인간게놈프로젝트

게놈이란 유전자와 염색체의 합성어로서 유전정보 전체를 의미한다. 인간 게놈 연구는 인간 DNA를 구성하는 30억 개의 염기서열을 모두 밝혀 질병의 원인을 규명하고 치료법을 개발하는 것이다. 미국은 국립보건원(NIH) 중심으로 지난 90년에 2005년까지 모든 염기의 서열 구조를 판독한다는 목표를 세우고 해석 작업에 착수했다. 이 작업에 프랑스, 영국, 일본 등 15개국이 합류했다. 최근 예상을 뛰어넘은 기술진보로 작업 종료 예정을 4년이나 앞당겨 지난 2001년 2월 12일 6개국(미국, 영국, 프랑스, 독일, 일본, 중국)으로 구성된 국제컨소시엄인 인간게놈지도작성팀과 미국 벤처기업인 셀레라 지노믹스사가 각각 독립적으로 수행한 연구를 통해 인간게놈의 염기서열을 약 99% 정도 밝혀냈다는 사실을 발표하였다. HGP에 의한 인간유전체지도 완성과 더불어 다음과 같은 새로운 사실을 발견하게 되었다. 이는 향후 구조 비교 및 기능유전체학 연구를 더욱 가속화시키는 새로운 전기가 될 것으로 평가된다.첫째, 인간유전자 수가 당초 약 10만여 개 정도일 것이라는 예상을 깨고, 2만 6천개~4만개 이하인 것으로 추정되고 있다. 이는 선충(C. elegance), 초파리의 약 2배에 불과한 것으로 타 생물체와 비교해서 인간 유전자 기능이 상대적으로 복잡할 것이라는 예측을 가능하게 한다.둘째, 인간 유전자에서 만들어지는 단백질들이 무척추동물들 보다 더 복잡한 구조를 가지고 있다는 것이다.셋째, 약 2백 개 가량의 유전자는 박테리아에 의해 인간의 조상인 초기 척추동물에 삽입된 유전자에서 유래되었다는 것이다.넷째, 인간 유전체의 95% 이상은 기능을 알 수 없는 DNA 조각이고, 실제 기능을 가진 유전자는 유전체의 약 1.1%정도라는 것이다.다섯째, 인간염색체는 타 생물들에 비해 중심체(centromere)와 말단소립(telomere) 부위의 부분적 복제현상이 상대적으로 더욱 빈번히 발생한다는 것이다.여섯째, 감수분열시 돌연변이 발생율이 남자가 여자에 비해 두 배 정도 높다는 것이다.끝으로 현재 약 210만여 개 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism; SNP)이 밝혀져, 이중 약 1% 만이 단백질 구조에 영향을 준다는 것이다. 게놈프로젝트가 완성되면 유전자변형 등을 통해 다양한 생물자원의 활용을 가능케 하여 식량, 에너지 같은 자원 부족 문제를 해소하게 된다. 또 유전자기능이나 이의 활동 메커니즘을 응용한 생명공학이 정보통신 부문에 뒤이은 21세기의 차세대 핵심산 분야로 자리매김될 것으로 전망된다. 인간 게놈프로젝트가 완료된 후 연구의 나아갈 길은 크게 두 가지다.하나는 유전자가 어떤 기능을 가지는지 밝히는 기능유전체학(functional genomics)이고 다른 하나는 개인들의 염기서열이 어떻게 차이가 나는지를 규명하는 비교유전체학(comparative genomics)이다. 기능유전체학은 유전자의 기능을 알아내는 방법으로 생물학적 접근과 생화학적 접근이 있다. 생물학적 접근은 실험실에서 사용되는 모델동물로부터 특정유전자를 제거해 생리작용이 변화하는 상태를 관찰하는 방식이다. 이를 통해 어떤 유전자가 질병의 원인인지를 알아낼 수 있다. 인간과 유전자구조가 비슷한 동물들로부터 얻은 데이터가 인간의 유전자질환의 원인 규명에 도움이 될 것이 틀림없기 때문에 의학계는 많은 기대를 가지고 있다.이에 비해 생화학적인 접근은 이미 알고 있는 유전정보로부터 어떤 단백질이 만들어지는지를 추적하고 제조해 그 구조와 기능을 밝혀내는 방법이다. 예를 들어 세포의 여러 소기관을 인공적으로 조립할 수 있고, 나아가서 인체의 모든 생체부품이 실험실에서 만들어져 상품으로 등장할 수 있다. 인간의 경우 현재까지 밝혀진 10여만 개의 단백질 가운데 기능이 제대로 알려진 것은 9천여 개에 불과하다. 따라서 9만개가 넘는 나머지 단백질의 기능을 파악하는 것이 지금 생명과학을 연구자들의 가장 큰 숙제로 남아 있다.비교유전체학은 개인간, 인종간, 그리고 생물간 게놈 정보를 비교해 차이점을 찾아내고, 이로 인한 생체기능의 차이를 추적하는 방법이다. 특히 사람간의 차이를 조사하는 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism, SNP), 즉 염기 하나의 차이를 비교하는 일은 유전병을 찾아가는 중요한 시발점이 되고 있다. SNP를 발굴하는 연구가 진전됨에 따라 1996년도까지만 해도 이름이 존재하지 않던 약리유전체학(pharmacogenomics)이 요즘 생물공학 분야에서 각광을 받고 있다. 약리유전체학은 약물유전학(pharmacogenetics)과 신기술인 유전체학(genomics)이 결합한 학문으로, 환자들의 유전성향의 차이 때문에 여러 의약품에 대한 반응이 다양하게 나타난다는 점에 초점을 맞추고 있다. 사람마다 키, 피부와 머리 색깔, 성격, 병에 대한 감수성 등이 분명하게 다른 것과 마찬가지로 의약품의 대사와 반응 역시 환자별로 다양하게 나타난다. 이 차이는 대개 유전적 성향 때문에 발생한다. 그렇다면 환자가 어떤 약의 효과를 볼 것인지 또는 부작용이 생길 위험이 있는지를 알려주는 유전적 요인들을 이해하면 투약 전에 이런 반응들을 예견할 수 있는 임상검사를 개발할 수 있다. 이 검사는 환자에게 여러 복잡한 검사들을 거치지 않고도 치료에 가장 적절한 약을 즉시 처방할 수 있게 만든다.

●인간게놈프로젝트에 대한 기대

첫째, 유전자 진단이 실용화 될 것이다. 유전자 진단은 유전병, 암 등을 진단하거나, 친자 감별, 범인 감식 등 다양한 목적으로 쓰일 수 있을 것이다. 진단의 효율성을 위해 DNA칩이 개발되고 있다. DNA칩은 기능이 밝혀진 유전자 조각을 몇백개에서 몇만개를 가로, 세로 2 cm 되는 작은 칩안에 고밀도로 모아 놓는 것으로 짧은 시간에 대규모로 유전질환이나 기타 유전자 검사를 할 수 있도록 고안되었다.

둘째, 유전질환의 치료에 획기적인 전환을 마련할 것이다. 유전자에 대한 결함이 있는 것이 밝혀지면 유전자의 기능을 복원시키거나 질병을 유발하는 유전자의 기능을 억제하는 유전자 치료법 등이 개발될 것으로 예상된다.

어떻게 유용한 유전자를 인간에게 주입할 수 있는가? 유용한 유전자를 인간에게 해를 끼치지 않는 바이러스 속에 넣은 후 바이러스를 인체 세포 속에 주입시킨다. 세포의 핵속으로 들어간 유용한 유전자는 정상적인 활동을 하여 질병을 치료할 수 있을 것이다.

유해한 유전자는 어떻게 없애는가? ① 해로운 유전자가 발현되기 위해서는 특정한 전사인자가 프로모터에 붙어 mRNA를 만들어야 한다. 이 때 외부에서 가짜 프로모터를 집어 넣어주면 전사인자가 흩어지는 효과를 가져옴으로서 유전자의 발현을 억제한다. ② 앤티센스 mRNA (antisense mRNA)를 만들어내는 유전자를 바이러스를 통해 세포 속에 집어 넣는다. 정상 유전자에서 발현되는 mRNA는 집어 넣어준 유전자로부터 만들어지는 앤티센스 mRNA와 결합하여 결국 단백질을 만들 수 없게 된다. ③ 종양 세포의 성장을 유도하는 성장인자 (growth factor)의 신호전달을 항체를 이용하여 억제한다. 성장인자로부터 신호전달을 받는 막단백질에 붙는 항체 생산을 유도함으로써 신호전달을 차단하여 종양세포의 분열을 차단할 수 있다.

셋째, 맞춤의학이 가능해질 것이다. 동일 질병이라도 그 정도와 유전적인 형태가 다르므로 각 환자가 갖는 특성에 따라 각 환자에게 가장 적합한 치료 방법을 선택할 수 있을 것이다. 인간은 인종이나 민족에 상관없이 유전자가 99.9% 일치하지만 0.1%의 차이 때문에 키, 모양, 피부색 등이 달라 보인다. 또한 이러한 차이로 인해 한국 사람이 위암 등에 더 잘 걸리는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 차이를 밝히는 것이 중요한 과제다. 인종이나 개인별 염기의 차이를 단일염기변이 (single nucleotide polymorphism, SNP)라고 한다.

넷째, 신약 개발이 봇물 터지듯이 진행 될 것으로 보인다. 그동안 10년 이상 걸리던 것이 5년 정도로 단축될 예정이며, 연간 수십개 단위에서 수백개 단위로 만들어질 것으로 보인다. 2010년이면 유전정보를 이용한 신약 시장의 규모가 최소한 1000억달러 이상이 될 것으로 미국의 한 회사는 예견하고 있다.

다섯째, 기능이 이미 손상된 것으로 재생이 불가능한 세포나 장기를 대체할 수 있는 세포-조직 -장기생산 기술이 유전자 기능 연구 결과로부터 만들어질 수 있을 것이다. 21세기는 장기 이식이 활발하게 이루어질 것으로 전망된다. 인간세포가 만들어져서 소멸하기까지의 전 과정이 이해되면 노화억제법이 개발되어 장수의 길로 갈 수 있을 것이다.

●게놈프로젝트가 갖고 있는 문제점

첫째, 개인 유전정보의 공개는 많은 사회적인 문제점을 일으킬 수 있다. 유전자를 검사함으로써 개인과 그의 가족의 앞으로 예상되는 질병과 장애, 조기 사망 등에 대한 정보까지도 제공할 수 있어 유전적인 차별 논란이 가속화될 것이다. 이러한 정보들은 회사를 취직하거나, 결혼을 하거나, 보험을 들 때 매우 불리하게 작용할 수 있다. 실제로 미국의 생명보험회사가 70년대부터 흑인의 유전병인 겸상적혈구 빈혈증검사를 실시해 논란을 불러 일으켰는데 이러한 유전병 검사는 크게 확대될 것이다. 불리한 유전정보를 갖고 있는 사람은 결국 사회로부터 유리된 삶을 살아야 할 지 모른다.

둘째, 맞춤인간의 탄생이 우려된다. 질병, 지능, 노화, 장수 등에 대한 유전정보가 밝혀지면 좋은 유전자를 자식에게 넣으려는 노력이 크게 높아질 것이다. 높은 지능, 건강한 신체, 아름다운 얼굴, 뛰어난 예술적인 감성을 갖는 맞춤아기가 태어남으로써 인간 차별화가 일어날 것이 우려되고 있다.

셋째, 노화의 비밀이 밝혀져 사람이 장수를 하게 되면 결혼 연령이란 개념이 사라짐으로써 전통적인 결혼관에 큰 변화가 올 수 있다.

넷째, 사회는 점점 우수한 유전자를 얻기 위해서 노력을 경주할 것으로 예상되므로 유전자 풀의 다양성이 훼손될 것이다.

다섯째, 유전정보에 대한 특허 전쟁이 일어나고, 유전정보의 독점에 대한 논란이 커질 것으로 예상된다. 21세기 생명공학시대를 맞아 먼저 말뚝박는 사람이 임자가 되었던 미국의 서부개척 시대가 생물학 분야에서 재현되고 있다고 해도 과언이 아니다.

[네이버 지식백과]인간게놈프로젝트 [human genome project] (식품과학기술대사전, 2008. 4. 10., 광일문화사)

 

 

☞인간의 유전자 수가 2만 5천개 박에 안 된다는 사실이 나 또한 매우 놀라웠다. 이렇게 많은 인간들이 서로 다른데 유전자 수는 고작 2만 5천개라니 말이다. 이는 초파리의 2배 밖에 안 된다는 사실도 조금 충격적이었던 것 같다. 인간게놈프로젝트는 무려 13년 동안이나 이어진 이 프로젝트가 성공적으로 끝을 맺었다니 왠지 내가 더 뿌듯했다. 인간게놈프로젝트를 완성함으로써 약의 효과와 약의 부작용을 예측할 수 있는 등 미래를 기대하게 하는 것 같다. 인간게놈프로젝트는 끝을 맺었지만 앞으로 남은 숙제가 더 많기도 한 분야인 만큼 미래에 생명공학자가 된다면 이런 프로젝트에 관하여 한 일원으로써 한 번 참여해보고 싶은 생각이 들었다.