무한경쟁의 시대에 국가경쟁력 제고와 과학기술입국의 기반이 되는 요소로서 기초과학의 중요성이 날로 강조되고 있습니다. 사이언스타임즈는 국내를 대표하는 창조적 기초과학 공동연구기관인 '한국기초과학지원연구원'과 공동으로 기초과학 관심 증대를 위해 흥미로운 과학 이야기를 담은 기획시리즈를 마련해 연재합니다. 독자 여러분들의 많은 관심을 부탁드립니다. [편집자 註]

도로를 지나가다 보면 오존, 일산화탄소 등 대기 오염 주범의 현재 양이 표시되어 있는 대기오염 현황판을 볼 수 있다. 그것을 보면서 생각한다. 그곳에 표시된 것들 외에 얼마나 많은 환경오염물질이 존재하는가? 산업발달의 혜택으로 현대인의 생활은 각종 편의를 제공받으면서 풍요로워졌다. 그러나 환경호르몬과 같이 부산물로 생성되는 각종 신규 화학물질로 인한 부작용 또한 심각하다.

새로이 만들어지는 화학물질의 종류는 어마어마하다. 각 나라들은 환경 및 자국민의 건강을 보호하기 위하여 수출입 제품의 유해물질의 함량에 대한 규제를 강화하고 있으며 이와 관련한 국제 협약이 체결되고 있다. 화학물질의 독성여부 및 독성유발 농도의 검증은 건강 보호의 측면뿐만 이니라 경제적인 측면에서도 매우 중요한 일인 것이다. 동물을 대상으로 하는 고전적인 독성 분석방법만으로는 새로이 만들어지거나 다른 물질의 생산과정에서 발생되는 각종 화학물질의 생산속도를 따라갈 수 없으므로 보다 신속한 유해성 검정 방법의 적용이 요구된다.

최근 진행되고 있는 지노믹스(genomics), 프로테오믹스(proteomics), 메타볼로믹스(metabolomics) 등의 “-omics"는 다양한 양의 정보를 획득하고 처리하는 기술로서, 생명체에서 합성하는 유전자, 단백질, 대사물질의 발현 및 조절, 변화를 총체적으로 이해하고자 하는 분야이다.

메타볼로믹스는 세포, 조직, 혹은 생체액 속에 포함되어 있는 저분자량 물질인 메타볼라이트(metabolite)를 대상으로 한다. 메타볼로믹스는 전체 생체 대사산물을 동시에 분석하며 다량의 데이터를 획득 가능하도록 하는 분석장비와 이를 쉽게 사용하도록 하는 소프트웨어의 개발, 대용량의 데이터를 처리하는 생물정보학 그리고 정보를 체계적으로 분류 관리하는 통계 분야 등 여러 분야의 기술이 통합되어 활용됨으로써 가능해졌다. 또한 획득된 정보를 해석, 활용하기 위하여 생물학, 의학, 컴퓨터학, 분석화학 등 다양한 분야의 연구자들의 공동연구가 필요하다.

메타볼로믹스의 주 관심 대상인 저분자 화합물들은 생명체의 내부 또는 외부에서 기인한 자극에 대하여 생명체 내에서 일련의 생물학적 과정을 거쳐 생성된 최종산물로서 인체, 동물 및 식물 등 생물종들이 개개의 유전적 바탕 아래서 자극에 대하여 반응하여 나타난 생물학적 변화를 표현하는 인자들이란 점에서 중요성을 지닌다.

특정 바이오마커 발굴뿐만 아니라 패턴 인식법과 통계분석을 통해서도 서로 다른 반응 및 유전적 형질의 구분이 가능하다. 예를 들면 조직이식 시에 면역억제를 위하여 처치하는 약물의 한 종류인 사이클로스포린(cyclosporin)에 의한 독성 현상이 조직거부 반응과 임상적 측면에서 유사하여 조직이식한 환자의 증상으로는 원인을 구분하기 어려운 점이 있는데, 환자의 소변을 채취하여 대사체를 분석하고, 그 결과를 통계 처리 방법인 패턴인식 기술을 적용함으로써 두 증상을 구분할 수 있다고 보고된 바 있다.

이러한 메타볼롬 분석의 장점을 화학물질의 독성 검정에 활용할 수 있다. 환경지표가 되는 생물종을 선정하고 이 생물에서 화학물질 노출 후에 나타나는 메타볼롬 패턴을 분석, 분류함으로써 화학물질이 생태계에 미치는 영향에 대한 독성지표를 작성할 수 있다. 생체 영향 평가에 있어서도 독성 지표 세포에 화학물질을 처리하여 생합성 혹은 분해의 결과 생성된 대사체를 분석함으로써 화학물질의 독성여부 및 독성유발 농도를 예측할 수 있다.

이러한 시도는 지노믹스를 중심으로 시작되었으며, 메타볼로믹스는 지노믹스, 프로테오믹스와 더불어 독성 예측에 활용되어 기여할 잠재력이 매우 큰 분야이다. 기술의 발달 및 통합으로 창출된 “-omic” 는 환경과 생태계를 보존하면서 각종 화학물의 효과적인 관리를 가능하도록 하여 환경 및 생태계를 보호하고 인류의 건강한 삶에 기여할 것이다.