손오공 이야기에는 손오공이 필요할때면 자기 머리털을 한뽑아 자기와 꼭같은 손오공올 수없이만들어 활용하는 장면이나온다. 현대적으로 해석하면 머리카락은 유전자요 이를 활용하여 동일한 생명체를 복제할 수 있다는 것인데 최근 세포로봇의 자가복제 기술이 성공을 거두었다는 소식이 날아 들었다.
조선일보 보도에 의하면 세계 최초의 생체로봇인 ‘제노봇(xenobots)’이 스스로 번식하는 ‘자가 복제’에 성공했다는 것이다. 이를 연구한 버몬트대, 터프츠대, 하버드대의 연구진조차 연구 결과에 충격을 받았다고 한다
제노봇(3.0)의 자가 복제 방식은 수정을 통해 새끼를 낳는 동물의 번식이나 꺾꽂이·종자로 싹을 틔우는 식물의 생식 방법과는 완전히 다른 새로운 형태의 생물학적 번식이다. 과연 제노봇 3.0은 어떤 방식으로 자식 로봇을 만들어냈을까.
4세대까지 복제
제노봇(1.0)은 아프리카발톱개구리 배아에서 추출한 줄기세포를 분화시켜 만든 기계·동물의 혼합체로, 생물학적 세포들을 연결해 만든 살아 있는 로봇(living robot)이다. 유전자 조작은 전혀 하지 않았다. 제노봇이란 이름은 개구리의 학명 ‘제노푸스 라에비스(Xenopus laevis)’에서 따온 것이다.
제노봇 1.0이 처음 공개된 것은 지난해 1월이다. 이 로봇을 제작하기 위해 버몬트대 컴퓨터학과 조슈아 본가드 교수팀이 먼저 슈퍼컴퓨터를 이용해 제노봇 알고리즘을 만들었다. 심장세포와 피부세포를 어떻게 연결해야 원하는 형태의 로봇을 만드는 게 가능한지 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션으로 알아내 디자인한 것이다.
이후 터프츠대 생물학과 마이클 레빈 교수팀이 이들의 설계도대로 가상의 심장, 피부 등을 3차원(3D) 영상으로 만들었다. 그리고 아프리카발톱개구리 배아에서 줄기세포를 떼어낸 뒤 피부세포와 심장근육세포로 분화시키고, 이들 세포를 3D의 정확한 위치에 결합시켜 세포로봇을 구현했다.
심장세포와 피부세포를 3차원 모자이크처럼 섞어 쌓아 로봇을 만든 것이다. 수백 개의 세포가 결합해 심장세포와 피부세포를 완성한 제노봇의 크기는 1㎜ 이하로 작고, 둥근 공 모양의 세포 덩어리(구체)를 형성했다.
배아 초기 단계의 줄기세포는 어떤 조직으로든 분화할 수 있는 것이 특징이다. 피부세포는 로봇의 골격인 몸체 역할을 하고, 심장세포는 수축과 이완을 반복하면서 로봇이 앞으로 나아가도록 하는 역할을 한다. 제노봇은 전통적 기계로봇도 아니고 어떤 동물 종의 생명체도 아닌, 새롭게 프로그램된 살아 있는 유기체다.
세포가 가진 자체 에너지를 이용해 프로그래밍에 따라 움직이는데, 당시 실험에서는 심장세포로 수축과 이완을 반복하면서 30초 동안 자신의 몸 정도 거리를 이동했다. 일주일에서 최대 열흘 정도 작동하고 난 후 에너지가 모두 소진돼 제노봇은 사멸했다. 생물이 죽으면 썩어 없어지는 것처럼 세포로봇 또한 스스로 썩어 없어지기 때문에 일반 금속 로봇과 같은 폐기물이 생기지 않아 친환경적이다.
올해 3월에는 한 단계 진화된 제노봇 2.0이 등장했다. 세포 표면에 섬모라고 하는 머리카락 같은 ‘다리’를 사용하여 이동 속도가 더 빨라졌고, 수명도 더 길어졌고, 주변 환경에 따라 몸 색깔까지 바꿀 수 있는 능력의 로봇이다. 심지어 로봇의 피부 등이 손상되었을 때 스스로 치유하는 ‘자가 치유 능력’도 갖췄다.
이번에 공개한 제노봇 3.0에는 생물처럼 자가 복제할 수 있는 능력이 추가됐다. 제노봇 3.0 역시 3000개 세포로 구성된 공 모양의 세포 덩어리다. 연구팀은 12개의 제노봇 3.0을 약 6만개의 줄기세포들이 널려 있는 작은 배양 접시에 넣었다.
그 결과 제노봇 3.0들이 작은 눈송이를 뭉쳐 눈사람을 만들듯 흩어진 주변의 줄기세포들을 끌어모아 새로운 자식들을 만들어냈다. 즉 부모 제노봇들이 무리지어 단일 세포들을 한쪽으로 밀어서 수백 개의 세포로 뭉친 자식 제노봇을 만든 것이다.
자식 제노봇의 크기는 부모보다 작고 복제를 하면 할수록 더 작아졌다. 또 덩어리를 구성하는 세포수가 50개 미만으로 줄어들면 이동이나 복제 능력을 잃어버리면서 최대 2세대까지만 자식을 만들어냈다.
다세포 유기체인 제노봇 3.0의 이 같은 특이한 번식 방식은 개구리의 생식과 너무 다르다. 이전에 자연에서도 관찰된 적이 없다. 터프츠대의 레빈 교수는 개구리의 배아에서 줄기세포를 떼어내 새로운 환경에 사는 방법을 찾을 기회를 주자 스스로 움직이는 방법뿐만 아니라 새로운 생식 방법까지 알아낸 것 같다며 놀라워했다.
기대반, 우려반
제노봇은 어디에 활용될 수 있을까. 우선 인간의 몸 안에 약물을 전달하거나 혈관에 낀 혈전을 긁어내는 데 이용할 수 있다. 또 물속에서 방사성 폐기물을 찾아내 청소하거나 해양에서 미세플라스틱을 수거할 수 있다.
더 나아가 로봇의 자가 복제 방식을 이용하면 상처나 암세포, 장기 이식, 선천적 기형의 치료 등 환경과 의학 분야에서의 활용도가 무궁무진하다. 특히 환자 개인에 맞춘 약물 치료의 길을 열 수 있을 것으로 기대된다.
반면 한편에서는 제노봇이 기계냐 아니면 살아 있는 유기체냐를 두고 윤리적 논쟁이 벌어지고 있다. 제노봇의 성질이 생명체와 기계의 경계에 있기 때문이다.
이에 대해 버몬트대의 본가드 교수는 로봇이라고 하면 우리는 대부분 금속이나 세라믹 등으로 된 것을 생각하지만, 무엇으로 만들었느냐보다는 인간을 대신해 어떤 일을 하느냐가 로봇을 규정한다면서 그런 점에서 제노봇은 로봇이지만 유전자 조작이 이뤄지지 않은 개구리 세포로 만든 분명한 생물이기도 하다고 설명한다. 새로운 종류의 인공물이라는 입장이다.
연구팀은 살아 있는 세포만으로 로봇을 만들었다는 사실은 매우 창의적이라고 말한다. 그러면서도 살아 있는 세포를 이용하는 만큼 제노봇의 복제 기술에 우려를 제기할 수 있기 때문에 실험이 끝나면 즉시 제노봇을 안전하게 없앤다는 계획이다.
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