배아줄기세포 핵형분석의 진위를 논한다면

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황우석 교수 논문 조작의 핵심을 핵형분석으로 옮겨보면

황우석 교수의 배아줄기세포 연구 관련 파문으로 여전히 충격과 허탈감에서 헤어나지 못하고 있다. 그 동안 논의의 초점은 생명윤리적인 측면과 환자 맞춤형 배아줄기세포 진위, 그리고 원천기술의 유무에 초점이 맞춰졌다. 특히 환자맞춤형 줄기세포가 없다는 사실은 DNA 지문 분석과 테라토마(teratoma) 발생 실험이 허상이었으며, 사진도 조작되었다는 내용으로 밝혀졌다.

이번 배아줄기세포 논문에 관련된 일련의 사태는 우리에게 많은 교훈을 준다. 무엇보다도 과학적인 연구는 진실이 기본이고, 수단과 방법을 사용하는 것이 좋은 결과나 성취를 얻는 것 못지 않게 중요함을 절실히 깨닫게 해주었다. 이번 논문조작 문제가 규명된 것도 이러한 바른 과학적 자세를 가진 생명과학자에 힘입은 바가 크다.

황우석 교수 논문의 세부적인 내용에 대해서 그 동안 별다른 관심을 갖지 않았지만, 과학은 끊임없는 의심에서 싹트는 것이라는 판단하에 필자가 관심갖는 세포유전학, 즉 핵형분석에 관한 내용을 검토해 보기로 했다.

SCIENCE 학술지에 발표한 논문(2005) 내용의 허점

  -핵형분석 방법에 대한 설명이 전혀 없었다.

가장 먼저 문제시 되었던 2005년도 논문(1) 초록에서 "염색체 분석은 정상(chromosomally normal)"이라는 문구가 발견되었고, 그 배아줄기세포는 어떤 방법으로 핵형분석이 이루어졌는지 알고 싶었다. 그러나 이 논문의 본문에서는 모든 연구결과에 대한 검사방법은 기술되어 있었지만 핵형분석의 방법론에 대해서만 전혀 언급이 없었다.

연구결과에서는 사진2의 오른쪽 하단에 있는 조그마한 핵형(karyotype) 분석 사진을 보여주고 있는데(Fig.1M과 Fig.1N), 2번과 3번 줄기세포(patient- specific embryonic stem cells)가 정상인 남자와 여자의 핵형이라고 설명하고 있다. 통상적으로 정상 핵형일 경우 특이성이 떨어지기 때문에 핵형 사진을 제시하지 않는 경우가 대부분이지만, 이 논문에서는 체세포를 제공한 남녀 한쌍의 핵형이 배아줄기세포의 핵형과 같다는 점을 강조하기 위해 삽입한 것으로 추정된다.

그러나 검사과정이나 결과를 기재한 기록물이 없어 환자 맞춤형 줄기세포가 없다는 서울대 진상조사위원회의 발표가 있고 보면 더 이상 논의 거리가 되지 않는다고 생각할 수도 있겠다.

SCIENCE 학술지에 발표한 논문(2004) 내용의 오류

 - 염색체분석에 관한 인용논문은 핵형 이상 표기법에 관한 책자

그런데 작년에 주목 받았던 복제배아로부터 얻어진 인간 줄기세포주 수립에 관한 논문(2)을 보았더니 최근 논문(사진1)과 마찬가지로 정상 핵형이라고 했고, 인용문헌은 "F. Mitelman, An International System for Human Cytogenetic  Nomenclature (S. Karger, Basel, Switzerland, 1995)였다. 그런데 이 인용문헌은 세포유전학 명명법에 관한 규약을 기술한 책자이며, 핵형분석을 위한 검사방법을 명시한 것은 전혀 아니다. 따라서 비정상 핵형을 기술하는 방법을 설명한 책자를 인용한 점은 명백한 오류라고 할 수 있다.

또한 논문에서 이 책자를 인용할 경우는 반드시 "ISCN (1995): An International System for Human Cytogenetic Nomenclature, Mittelman F. (ed);S. Karger, Basel 1995"  라고 인용방식을 기술해야 한다. 그러나 논문인용 방법을 지키지 않은 점은 저자들은 실제로 이 책자를 읽어보지 않았거나, 다른 저자들이 저지른 실수를 그대로 복사한 것으로 판단된다. 참고로 이 책자는 작년 10년만에 편집자가 바뀌어 개정판을 발간했는데 논문인용시 다음과 같이 기술하도록 했다.

ISCN (2005): An International System for Human Cytogenetic Nomenclature, Shaffer L.G., Tommerup N. (eds);S. Karger, Basel 2005.

앞서 발표한 논문들의 취약점과 오류

   40년전의 마우스 핵형분석에 관한 논문을 인용

그리고 같은 저자들이 2004년에 발표한 논문(3)에서도 소 난자에 인간 제대 섬유아세포의 핵이식을 통하여 만들어진 종간 배아(interpecies embryo)의 핵형분석에 관한 내용이 포함되어 있었다. 인용문헌이 "Tarkowski and Rossant의 공기건조기법의 변형(modified air-drying method)"이라고 했는데, 이 인용논문에서는 핵형분석 방법을 직접 설명하지 않았고, 1966년 즉 40년전의 논문을 인용하여 핵형을 분석을 하였다고 기술하고 있다. 따라서 실제 이 인용논문을 읽어보고 참고문헌으로 채택했다고 볼 수 없었다. 더구나 이 핵형분석 방법은 인간 체세포나 배아줄기세포가 아닌 마우스의 배아줄기세포에 대한 검사방법이기 때문에 문제점이 있다고 추정된다.

인간 핵형분석 검사방법은 1970년초 분염법이 출현하면서 많은 발전이 있었는데 황우석 교수팀의 논문 결과물(사진6)에서는 비분염(non-banded) 상태의 염색체를 보여주고 있다. 이런 경우 남녀 구별과 수적 증감에 대한 판단은 가능하겠지만 구조적 이상을 초래하는 경우는 판별이 어렵다.

또한 황우석 연구팀이 발표한 또 다른 논문(4)에서는 핵형분석 기법을  Dyban AP(1983)가 제시한 검사방법을 이용했다. 이것 역시 개선된 검사방법이라고 하지만 마우스와 같은 실험동물에서 적용한 경우이고, 비분염 상태의 염색체만을 관찰할 수 있다. 따라서 황우석 교수팀이 Science 지에 발표한 논문들은 가짜라고 한다면 더 이상 언급할 필요가 없겠지만 논의의 관점에서 비껴간 나머지 논문은 세포유전학에 관한 충분한 지식이나 기술을 가지고 있지 않다는 점을 지적하고자 한다.

황우석 교수팀 논문의 핵형분석은 불완전하다는 의견

   까다로운 배아줄기세포 배양은 염색체 이상 때문

Draper 등(2004)이 보고한 바로는 배아줄기세포를 지속적으로 계대배양할 경우 흔히 구조적 이상을 발견할 수 있다고 했는데, 자주 나타날 수 있는 6번 염색체 이상(사진9)은 비분염법(non-banded technique)으로는 발견하기가 쉽지 않을 것이다.

최근 미국 위스콘신-메디슨대학 와이셀연구소 연구팀이 동물세포를 전혀 사용하지 않은 배양기를 개발하면서 새로 만들어낸 두 개의 줄기세포주를 7개월 이상 생존하는데 성공했다(7). 이 가운데 한 개의 줄기세포주는 4개월만에 염색체에 이상이 나타났으며, 나머지 하나도 7개월째 염색체에 이상이 발생했다고 밝혔다. 따라서 이러한 염색체 이상을 발견하기 위해서는 최신 연구동향에 맞추어 Giemsa 분염법(G-banding)이나 형광동소교합(fluorescent in situ hybridization, FISH) 기법을 사용해야 한다.

배아줄기세포 배양이 매우 까다롭다거나 실패할 확률이 높다면 염색체 이상의 빈도가 매우 높기 때문이라는 많은 연구자들의 의견이 있다. 따라서 황우석 교수팀이 확립한 배아줄기세포주들이 모두 정상 핵형이었다고 한다면 좀 의외라는 생각이다.

비전문가적 입장에서도 지적할 수 있는 사안

 -상식적인 내용에서 발견되는 오류들

2003년도 논문(3)에서는 "cytovision (Cytovision Ultra; Applied Imaging, Sunderland, UK)"을 사용해서 핵형분석이 이루어졌다고 하는데, "cytovision"을 CytoVision Karyotyper (CytoVision 핵형분석기), automated imaging system (자동영상처리시스템), automated chromosome analyzer (자동염색체분석기), 또는 cytogenetic image analyzer (세포유전학 영상분석기)라고 표기해야 한다. "CytoVision"(사진7)이란 장비는 Applied Imaging사에서 독자적으로 개발한 핵형분석 장치의 고유명사이기 때문이다.

황우석 교수팀의 2003년도 논문(3)에서 사진6의 핵형을 설명하는 문구가 있는데 "Karyotyping shows 46 pairs of autosome and sex chromosome of XY"라는 구절은 "핵형이 상염색체와 XY 성염색체 23쌍이다"라는 형태로 수정되어야 한다.

황교수 교수팀 논문들의 취약점과 과학계의 반성

처음 문제시 되었던 논문(1)에서 보여주는 남녀 한쌍의 핵형은 본 실험결과에서 특이한 것이 아니다. 25명의 논문의 저자들은 직접적으로 이 논문 작성에 관여하지 않았을지라도 간접적인 기여는 있었을 것으로 추측된다. 그러나 이미 언론에서 공개된 바와 같이 최종본을 검토하는 과정에서 저자들 본인이 담당했던 부분을 검토하지 않았고, 심지어는 논문제출 사실조차도 알지 못했다는 언론보도가 있었다.

핵형분석에 관한 내용도 국내에서는 가장 앞서가는 모 대학병원의 교수가 저자에 포함되어 있지만, 위에서 발견된 오류로 미루어 실제 논문작성 과정에는 관여하지 않았고 이름만 올려주었을 것으로 판단된다.

국제적으로 가장 권위가 있다는 학술지에 게재하는 논문에서 이러한 헛점은 논문의 진위를 떠나서 우리 모두가 스스로 반성하고, 과학자는 모름지기 정직해야 한다는 점을 깨우쳐 주고 있다. 앞으로도 상당기간 황우석 교팀 논문의 ㅈㄴ위에 관한 공방은 세인의 주목을 받을 것이다. 그러나 이제는 이번 사태를 계기로 우리 과학계의 그 동안 문제점을 종합하고 논문 연구결과의 검증 시스템을 어떻게 갖춰야 하는지 대안 마련으로 논의의 초점을 옮겨갔으면 한다. [2006-01-02]

참고자료

1. Hwang WS, Roh SI, Lee BC, Kang SK, Kwon DK, Kim S, Kim SJ, Park SW, Kwon HS, Lee CK, Lee JB, Kim JM, Ahn C, Paek SH, Chang SS, Koo JJ, Yoon HS, Hwang JH, Hwang YY, Park YS, Oh SK, Kim HS, Park JH, Moon SY, Schatten G. Patient-specific embryonic stem cells derived from human SCNT blastocysts.Science. 2005 Jun 17;308(5729):1777-83.

2. Hwang WS, Ryu YJ, Park JH, Park ES, Lee EG, Koo JM, Jeon HY, Lee BC, Kang SK, Kim SJ, Ahn C, Hwang JH, Park KY, Cibelli JB, Moon SY. Evidence of a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst. Science. 2004 Mar 12;303(5664):1669-74

3. Chang KH, Lim JM, Kang SK, Lee BC, Moon SY, Hwang WS. Blastocyst formation, karyotype, and mitochondrial DNA of interspecies embryos derived from nuclear transfer of human cord fibroblasts into enucleated bovine oocytes. Fertil Steril. 2003 Dec;80(6):1380-7.

4. Kim TM, Hwang WS, Shin JH, Park HJ, Han JY, Lim JM. Development of a nonmechanical enucleation method using x-ray irradiation in somatic cell nuclear transfer. Fertil Steril. 2004 Oct;82(4):963-5.

5. Draper JS, Smith K, Gokhale P, Moore HD, Maltby E, Johnson J, Meisner L, Zwaka TP, Thomson JA, Andrews PW. Recurrent gain of chromosomes 17q and 12 in cultured human embryonic stem cells. Nat Biotechnol. 2004 Jan;22(1):53-4.

6. Dyban AP. An improved method for chromosome preparations from preimplantation mammalian embryos, oocytes or isolated blastomeres. Stain Technol. 1983 Mar;58(2):69-72.

7. Ludwig TE, Levenstein ME, Jones JM, Berggren WT, Mitchen ER, Frane JL, Crandall LJ, Daigh CA, Conard KR, Piekarczyk MS, Llanas RA, Thomson JA. Derivation of human embryonic stem cells in defined conditions. Nat Biotechnol. 2006 Jan.


"황우석 사태, 사이언스지에도 책임"

황우석 교수팀의 줄기세포 논문 조작사건이 빚어진 데에는 미국 과학전문지 사이언스(SCIENCE)의 책임도 있으며 이 같은 사태를 막기 위한 과학 잡지들의 제도적 개선이 필요하다고 피츠버그 포스트-가제트지(Pittsburgh Post-Gazette)가 6일 보도했다. 이 신문은 이날 `정크 사이언스'라는 제목의 사설을 통해 황교수팀 논문 조작 사건과 관련해 서울대와 피츠버그대가 진상조사와 제도개선 모색에 나선 반면, `제3의 당사자인 사이언스지는 무엇을 하고 있는가'라고 반문하며 이같이 지적했다.

제럴드 섀튼(Gerald Schatten) 교수가 재직 중인 피츠버그대 소재지에서 발행되는 이 신문은 그 동안 황교수팀 사건 관련 소식과 피츠버그대 및 서울대의 조사 진행 상황 등을 자세히 보도해왔다. 신문은 사이언스지 같은 권위있는 과학전문지는 수동적으로 논문을 발행하는데 그치지 않고 그 정확성을 확인하는 중요한 체크포인트라며, 이 같은 과정이 제대로 작동했다면 서울대와 피츠버그대는 큰 타격을 면할 수 있었을 것이라고 밝혔다.

또 사이언스지 뿐 아니라 세계적인 과학전문지들이 잘못된 연구논문을 싣는 경우가 너무 잦으며, 이런 논문들은 뉴스 미디어를 타고 대중들에게 급속히 전파되고 있다고 신문은 지적했다. 따라서 사이언스를 비롯한 과학전문지들은 조작된 논문을 발행 후에 단순히 취소하는 것만으로는 부족하며, 조작 등의 잠재적 문제들을 잡아낼 수 있는 보다 개선된 방법이 필요하다고 강조했다.

한편 사이언스지 측은 그동안 황교수팀의 2005년 논문에 대한 검증과정이 너무 성급하고 소홀했다는 일부 미국 언론의 지적에 대해 다른 논문들에 비해 상대적으로 철저한 검증을 거쳤다고 밝혀왔다. 카트리나 켈너(Katrina L. Kelner) 사이언스지 부편집장은 황교수팀의 논문이 제출 71일만에 게재된 것은 다른 논문들에 비해 약간 빠른게 사실이지만 이는 이 논문에 대한 높은 관심때문에 게재를 서둘렀기 때문일뿐 검증작업 자체를 소홀히 한 것은 아니라고 밝혔다. 켈너 부편집장은 사이언스 게재 논문은 보통 한 두 명의 외부 전문가에 의해 검증되지만 황교수팀 논문은 6명의 전문가에 의해 더욱 정밀한 검증절차를 거쳤다고 말했다. [2006-1-7]

    Editorial: Junk science / The public deserved better on the stem cell report

    Friday, January 06, 2006

    Pittsburgh Post-Gazette

    The University of Pittsburgh is investigating Dr. Gerald Schatten's role in the bogus stem-cell research that has tarnished the reputation of this promising new field of science. Seoul National University in Korea is investigating Dr. Hwang Woo-suk, who headed the research team. Investigators should establish the roles of the individuals involved, and also may determine whether institutional changes are needed at Pitt and in Korea to strengthen safeguards on scientific integrity.

    What about the third participant -- the journal Science?

    Science published the research paper that announced the supposedly stunning new breakthrough. Dr. Hwang's team claimed development of human embryonic stem cells customized to individual patients, a major advance in using this controversial technology in treating diseases. All 11 kinds of stem cells described in that paper actually were fakes, Korean investigators have concluded.

    Major journals like Science are not potted plants in the process of scientific discovery. They are not passive onlookers that simply publish research. Journals are a critical checkpoint for assuring the accuracy of research. Journals use a process in which in-house editors and outside panels of experts evaluate each manuscript. They check for mistakes and other flaws before publication, and make sure the researchers met high scientific standards. As a result, editors reject some manuscripts outright or tell scientists to go back to the lab and do better work.

    Something went amiss with that review process for the stem-cell report. Had it worked, stem-cell research, Pitt and Seoul National University might have been spared a black eye. The problem is not unique to Science, perhaps the world's most prestigious general scientific journal. Faulty or fraudulent research slips into print in other journals all too often. From there it quickly reaches the public via the news media.

    It is not enough for a journal to simply retract debunked research papers after publication -- as Science now is doing for the stem cell paper. Science and other journals need to adopt better methods for spotting fraud and other potential problems in order to stop fiascoes like the stem cell incident before the damage is done.


● 황우석 교수의 배아줄기세포 (생명윤리문제) http://blog.empas.com/asesina/read.html?a=11423373

● 황우석 교수의 배아줄기세포 (연구진위문제) http://blog.empas.com/asesina/read.html?a=11689590