신의 반려동물을 복제하기 시작했습니다.

이런 방식이 당분간은 효과가 있을지 모르지만, 시간이 흘러 복제에 복제를 거듭하다 보면 게놈에 위험한 변이가 쌓이게 됩니다. 이것이 생명체에 치명적으로 작용하기까지 얼마나 걸리는지는 미지수였으며, 일본 연구진은 생쥐를 통해 이를 확인하고자 했습니다.

초기 25번의 복제 시도까지는 재복제된 생쥐들이 원래의 유전자 기증자와 다르지 않아 보였습니다. 사실, 세대를 거듭할수록 복제 성공률이 오히려 높아지기도 하여, 연구진은 "동물을 무한히 재복제하는 것이 가능할 수도 있다"고 추측하기도 했습니다.

하지만 상황이 변했습니다. 복제 생쥐의 성공률이 점차 감소하더니 갑자기 끝이 났습니다. 생쥐들이 염색체 이상과 코딩 변이를 효율적으로 제거하는 능력을 상실한 것처럼 보였습니다.

특히 25세대 이후부터는 X 염색체의 소실이 두드러진 문제로 나타났으며, 57세대에 이르러서는 해로운 변이의 발생 빈도가 거의 두 배로 증가했습니다. 그럼에도 변이를 가진 생쥐들조차 57세대까지는 정상적인 수명을 누렸으나, 58세대에서 결국 한계에 부딪힌 것입니다.

연구진은 "연쇄 복제가 58세대 이상 지속될 수는 없었지만, 58세대를 제외한 재복제 생쥐들은 건강을 유지했습니다. 이는 후속 세대가 유성 생식을 통해 생산될 가능성을 시사합니다"라고 설명했습니다.
이 아이디어를 테스트하기 위해 연구팀은 20세대, 50세대, 55세대의 암컷 복제 생쥐를 일반 수컷 생쥐와 교배시켰습니다. 20세대 복제 생쥐는 대조군과 비슷한 수의 새끼를 낳았으나, 50세대와 55세대 복제 생쥐는 새끼 수가 급격히 적었습니다.

그럼에도 불구하고, 이들이 일반 생쥐와 교배하여 낳은 '복제동물의 손주' 세대에 이르면 새끼 수가 다시 건강한 수준으로 증가했습니다. 이러한 발견은 포유류 종이 광범위한 유전적 변화 속에서도 적응력을 유지하고 번식할 수 있을 만큼 유전적 변이에 놀라울 정도로 관대할 수 있음을 보여줍니다.
연구진은 이번 연구가 "포유류 종의 장기적인 생존을 위해서는 유성 생식이 필수적이라는 진화론적 필연성을 재확인시켜 주었다"고 결론지었습니다.