발도메로 올리베라는 소년 시절 필리핀 마닐라만 옆에 살았다. 집 근처에 생긴 웅덩이에서 청자고둥 껍질을 집어올리곤 했다. 하지만 그는 그 어린 시절에도 이미 잘 알고 있었다. 살아 있는 청자고둥을 만지면 안 된다는 것을 말이다. 그러면 죽을 수 있기 때문이었다. 뾰족 모자처럼 생긴 마법사 청자고둥에게 쏘인 자리는 엄청나게 부풀어 오른다. 꽃잎 모양의 소용돌이 장식을 한 튤립 청자고둥에게 쏘이면 시야가 흐려지고 주체할 수 없을 만큼 많은 침이 나온다. 페르시아 양탄자처럼 생긴 청자고둥을 잘못 만지다가 독에 쏘이면 몇 분 내로 심장 마비가 온다.

올리베라는 “우리는 애들 때부터 알고 있었다. 사람이 청자고둥을 만지면 사망률이 70%나 된다는 사실이다” 솔트레이크 시티의 안개 낀 아침, 올리베라는 자신의 유타 대학 연구실에 있었다. 그의 곁에는 물고기들을 담은 수조들이 여러 개 있었다. 그 중 한 수조에는 흰색과 갈색의 청자고둥이 모래에 파묻혀 있었다. 옆에 금붕어가 지나가자 청자고둥은 두꺼운 스노클처럼 생긴 관을 뻗어 금붕어의 아랫배를 살짝 찔렀다.

현재 78세인 올리베라는 화학자로 살아왔지만, 이 느리게 움직이는 암살자들에 대한 애착을 결코 잊은 적이 없다. 현재 그는 청자고둥 독을 연구하는 25명 규모 연구소의 수석 과학자이다. 청자고둥 독의 원리를 규명하고, 이것으로 인간에게 유익한 의약품을 만드는 것이 그의 일이다. 현재까지 여러 유망한 물질을 분리해냈다. 그 중에는 진통제, 혈당을 신속히 조절해 주는 속효성 인슐린도 있다.

진통제 중에는 프리알트도 있다. 프리알트는 모르핀의 대체재다. 이 약은 청자고둥에서 추출한 의약품 중 최초로 미 연방 정부의 승인을 얻었다. 또한 마약이 작용하는 것과는 다른 수용체에 작용하여 암 환자의 만성 통증을 완화할 수 있다. 즉 중독성이 없다. 그러나 이 약이 모르핀을 완전 대체할 수는 없다. 환자의 척추에 주사해야 하기 때문이다. 요즘 올리베라와 동료들은 기존 제품과는 작용방식이 다른 새로운 진통제를 청자고둥 독으로 만들려고 하고 있다. 성공한다면 이 약은 옥시코돈(한 해 옥시코돈으로 사망하는 미국인은 14,000명이나 된다) 같은 중독성 마약의 대체제가 될 뿐 아니라 수백만 만성 통증 환자의 치료제가 될 것이다.

그 동안 수조에서 청자고둥은 주둥이에서 작은 작살같이 생긴 치아를 내뻗어 표적에 꽃았다. 그로서 독극물이 금붕어 속으로 주입되어, 금붕어는 마취 총을 맞은 듯이 정신이 없었다. 금붕어의 아가미가 아직 뻐끔거리고 있을 때 청자고둥은 예쁜 껍데기 밖으로 나와서 금붕어를 자기 주둥이로 끌어당겼다.

생물체의 독은 자연이 만든 의약품이다. 표적의 호흡기, 근육계, 신경계를 포함한 여러 신체 시스템의 분자적 작동 구조를 치명적인 혼란에 빠뜨려 마비시키기 위해 다양한 종류의 단백질로 만들어진 화학 병기다. 최근 발달한 생체공학 기술 덕택에 이 중 일부 물질을 정량 투여하면 좋은 용도로도 사용할 수 있게 되었다.

오늘날, 여러 연구자들은 거미에서부터 흡혈박쥐에 이르는 여러 독성생물로부터 유용한 의약품을 얻는 데 전념하고 있다. 1981년 나온 혈관을 확장시키는 고혈압 치료제인 캡토프릴은 생명체의 독으로 만든 최초의 의약품이다. 독사의 독에는 혈압을 강하시키는 펩티드가 들어 있는데, 그 펩티드로 만들었다. 이 약은 수백만 명의 생명을 구하고 수십억 달러를 벌어들였다. 이후 수많은 연구자들이 생명체의 독으로 의약품을 만들기 시작했다. 청자고둥은 그 중에서도 특별한 잠재력을 지니고 있었다.

올리베라는 “청자고둥의 독의 힘은 코브라가 한 번 물을 때 내뿜는 독, 또는 치사량의 복어독과 같다”고 주장한다. 청자고둥의 독 중 일부는 표적의 신경계에 작용해 간섭한다. 일반적인 청자고둥의 독에는 특유의 펩티드가 약 200종 있다. 이 작은 단백질들이 표적의 신경계를 마비시키게 된다.

청자고둥의 종수는 알려진 것만 700종인데, 각 종마다 독의 분자 구조가 다 다르며 공통적인 부분이 드물다. 때문에 청자고둥의 의학적인 잠재 가치는 실로 엄청나다. 올리베라의 표현을 빌리면, 실로 천문학적이기까지 하다. 이 다양한 독들이 표적의 실로 다양한 생리적 구조에 영향을 줄 수 있기 때문에, 의학적인 잠재력도 그만큼 다양한 것이다. 미국 국립보건원도 이 잠재력을 인정했다. 1990년대부터 국립보건원은 올리베라의 연구소에 수백만 달러를 지원했다. 2016년에는 국방부도 1000만 달러를 지원했다.

작년 5월의 어느날 아침, 대부분의 연구자들이 아직 출근하지 않은 올리베라 연구소는 조용했다. 올리베라는 “이건 정말 대단한 청자고둥이다.”라고 말했다. 올리베라는 딱 벌어진 어깨와 넓은 얼굴, 콧수염을 지닌 사나이다. 청자고둥에 대한 소리 없는 경의가 느껴지는 그의 서재를 보면, 바다에서 뛰놀던 소년 시절의 그를 상상하기란 어렵지 않다. 그가 말한 것은 지리학자 청자고둥이었다. 이번 프로젝트의 출발점이다.

지난 1960년대, 올리베라는 스탠퍼드 연구소에서 박사후 과정으로 DNA 합성을 연구하고 있었다. 당시 그 연구소에는 상상할 수 있는 모든 장비가 다 있었다고 한다. 그러나 그가 고국의 필리핀 대학으로 돌아왔을 때, 그 곳에는 어떤 장비도 없었다. 그래서 올리베라는 청자고둥 연구에 사용할 장비를 가릴 처지가 아니었다. 필리핀에서는 지리학자 청자고둥이 거래되고 있었다. 그래서 그는 상인에게서 지리학자 청자고둥을 사서 독을 추출했다. 치밀한 조사 끝에 그는 예상보다 많은 독성 물질이 있음을 알았다. 그래서 그는 그 독성 물질들의 성능을 하나씩 알아보고자 실험을 했다.

우선 그는 의대 연구실에서 여러 마리의 쥐를 구했다. 그리고 철망 아랫면에 거꾸로 매달았다. 쥐들은 그 자세에서도 10분 이상 버틴다. 그리고 나서 청자고둥 독에서 추출한 여러 물질들을 하나씩 투여하는 것이다. 그도 인정했다. “매우 원시적인 연구 방법이었다.” 그러나 또한 매우 독창적이었다. 독을 투여 받은 쥐들이 떨어질 때까지 걸리는 시간을 계산하여, 마비를 일으키는 두 가지 물질을 찾아낼 수 있었다.

그러나 1970년대가 되자 독재자 페르디난드 마르코스 대통령 때문에 필리핀의 정세는 어지러워졌다. 올리베라는 필리핀을 떠나, 솔트 레이크 시티에 정착해 유타 대학에 취직했다. 그리고 나서 1979년, 19세의 대학생이 그에게 이런 질문을 했다. 그가 발견한 나머지 화합물들은 무엇인가? 어떤 작용을 하는가? 당시로서 올리베라가 알기로는 어떤 작용도 하지 않았다. 그 대학생은 올리베라를 설득했다.

그 결과 올리베라는 다른 대학생들과 함께 나머지 펩티드들을 쥐의 중추신경계에 직접 주입했다. 두뇌에 주사바늘로 주입하는 방식을 썼다. 모든 펩티드들이 제각기 다른 행동을 이끌어냈다. 쥐가 고개를 마구 돌리게 하기도 하고, 원을 그리며 뱅글뱅글 돌게도 하고, 하루 온종일 자게도 했다.

올리베라는 이렇게 말한다. “이것은 청자고둥이 다양한 종류의 독을 섞어 쓰는 방식을 알고 있다는 얘기다.” 이들은 표적 신체의 여러 체계를 일시에 공격함으로서 표적을 무력화하는 것이다. 이는 의사들이 HIV를 치료할 때 쓰는 방식과 같다. 첫 실험에서 어떤 용감한 대학생이 분리해낸 펩티드는 후일 프리알트가 된다. 그는 당시 18세였다. 풍성한 짙은 색 컬 머리를 한 J. 마이클 매킨토시다. “그 펩티드를 투여하자 쥐는 떨었다.” 현재 57세가 된 그의 머리는 회색으로 바뀌었다. 그 머리마저도 짧게 깎고 다닌다. 인터뷰 날 아침 그는 와이셔츠 위에 스웨터를 입고 나왔다.

프리알트를 발견한 지 40년이 지난 지금, 매킨토시는 올리베라와 밀접하게 협업하고 있다. 그러나 그 역할은 바뀌었다. 두 사람 모두 대학 연구실을 운영하고 있다. 올리베라의 팀은 독을 분해해 생리적 활성 분자를 찾는다. 매킨토시의 팀원 중 한 사람은 비중독성 진통제를 개발하고 있다. 매킨토시는 이 프로젝트를 매우 좋아하고 있다. 유타 대학에서 생물학 학위를 취득한 그는 캘리포니아에서 의학을 공부했다. 이후 콜로라도에서 신경정신과 레지던트 생활을 했다. 현재 그는 솔트 레이크 보훈 병원에서 신경정신과 의사로 근무하고 있다.

그는 “나는 PTSD 환자들을 많이 본다. 그 환자들 중에는 만성 통증이 없다면 병원에 오지 않을 거라고 말하는 사람들도 상당수 있다. 이들이 마약을 통해 얻는 위안은 엄청난 것이지만, 그 부작용으로 인해 몸이 망가진다”고 말한다. 매킨토시는 진통제 연구에 더욱 힘을 들였다. 그러다가 2003년 계기가 찾아온다. 그와 경쟁하던 오스트레일리아 연구팀이 쥐의 통증을 없애는 펩티드를 발견했다.

이 펩티드는 부작용도 중독성도 없었지만, 인간에게는 전혀 효과가 없다는 약점이 있었다. 그 이유를 궁금해한 매킨토시는 그 펩티드와 같은 분자 구조를 갖고 있는 물질을 찾기 시작했다. 결국 캐러비아 해 청자고둥의 독에서 찾아냈다. 그는 이 물질의 이름을 RgIA라고 붙였다. 이것이 왜 인간에게는 효과가 없는가? 그것을 알아내려면 왜 쥐에게는 효과가 있는지부터 알아야 했다.

의약품 실험은 인간의 약물 반응이 동물과 크게 다르지 않을 거라는 전제를 깔고 이루어진다. 그러나 이 전제가 늘 옳은 것은 아니다. FDA(미국 식품의약국)는 쥐에게 유효하고, 부작용이 용인 가능한 수준으로 적은 의약품만 인체 실험을 허가하고 있다. 그러나 여기에는 함정이 있다. 대형 제약회사도 FDA도 의약품의 작용 원리에 대해서는 그리 신경 쓰지 않는다. 효과가 있는지, 인간에게 안전한지만 신경쓰는 것이다.

매킨토시는 아스피린의 사례를 든다. 이 약은 그 작용 원리가 규명되기 오래 전부터 이미 사용되어 왔다. 우리가 의약품을 개발하는 방식은 이렇게 다소 맹목적인 구석이 있다. 이 때문에 우리는 처방 마약 위기를 겪는 것이다. 처방 마약인 모르핀은 고통을 없애지만 메스꺼움, 심박 속도 저하, 중독 등의 부작용이 있다. FDA는 아직도 제약 회사들에 의약품의 작용 원리를 규명하라고 요구하지 않는다. 그러나 현대의 가장 세심한 연구자들은 작용 원리에 대해 가급적 많이 알고자 한다. 그리고 동물에게 작용하는 원리를 복잡한 화학적 방식으로 알아내고 나서야 인간에게 적용하고자 한다. 매킨토시는 올리베라에게 교육을 받았다. 그들은 기초적인 질문에 답함으로서 처음으로 의약품을 만들었다. 그리고 매킨토시는 세심한 연구자다.

2006년 매킨토시는 쥐의 RgIA 펩티드 수용체를 알아낸다. RgIA가 인간에게 효과가 없는 이유를 알아내기 위해 쥐 수용체의 DNA를 인간 수용체의 DNA와 비교했다. 두 DNA는 핵심 아미노산 하나만 빼면 대체로 비슷했다. 그 정도면 이런 결과가 나오기에 충분했다. 매킨토시는 이번 발견을 빅뉴스로 해석했다. “이로서 문제는 풀린 거나 다름없었다.”

그 이후 일어난 일들은 올리베라와 동료들이 철망에 매달린 쥐 실험을 한 이후의 발전상을 강조할 뿐이었다. 매킨토시의 연구팀은 대인 효과가 있는 RgIA를 얻기 위해 인간과 쥐의 통증 수용체에 모두 들어맞는 새로운 RgIA를 만들었다. 서로 얽혀 있는 번호 자물쇠를 푸는 법을 알기 위해 번호를 하나씩 입력해 보는 것과 비슷했다. 그 구체적인 방법은 다음과 같다.

비커들이 잔뜩 놓인 작업대에서 과학자가 인간과 쥐의 통증 수용체로 세포를 만든다. 통증 수용체의 RNA를 개구리알에 주사하는 것이다. 그러면 합성된 펩티드가 세포 속으로 들어가 그 전기적 활동을 측정, 펩티드가 수용체에 작용하는지를 살필 수 있다. 그리고 나서 또 새로운 펩티드를 만들라고 실험실에 주문한다. 과학자들은 세탁기와 3D 프린터가 결혼해서 낳은 것처럼 생긴 기계를 사용해 새로운 RgIA를 만들 것이다. 그리고 또 개구리알을 사용해 실험하고, 같은 작업을 계속 반복할 것이다.

이들은 쳇바퀴 돌 듯 이런 실험을 8년이나 반복하면서, RgIA를 100여종 만들어 냈다. 드디어 이들은 2017년 미국 과학 한림원 회지에 연구 결과를 보고했다. 실험에 사용된 개구리알에서, 인간과 쥐의 수용체로 만들어진 세포에 분자가 모두 연결되었다는 것이다. 그러나 연구소에서는 샴페인도 파티도 없었다. 매킨토시는 이렇게 말했다. “이제는 살아있는 쥐에서도 같은 작용이 일어나는지를 알아내야 했다.”

매킨토시의 동물 실험을 실시 중인 션 크리스텐슨은“냄새가 역해서 죄송합니다”고 말한다. 그는 엄지손가락을 지문 인식기에 가져다댔다. 그가 들어간 방에는 동물 냄새가 지독했다. 방 안의 선반에는 쥐들이 꿈틀거리는 약 30개의 박스가 있었다. 그는 이 쥐들에게 적절한 고통을 주고, RgIA가 그 고통을 완화할 수 있는지 측정한다. 구체적으로, 추위에 대한 감도를 크게 높이는 화학 요법 의약품을 쥐에게 투여하여 추위를 심하게 타게 만든 다음 RgIA를 투여하고, 피험체를 강철제 탁자 위에 올려놓는다. 이 탁자의 온도는 10초마다 화씨 1도씩 내려간다. 탁자가 차가워지면 쥐는 불편해 하면서 탁자 위에서 발을 떼는데, 만약 그 속도가 느려진다면 RgIA의 진통 효과가 있는 것이다.

크리스텐슨은 우리에서 갈색 쥐를 한 마리 꺼내 탁자 위에 놓았다. “쥐들은 보통 앞발의 발등을 핥아서 털을 손질한다. 추울 때면 양발을 이렇게 든다”

앞으로 수년 내에 펩티드가 동물에게 내는 효과를 검증할 만큼의 데이터가 모이면, 만성 통증으로 고통스러워하는 암 환자들에게도 임상 실험이 가능하리라고 매킨토시는 생각한다. 모든 것이 잘 되어 준다면 2025년에는 모르핀의 대체재로 시판이 가능하게 되기를 그는 바란다. 올리베라와 매킨토시의 가장 유망한 발견물인 RgIA와 속효성 인슐린은 불과 몇 년 전에 나온 것이다. 그러나 아직도 연구되지 않은 분자 구성체들은 수십만 가지나 있다. 전 세계의 연구자들이 매달려도 해결이 안 될 것이다. 올리베라는 이렇게 말한다. “모든 독성 구성체는 신경 회로를 조작하고, 신경 회로에 대한 이해를 높이는 도구가 될 수 있다.”

쥐는 탁자 위에 오줌을 누고 있었다. 그러자 크리스텐슨은 페달을 밟아 탁자의 온도를 낮추기 시작했다. 뒤에 있던 공업용 팬이 윙 소리를 내자, 불안해진 실험실 쥐들이 작은 나무조각 위를 분주히 돌아다녔다. 탁자의 온도가 15도 내려가자 실험용 쥐는 양 앞발을 들어올렸다. 크리스텐슨은 페달을 다시 한 번 밟았다. 이번에는 실험용 쥐는 추위를 타지 않았다. 엄청난 일이다.생물체의 독은 자연이 만든 의약품이다. 표적의 신체 시스템의 분자적 작동 구조를 마비시킨다.