■이인식의 21세기 키워드 / ④생물강철

"거미줄로 방탄복 만든다"


돼지 윌버와 암거미 샬럿은 사이좋은 친구다. 윌버가 살이 오르면서 주인은 도살할 계획을 세운다. 윌버의 목숨을 구하려고 샬럿은 거미줄로 '대단한 돼지'라는 글자를 쓴다. 주인은 거미의 글을 보고 놀라서 결국 도살을 포기한다. 윌버는 자연사할 때까지 장수를 누리게 된다.

미국 동화인 '샬럿의 거미집'(1952) 줄거리다. 거미는 꽁무니에서 명주 모양의 실을 분비한다. 거미의 실크는 누에의 명주실처럼 비단 옷의 재료로 개발되지 못했지만 보기 드문 특성을 지니고 있다. 아침이슬로 반짝이는 거미줄을 보면 금방 끊어질 것처럼 약해보인다. 그러나 같은 무게로 견줄 때 강철보다 다섯배 정도까지 튼튼하며 방탄조끼 소재로 쓰이는 합성섬유인 케블라보다 단단하다.

케블라는 높은 압력에서 황산처럼 위험하고 환경을 오염시키는 원료로 제조되는 반면에 거미 실크는 상온 상압의 조건에서 천연 연료로 생산되며 케블라와 달리 생물 분해성이 있다. 미생물에 의해 무해한 물질로 분해되는 특성을 생물분해성이라 한다. 요컨대 거미 실크는 합성섬유의 환경오염 문제를 해결하는 대안이 될 수 있다.

거미실크, 강철보다 5배나 튼튼

거미 실크를 활용하려는 시도는 고대 그리스 시대부터 시작된다. 그리스인들은 상처의 출혈을 멈추기 위해 거미줄을 상처부위에 대고 눌렀다. 뉴기니에서는 낚싯줄이나 고기잡이 그물에 거미줄을 꼬아 넣었다. 남태평양에 소재한 바누아투군도의 원주민들은 담배나 화살촉의 쌈지를 만들 때는 물론이고 간통한 여인네를 질식사시키기 위해 덮는 뚜껑의 재료로 사용했다.

1700년대초 프랑스에서는 거미줄로 짠 양말이 학술원에 제출됐으나 채택되지 못한다. 거미 실크가 너무 가늘어 옷감의 재료로는 부적합하다는 것이 이유.

어미 거미는 대개 1분에 5, 6피트의 실크를 분비한다. 따라서 5000마리가 수명이 다할 때까지 뽑아내는 실을 모두 합쳐야 겨우 옷 한벌을 짤 수 있다.

거미 실크는 경제성 측면에서 사용가치가 없었으나 유전공학의 발달에 힘입어 대량생산의 길이 트이게 된다. 거미줄의 인공 합성에 가장 투자를 많이 한 기관은 미국 육군. 군사용품에 필요한 신소재의 하나로 거미 실크에 기대를 걸었기 때문이다. 1989년 거미 실크의 단백질을 만드는 유전자가 발견되면서부터 강철 못지 않은 생물재료라는 의미에서 생물강철(biosteel)이라 불리는 거미줄을 산업화하는 방법이 다각도로 개발된다.

거미줄의 생산공장으로 가장 유망한 것은 흥미롭게도 누에다. 거미 실크의 단백질을 합성하는 유전자를, 누에의 명주실을 분비하는 조직에 집어넣으면 결국 누에가 거미줄을 대량으로 합성하게 될 것이라는 발상이다. 트랜스제닉 기술로 실현 가능한 접근방법이다.

1998년 캐나다에서는 거미 유전자를 염소의 유방세포 안에 넣어서 염소가 젖으로 거미줄 단백질을 대량 분비하게 하는 작업에 착수했다. 21세기초에 우리는 생물강철을 생산하는 염소를 보게 될 것 같다.

인공 거미줄이 생산되면 예상되는 용도는 한두가지가 아니다. 이를테면 방탄복이나 낙하산 등 군사용품이나, 현수교를 공중에 매달 때 강의 양쪽 언덕에 건너지르는 사슬의 재료로 사용될 수 있다. 인공힘줄, 인공장기에서 수술부위를 봉합하는 시트에 이르기까지 의료부문에서 쓰임새 역시 다양하다.

상업용 거미 실크가 나오면 미래의 직물로 각광받을 터. 누에 실크로 만든 비단옷이 한때 부유층의 신분을 드러내는 상징이었던 것처럼 21세기에는 생물강철로 만든 고급의상이 가난한 여인네들을 가슴앓이하게 하는 일이 있어서는 안될텐데….

이인식 / 과학문화연구소장

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