(출처 = 클립아트코리아)

[위즈경제] 김영진 기자 = 서울대학교 수의학부 조제열 교수 연구팀이 세계 최초로 ‘개 후성유전체 지도’를 작성했습니다. 과학기술정보통신부의 기초연구사업(바이요의료기술개발사업-차세대응용오믹스 사업 및 선도연구센터) 등의 지원으로 수행한 이번 연구성과는 국제적으로 저명한 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances)’에 게재 승인되었는데요.

과기정통부의 설명에 따르면, 후성유전체는 “유전체가 작동하도록 조절하는 다양한 기능의 표지”를 의미합니다. 육체를 구성하고 있는 세포, 이 세포를 움직이는 유전체가 자동차라면, 후성유전체는 운전자와 같습니다. 어떤 차를 어떻게 운전하느냐에 따라 그 결과가 달라지는데요.

후성유전체의 제어에 따라 유전체는 피부, 신경, 면역 등 다양한 종류의 세포로 변할 수 있습니다. 이른바 유전체의 컨트롤타워인 셈입니다.

개의 후성유전체 지도를 작성했다는 건, 개의 후성유전체가 어떠한 역할을 하고 있는지 파악할 수 있는 기반을 마련했다고 볼 수 있습니다. 개 후성유전체 지도의 가장 큰 성과는 ‘환경적 영향’입니다.

개는 인간과 가장 친숙한 동물로서, 인류사 오랜 기간 동안 생활 환경을 공유하고 있습니다. 음식, 생활 패턴, 감염 요소 등 인간 삶의 환경을 직, 간접적으로 함께하고 있는데요. 문제는 이러한 개가 환경에 의해 어떠한 영향을 받는지에 대한 연구가 부족하다는 겁니다.

이를 타개할 수 있는 요소가 바로 개의 후성유전체 지도입니다. 유전체가 환경적 요인에 그다지 민감하지 않은 반면, 후성유전체는 환경요인을 잘 반영합니다. 게다가, 개는 인간에 비해 수명이 짧고 생체 시계가 빠릅니다.

과기정통부의 설명에 따르면, 개는 “같은 환경적 위험요소들에 노출될 시 인간보다 빠르게 반응하여, 인간에게 미리 위험을 알리는 보초자 역할을 할 수 있으며, 이때도 후성유전체는 가장 민감하게 반응하는 요인 중 하나”라는 겁니다.

개의 후성유전체를 이해할 수 있다면, 개의 다양한 품종과 행동학적 특성은 물론 유전성 질환, 암과 같은 심각한 질병까지 파악할 수 있는 중요한 정보를 얻게 되는 셈입니다.

서울대학교 수의과대학 조제열 교수팀은 개의 주요 11개 조직(대뇌, 소뇌, 유선, 폐, 간, 위장, 비장, 췌장, 신장, 결장, 난소)에 대해 후성유전체 데이터의 생산 및 분석을 수행한 뒤, 이를 기반으로 개의 유전체에 대한 종합적인 후성유전체 기능 표준지도를 작성했습니다.

이에 따라, “개가 갖고 있는 다양한 조직의 생물학적 기능, 유전자의 세포 및 조직 특이성, 환경요인에 의한 유전자 활성 조절 이상과 질병 발생 등에 대한 새로운 이해”를 제공할 수 있게 되었으며, 개의 후성유전체가 쥐의 후성유전체보다 더 가깝다는 등의 사실도 발견할 수 있었습니다.

조제열 교수 曰 “작성된 후성유전체 지도는 다양한 개의 품종과 유전체 연구, 암과 질병 연구, 그리고 종간 비교를 통한 비교의학 연구 등에 광범위하게 활용될 수 있으며, 건강과 질병 유전체의 깊은 해석 및 이해를 통한 동물과 인간의 생명 과학 발전에 이바지할 수 있게 되었다”

# DNA 나노구조체, 종이처럼 접을 수 있다?

한편, 서울대학교 기계공학부 교수 연구팀은 하나의 DNA 구조체를 다양한 모양으로 접거나 펼 수 있는 DNA 나노기술 개발에 성공했습니다.

 이번 연구 역시 과기정통부의 지원(과학난제도전 융합연구개발사업)으로 수행되었으며, 그 성과는 국제학술지 네이처의 표지논문으로 게재되었습니다.

DNA 기능성 나노구조체는 외부 자극에 의한 형상 변화를 통해 특정 기능의 발현을 제어할 수 있습니다. 신체에 들어오는 외부 자극에 DNA 나노구조체가 모습을 바꿈으로써 특별한 결과를 낳는 셈인데요.

이 기능성 나노구조체는 약물전달, 분자진단 등 다양한 분야에 활용될 수 있는데, 이 중심에 있는 기술이 ‘DNA 나노기술’입니다. 나노구조체의 자기조립 성질을 이용하여 원하는 형상과 물성을 가지는 구조체를 높은 정밀도로 제작할 수 있는데요.

기존의 DNA 나노기술은 단순한 변형과 제한적 기능 구현만 가능했습니다. 다양한 모양으로 변할 수 있는 ‘다중 변형 작동 원리’가 부재했기 때문인데요. 이에 서울대 연구팀은 ‘종이접기 원리’에 착안한 새로운 방법을 제안했습니다.

종이접기 형태에 따라 DNA를 배열한 2차원 격자 형태의 구조를 만들고, 원하는 부분의 접힘과 펼침을 선택적으로 조절하는 겁니다. ‘DNA 와이어프레임 종이’를 통해 마치 종이접기를 하듯이, 다양하게 접거나 펼 수 있는 건데요.

과기정통부는 “접히는 부분의 강성을 최적화하여 구조적으로 안정화하면서도 높은 성공률로 접고 펼 수 있게 DNA 와이어프레임 종이를 설계하는 것이 연구팀이 개발한 독보적인 기술”이라며, “다양한 마이크로 리보핵산(RNA)의 검출이 동시에 가능한 센서로의 활용 가능성을 보여주었다”고 설명했습니다.

참고로 마이크로 리보핵산이란, 유전자들이 정상적으로 작동하도록 변이 단백질을 통제하는 기능을 갖는데, 유전자를 조절하고 세포의 다양한 기능 발현에 관여하는 중요한 분자입니다. 아울러, 과기정통부는 “본 연구에서 개발된 설계 및 제작 기술은 분자진단을 위한 나노센터, 약물전달을 위한 나노로봇과 같은 나노바이오 분야에서 큰 파급효과가 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였습니다.

김도년 서울대학교 기계공학부 교수 曰 “본 연구는 종이접기 기술을 나노크기에서도 적용할 수 있는 가능성을 보여준 연구로, 추후 3차원 구조체의 설계로 기술이 확장, 개발된다면 기존 단일 자극에 대한 제한적 기능을 가지는 나노구조체의 한계를 뛰어넘어 다양한 자극에 반응해 여러 기능을 수행할 수 있는 다기능성 나노구조체 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”