“초파리와 인간과 매우 닮았다는 것을 아시나요? 인간과 초파리는 유전자 60%가 겹친답니다.”
목정완 카이스트(KAIST) 생명과학 박사는 초파리로 인간의 유전학을 연구하는 ‘특이한’ 유전 학자다. 목 박사가 13일 서울시립과학관에서 개최한 진로 탐구 프로그램 ‘멘토링의 제왕- 세상을 바꾼 작은 영웅들’에서 과학자를 희망하는 청소년을 위한 멘토로 나섰다.
목 박사는 초파리로 200세대를 관찰했다. 그는 현재 인간의 유전자와 대체하는 초파리 유전자 연구를 진행 중이다.
인간의 유전자와 60% 겹치는 초파리 연구
왜 하필 ‘초파리’일까. 초파리는 인간과 매우 닮았다. 인간 유전자와 닮은 동물 연구는 유전학에서 중요한 요소다. 지난 2017년 노벨 생리의학상 수상자는 초파리를 통해 ‘서캐디언 리듬’을 통제하는 분자기구를 발견한 과학자들에게 돌아갔다. 역대 노벨 생리의학상 중 최소 6개가 초파리를 이용한 연구로 이뤄낸 성과다.
초파리의 유전자는 인간 유전자와 60%가량 일치한다. 목 박사는 “가령 인간의 유전자가 10개면 6개가 초파리 유전자와 같다. 질병과 관련된 유전자 중에는 70%가량이다”라고 설명했다.
이처럼 유전자가 비슷하다 보니 초파리의 행동도 인간과 비슷한 모양새를 보인다. 가령 실연을 했을 때 사람들은 술을 마시고 괴로운 일을 벗어나고자 한다. 초파리도 마찬가지다. 수컷 파리들은 실연을 하면 알코올 섭취량이 급증한다.
“초파리는 시큼한 것을 좋아하죠. 수컷 초파리는 실연하게 되면 자연스럽게 발효가 강하게 된 음식을 더 많이 먹습니다. 그리고 난 후에 또 다른 암컷 파리에게 가서 구애를 하죠.”
초파리라는 독특한 주제로 멘토링이 진행되다 보니 채팅창에도 흥미로운 질문이 쇄도했다. 한 참가자는 “초파리도 알코올 중독이 있냐”라고 물었다. 또 다른 참가자는 “초파리도 숙취가 있느냐”라고 질문했다.
초파리도 ‘알코올 중독’이 있을 수 있다. 인간과 비슷하다. 알코올 자체를 좋아하지 않는 초파리가 있는가 하면 다른 초파리보다 더 많은 알코올을 섭취하는 초파리도 있다. 하지만 초파리의 숙취 여부는 알 수 없다. 아직 연구된 적이 없기 때문이다.
목 박사는 “사람들이 흥미로워할 좋은 연구 주제”라며 “이런 주제는 저명한 국제 학술지에도 기재될 수 있는 내용”이라며 칭찬했다.
초파리로 연구하는 이유 중 하나는 한 세대가 짧아 오랫동안 관찰하기 용이하기 때문이다. 인간의 한 세대는 약 30~35년이다. 초파리는 알에서 태어나 죽을 때까지 10일이면 한 세대가 끝난다. 유전학 연구 특성상 여러 세대를 관찰하는 것이 중요한데 인간이나 영장류는 수명이 길어 오랫동안 관찰하기 어렵다. 하지만 초파리는 불과 한 달이면 삼대를 관찰할 수 있다.
목 박사는 11년 전 연구를 시작하면서 받았던 초파리를 아직도 키우고 있다. 물론 초기 초파리는 죽고 대대로 성장한 후손들이다. 200세대가 고스란히 그의 손에서 거쳐나간 것이다. 사람으로 따지면 현재 6000년이 지난 상황이다.
경제적인 요인도 있다. 쥐 실험의 경우 쥐 가격이 20만 원에서 1000만 원에 달해 가격 부담으로 실험이 쉽지 않다. 하지만 초파리는 거의 공짜에 가깝다. 구하기도 수월하다. 목 박사는 “연구자들이 기증하는 것이 관례다 보니 배송비 정도만 내면 쉽게 초파리를 구할 수 있다”라고 설명했다.
돌연변이 초파리 유전자, 인간의 유전자로 대체
유전학 연구에서 중요한 요소가 돌연변이를 관찰하는 것이다. 최근 목 박사는 돌연변이 연구에서 유의미한 성과를 냈다. 초파리의 유전자에 돌연변이를 만들고 그 유전자가 없는 상태에서 인간의 유전자를 대체해 망가뜨린 초파리 유전자의 기능을 거의 완벽하게 재생했기 때문이다.
목 박사는 초파리의 날개를 가리켰다. 특정한 초파리 유전자를 변형해 사라지게 한 후 초파리 날개는 누가 뜯어먹은 것처럼 찌그러져 있다. 이 초파리에 인간의 유전자를 대체한 결과는 놀라웠다. 정상 초파리일 때보다는 약간 일그러졌지만 거의 완벽하게 날개가 재생된 모습이 관찰됐다.
목 박사는 “처음에는 대체된 유전자가 어떤 유전자인지 몰랐다. 유전자가 비슷하지만 대체할 수 있다는 것을 몰랐기 때문에 여러 유전자를 넣어봤다. 연구를 하면서 세포의 생존에 필요하고 세포의 형태를 잡아주는 유전자라는 것을 알게 됐다”며 “초파리의 유전자와 사람의 유전자를 대체하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌을 때 너무 행복했다”라고 회상했다.
그에게 있어 초파리는 ‘세상을 뒤집은 작은 영웅들’이다. 이름도 붙이지 못하는 미진단 질환에 초파리 연구가 도움이 되기 때문이다. 치료는 원인을 알아야 하는데 희귀 질병, 미진단 질환들은 연구자들이 적어 이 병에 왜 걸렸는지, 왜 아픈지조차 알 수 없다. 하지만 초파리 연구를 통해 1년에 32개의 미진단 질환이 이름을 찾고 원인을 찾아 치료를 시도할 수 있게 됐다.
목정완 박사는 “앞으로 초파리를 통해 미진단 질환을 연구하는 것처럼 보람된 일은 없을 것 같다. 하지만 과학자를 꿈꾼다면 처음부터 무엇을 연구할 것인지 정할 필요는 없다. 연구하려는 목표는 언제나 바뀔 수 있다. 자신이 좋아하고 느끼는 것을 쫓아가다 보면 무엇을 연구해야 할지 알 수 있게 된다”라며 진로를 고민하는 청소년들에게 조언했다.
(1851)
로그인후 이용 가능합니다.
지구 지각 160㎞ 아래에 암석이 부분적으로 녹아있는 지금까지 알려지지 않았던 새로운 층이 존재하는 것으로 학계에 보고됐다. 미국 오스틴 텍사스대학과 CNN 등에 따르면 이 대학 '잭슨 지구과학대학원'의 화쥔린 박사가 이끄는 연구팀은 지구 전체에 걸쳐 이런 층이 존재한다는 점을 밝힌 연구 결과를 과학저널 '네이처 지구과학'(Nature Geoscience) 최신호(6일자)에 발표했다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 피부가 늘어나고 줄어드는 양과 방향을 정확히 측정해 재활 치료 등에 활용할 수 있는 센서를 개발했다고 8일 밝혔다. 연구진은 3개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접 배치해 이들에서 나오는 신호의 조합으로 특정 부위 신축 방향과 변형량을 동시에 뽑아냈다.
멸종 인류인 네안데르탈인이 살던 선사시대 동굴에서 현대인도 즐겨 먹는 것과 같은 종의 게 껍데기가 무더기로 나와 9만 년 전에 이미 게 맛을 알고 즐겼던 것으로 제시됐다. CNN 등 외신에 따르면 '카탈루냐 인류고생물학 및 사회진화연구소'의 마리아나 나바이스 박사가 이끄는 연구팀은 리스본 인근 피게이라 브라바 동굴에서 발굴된 게 껍데기를 분석한 연구 결과를 과학 저널 '환경 고고학 프런티어스'(Frontiers in Environmental Archaeology)에 발표했다.
지스트(광주과학기술원)는 신소재공학부 권인찬 교수 연구팀이 산업 폐기물 속에 포함된 수소를 이용해 폐기물 속 이산화탄소를 연료전지의 원료인 '개미산(포름산)'으로 쉽게 전환하는 효소를 발굴했다고 8일 밝혔다. 지스트에 따르면 기후 온난화에 영향을 미치는 산업 폐가스를 유용한 화학연료로 전환하는 연구에서 핵심은 산업 폐가스에 포함된 다른 가스에 영향을 받지 않고 전기와 같은 별도의 에너지 공급이 필요 없는 공정을 개발하는 것이다.
우주에서 한반도와 주변 해역을 감시할 초소형위성 체계 개발이 본격화한다. 정부는 초소형위성 체계 개발을 위해 참여 부처, 개발기관, 소요기관 간 추진 계획을 공유하는 회의를 9일 대전에서 개최했다고 밝혔다. 초소형위성 체계 개발사업은 국가 우주자산을 효율적으로 활용하기 위해 국방부 및 방위사업청, 과학기술정보통신부, 해양경찰청, 국가정보원 등 다부처 협력사업으로 추진한다.
분당서울대병원 신경외과 정한길·김택균 교수, 신경과 윤창호 교수 공동 연구팀은 두경부(머리와 목 부분)의 X-선 영상을 이용해 수면무호흡증을 진단하는 인공지능(AI) 모델을 개발했다고 7일 밝혔다. 수면무호흡증은 자는 동안 호흡이 일시적으로 멈추거나 호흡량이 줄어드는 상태를 말한다. 이런 상태가 장기간 지속되면 고혈압, 심근경색, 뇌졸중 등의 심뇌혈관 질환이 발생할 위험이 크게 높아진다.
한국재료연구원은 배터리 핵심 소재 리튬이온으로 차세대 뉴로모픽 반도체 소자를 세계 최초로 구현했다고 8일 밝혔다. 뉴로모픽 반도체 소자는 인간 뇌를 모사해 전력 소모를 줄이면서 고효율로 인공지능을 수행할 수 있는 새로운 반도체 소자다. 재료연구원 나노표면재료연구본부 김용훈·권정대 박사 연구팀이 이 기술을 개발했다.