[명경재의 DNA세계] 부모와 자녀가 붕어빵인 이유

입력 : ㅣ 수정 : 2018-01-30 00:25

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“따님이 엄마와 너무 닮았네요.” “어디 가셔도 형제분이라는 걸 바로 알겠어요.” “아들이 아빠 붕어빵이야.”
붕어빵
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▲ 붕어빵

부모와 자녀, 형제자매 간은 얼굴 생김새부터 키, 심지어 목소리까지도 상당히 비슷한 경우를 많이 볼 수 있다. 오래전부터 유전학자들은 이러한 현상을 부모, 자녀, 형제자매 간에 공유하는 유전적 정보에 의해 결정된다는 것을 알고 있었다. 이제는 이 유전정보가 우리 몸을 구성하는 세포 안의 게놈을 구성하는 DNA에 있는 것까지 알게 되었다.
명경재 기초과학연구원 유전체항상성 연구단장
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▲ 명경재 기초과학연구원 유전체항상성 연구단장

하지만 부모, 자녀, 형제자매 간이라도 약간의 차이가 있다. 이것은 양쪽 부모에게서 받은 유전 정보의 조합 때문에 나타나는 현상이라고 생각해 왔다. 그렇지만 이런 조합으로는 설명되지 않는 차이가 있는 경우가 종종 있는데 이것은 어떻게 가능할까.

이를 설명해 줄 수 있는 하나의 기작(機作)으로 DNA 일부가 이리저리 위치를 옮기는 현상이 있다. 유전정보를 지니고 있는 DNA는 항상 그 상태를 유지할 것으로 생각되기 때문에 DNA의 일부가 이리저리 위치를 옮긴다는 것은 위험하지 않을까라는 생각도 들 수 있다. 하지만 이런 현상은 20세기 중반 미국의 유전학자 바버라 매클린톡 박사가 처음 발견했다. 매클린톡 박사는 옥수수 색깔의 변화가 DNA의 일부가 위치를 바꾸는 현상으로 결정된다는 것을 발견했고, 그 덕분에 1983년 노벨생리의학상을 수상했다.

DNA의 일부는 이리저리 위치를 옮기는데 이런 DNA를 점핑 유전자라고 부른다. 이런 점핑 유전자가 인간 게놈 프로젝트를 마친 뒤 중요성이 더욱 부각됐다. 그 이유는 우리가 갖고 있는 DNA 중 점핑 유전자가 차지하는 비율이 거의 절반 가까이 되기 때문이다. ‘DNA는 유전 정보이니 그 상태가 그대로 유지될 것이다’라는 일반적인 생각과 상당히 다르다. 우리의 유전정보가 변화무쌍하게 움직이고 있을지도 모른다는 것이다. 하지만 다행히도 이러한 점핑 유전자들 중에 많은 경우는 게놈상에서 움직이는 능력을 잊어버려서 실제로는 아주 작은 숫자들 정도만 위치를 옮기는 능력을 가지고 있다.

점핑 유전자의 움직임으로 생명체는 진화를 할 가능성을 열어 놓지만 과도하거나 잘못된 위치로 움직이는 점핑 유전자는 질병을 유발할 수도 있다. 질병, 진화, 그리고 노화까지도 관련성이 있을 것으로 생각이 되면서 최근 점핑 유전자가 움직이는 메커니즘과 세포 내 작용을 알아내려는 연구가 활발해지고 있다.

지난 11일 점핑 유전자의 움직임을 촉진하거나 저해하는 생체 내의 단백질에 대한 첫 청사진과 관련한 논문이 세계적인 과학저널 ‘네이처’에 실렸다. 이 논문에서는 기존에 잘 알려져 있는 DNA 복제와 손상 복구 단백질들이 중요한 역할을 할 것이라고 밝혔다. DNA 복제와 손상 복구는 오랜 기간 동안 과학자들의 관심사였고 수많은 노벨상을 배출한 분야이기도 하다. 필자도 관련 분야에 대해 연구를 진행하고 있다.

이번에 발표된 논문 결과를 분석해 보면 아마도 생명체 내의 세포는 점핑 유전자가 위치 이동을 하는 것을 효과적으로 조절하는 것이 아닌가 싶다. 이러한 조절을 통해 질병과 노화를 막고, 진화의 방향을 정하는 것은 아닐까 하는 생각도 든다. 좀더 많은 연구가 수행되면 점핑 유전자를 이용한 게놈의 변화를 유도할 수 있지 않을까 하는 생각도 해봤다.

최근 DNA를 이용해서 정보를 저장하려는 시도들이 있었다. 전 세계의 모든 정보를 컴퓨터에 저장하려면 너무나 많은 공간이 필요하다. 그런데 DNA를 이용하면 이러한 문제가 해결된다고 한다. 하지만 현재의 기술로는 DNA에 저장된 정보를 편집할 수 없다는 것이 큰 걸림돌이다. 오늘 이야기한 점핑 유전자의 효과적 조절과 최근 들어 활발하게 연구되는 유전자 가위기술을 이용할 수 있다면 DNA에 저장하려는 정보를 우리가 컴퓨터에서 정보를 수정하듯이 쉽게 고칠 수 있는 그런 날이 오지 않을까 하는 생각을 해 본다.
2018-01-30 29면
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