인간의 유전자를 지닌 효모

[사이언스 데일리] 사람은 냉장고 안에 보관되어 있는 제빵용 효모와 약 10억년 전에 갈라져 진화해 왔지만 사람과 효모의 공통조상이 가지고 있던 유전자 중 수백개는 둘 모두의 몸 안에 변하지 않은 채 그대로 남아있다고 생물학자들이 밝혔다. 연구팀은 사람의 유전자를 이용하여 유전자 조작된 효모를 만들었고, 어떤 유전자 무리들은 오랜 시간 진화를 거쳤음에도 놀랄 만큼 안정되어 있다는 것을 발견했다.

(2015년 5월 21일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 텍사스 대학교 오스틴

 

텍사스 대학교 오스틴의 에드워드 마르코트와 동료들은 사람의 유전자 하나를 효모에 삽입하고 그에 해당하는 효모의 유전자를 꺼버리는 방법으로 인간의 유전자를 지닌 효모 스트레인을 수백 개 만들어 냈다. Credit: Jacqui Tabler

텍사스 대학교 오스틴의 에드워드 마르코트와 동료들은 사람의 유전자 하나를 효모에 삽입하고 그에 해당하는 효모의 유전자를 꺼버리는 방법으로 인간의 유전자를 지닌 효모 스트레인을 수백 개 만들어 냈다. Credit: Jacqui Tabler

사람은 냉장고 안에 보관되어 있는 제빵용 효모와 10억년 전에 갈라져 진화해 왔지만 사람과 효모의 공통조상이 가지고 있던 유전자 중 수백개는 둘 모두의 몸 안에 변하지 않은 채 그대로 남아있다고 텍사스 대학 오스틴의 생물학자들이 밝혔다. 연구팀은 사람의 유전자를 이용하여 유전자 조작된 효모를 만들었고, 어떤 유전자 무리들은 오랜 시간 진화를 거쳤음에도 놀랄 만큼 안정되어 있다는 것을 발견했다.

이번 연구는 5월 22일 학술지 사이언스에 발표되었으며 인간의 유전자를 지닌 효모를 이용해 유전병을 더 잘 이해하고 질병을 치료하는 약물을 걸러내는 데 이용할 수 있는 길을 텄다.

이스트는 세포 하나로 구성되어 있고 사람은 복잡한 체계로 조직화된 수조개의 세포로 이루어져 있지만 이 둘은 비슷한 유전자를 수천개나 공유하고 있다. 이런 유전자들 중 450개 정도가 효모의 생존에 매우 중요하다. 연구자들은 효모가 지니고 있는 이들 각 유전자를 제거하고 이에 해당하는 사람의 유전자를 그 자리에 집어넣은 다음 효모가 죽는지 안 죽는지를 관찰했다 각각 한 개 씩의 사람 유전자를 지닌 새로운 효모 스트레인을 수백 개 만들자 그중 상당수인 거의 절반이 원래의 유전자 대신 사람의 유전자를 끼워넣은 후에도 살아남아 후손을 만들어 냈다.

“세포는 공통된 부품들을 많이 이용하는데 그 부품들은 십억년 간 독립된 진화를 거친 후에도 서로 교환이 가능합니다.” 텍사스 대학교 오스틴의 분자생물과학과 교수이자 CSSB (시스템 합성 생물학 센터 Center for Systems and Synthetic Biology) 공동소장 에드워드 마르코트의 말이다. “살아있는 모든 생명체가 공통의 유산을 가지고 있다는 것을 아름답게 보여주는 예입니다. 사람의 DNA 를 가져다가 그에 상응하는 효모 세포 내의 DNA 와 바꿔치기 하고 그 세포가 성공적으로 살아가는 것을 볼 수 있다는 것은 말이지요.”

이 연구는 돌연변이에 의해 생기는 일부 유전병을 새로운 방법으로 검사해 볼 수 있다는 점에서 사람의 건강에 적용이 가능하다. 향후의 연구에서는 동일한 인간의 유전자긴 하지만 조금 다른 버전을 가진 두 개의 효모 스트레인을 비교해 특정 변이가 사람의 건강에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해하게 될 수도 있을 것이다. 연구자들은 또 정확히 어떤 변이가 있는지 알고 있는 사람 유전자를 효모에 끼워넣고 이 효모를 서로 다른 약물에 노출시켜 새로운 치료법을 검증해 볼 수도 있을 것이다.

“표준 치료법이 특정한 변이를 가진 환자의 유전자에 작용을 하는지, 혹은 다른 약물이 더 잘 들을지 등을 알아낼 수도 있을 겁니다.” 이번 논문의 공저자이자 종합생물학과 교수인 클라우스 윌케의 말이다.

마르코트는 사람와 효모 사이에 추가로 1,000 개 정도의 서로 교환 가능한 유전자들이 있을 것이라고 추측하고 있다. 이미 확인된 약 200 개의 교환 가능한 유전자들과 함께 이 추가 유전자들도 인간의 유전병들을 치료하기 위한 약물을 찾는 데 유용할 수 있다.

이런 종류의 사람과 효모 간의 유전자 교환 실험은 이전에 단일 유전자에 대해서 행해진 적이 있지만 이번 연구는 수백 개의 유전자 쌍을 교환한 최초의 대규모 연구다. 많은 수의 검사를 수행함으로써 CSSB 의 대학원생이자 논문의 공저자인 존 로렌트는 무엇이 유전자를 교환가능하게 만드는지 결정하는 규칙을 찾을 수 있게 되었다.

놀랍게도 두 유전자가 성공적으로 교환 가능한지를 알려주는 것은 유전자의 염기서열이 얼마나 비슷한지가 아니라 해당 유전자가 어떤 모듈의 일부인가 하는 것이었다. 모듈은 한 무리의 유전자들로 콜레스테롤을 생산해 세포벽을 만들거나 하는 등 함께 작동하거나 유용한 일을 하는 단위이다. 동일한 모듈에 속해 있는 유전자들은 사람과 효모 사이에서 모두 교환 가능하거나, 혹은 모두 교환이 불가능했다.

“기본적으로 트랙터에서 연료주입기를 빼내어 토요타 자동차의 연료주입기와 바꿔치기 했을 때 어느 정도 비슷하게 작동한다는 것을 보여주는 겁니다. 둘 다 연료주입기니까요.” 마르코트의 말이다.

“흥미로운 부분은 이제 이 정보를 이용해 수십 개의 유전자들로 구성된 전체 시스템을 한꺼번에 교환하고 그것이 효모에 원래 있던 시스템만큼 잘 작동하는가 하는 질문을 던져볼 수 있게 되었다는 것입니다.” CSSB 의 박사후연구원이자 논문의 공저자인 아시크 카츠루의 말이다. “단지 유전자 하나만을 살펴보는 것이 아니라 30 개나 되는 사람의 유전자가 단순한 효모의 세포 안에서 한꺼번에 잘 작동하는지 살펴보게 된다는 이야기지요. 멋진 일입니다.”

참고문헌

Aashiq H. Kachroo, Jon M. Laurent, Christopher M. Yellman, Austin G. Meyer, Claus O. Wilke, and Edward M. Marcotte. Systematic humanization of yeast genes reveals conserved functions and genetic modularity. Science, May 2015 DOI: 10.1126/science.aaa0769

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카테고리:번역, 기타생물, 사이언스 데일리, 생물학, 현생

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