모든 인간 유전자 기능규명을 위한 유전자가위 개발

- 네이처 바이오테크놀로지 발표,“질병 원인 규명을 위한 핵심적 연구 소재”-

서울대 김진수 교수와 ㈜툴젠 김석중 박사 연구팀이 모든 인간 유전자 각각에 대해 최적화된 유전자가위*를 개발해냈습니다. 단일 종의 유전자 모두에 대해 유전자가위를 생산하기는 처음이라고 하는데요, 각종 질병 관련 유전자 편집을 통해 세포의 변화를 관찰할 수 있어 질병유전자의 이해에 크게 기여할 것으로 기대되고 있습니다.

 * 유전자가위(engineered nuclease)
: 특정 염기서열을 인식해 절단하는 인공 핵산분해효소로서 DNA 염기서열 편집도구로 활용됨


▲ 유전자가위의 일종인 TALEN의 구조. 유전자의 특정 염기서열을 자르기 위해서는 1쌍의 TALEN이 필요하다. DNA상의 특정 염기서열을 인식할 수 있도록 설계할 수 있는 DNA-binding domain과, 실제로 DNA를 자를 수 있는 nuclease domain으로 이루어져 있다.

인간게놈프로젝트 결과 2만여 개의 인간 유전자 염기서열이 규명되었으나 그 대부분의 기능은 아직 정확히 파악되지 않고 있습니다. 유전자 기능연구는 질병원인 파악과 생명현상 이해에 필수적이기에 매우 중요한데요, 유전자 기능연구를 위해 간섭 RNA(siRNA)를 주로 사용했으나 표적외 유전자에 작용하거나 불완전하게 유전자를 억제하는 단점이 있었습니다. 물론 이를 극복하기 위해 특정 유전자를 절단하여 돌연변이를 일으키는 유전자가위에 대한 연구가 진행되어 왔지만 유전자가위 역시 정확성이 낮아 한계가 있었던 것이 사실이었죠. 

그러나 연구팀은 2만여 개의 나머지 유전자를 손상하지 않으면서 원하는 특정유전자 하나에만 특이적으로 작용하는 유전자 가위를 개발하고 이를 이용해 원하는 유전자가 제거된 인간배양세포를 만드는데 성공하였습니다. 
우선 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 여러 유전자에서 공통적으로 발견되는 염기서열을 배제하고 각각의 유전자마다 특징적으로 나타나는 고유한 40개 염기로 구성된 유전자가위의 표적서열을 추출해 냈습니다. 그리고 이를 통해 원하는 유전자만 정교하게 자를 수 있도록 하여 기존 유전자가위의 정확성을 크게 향상시켰습니다.
뿐만 아니라 조립식으로 한 번에 여러 개의 유전자가위를 만들 수 있는 새로운 클로닝 방법을 개발해 2만여 개 유전자에 대한 유전자가위 대량생산에도 성공했습니다.

한편 연구팀은 이번 논문을 포함해 올해에만 유전자가위 관련 논문을 네이처 바이오테크놀로지에 세 편 연달아 발표해 학계의 주목을 받고 있는데요, 지난 1월 10일, 김 교수팀과 연세대 이한웅 교수팀은 유전자가위를 이용, 최초로 생쥐의 유전자를 제거한 연구결과를 발표했으며, 지난 1월 30일, 김 교수팀은 제3세대 유전자가위인 RNA 유전자가위를 개발해 논문을 발표했습니다. 이번 유전자가위는 DNA를 인식하는 단백질을 매번 새로 만들어야 하는 기존 유전자가위와는 달리 유전자재조합 과정이 필요 없어 보다 빨리 만들 수 있다는 장점이 있다.

* RNA 유전자가위 : 작은 RNA와 단백질효소로 구성된 유전자 가위. RNA만 새로 합성해서 교체해 주면 어떤 유전자에도 작용하는 맞춤 유전자가위를 만들 수 있다.

김진수 교수

김석중 연구소장


김진수 교수
는 “이번에 개발된 유전자가위 집합체는 각 인간 유전자의 기능 및 질병의 원인을 연구하는데 핵심적인 소재가 될 것”이라며 “유전자가위 기술은 향후 바이오/의료 관련 분야의 파급성이 큰 신기술로 지속적인 연구개발을 통해 유전자가위 원천기술을 확보하는 것이 매우 중요하다”고 밝혔습니다.

또한 김석중 연구소장은 “유전자가위를 이용한 유전정보 편집은 유전자기능연구의 보편적 도구로 발전할 것”이라고 예측하며 “국내외 연구자들이 인간세포 및 동식물에서 자유로운 유전정보 편집을 수행할 수 있도록 유전자가위를 공급할 것”이라고 전했습니다.

한편, 이번 연구는 네이처 자매지 Nature Biotechnology 온라인판(2월 17일자)에 게재되었습니다. (논문명: A library of TAL effector nucleases spanning the human genome) 

자료 _ 교육과학기술부 보도자료

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성격은 유전자가 결정한다? 환경이 결정한다?


 사람의 성격의 형성에 크게 영향을 미치는 것은 주변의 환경일까요? 아니면 유전자일까요? 보편적으로 사람의 성격을 결정하는 요인은 주변을 둘러싼 환경이라고 생각해왔을 것입니다. 저를 포함해서 많은 분들이 그것이 상식이라고 생각해 왔을 텐데요. 하지만 과학자들은 환경보다 유전자가 성격을 정하는 중요한 요소라고 주장합니다.

  성격이란 무엇일까요? 주리애 한양사이버대학교 상담심리학과 교수는 성격이란 ‘개인을 특정짓는 일관된 행동양식, 정서적인 행동의 총화’라고 합니다.

 미네소타대학 심리학과의 토마스 부샤드 학자는 30년 동안 일란성 쌍둥이와 이란성 쌍둥이의 성격을 연구했습니다. 유아기 때 떨어져 살다가 성인이 된 후에 만난 쌍둥이를 대상으로 연구를 진행했는데, 연구를 통해 자신의 쌍둥이가 있다는 것을 알게 된 이들은 각자 다른 환경에서 자랐지만 많은 시간이 지난 후에도 성격적으로 유사점이 상당히 많이 발견되었습니다.

@EraPhernalia Vintage . . . (playin' hook-y ;o) / http://www.flickr.com/photos/eraphernalia_vintage/2777692881


 실제 실험에 참여한 메리 홈즈와 일레인 로간 쌍둥이 자매는 토마스 부샤드 학자의 연구를 통해 자신의 쌍둥이가 있다는 것을 처음 발견하게 되었는 데요. 이들이 살아오면서 아끼는 물건, 사용하는 악세사리, 향수가 비슷하거나 같은 경우도 있었습니다. 다시 만났을 때 오래전부터 같이 살았던 쌍둥이처럼 모든 면에서 굉장히 비슷했습니다. 즉, 서로 다른 환경에서 자랐음에도 비슷한 유전자가 이들의 성격을 결정한 것입니다. 만약 ‘다른 환경’이 성격에 영향을 미쳤다면 이들의 성격은 달랐어야 할 테니까요.

 국내 유일의 쌍둥이 연구 전문가로 유명한 한국쌍둥이연구센터 허윤미 박사지능과 성격은 30~50% 유전에 의해 형성된다고 보며 특히 나이가 들수록 성격이나 지능과 관련된 유전자는 점점 더 발현된다고 말합니다.
 

@bambibabe48 / http://www.flickr.com/photos/renawgraphy/4213430007


 2009년에는 서울대 의학연구센터에서도 한국인 청소년 쌍둥이 765쌍을 대상으로 성격검사를 실시했는데요, 연구 결과 일란성쌍둥이가 이란성보다 성격이 비슷한 경우가 훨씬 많았습니다. 즉, 유전적인 요인이 성격 형성에 강하게 작용한다는 것을 반증한다고 볼 수 있습니다. 성격 외에도 불안증이나 정신 분열증 등 정신 질환에 있어서도 유전성이 높은 것으로 밝혀졌습니다. 

이와 비슷하게 2007년 한국 청소년 쌍둥이 약 800쌍을 대상으로 한국인의 성격의 개인차에 유전이 영향을 미치는가를 연구했는데 35~50%가 유전의 영향을 받는 것으로 나타났습니다. 측정오차를 감안한다면 50% 이상 유전의 영향을 크게 받습니다. 학자들의 의견은 조금씩 다르지만 보통 40~60% 정도 유전자들의 상호작용에 의해 성격의 특성이 결정된다고 볼 수 있는 것이죠. 

@DNA 11 / http://www.flickr.com/photos/dna11/4314006085


 독일 본 대학의 마르틴 로이터 박사는 기부를 잘 하는 등 남에게 이로움을 주는 이타주의 성격은 특정 유전자와 연관이 있다는 연구 결과를 밝히기도 했습니다. COMT 유전자의 특정 변이형을 가진 사람은 다른 사람에 비해 자선을 베풀 가능성이 높은데 이는 COMT 유전자가  긍정적인 감정과 연관이 있는 뇌의 신경전달물질 도파민을 활성화시키는 효소를 만들어 내기 때문입니다.

 또한 지나치게 근심걱정이 많은 성격17번 염색체에 있는 세로토닌 운반체(5-HTT) 유전자를 억제하는 DNA의 길이가 짧은 사람이라는 연구 결과가 1996년 독일 뷔르부르크대 정신과 레슈 교수팀에 의해 밝혀지기도 했었죠.

 이밖에도 부모님의 성격과 닮은 것 또한 유전자가 성격을 결정하는 하나의 사례로 볼 수 있습니다. 여러분들은 어머니와 아버지 중에서 누구와 성격이 더 비슷한가요? 성격이 유전자, 즉, 선천적으로 결정된다는 연구 결과들은 놀랍습니다. 유전보다는 자라온 환경이 큰 영향을 차지할 것이라는 생각을 갖고있었기 때문이겠죠. 하지만 유전자가 성격에 영향을 미치는 정도가 100%가 아닌 만큼 성격은 충분히 향후에도 변화될 수 있을 것입니다. 위의 연구들은 상대적으로 유전자가 성격형성에 더 많은 영향을 미친다는 것을 보여주는 것이니까요.

 
 

 

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우울증 조절 유전자 기능 밝혀졌다!
한양대 손현 교수팀, 연구결과 PNAS 게재


마음의 감기 ‘우울증’. 우울증은 현대인의 대표적인 질병으로, 국내에서만 130만 명 정도 앓고 있다고 알려져 있는데요, 실제 가벼운 우울증은 정신 질환이 아니라는 정부 발표가 나올 정도로 흔한 질병으로 여기고 있습니다.

이러한 우울증은 연령과 성별의 차이 없이 널리 퍼져있는 정신병으로, 만성 질환으로 진행될 수 있습니다. 지금까지 뇌의 해마*에 있는 신경세포의 기능과 구조가 위축되면 우울증이 생기는 것으로 알려져 왔으나 이러한 현상이 어떻게 우울증과 관련되는지, 우울증 치료제는 어떻게 약효를 나타내는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없었습니다.

   * 해마 : 대뇌 겉질 밑에 존재하며 학습과 기억에 관여

하지만 최근 ‘21세기프론티어 뇌프론티사업단의 한양대학교 손현(49) 교수팀이 '뉴리틴 (neuritin)'이라는 유전자가 우울증에 관여함을 밝혀낸 것으로 전해졌습니다!

손현 교수팀은 흰쥐의 우울증 모델을 대상으로 지난 4년간 행동 유형을 비롯한 분자기전을 연구한 결과 뇌의 해마 신경세포에서 ‘뉴리틴’이라는 유전자가 우울증에 관여한다는 사실을 밝혀냈습니다.


그림 1. 만성스트레스 (CUS)에 의해서 해마영역의 뉴리틴 유전자 발현 감소
사진은 만성스트레스를 경험하여 우울증이 유발된 흰쥐 대뇌에서 뉴리틴 유전자의 발현을 관찰한 결과이다. 스트레스를 받지 않은 흰쥐의 뇌와 비교하였을때 스트레스를 받으면 해마의 치상 (화살표)에서 뉴리틴 발현 이 감소하나 만성 스트레스를 받는 흰쥐에게 같은 기간동안 우울증 치료제인 fluoxetine (prozac)을 투여하면 다시 뉴리틴 발현이 정상과 비슷하게 회복된다.

우선 연구팀은 뉴리틴이 신경돌기(neurite)*의 성장을 촉진시키는 기능이 있다는 사실에 착안하여 뉴리틴이 부족하면 우울증이 유발되고, 많이 만들어지면 우울증이 완화된다는 가설을 세우고 연구에 착수했습니다.

   * 신경돌기 : 신경세포에서 자극을 수용하고, 자극을 전하는 돌기

연구팀이 흰쥐에 만성 스트레스로 우울증을 유발시킨 후 해부학적으로 검사한 결과! 뉴리틴 유전자가 감소한 것을 확인하였으며, 우울증이 유발된 흰쥐에 우울증 치료제인 fluoxetine을 투여한 후 뉴리틴 발현이 정상과 비슷하게 회복됨을 밝혀냈습니다.


그림 2. 뉴리틴을 과발현하는 신경세포의 분화
사진은 해마 신경세포에 뉴리틴 (AAV-Nrn)을 인위적으로 많이 발현하도록 조절하면 신경돌기의 발달이 증가함을 볼 수 있다.

또한 유전자 발현기술을 이용하여 흰쥐의 해마에서 뉴리틴 발현을 증가시킨 결과 신경돌기의 발달과 시냅스* 돌기 밀도가 증가하면서 우울증이 완화되는 것을 행동검사를 통해 확인하였습니다.

   * 신경세포에서 다른 신경세포로 신호를 전달하는 연결지점

이러한 연구결과는 뉴리틴이 우울증 치료 효과를 나타내는데 중요한 단백질임을 과학적으로 규명한 것으로 신경기능과 정신질환 연구 분야에서 주목받을 성과로 평가받고 있는데요, 이에 대해 손현 교수는 “신경세포의 활성도에 의해 발현이 증가하는 뉴리틴이 우울증에 관여하고 있음을 밝혀 신경활성도와 우울증이 연계되어 있다는 새로운 연결고리를 찾아냈다는 점에서 의미가 크다.”고 연구의 의의를 밝혔습니다.



그림 3. 뉴리틴 과발현에 의한 우울증 행동 완화
좌측은 우울증을 검사하는 행동검사중 강제 수영검사 (좌)와 무쾌감증을 검사하는 설탕물 선호도 검사 (우)를 나타내는 사진이다.  강제 수영 검사에서 움직임이 없는 immobility 시간이 길수록, 설탕물 선호도가 낮을 수로 흰쥐의 우울증이 심하다고 볼 수 있다.


한편, 이번 연구결과는 세계 최고 권위의 과학학술지인 ‘미국국립과학원회보(PNAS*)' 6월호에 게재됐습니다.

용어설명

1. 우울증
우울증은 연령과 성별의 차이 없이 모든 개체에게 영향을 미치는 정신병 중 가장 일반적이고 널리 퍼져 있는 병의 하나이다. 우울증은 유병률이 약 17%에 달하는, 모든 의학적 장애 중에서도 가장 무력한 장애 중 하나이다. 우울증은 종종 초년에 나타나, 만성 질환으로 진행될 수 있으며, 관상혈관 질환, 당뇨병 및 골다공증과 같은 다른 내과적 질환의 예후에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

우울 장애는 다음과 같은 3가지 종류의 주요 화합물로 치료하는 것이 가장 일반적이다: 1) 모노아민 산화효소 억제제; 2)복소환식 항우울제; 및 3) 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRI). 하지만, 현재 처방되는 항우울제는 수많은 부작용과 재발의 측면을 나타낸다. 그 외, 우울증, 스트레스 및 그와 동반된 정신병리를 진단하고 그 진행도를 측정하며 치료 반응을 평가할 수 있는 효율적 생물학적 표지자가 없으며 동물 모델을 이용하여 도출된 뇌기능 항진 및 치료 후보물질에 대한 정보도 없는 실정이다. 따라서, 보다 치료효과가 높은 우울증 치료제의 개발은 매우 중요한 기술분야이다.
2. 신경위축 (Neuronal atrophy)
신경위축이란 신경세포의 구조가 정상세포에 비해 작아지거나 발달이 늦어져 정상세포와 비교하였을때 구조 및 기능이 낮아진 상태로서 신경위축이 심하면 신경세포가 사멸할 수도 있다. 이러한 신경위축을 동반하는 대표적인 질환으로는 노화, 뇌졸중, 우울증, 알쯔하이머병 등이 있다.
3. 신경 돌기
신경 세포체에서 뻗어 나온 돌기로서, 신경 섬유라고도 한다. 신경돌기에는 두 가지 종류가 있는데, 수상돌기는 짧고 뉴런에서 자극을 받아들이는 역할을 하고, 축색돌기는 자극을 다른 뉴런이나 반응기로 전달한다. 신경세포의 기능을 수행하는 부분이므로 이 신경돌기를 발달시키는 약물이나 단백질은 신경세포의 기능을 증진시키는 역할을 한다.
4. 시냅스
시냅스란 한 뉴런에서 다른 세포로 신호를 전달하는 연결 지점으로서 뉴런이 작동하는데 있어 중요한 역할을 한다. 뉴런이 신호를 각각의 표적 세포로 전달하는 역할을 한다면, 시냅스는 뉴런이 그러한 역할을 할 수 있도록 하는 도구이다.
5. 시냅스 돌기
시냅스를 형성하기 위해 돌출된 신경돌기의 아주 미세한 부분으로서, 신호 전달에 매우 중요한 위치.

 

출처 : 교육과학기술부 보도자료(http://mest.korea.kr/gonews/branch.do?act=detailView&dataId=155835937&sectionId=b_sec_2&type=news&currPage=3&flComment=1&flReply=0)

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우리 생활 속 과학이야기

당신의 운명은 이미 결정되었다!?
- 과학영화 ‘가타카’ 살펴보기 -

  “으앙~!! 으앙!!” 병원의 한 병실에서 갓난아이가 우렁차게 울음을 터트립니다. 새로 태어난 아기의 건강을 확인한 의사는 혈액샘플을 채취합니다. 곧 의사는 이 아이에겐 선천적으로 무슨 병이 있고, 몇 년 후에 어떤 병이 발생할 확률이 높고, 몇 살에 죽을 것인지 부모에게 말을 해줍니다. 부모님의 사랑으로 태어난 아이의 운명은 이미 정해진 것일까요?

  인간을 지배하는 블루빛 테크놀로지의 세계. 당신의 유전자 정보를 미리 알게 된다면 과연 무슨 일이 벌어질까요?? 과연 타고난 운명은 거스를 수 있는지.. 영화 가타카의 내용과 영화 전반에 걸쳐 등장하는 유전자 공학을 통해 알아봅니다.

영화 '가타카'포스터 (출처:네이버 영화)

영화 '가타카'포스터 (출처:네이버 영화)


제목 ‘가타카(GATTACA)’의 의미?
  
  영화 가타카의 제목은 DNA를 구성하는 염기들의 앞글자들을 따서 하나의 표기로 만들어 낸 것입니다. DNA의 구성 염기는 아데닌(Adenine), 티민(Thymine), 사토신(Cystosine), 구아닌(Guanine)으로 이루어졌는데 이 앞글자들의 조합이 바로 가타카입니다. 하지만 제작 당시 제목은 ‘8일째 날(The Eight Day)’이었는데, 이는 지상을 6일 만에 창조한 하느님이 7일째 휴식을 취했다는 성경의 천지창조와 관련 있는 제목입니다. 즉, 신이 7일에 걸쳐 세상을 창조해 놓은 것을 8일째 인간이 손을 댄다는 것을 뜻합니다.

가타카(GATTACA)의 내용?

출처 : 영화 '가타카'의 한장면. 캡처


  인간의 성공과 실패가 유전인자에 의해 결정되는 21세기 가까운 미래. 부모님의 사랑으로 태어난 '신의 아이' 빈센트의 운명은 심장 질환에, 범죄자의 가능성을 지니고, 31살에 사망하는 것입니다. 빈센트의 운명에 좌절한 부모는 시험관 수정을 통해 완벽한 유전인자를 가진 그의 동생 안톤을 출산합니다. 어린 시절부터 우주에 대한 남다른 관심을 가지고 있던 빈센트는 부모의 만류에도 불구하고, 우주 비행사가 되는 꿈을 펼쳐 나갑니다.
  그러나 성인이 된 후 그는 우주 비행사가 되는 그 어떤 시험이나 면접도 통과하지 못하는 자신의 운명을 발견하고, 집을 나갑니다. 동생과의 수영 시합 중에 바다 한 가운데서 익사하려는 동생을 구해냈을 때 '힘은 육체에서 나오는 것이 아니라 정신에서 나오는 것이다'라는 믿음과 자신의 꿈을 간직한 채 떠나게 됩니다.

출처 : 영화 '가타카'의 한장면. 캡처


  어느 날 최고의 우주항공 회사 '가타카'에서 청소부로 일하게 된 빈센트. 그리고 자신의 예견된 미래에 반기를 든 그는 우주 비행사가 되기 위해 위험한 도박을 시작합니다. 유전학적으로 열성인자에게 가짜 증명서를 파는 DNA 중개인 게르만은 우성인자를 팔려고 하는 유진 머로우와 빈센트를 연결시켜 줍니다. 

출처 : 영화 '가타카'의 한장면. 캡처


  성공을 위해서 빈센트는 피 한방울, 피부 한조각, 타액으로 인간의 증명을 읽어내는 사회를 속여야만 합니다. 물론 쉽지 않지만, 그는 자신의 열성을 감추기 위해 그의 근시안, 유진과 같은 키를 맞추기 위해 고통스럽고 고문 같은 수술까지도 견뎌야 했습니다. 이렇게 유진 머로우와 빈센트 프리만의 결합을 통해 제롬 머로우는 탄생했습니다.

빈센트는 과연 우주탐사의 꿈을 이룰 수 있을까요?

영화의 기본요소인 유전자 공학이란?

  생명공학은 생명을 탐구하여 얻은 생명과학(생물학)의 내용을 응용, 기술화하여 생명과 관련된 산업으로 급속히 발전시켜 나가고 있습니다. 특히 생명체의 유전자를 연구하여 인간 질병의 극복, 동식물의 품종 개량, 신물질과 식품 생산, 유용한 미생물을 육종하는 기술을 개발해 왔습니다. ‘생물의 기능을 이용하는 기술’을 알기위해 생명공학은 생명체의 유전자 연구를 기초로 합니다.
  유전자란 세포 분열을 통한 생식과 성장 및 생명현상의 발현에 관여하는 유전물질의 총칭으로 핵산(DNA, RNA)을 의미합니다.  따라서, 유전자 공학은 한 개체의 DNA를 다른 개체에 옮겨서, 그 DNA가 지니고 있는 유전자 형질을 발현시키는 기술을 말합니다. 

DNA rendering (@ynse / http://www.flickr.com/photos/ynse/54237015)


우리는 유전자 공학을 삶 곳곳에 이용합니다. 먼저 의약품을 예로 들 수 있습니다. 유전공학 기술을 이용해 만드는 의약품은 우리 몸에서 만들어지는 매우 적은 양의 생체 활성 물질을 많은 양으로 만들어 낸 것입니다. 1982년 유전자 재조합 기술로 가장 먼저 만들어진 의약품은 당뇨병 치료제인 인슐린인데 그동안 인슐린은 소나 돼지의 췌장에서밖에 얻을 수 없었기 때문에 많은 양을 생산해 내기는 어려웠습니다. 하지만 생명공학 기술을 이용하여 사람의 인슐린 유전자를 대량으로 생산할 수 있게 되었습니다. 또 유전공학 기술은 유전자를 인위적으로 조작할 수 있게 됨으로써 질병의 원인을 알아내고 그 치료법을 찾는 일에도 널리 이용되고 있습니다.

  농업 분야에서는 유전공학 기술을 이용해 작물이나 가축을 보다 가치 높은 품종으로 개량하거나 또는 완전히 새로운 품종을 개발하기도 합니다. 형질 전환 동물 생산 기술은 동물의 유전자에 다른 유전자를 넣어 다른 유전자의 성질을 나타내는 것인데 동물의 고유한 유전적 형질을 변화시켜 새로운 기능을 갖게 하거나 특수한 물질을 생산하게 하는 것입니다.

  이와 같은 기술은 현재 값이 비싼 의약품을 대량 생산하거나 대체장기를 생산하는 동물에 활용되고 있습니다. 또한 유전자를 조작한 식물에서 수확한 농산물들이 식품으로 만들어져 나오고 있는데, 이들을 유전자 조작 식품(GMO, Genetically Modified Organisms)이라 합니다. 이들은 병충해를 입지 않는 유전자가 도입되어 있거나, 원래 가지고 있지 않은 성분을 포함할 수 있도록 하는 유전자가 도입되어 있기도 합니다.

영화 '가타카'처럼 과연 유전자가 모든 것을 결정하는 것일까요?

  아주 오랜된 물음 중에는 ‘인간은 태어나는 걸까요? 만들어지는 걸까요?‘라는 말이 있습니다. 최근에는 유전자 결정론이 관심을 끌면서 `인간은 만들어진다`는 쪽이 힘을 얻는 분위기였습니다. 하지만 환경과 유전공학 그리고 여러 학문들간의 교류로 생긴 의견은 어느 한쪽의 손을 쉽게 들어주지 않고 있습니다. 결론부터 말하면 인간의 본성은 유전자와 환경 그리고 유전자와 환경의 상호작용이라는 세 가지 요소로 만들어진다고 주장하고 있습니다.

@micahb37/http://www.flickr.com/photos/micahb37/3080247531/

  ‘본성들(natures)’이란 책에 따르면, 유전자가 인간 본성의 모든 측면을 결정하기에는 그 숫자가 절대적으로 부족하다고 지적합니다. 인간 지놈프로젝트가 밝힌 인간의 유전자는 대략 3만개입니다.
  그러나 인간의 뇌에 있는 1조개 뉴런(Neuron)이 만들어내는 100조개 이상의 시냅스(Synapse)를 조절하려면 유전자 하나당 시냅스 10억개를 담당해야 한다는 결론이 나오는데 이렇게 되면 유전자가 생명유지 활동 외에는 아무것도 할 수 없다는 것입니다. 암 유전자나 동성애 유전자, 범죄 유전자, 비만 유전자를 발견해 냈다고 오류가 생길 것이라고 말하는데, 저자는 인간의 발달 과정에서 "두뇌 형성 프로그램은 오직 한 종류의 행동만을 불러일으키는 두뇌를 갖게 만들지 않았다"고 말합니다. 두뇌는 환경에 따라 프로그램화 되어있습니다. 성장환경이나 문화적 배경 등에 따라 본성이 바뀔 수 있다는 말입니다.

  책에서는 ‘본성과 양육, 유전자와 환경 중 어느 것이 더 중요하느냐고 묻는 것은 삼각형의 면적을 구할 때 밑변 길이와 높이 중 어느 것이 중요하느냐고 묻는 것처럼 어리석은 질문’이라고 말합니다. 두 가지 조건은 서로 상호작용을 통해 인간을 결정합니다. 즉 유전자는 인간이 선택할 수 있는 가능성의 범위를 결정하고 환경은 그 유전자가 어떻게 발달할지 가능성의 범위를 결정하기 때문입니다. 영화 가타카의 주인공, 빈센트. 그의 운명에 대한 답 역시 이를 통해 대신할 수 있지 않을까요?

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자단 2기 박 두 민

상단의 영화 장면은 '저작권법 제28조(공표된 저작물의 인용) 공표된 저작물은 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여는 정당한 범위 안에서 공정한 관행에 합치되게 이를 인용할 수 있다.'에 따라 영화 관련 내용의 이해를 돕기 위해 사용되었음을 밝힙니다. 

 

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우리 생활 속 과학이야기


인간은 유전자의 꼭두각시…!
1976년, 영국의 젊은 생물학자 ‘리처드 도킨스’는 ‘이기적 유전자’라는 책을 편찬해 과학계에 새로운 바람을 일으켰습니다. ‘인간을 포함한 생명체는 유전자에 의해 창조된 기계에 불과하다. 그 기계의 목적은 자신을 창조한 주인인 유전자를 보존하는 것. 인간은 유전자의 꼭두각시라는 말이다. 그러니 유전자는 얼마나 이기적인가.’
이 책을 통해 리처드 도킨스는 우리에게 삶을 바라보는 새로운 관점을 제시합니다. 그에 따르면 인간은 유전자의 꼭두각시일 뿐이며, 세상에 존재하는 모든 생명체들은 유전자에 의해서 창조된 기계입니다. 이미 정해진 프로그램대로 살면서 자신의 유전자를 후대에 전달하는 임무를 수행하는 로봇에 불과한 것입니다.
살아 숨 쉬는 우리들의 몸이 DNA의 ‘계획’에 따라 움직이는 기계일 뿐이라고 주장하는 리처드 도킨스. 그는 DNA를 ‘불멸의 나선’이라 부르고 DNA의 명령에 따라 움직일 수밖에 없는 모든 생명체를 ‘생존 기계’라 지칭하고 있습니다.

인간에게 이타적 행동이란 없다.
리처드 도킨스는 다른 생명체를 돕는 이타적 행동들조차도 자신의 유전자를 남기기 위한 이기적 행동에 불과하다고 주장합니다. 그러나 일부 과학계에서는 ‘도킨스의 이기적 유전자 이론은 너무 획일적이고 인간에게 적용하기 어렵다’며 비판하고 있습니다.
 
도킨스, 유전의 영역을 인간 문화로 까지 접목시켜…
신조어 ‘밈(meme)’의 탄생

출처 : http://www.flickr.com/photos/info_grrl/5747226419/

‘이기적 유전자’ 이론을 제기한 영국의 생물학자 리처드 도킨스는 그의 책 ‘이기적 유전자’를 통해서 '밈(meme)'이라는 신조어를 제시합니다. 그는 이를 ‘모방’ 등 비유전적 방법에 의해 전달된다고 여겨지는 문화의 요소’라고 정의합니다. 도킨스에 따르면, 문화의 전달은 진화의 형태를 취한다는 점에서 유전자의 전달에 비유될 수 있습니다. 즉, 유전적 진화의 단위가 유전자라면 문화적 진화의 단위는 ‘밈(meme)’ 인 것입니다.

위와 같은 사고를 가진 도킨스는 문화의 전달에도 유전자처럼 복제기능을 가진 것이 있을 것이라고 생각했고, 문화의 전달 단위 또는 모방 단위라는 개념을 함축하는 이름이 필요하다고 느꼈습니다. 결국 그는 ‘gene’(유전자)처럼 한 음절로 발음되는 단어로써 ‘모방’의 뜻이 함축된 그리스어(mimeme)에서 ‘밈(meme)'이라는 이름을 만들어 냈습니다. 노래, 옷의 패션, 헤어스타일, 도자기 굽는 방식, 건물을 짓는 양식 등 여러분이 생각하는 거의 모든 문화현상이 ‘밈(meme)'에 해당된다고 보면 됩니다. 
 
밈(meme)이 퍼져나가는 과정은?
도킨스에 따르면, 유전자가 정자나 난자를 통해 하나의 신체에서 다른 하나의 신체로 건너뛰어 퍼지는 것과 똑같이, 밈도 모방의 과정을 통해 한 사람의 뇌에서 다른 사람의 뇌로 건너뛰어 퍼져나갑니다. 밈은 바이러스가 숙주 세포에 유전적 메커니즘으로 기생하는 것과 같은 방식으로 전파되는데, 이때 뇌는 중간 매개물이 되는 셈입니다. 뇌가 밈의 전파에 도움이 되었기 때문에 몸집에 비해 큰 뇌가 진화되었다고 그는 주장하기도 합니다.

이기적 유전자 속편, ‘확장된 표현형’

리처드 도킨스는 그의 책 ‘이기적 유전자’의 그 속편으로 ‘확장된 표현형’을 출간했습니다. 그는 이 책에서 ‘이기적 유전자가 미치는 영향이 그 유전자를 가지는 생물체를 넘어 다른 생명체에까지 영향을 미쳐 결과적으로는 유전자의 생존과 확대에 도움이 되는 현상‘을 기술하기 위해 ‘확장된 표현형’이라는 개념을 사용하고 있습니다.

예를 들어, 비버가 강 속에 둥지를 만들고 그 주위에 나무를 잘라 댐을 쌓아서 쉽고 안전하게 이동한다고 생각해보겠습니다. 이 때 비버의 몸과 행동이 유전자의 표현형이라면 댐 또한 유전자의 표현형으로 생각할 수 있다는 것입니다. 다시 말해, 유전자가 유전자의 수준에서만 작용하고 그치는 것이 아니라 유전자 표현형의 결과에까지 확장되어 영향을 미칠 수 있다는 것, 바로 이것이 리처드 도킨스가 ‘확장된 표현형’에서 말하고 있는 것입니다.

리처드 도킨스의 이기적 유전자는 서울대 권장도서로 꼽힌 만큼 많은 이들에게 영향을 끼치고 있습니다. 실제 많은 분들이 이 책을 읽은 후 기존의 사고를 전환하게 되었다고 합니다. 여러분들도 이 책을 통해 ‘사고의 전환’이라는 신선한 경험을 맛보시길 바랍니다.


국가과학기술위원회 블로그 기자  정 희 엽

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