미중 기술 경쟁 또다른 전장, 생명공학

이 칼럼을 통해 지금까지 미중 기술 경쟁의 다양한 측면을 살펴봤다. 생명공학은 여전히 미국이 확고한 주도권을 유지하고 있음에도, 중국이 점차 영향력을 확대하고 있는 분야다. 많은 전문가들은 생명공학이 19세기 산업 혁명에 버금가는 변화를 가져올 분야로 보며 우리의 생활 방식과 경쟁 방식을 근본적으로 바꿀 것이라 예측한다. 최근 인공지능(AI) 분야에서의 돌파구는 이미 빠른 속도로 진행되고 있는 생명공학의 발전을 더욱 가속화하고 있다.

반도체, 배터리, 심지어 AI와 다르게 생명공학 분야는 직관적으로 이해하기 어렵다. 간단히 말하자면 생명공학은 살아 있는 생명체를 활용해 새로운 제품을 개발하고 문제를 해결하는 기술이다. 백신, 약물, 유전자 치료와 같은 의료 응용 분야를 포함할 뿐만 아니라 농업과 식량 생산에서도 매우 중요한 역할을 한다. 생명공학 기업들은 가뭄에 강한 작물을 개발하고 과일의 유통기한을 개선하는 데 주력한다. 생명공학자들은 주로 유전공학(DNA 편집), 실험실에서의 세포 배양, 미생물을 활용한 발효 과정을 통해 이러한 목표를 달성한다.

마지막 요소인 발효는 조금 더 설명이 필요하다. 발효는 대개 알코올 생산을 연상시킨다. 첨단 기술과는 거리가 멀어 보일 수 있다. 하지만 생명공학은 박테리아, 효모, 곰팡이와 같은 미생물을 이용해 새로운 물질을 합성한다. 이들의 대사 과정을 활용해 인슐린, 백신, 바이오 연료, 심지어 산업용 화학물질까지 얻는다.

최첨단 유전자 편집 기술은 크리스퍼(CRISPR)라 불린다. 크리스퍼는 단백질을 분자 가위로 사용해 DNA를 절단하며, 이를 통해 유전체의 특정 위치에서 유전 물질을 추가, 제거, 또는 변경할 수 있다. 이 기술은 질병을 유발하는 유전적 돌연변이를 수정하거나, 원하는 특성을 가진 작물을 설계할 기회를 제공한다. 크리스퍼 유전자 편집 기법은 박테리아의 자연적인 바이러스 방어 메커니즘에서 유래했다. 놀랍게도 박테리아도 바이러스 감염에 걸릴 수 있다! 바이러스가 공격하면, 박테리아는 바이러스의 DNA를 자신의 DNA의 특별한 구역(CRISPR라는 특별한 세션이 있다)으로 저장한다. 이후 동일한 바이러스를 다시 만나면, 박테리아는 이를 위협으로 인식하고 단백질을 유도해 바이러스 DNA를 절단해 감염을 차단한다.

생명공학의 세 번째 핵심 요소인 실험실에서의 세포 배양은 매우 까다로운 식물을 기르는 것에 비유할 수 있다. 인공 환경에서 세포를 배양하려면 적절한 영양분, 적합한 표면, 그리고 최적의 성장 조건이 필요하다. 이러한 조건이 충족되면 세포는 성장하고 증식한다. 실험실에서의 세포 배양은 줄기세포 치료의 핵심 단계다. 줄기세포는 근육 세포나 신경 세포와 같은 특수 세포로 변할 수 있는 특별한 세포다. 이들은 손상된 조직을 복구하는 자연적인 도구로 사용될 수 있다. 예를 들어, 심장마비 후 손상된 심장 조직을 회복시키는 데 활용된다. 줄기세포는 골수, 혈액, 지방 조직, 그리고 탯줄에서 추출할 수 있다. 왜 지방 대신 탯줄에서 추출해야 할까? 탯줄에서 추출한 세포는 더 젊고 적응력이 뛰어나기 때문에 다양한 재생 치료에 더 적합하기 때문이다.

생명공학은 주로 긍정적인 면이 강조된다. 질병 치료, 늘어나는 인구의 식량 문제 해결, 오염 감소에 기여한다. 그러나 동시에 많은 논란을 불러일으키는 분야이기도 하다. 이렇게 여러 차원에서 논란을 일으키는 분야는 찾기 어려울 정도다. 자연의 설계에 개입하는 것은 큰 혜택을 가져올 수 있음에도 불구하고 많은 사람들에게 불안감을 준다. 그중 하나가 바로 유전자 변형 생물(GMO)이다. GMO는 주로 식품과 연관돼 생각되지만, 동물과 미생물도 포함한다. GMO가 인간 건강과 환경에 예상치 못한 결과를 초래할 수 있다는 두려움은 널리 퍼져 있다. 또한 GMO 특허를 소유한 기업들이 식량 공급을 독점할 가능성을 우려하는 활동가들도 있다.

인간 유전자 편집 역시 논란의 여지가 크다. 수정된 DNA가 후손에게 전달되면서 세대에 걸쳐 발생할 수 있는 의도치 않은 결과가 문제로 제기된다. 동의의 문제도 있다. 미래 세대는 인공적으로 수정된 DNA로 태어나는 것에 대해 동의할 수 없다. 자연 환경에 미칠 영향에 대한 우려도 유사하다. 이는 주로 의도치 않은 결과와 미래에 초점을 맞춘다. 예를 들어 말라리아를 전파하지 않는 유전자 변형 모기 종을 도입한다면 이는 생태계에 어떤 영향을 미칠까? 영향이 없을 수도 있지만, 확실히 알 수는 없다.

생명공학은 국가 안보와 관련된 문제로도 볼 수 있다. 1975년 생물무기금지협약(BWC)에 의해 금지된 생물 무기는 생명공학에서 '혁신'의 일환으로 간주될 수 있다. 이 협약은 전 세계적으로 187개국이 서명했지만, 서명국의 이행 여부를 검증할 수 있는 메커니즘은 미약하다. 생물 무기는 금지되었지만, 군인의 건강과 인지 능력을 강화하는 것은 금지되지 않았다.

역사적으로 미국은 생명공학 혁신에서 선두를 달려왔으며, 세계에서 가장 큰 생명공학 시장을 보유하고 있다. 반면, 중국은 이를 따라잡기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 2022년 중국은 바이오 경제의 고품질 발전을 촉진하기 위한 새로운 5개년 계획을 발표했다. 2022년 기준으로 중국 과학기술 혁신 보드에 상장된 기업의 약 3분의 1이 생명공학 기업이다. 과거 중국 생명공학의 문제는 혁신 부족이었다. 중국의 생명공학 기업들은 이 분야에서 길고 위험하며 비용이 많이 드는 연구개발(R&D)에 투자하기보다는, 주로 복제약 개발에 집중하는 경향이 있었다.

AI의 발전으로 인해 악의적인 국가나 행위자들이 생물무기를 개발하는 게 이전보다 훨씬 쉬워졌다. 공개된 데이터를 바탕으로 훈련된 AI 기반 신약 개발 소프트웨어는 매우 독성이 강한 새로운 분자 구조를 쉽게 생성할 수 있다. 2021년 과학자들은 '닥터 이블 (Dr. Evil) 프로젝트'라는 실험을 통해 이러한 소프트웨어가 잘못된 손에 넘어갔을 경우 어떤 일이 벌어질지 살폈다. 그 결과 이들은 VX라는 무색무취 신경작용제를 생성하는 데 성공했다. VX는 가장 독성이 강하고 빠르게 작용하는 생물무기 중 하나로, 소금 알갱이 몇 개 크기만으로 사람을 죽일 수 있다. 연구팀은 소프트웨어의 독성 매개변수를 0에서 1로 변경했고, 소프트웨어는 하룻밤 만에 VX만큼 치명적이면서 공개된 데이터베이스에 존재하지 않는 새로운 분자 4만개를 생성했다. 이 충격적인 실험을 진행한 연구자들은 AI 기반 신약 개발이 인간 연구에 적용되는 것만큼 엄격한 규제를 받아야 한다고 주장한다. 그러나 소프트웨어의 특성을 고려할 때, 이러한 규제 프레임워크를 실제로 적용하는 게 매우 어렵다는 점이 문제로 제기된다.

중국은 세계 최초로 유전자 변형 아기를 탄생시킨 국가다. 이에 책임이 있는 과학자인 허젠쿠이(He Jiankui)는 미국에서 박사 학위를 받고 박사 후 과정을 마쳤으며, 2018년 선전에서 크리스퍼 기법을 사용해 이 실험을 진행했다. 그는 쌍둥이의 유전자를 변형해 HIV에 면역이 생기도록 했는데, 이는 쌍둥이의 어머니가 HIV에 감염된 상태였기 때문이다. 하지만 이 절차는 국제적인 반발을 불러일으켰다. 의사들은 쌍둥이를 감염으로부터 보호할 더 안전한 방법이 있다고 주장했다. 허젠쿠이는 중국 내에서도 비판을 받았으며, 3년 징역형을 선고받았다. 첫 유전자 변형 인간에 대한 의료적 감독의 범위는 알려지지 않았지만, 보도에 따르면 이 쌍둥이들은 평범하고 평화로운 삶을 살고 있다고 한다. 그러나 유전체 조작의 결과와 이 조작이 아이들과 그 후손에게 미칠 수 있는 부작용은 여전히 큰 미지수다. 많은 전문가들은 윤리적 문제를 차치하더라도 당시의 유전자 편집 기술이 인간에게 적용하기에는 아직 충분히 성숙하지 않았다고 본다.

흥미롭게도 이 중국의 과학자는 유전자 편집 자체로 처벌받은 것이 아니라 의료 연구 및 절차 위반으로 형을 선고받았다. 이 사건 이후 중국은 규제를 강화했다. 유럽연합(EU)과 미국을 포함한 많은 나라가 생식세포 유전자 편집을 금지하고 있지만, 여러 국가의 경우 이 활동을 구체적으로 다루는 규정이 부족하다. 생식세포 유전자 편집은 인간 배아나 생식세포의 유전 정보를 수정해 미래 세대에 유전될 수 있도록 하는 절차를 말한다. 중국에서 태어난 이 세 명의 아이들을 제외하고, 유전자 편집으로 아이가 태어난 사례는 아직 확인되지 않았습니다.

비생식세포의 유전자 편집은 미래 세대에 유전되지 않으며 주로 엄격한 감독 하에 임상 목적으로만 허용된다. 보안의 맥락에서 이러한 기술은 종종 병사나 스파이를 더 빠르고 강하고 똑똑하게 만드는 인간 강화 기술과 연관된다. 북대서양조약기구(NATO·나토) 국가들은 이러한 프로그램을 연구하는 것으로 알려져 있다. 병사들이 최대 7일 동안 수면이나 피로 없이 작전을 수행할 수 있도록 하는 기술이 한 예다.

북미 생명공학 시장은 세계에서 가장 크며, 전체 시장의 약 40%를 차지한다. 미국은 이 산업을 지속적으로 지원하고 있으며, 2022년 제정된 반도체법(CHIPS)은 주로 반도체를 대상으로 하지만, 생명공학과 관련한 조항도 다룬다. 반도체, 배터리, 인공지능과는 달리, 생명공학은 많은 국가에서 학사 학위 과정으로도 일찍부터 공부할 수 있다. 서구권에서는 생명과학을 대중화하고, 졸업 후 높은 급여와 흥미로운 직업을 제공함으로써 젊은 세대를 이러한 학문으로 유도하는 것이 중요하다.

중국은 생명공학 산업의 영역에서 기초 과학을 제품으로 전환하는 능력이 여전히 뒤처져 있다. 미국의 강점은 질 높은 생명과학 교육과 벤처캐피털 초기 투자, 제약R&D 투자, 강력한 지식재산권 보호, 대학과 산업 간의 긴밀한 협력으로 인한 뛰어난 상업화 능력을 포함하는 정교한 생태계에 뿌리를 두고 있다. 하지만, 미국에서 교육과 경험을 쌓은 중국인들이 이러한 시스템을 자국에서 조만간 재현할 가능성이 있다. 중국은 당장 수익이 없더라도 핵심 산업에 돈을 쏟아붓는 데 문제가 없다. 서방이 우위를 유지하려면 경계를 늦추지 말아야 한다.

*이 칼럼에서 표현된 견해와 의견은 전적으로 필자 개인의 것이며 소속회사의 것을 대변하지 않습니다. 필자와는 Twitter에서 @LithiumResearch를 팔로우하거나 [email protected]으로 연락할 수 있습니다.