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[바이오토픽] STAP 세포 논란 종결
생명과학 양병찬 (2015-09-24)

“여러 연구팀들의 재현실험 결과, ‘STAP 추정세포’는 실험실에 있던 기존의 배아줄기세포에 오염됐던 것으로 드러났다.”

지난해에 전세계를 떠들썩하게 했던 '혁명적인 줄기세포 생성방법'은 실제로 존재하지 않았던 것으로 판명되었다. 이상(以上)은 9월 23일 《Nature》에 발표된 두 편의 논문(참고 1 ,2)에서 내려진 결론이다. 《Nature》는 비운의 오리지널 논문이 게재되었던 저널이기도 하다.

2014년 1월, 일본 리켄(RIKEN) 산하 발생생물학센터(CDB)와 하버드 의대의 과학자들은 두 편의 논문(참고 3, 4)을 통해, "성체세포를 스트레스(예: 산성, 물리적 압력)에 노출시킴으로써 배아유사 줄기세포(embryonic-like stem cell: 인체에 존재하는 200가지 이상의 세포로 분화할 수 있는 만능세포)를 만들 수 있다"고 주장하고, 이 방법을 STAP(stimulus-triggered acquisition of pluripotency)이라고 명명했다
(http://www.nature.com/news/acid-bath-offers-easy-path-to-stem-cells-1.14600).

그러나 다른 과학자들은 재빨리 데이터 오류를 발견했고(http://www.nature.com/news/acid-bath-stem-cell-study-under-investigation-1.14738), 뒤이어 벌어진 조사를 통해 관련 논문이 철회되는 해프닝이 벌어졌다(http://www.nature.com/news/papers-on-stress-induced-stem-cells-are-retracted-1.15501). 그러나 'STAP이라는 절차가 과연 작동하는지', '자극촉발만능세포(SATP 세포)가 어디에서 나왔는지'는 여전히 밝혀지지 않은 상태였다.

1. 오염의 문제

세포의 오염 여부를 확인하기 위해, 4개국 출신의 7개 연구팀이 다양한 조건 하에서 SATP 절차를 재현하려고 노력했다(참고 1). 연구팀은 총 133번을 시도해 봤지만, 한 번도 성공하지 못했다.

그중 한 팀(하버드 의대)은 오리지널 논문의 공저자 중 한 명이 입회한 가운데, SATP 프로젝트가 시작된 연구실에서 검증작업을 했다. 그 결과, 만능성 유전자가 발현됐을 때 형광을 발하도록 만들어진 세포에서 약간의 형광이 발견되기는 했다. 그러나 후속 테스트에서 그것은 인공물(artefact)로 판명되었다. 다시 말해서 세포가 자연적으로 빛을 방출하는 현상으로 밝혀졌는데, 이것을 자가형광(autofluorescence)이라고 한다(참고 1; https://www.microscopyu.com/references/pdfs/Knight_and_Billinton_Biophotonics_International_8-42-2001.pdf). 다른 6개 연구팀도 자가형광을 관찰하고, 성체세포가 STAP 세포로 전환되었다는 증거를 찾아내지 못했다.

한편 (오리지널 연구자가 포함되지 않은) 리켄의 연구진은 CDB에 남아 있는 'STAP 추정세포'의 유전체를 분석해 봤다(참고 2), 그 결과 상반되는 데이터들이 여러 개 나왔는데, 이는 STAP 추정세포가 다른 기지(旣知)의 세포에 오염됐다는 것을 의미한다. 예컨대, 현재 남아 있는 STAP 추정세포들은 연구실에 존재하던 기존의 배아줄기세포주와 유전적으로 일치하는 것으로 나타났다고 한다.

더욱이, '발생중인 마우스의 배아에 STAP 세포를 주입하여 만들어졌다'고 주장된 키메라마우스는 - STAP 세포가 아니라 - 기존의 배아줄기세포주를 주입하여 만들어진 것으로 밝혀졌다.

2. 헷갈리는 특징들

오염은 오리지널 논문에 나타났던 가장 헷갈리는 특징 중 하나를 해명하는 단서가 된다. 당시 STAP 추정세포가 배아줄기세포와 달리 태반조직을 생성하는 것으로 나타나 궁금증을 자아냈었는데, 사람들은 STAP 추정세포가 사실은 배아세포라고 믿기 시작하면서도, 태반이 생성되는 이유를 설명할 수 없었다. 그러나 이번에 발표된 총설논문에 의하면(참고 5), 영양막줄기세포(발생하는 배아에서 태반을 생성하는 세포)가 배아줄기세포와 뒤섞여 실험에 사용되는 바람에 그런 현상이 나타났다고 한다.

이것은 MIT의 루돌프 제니시 박사(줄기세포과학)가 2014년 4월 Nature 뉴스팀과의 인터뷰에서 제시했던 설명과도 일치하지만, 당시 그는 구체적인 증거를 대지는 못했다. (제니시 박사는 이번 재현실험에 참여하지 않았다.)

한 가지 해결되지 않은 의문은, “배아줄기세포와 영양막 줄기세포가 실험 도중에 'STAP 추정세포'를 대체하게 된 과정”이다. 교차오염(cross-contamination: 불의의 사고로 한 종류의 세포가 다른 종류의 세포에 오염되는 현상; http://www.nature.com/news/biotech-firm-announces-fast-test-to-unmask-imposter-cell-lines-1.17330)은 생물학에서 잘 알려진 문제이지만, 오리지널 논문에서 발생한 실수를 설명하려면, 독립적인 오염사건이 여러 번 발생했어야 한다.

"실험 데이터를 ‘단순오염(simple contamination)’ 또는 ‘부주의로 인한 라벨기재 실수(careless mislabelling)’와 연결짓는 것은 매우 어렵다"라고 하버드 의대의 조지 데일리 박사(줄기세포과학)는 말했다. 이와 관련하여 Nature 뉴스팀은 오리지널 논문의 교신저자들에게 논평을 부탁했지만 답변을 받지 못했다.

이번에 발표된 총설논문에서, 저자들은 'STAP 스캔들에서 긍정적인 교훈을 얻어야 한다'고 역설했다(참고 5). 데일리와 제니시를 비롯한 공저자들은 "모든 종류의 만능줄기세포에 대해 - 범죄수사를 방불케 하는 - 엄밀한 조사를 실시해야 하며, 모든 조사는 논문이 출판되기 전에 완료되어야 한다"라고 주장했다. 저자들은 시퀀싱 기술의 발달로 가능해진 유전체분석 기법들을 열거하며, 이러한 기법들이 다양한 줄기세포를 평가하는 데 도움이 될 것으로 내다봤다. "이번 총설논문에는 시사하는 바가 많다. 왜냐하면 '실패한 STAP 세포' 외에도, 수많은 연구자들이 다양한 뉘앙스의 만능세포를 만들었다고 보고하고 있기 때문이다"라고 데일리 박사는 말했다.

데일리 박사는 STAP 스캔들의 종료를 선언하며, 성체세포를 배아유사 상태로 역분화시키고자 하는 과학자들에게 따끔한 일침을 가했다. "우리는 역분화에 관한 주장을 평가할 때 좀 더 신중을 기해야 한다."

※ 참고문헌:
1. De Los Angeles, A. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature15513 (2015).
2. Konno, D. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature15366 (2015).
3.Obokata, H. et al. Nature 505, 641–647 (2014).
4. Obokata, H. et al. Nature 505, 676–680 (2014).
5. De Los Angeles, A. et al. Nature 525, 469–478 (2015).

※ 참고기사: STAP 세포를 다시 생각한다(http://www.nature.com/news/stap-revisited-1.18400)
※ 출처: http://www.nature.com/news/failed-replications-put-stap-stem-cell-claims-to-rest-1.18412

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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