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GMO : 수평적 유전자이동은 가장 오래된 기술이다

수평적 유전자 전달(horizontal gene transfer)
- HGT, horizontal gene transfer)
- 바이러스에 의한 유전자 전달
- 천연 GMO : 고구마
- 자발적 GMO : 담륜충

육종 : 전통의 GMO
- 원래 농산물 야생종 vs 개량종
- 원래 축산물 vs 개량종
- 접목선인장 : 위험 or 아름다움
- UV : 오래된 돌연변이 기술

원핵생물의 경우 평균 14%
2005년 일본 국립유전자학연구소 소속의 연구진이 원핵생물 116종을 검사한 결과 평균14%, 가장 많은 종은 25%에 달하는 유전자를 수평이동으로 획득했다는 결과가 나왔다- 출처 : <종의 기원 바이러스>, 나카야시키 히토시 지음

항암제 탁솔로 우리는 보통 주목(朱木)의 껍질에서 추출한 물질이라고 알고 있지만 주목의 껍질에 사는 식물내생곰팡이인 탁소미세스(Taxomyces andreanae)도 탁솔을 만들어낸다는 사실이 1993년 밝혀졌다. 그 뒤 페스탈로티옵시스(Pestalotiopsis microspora)같은 주목에 사는 다른 식물내생곰팡이도 탁솔을 만든다는 사실이 추가로 확인됐다. 이는 식물과 곰팡이 사이의 유전자 수평이동의 결과로 보인다.  

세균-진행생물 간의 수평적 유전자 전달은 생각보다 흔하다

세균은 새로운 환경에 신속하게 적응하기 위해, 이웃들과 종종 유전자를 주고받는데 이것을 유전자 전달(gene transfer)이라고 합니다. 이와 대조적으로, 보다 복잡한 생물체들은 유전자 복제(gene duplication)나 돌연변이(mutation)와 같은 `느려 터진 방법`으로 때우는 경향이 있습니다. 그런데 진핵생물인 진균이 세균의 유전자를 무려 15번이나 전달받은 사례가 발견됐다는군요.
세균으로부터 유래하는 단일 유전자가 진균(곰팡이)에게 무려 15번 이상 제공된 것으로 밝혀졌다. 이번 발견은 한때 세균에 국한된 `진화의 지름길(evolutionary shortcut)`로 간주됐던 수평적 유전자 전달(horizontal gene transfer)이 - 놀랍게도 - 보다 복잡한 진핵생물(eukaryotes)에게서 흔히 발견되는 현상이라는 것을 의미한다. 세균은 새로운 환경에 신속하게 적응하기 위해, 이웃들과 종종 유전자를 주고받는다. 이와 대조적으로, 보다 복잡한 생물체들은 유전자 복제(gene duplication)나 돌연변이(mutation)와 같은 `느려 터진 방법`으로 때우는 경향이 있다. 물론 진핵생물(진균, 식물, 동물) 간에서도 유전자 교환(gene swapping)이 일어나는 사례가 보고되어 있기는 하며, 심지어 세균에게서 진행생물에게로 유전자가 전달되는 경우도 있을 정도다("Bacterial gene helps coffee beetle get its fix", http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nature.2012.10116 참조). 하지만 진행생물 상호간, 또는 세균-진행생물 간의 수평적 유전자 전달(horizontal gene transfer) 사례는 매우 드문 것으로 간주되어 왔다.

그러나 프랑스 리용 대학교의 다니엘 뮐러 교수(미생물학)가 이끄는 연구진은, 식물의 뿌리 주변에 서식하는 토양 세균을 연구한 후 "수평적 유전자 이동은 세균 사이에서 주로 일어난다"는 통설에 의문을 품기 시작했다. 왜냐하면 연구진은 "세균의 acdS 유전자(세균이 식물의 뿌리 성장을 촉진하기 위해 사용하는 유전자)가 다양한 진균에게서도 발견된다"는 사실을 알게 되었기 때문이다.
뮐러 교수가 이끄는 연구진은 『Proceedings of the Royal Society B』 6월 2일호에 기고한 논문에서, "149 가지의 진핵생물에서 채취한 게놈을 분석한 결과, 그중 65가지(41가지의 진균, 4가지의 난균류)에게서 acdS 유사유전자(acdS-like genes)를 발견했다"고 발표했다. [여기서 난균류(oomycetes)란 기생성 미생물(parasitic microorganisms)을 의미하는데, 그중에는 아일랜드에서 감자 기근을 일으키는 것으로 유명한 감자역병균(Phytophthora infestans)이 포함되어 있다.] 연구진은 세균과 진균의 계통발생도를 분석한 결과, "세균의 유전자가 진균에게 퍼진 이유는 3가지 상이한 세균들이 총 15번에 걸쳐 진균에게 수평적으로 유전자를 전달했기 때문"이라는 결론을 내리게 되었다.
"예전에는 `어쩌다 한번 일어나는 것`으로 생각됐던 현상이, 실은 광범위하게 일어나는 것으로 밝혀졌다. 그것도 복수의 공여자와 복수의 수혜자 사이에 말이다. 게다가 세균에게서 진균에게 전달된 유전자는 본래의 기능을 유지하여, 세균과 식물 간의 상호작용을 촉진함으로써 식물의 뿌리뻗기를 지원하는 것으로 밝혀졌다"라고 연구진은 말했다. "진핵생물이 세균으로부터 (갑작스럽게) 유전자를 전달받아 환경에 신속히 적응하는 현상은, 생물학자들이 생각했던 것보다 빈번하게 일어나는 것 같다. 세균은 매우 다양하고 풍부하기 때문에, 진핵생물에게 새로운 유전자와 기능을 제공하는 보고(寶庫)라고 할 수 있다"라고 뮐러 교수는 말했다.
데이비스 교수는 "물리적 근접성(physical proximity)이 수평적 유전자 전달의 핵심요인"이라는 연구진의 주장에 동의한다. "내가 기생 시스템(parasitic systems)을 대상으로 수평적 유전자 전달을 연구하는 것도 바로 그 때문이다. 수평적 유전자 전달은 공여자와 숙주 간의 관계를 보다 명확하게 해 준다"라고 데이비스 교수는 말했다.

※ 원문정보: Bruto, M., Prigent-Combaret, C., Luis, P., Moenne-Loccoz, Y. & Muller, D., "Frequent, independent transfers of a catabolic gene from bacteria to contrasted filamentous eukaryotes", Proc. R. Soc. B. (2014).

세균은 친구, 동료들과 유전자를 맘대로 바꾼다

당신은 세상에 태어날 때, 어머니와 아버지에게서 유전자를 반씩 물려받았다. 그건 당신의 운명이다. 부모님에게 물려받은 유전자는 평생 동안 남아있으며, 더 이상 추가되거나 누락되지 않으니 말이다. 당신은 내 유전자를 가질 수 없으며, 나도 당신의 유전자를 가질 수 없다.
그러나 친구와 동료들끼리 유전자를 마음대로 교환하는 세상을 상상해보라. 당신의 보스가 바이러스 저항성 유전자를 보유하고 있다면, 당신은 그 유전자를 빌릴 수 있다. 당신의 자녀가 질병에 약한 유전자를 갖고 있다면, 당신의 건강한 유전자로 교체해줄 수 있다. 먼 친척뻘 되는 사람이 특정 음식을 잘 소화시키는 유전자를 갖고 있다면, 당신의 것으로 만들 수도 있다. 그런 세상에서는 유전자가 단지 대대손손 수직으로 대물림되는 가보家寶가 아니라, 개체들끼리 수평으로 교환할 수 있는 상품commodity이다.
내가 방금 말한 세상은 세균들이 사는 세상과 정확히 일치한다. 우리가 전화번호, 돈, 아이디어를 손쉽게 교환하는 것처럼, 그들은 DNA를 손쉽게 주고받는다. 그들은 간혹 서로에게 쭈빗쭈빗 다가가 물리적으로 연결한 다음 DNA 조각을 직접 주고받는데, 이건 우리로 말하면 섹스나 마찬가지다. 그들은 죽거나 썩어가는 이웃들이 환경에 방출한 DNA 조각을 공짜로 얻을 수도 있으며, 심지어 유전자를 바이러스에 실어 다른 세포로 보낼 수도 있다. DNA가 너무 자유롭게 흘러다니다 보니, 전형적인 세균의 유전체를 들여다보면 동료들에게서 받은 유전자들이 대리석 무늬처럼 아로새겨져 있다. 심지어 매우 가까운 균주들끼리도 유전자가 상당히 다를 수 있다.
세균들은 이러한 수평적유전자이동horizontal gene transfer(간단히 줄여 HGT라고 한다)을 수십억 년 동안 실행해 왔지만, 과학자들이 무슨 영문인지 처음 깨닫게 된 것은 1920년대였다. 그들은 무해한 폐렴연쇄구균Pneumococcus 균주가 감염성 균주(의 시체나 으깨진 잔해)와 뒤섞인 후 갑자기 질병을 일으킨다는 사실에 주목했다. 세균의 시체나 잔해에서 추출된 ‘무엇’이 그들을 바꾼 게 틀림없었다. 1943년 오즈월드 에이버리라는 조용한 혁명가가 진실을 밝혔다. 내용인즉, “그 변형물질은 DNA이며, 비감염성 균주가 외부에서 흡수하여 자신의 유전체에 통합한 것”이라는 거였다.
그로부터 4년 후, 조슈아 레더버그라는 젊은 유전학자(그는 나중에 마이크로바이옴이라는 말을 유행시키게 된다)는 세균들이 DNA를 좀 더 직접 교환할 수 있음을 밝혔다. 그는 두 가지 대장균 균주를 갖고서 연구했는데, 두 균주는 각각 다른 영양소를 만들 수 없었다. 따라서 두 균주는 각각 해당 영양소를 외부에서 공급받지 않으면 죽을 운명이었다. 그러나 레더버그가 두 균주를 섞어 배양하자 놀라운 일이 일어났다. 딸균주daughter strain 중 일부가 영양소를 공급받지 않아도 생존하는 것이 아닌가! 이는 두 모균주parental strain가 유전자를 수평적으로 교환함으로써 상대방의 단점을 보완했다는 것을 의미한다. 그 후 딸균주는 완전한 유전자세트를 자손에게 물려주면서 번성하는 것으로 나타났다.
※ 출처: 에드 용, 『나는 미생물 군단이다』


포르피나아제(porphyranase)가 그들의 것이다.

일본의 해안을 둘러보면, 적갈색의 해조류들이 파도에 씻긴 바위에 달라붙어 있는 것을 볼 수 있다. 그 해조류는 김 속Porphyra에 속하는데, 노리のり라는 일본명으로 더 잘 알려져 있다. 노리는 지난 1,300년 동안 일본인들의 위장을 가득 채워 왔다. 처음에는 으깨어 반죽처럼 만들어 먹었지만, 나중에는 얇은 종이처럼 만들어 작은 초밥을 싸먹었다. 이런 식습관은 오늘날까지 이어져, 노리의 인기는 일본을 넘어 전세계에 퍼졌다. 하지만 노리는 일본과 특별한 관계를 맺고 있다. 노리를 오랫동안 섭취해 온 전통 때문에, 일본인들은 그 해조류를 잘 소화할 수 있는 능력을 갖추게 되었기 때문이다.
다른 해조류들과 마찬가지로, 노리는 육상식물에서 발견되지 않는 독특한 탄수화물을 보유하고 있다. 우리는 이 물질을 소화시키는 효소를 갖고 있지 않으며, 우리의 소화관에 서식하는 세균들도 대부분 사정이 마찬가지다. 그러나 바다에는 잘 준비된 미생물들이 가득하다. 그 중 하나는 조벨리아 갈락타니보란스Zobellia galactanivorans이다.
지금으로부터 수백 년 전, 일본의 연안수coastal water에 살던 그들은 해조류 위에 올라앉아 그것들을 야금야금 먹고 살았을 것이다. 그 과정에서 조벨리아까지 꿀꺽 삼켰다. 그러자 해안에 살던 조벨리아는 새롭고 끔직한 환경에 직면하게 되었다. 차가운 소금물이 위액으로 대체되었기 때문이다. 친숙하던 해양미생물들이 괴상하고 낯선 미생물로 바뀐 건 또 어떻고. 그러나 이 이국적인 이방인들과 뒤섞이면서, 조벨리아는 ‘미생물들이 서로 만날 때마다 하던 짓’을 했다. 그것은 바로 유전자를 공유하는 것이었다.
우리가 이런 사실을 알게 된 것은 얀-헨드릭 헤헤만 덕분이다. 그는 인간의 소화관에 서식하는 미생물인 박테로이데스 플레베이우스Bacteroides plebeius에서 조벨리아의 유전자 중 하나를 발견했다. 그 발견은 엄청난 충격이었다. 해양미생물의 유전자가 육상생활을 하는 인간의 뱃속에서 도대체 무슨 일을 하고 있었던 것일까? 해답은 바로 HGT(수평적 유전자이동)에 있었다. 조벨리아는 새로운 환경에 적응하지 못해, 노리를 타고 다니며 소화관에 정착하지 못하고 세상을 떠났다. 그러나 그 짧은 기간 동안, 조벨리아는 중요한 업적을 하나 남겼다. B. 플레베이우스에게 유전자의 일부를 증여한 것이다. 조벨리아가 증여한 유전자 중에는 포르피라나아제porphyranase라는 효소를 만드는 것이 포함되어 있었는데, 그 효소의 임무는 해조류를 소화시키는 것이었다.
그 결과 B. 플레베이우스는 졸지에 (노리에 함유되어 있는) 독특한 탄수화물을 분해하는 능력을 보유하게 되어, 다른 미생물들이 도저히 사용할 수 없는 에너지원을 독차지하게 되었다. 그러나 B. 플레베이우스는 거기서 멈추지 않고, 그 후에도 상습적으로 해양미생물의 유전자를 받아들인 것 같다. 헤헤만에 의하면, B. 플레베이우스의 유전체에는 육상 미생물의 유전자보다 해양미생물의 유전자들이 훨씬 더 많다고 하니 말이다. 즉, 해양미생물의 유전자를 반복적으로 빌림으로써, B. 플레베이우스는 해조류 소화의 달인으로 등극하게 되었다.

※ 출처: 에드 용, 『나는 미생물 군단이다』(가칭)


네 안에 인간 아닌 외부 유전자 들어있다

전자신문 이재구  jklee@etnews.com

인간의 몸속에 인간의 조상으로부터 받지 않은 외부유전자가 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 2015.3.15일(현지시간) 데일리메일에 따르면 영국 케임브릿지대 과학자들은 인간몸속 데옥시리보핵산(DNA)의 일부가 인간의 조상이 아닌 외부 생명체로부터 온 것이라는 사실을 밝혀냈다. 이들은 연구결과는 “인류가 오랜전 과거 같은환경에서 공생하던 미생물로부터 생존에 필수적인 외계의 유전자를 받아들였다”고 말하고 있다.

- 인간, 생존에 필수적인 외부 미생물유전자 흡수
이들 과학자들은 인간이 이른바 ‘수평적 유전자이동(Horizontal Gene Transfer)’을 통해 지금까지 알려졌던 17개의 유전자들을 받아들인 사실을 확인했다. 또한 인간의 게놈에서 이전까지 보고되지 않았던 128개의 외부 유전자도 추가로 찾아냈다. 수평적 유전자이동이란 어떤 생명체가 외부 생명체로부터 필요한 일부 유전자를 받아들여 자신의 유전자로 사용하는 것을 말한다. 연구팀은 인간에게 외부 DNA를 가져온 유기체가 박테리아,원생생물,바이러스,균류 등임을 확인했다. 이들은 “이 발견이 기존의 인간진화에 대한 생각을 근본적으로 바꾸게 만들 것으로 보인다”고 말했다. 과학자들은 지금까지 인간은 인간 조상으로부터만 유전자를 내려 받아 온 것으로 여겨 왔다. 하지만 이번 연구결과는 인류가 미생물로부터도 외부의 유전자를 받아들였다는 사실을 드러내 주고 있다. 이번 연구보고서는 “동물의 진화가 단지 인류의 조상계통으로부터 내려받은 유전자진화에 의해서만 이뤄진 것이 아니며, 이런 과정은 여전히 진행중일 수 있다”고 말하고 있다. 이는 전통적인 진화론에 배치되는 것이다.

- 동물의 수평유전자이동, 광범위하게 일어났다
이 연구는 미생물과 똑같은 같은 환경에서 살았던 동물의‘수평적유전자이동(HGT)에 초점을 두고 진행한 결과 밝혀졌으며 게놈 바이올로지(Genome Biology)에 게재됐다. 수석저자 알라스테어 크리스프 케임브리지대 교수는 “이 연구결과는 인간을 비롯한 동물에게 있어서 수평유전자이동이 얼마나 광범위하게 이뤄졌는지, 수천 개의 활성 외부 유전자가 어떻게 발생했는지 등을 보여 준 첫번 째 사례”라고 말했다. 그는 “놀랍게도 수평적유전자이동이 드물게 발생하기는 커녕 많은 동물, 아마도 거의 모든 동물의 진화에 기여하는 것으로 보인다. 그리고 이 과정은 현재에도 계속진행 중이다. 이는 우리가 생각하는 진화에 대해 다시생각해 볼 필요가 있다는 의미다”라고 말했다. 그동안 단세포생물에서의 수평적유전자이동 사례는 잘 알려져 왔고, 이는 박테리아가 얼마나 빨리 진화하는지를 설명하는 중요한 과정으로 여겨져 왔다. 항생제에 대한 저항성 같은 것이 그 사례로 꼽힌다. 수평적유전자이동(HGT)은 미생물과 식물로부터 유전자를 받아들인 선충, 그리고 커피딸기 소화용 효소를 만들어 내기 위해 박테리아유전자를 받아들인 (일부)딱정벌레의 진화과정에서 매우 중요한 역할을 한 것으로 알려지고 있다. 하지만 지금까지는 이보다 복잡한 동물, 즉 인간에게서도 이런 유전자이동 현상이 발생한다는 생각은 광범위한 논란속에 반박돼 왔다.

- 수평적 유전자이동, 인간에게도 해당된다
케임브릿지대 과학자들은 12종의 초파리, 4종의 선충, 10종의 인간을 포함한 영장류를 대상으로 한 수평적유전자이동 연구를 실시했다. 연구진은 이들 유전자들과 다른 종의 유사유전자들이 원래에는 얼마나 닮았었는지를 알아보기 위해 이들을 나란히 배열해 유사성을 계산해 냈다. 이들은 서로 다른 종의 유전자 그룹을 비교함으로써 한 동물이 얼마나 오래전에 다른 종의 유전자들을 받아들여졌는지 추정할 수 있었다. 척추동물이 수평유전자이동을 통해 ABO혈액형 그룹의 유전자를 포함한 수많은 유전자들을 받아들였다는 사실이 확인됐다. 사람이 흡수한 또다른 외부유전자들 대부분은 대사과정에 필요한 소화 효소와 관련돼 있음도 밝혀졌다. 이동된 유전자들 일부는 지방산 분해와 당지질을 형성하는 지방질 대사과정에 관여하는 것이었다. (지방질 대사는 지방질이 장기기관에서 구성 성분으로 분해·흡수된 후, 다시 당지질로 합성되는 과정이다.) 다른 유전자는 염증반응,면역세포신호,항균반응을 포함한 면역반응에 관련된 것이었다. 추가 유전자카테고리에는 아미노산 신진대사,단백질수정, 및 항산화활동 유전자들이 포함돼 있었다.

-  수평적이동유전자 통로는 박테리아,바이러스,균류 등
케임브릿지대 연구팀은 이 이동된 유전자가 어디에서 왔는지를 알려줄 만한 유기체계층을 찾아냈다. 박테리아와 원생생물이 연구중 드러난 가장 일반적인 외부 DNA제공자였다.
연구진은 또한 바이러스에서도 수평적 유전자이동이 있다는 사실을 찾아냈는데 바이러스는 영장류가 50개 이상의 외부 유전자를 갖게 된 원인임을 밝혀냈다.일부 유전자들이 균류로부터 시작됐다는 사실도 확인됐다. 이전까지는 박테리아만을 수평유전자이동의 원인으로 보고 연구했기에 다른 미생물들이 인간의 유전자에 외부 유전자를 가져다 주는 통로라는 생각을 하지 못했다. 영장류에서 보이는 수평적유전자이동은 대부분 아주 오래전 척삭동물의 공동조상과 영장류의 공동조상이 살았던 기간 중에 발생했던 것으로 드러났다. 저자들은 또 다세포생물 간의 직접적인 수평적유전자이동 또한 가능하며 이는 이미 일부 숙주-기생충 간의 관계에서 알려져 있다고 말했다.


 

공통 유전자가 많다     

인간 유전체를 다른 유기물들과 비교해 보면 우리 유전자의 37퍼센트는 박테리아에서 왔고, 28퍼센트는 진핵생물에서, 16퍼센트는 동물에서, 그리고 13퍼센트는 척추동물에서 왔다. 겨우 6퍼센트만 우리가 진화해 영장류로 분화할 때 새로 나타난 것이다 (출처 [바이오코드]) 

 



고구마는 천연 GMO 작물?   

출처 : 고든의 생물학 이야기

 

과학자들이 고구마에 숨어 있는 의외의 사실을 밝혀냈습니다. 사실 어떻게 보면 의외가 아닌 사실일 수도 있는데, 우리가 먹는 고구마에 다른 생명체에서 기원한 유전자가 삽입되어 있다는 것이죠. 이를 미국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표한 겐트(Ghent University)의 연구팀에 의하면 이는 천연적인 GMO (Natural GMO) 작물이라고 할 수 있다고 합니다.  일반적으로 DNA는 부모세대에서 물려받는 것입니다. 인간이 가진 DNA나 분열로 증식하는 박테리아의  DNA나 마찬가지겠죠. 하지만 예외가 있습니다. 바로 수평적 유전자 이동(Horizontal gene transfer, HGT)라고 하는 것입니다.
몇몇 유전자들은 박테리아와 바이러스 속에 담겨진 유전자 조각 - 플라스미드라 불리는 것 - 을 통해 다른 생명체로 이동할 수 있습니다. 비록 그 비중은 크지 않지만 일부 유전자들이 이런 방식으로 이동을 할 수 있다는 것은 생물 진화에 여러 가지 영향을 미쳤을 가능성이 있습니다. 물론 유전자 입장에서 생각하면 여기 저기 끼어들어가서 무한 증식을 하는 셈이니 자신에게도 유리한 셈이죠.
연구팀이 고구마에서 발견한 외래 유전자는 아그로박테리움(Agrobacterium)에서 유래한 것이라고 합니다. 근두암종균이라고 불리는 이 세균은 식물에 감염되어 근두암 같은 종양을 만드는데, 역시 유전자의 일부를 식물 세포에 전달할 수 있습니다. 만약 이렇게 전달된 유전자가 생식 세포에 들어가면 세대를 거치면서 유전자가 전달되게 됩니다.
연구팀은 분석한 고구마의 유전자의 기원을 확실히 검증하고 바이러스 감염등에 의한 오류의 가능성을 줄이기 위해서 291개의 샘플에서 검사를 진행했을 뿐 아니라 고구마의 근연종에서도 연구를 진행했습니다. 그 결과 고구마가 인간에 의해 작물화 되기 전 이 유전자가 고구마에 유입되었다는 사실을 밝혀냈습니다.
여기서 흥미로운 사실은 이 외래 유전자가 인간이 고구마를 작물화 시킬 때 유리한 특성 - 즉, 쉽게 재배가 가능하고 먹기 좋은 고구마가 생기는 - 을 제공했을 것이라는 점입니다. T-DNA라고 불리는 이식 DNA는 아무렇게나 삽입이 가능하지만, 그중에서 후손을 많이 남기고 번성하는 것은 분명 생존에 유리한 어떤 특징을 부여하는 것입니다. 그것이 작물화의 과정에서는 작물화에 유리한 특징이 되었을 것입니다.
이런식으로 다른 생물체의 유전자를 삽입하는 것은 사실상 인간이 하는 유전자 조작 작물(GMO)과 거의 차이가 없는 방식입니다. 왜냐하면 아그로박테리움에 속하는 박테리아들이 실제 유전자 삽입을 위해서 사용되고 있기 때문이죠. GMO 밀, 쌀, 목화 등 다양한 작물들에 유전자를 삽입할 때 이 박테리아가 사용되었습니다. 다른 점이라면 천연 GMO들은 무작위로 유전자가 삽입된 후 자연 선택에 의해 살아남지만, 인간은 정확한 의도를 가지고 유전자를 삽입을 하고 있다는 점이죠.
과학자들은 유전자를 여기 저기 옮기는 박테리아와 바이러스를 이용해서 여러 가지 유전자를 다른 생물체에 삽입하고 있지만, 실상 자연적으로 일어나는 유전자 전이가 과연 생물 진화에 어떤 영향을 주고 있는지에 대해서는 제한적인 지식만을 가지고 있습니다.
한가지 분명한 것은 인간이 유전자 조작을 위해서 외래 유전자를 삽입하는 행동을 하기 아주 오래전부터 자연에서는 그런 일들이 일어나고 있었다는 점입니다. 오늘날 인간이 하는 일은 그걸 인간 의도대로 하는 정도에 지나지 않습니다. 그리고 심지어 우리의 DNA에도 다른 생물체에서 유래한 DNA 들이 살고 있죠. 세상은 우리가 생각하는 것 보다 더 놀라운 것 같습니다.


GMO는 인간의 신기술이 아니다

출처 : 모든 생명은 GMO다   


- GMO는 아주 오래된 자연의 기술이고 너무나 흔한 현상이다

우리는 주로 부모로부터 유전자를 물려받는 수직적 유전자 이동만을 알고 있다. 사실 인간뿐 아니라 모든 생물이 주로 그런 식으로 유전자를 물려받아 정체성을 유지한다. 하지만 항상 그런 것은 아니다. 소위 ‘수평적 유전자 이동(Horizontal gene transfer)’도 있다. 전혀 교잡할 수 없는 생물의 유전자가 전혀 다른 생물에 발현되는 경우가 있는데, 바로 세균이나 바이러스를 통해 강제로 전달받은 것이다. 인간의 GM 기술은 그런 자연의 기술을 그대로 가져온 것이다. 아그로박테리움(Agrobacterium)이나 레트로바이러스(Retrovirus)의 기술을 흉내 낸 것이 바로 인간의 GM 기술이다. 바이러스 중에는 다른 숙주세포에 들어가 숙주를 손상시키는 것뿐만 아니라 숙주의 유전자 속에 잠입하는 종류도 많다. 숙주세포의 유전자 속에 집어넣어진 것을 프로파지(Prophage)라고 하며, 이때 다양한 유전자가 숙주세포 속에 같이 이식되는 것이다. 이런 일은 세균뿐 아니라 모든 생명에서 일어난다. 이미 30년 전에 담배 식물에서 박테리아 염기서열이 발견되었다. 그 뒤로도 무수히 많은 생물에서 이런 수평적 유전자 이동이 확인되었다. 그리고 심지어 우리 인간의 유전자의 상당량(무려 8%)도 이런 바이러스에 의해 전달받은 것이다. 인간 자체가 이미 전혀 다른 생명의 유전자를 이식받은 일종의 GMO인 셈이다.
이런 자연의 GMO와 인간이 만든 GMO는 기술적 차이가 별로 없다. 인간이 쓰는 GMO 기술은 대부분 자연의 방식을 그대로 따라한 것이다. 다른 점이 있다면 천연 GMO는 무작위로 무차별 유전자가 삽입되지만, 인간의 GMO는 인간이 의도한 유전자만을 넣고 목적하는 식물이 만들어질 때까지 실시한다는 차이 정도일 것이다. 따라서 자연의 GMO는 성공 확률도 정말 낮고, 자연선택에서 살아남을 확률도 정말 낮다. 인간의 GMO는 어떤 유전자를 변형할지 제어할 수 있으므로 성공 확률도 높고 더 안전할 수 있다.
자연에 무수히 많은 생명에서 수많은 외래 유전자가 발견되니 자연의 GMO는 도대체 얼마만큼 많이 이루어지는 것인지 알기 힘들다. 한 연구에 따르면 바다 속에 있는 바이러스들이 자신의 유전자를 새로운 숙주로 전이시키는 횟수가 1초에 1,000조 회에 달한다고 추정한다. 인간이 모르는 GM 생물이 바다에서만 매초 1,000조 회 만들어지는 것이다. 그리고 그 세월이 수십억 년이 지났다. 인간의 DNA 조작은 이제 고작 수십 년이고 그 횟수도 미미하니 인간이 아무리 열심히 GM 작물을 만들어 본다고 한들 그 오랜 세월 동안 자연이 해오던 GMO 조작의 1초 분량에도 미치지 못할 것이다.

- GM 기술이 자연의 생명 진화에서 가장 중요한 원동력이기도 하다

사람들은 진화를 나뭇가지처럼 한 줄기에서 차례차례 분리되어 나가는 것으로 생각한다. 하지만 시작은 혼돈 그 자체였다. 우선 유전자의 마구잡이 이합집산이었을 수밖에 없다. 사람들은 최초의 생명이 어떻게 생겼는지에 관심이 많고 일단 세포가 생기면 진핵세포의 탄생은 당연한 수순으로 여지기만, 최초의 생명의 탄생보다 훨씬 힘든 기적이 바로 ‘진핵세포의 탄생’이다. 원핵세포와 진핵세포는 단순히 핵이 핵막에 감싸있는 정도의 차이가 아니다. 먼저 진핵과 원핵세포의 크기는 직경의 차이가 10배 이상이다. 부피로 치면 최소 1,000배이다. 이것은 진핵세포(인간세포) 1개에 원핵세포 안에 세균이 1,000~10,000개 이상 들어간다는 뜻이다. 기능과 구조가 행글라이더와 보잉747 이상의 차이라고 보면 된다. 이런 대도약의 배경에도 유전자의 대규모 이동이 있었다.
원핵세포 내로 산소를 이용하는 세균이 침입하여 대규모 유전자의 수평적 이동에 의해 미토콘드리아로 변형되면서 비로소 진핵세포의 조건이 갖추어졌다. 이것이야말로 전대미문의 대사건이고, 모든 고등생명의 탄생의 기반을 만든 대도약이다. 그런데 식물은 여기에서 또 한 번의 대도약을 한다. 바로 광합성 세균인 ‘시아노박테리아’가 이 진핵세포로 침입하여 한 차례 대규모 유전자 이동을 하여 ‘엽록소’가 만들어진 것이다. 그래서 식물은 동물보다 유전자가 많고 동물이 하지 못하는 온갖 물질의 합성이 가능하다. 그리고 이런 현상은 진핵세포가 연합하여 다세포 동물이 된 이후에도 수시로 일어난다. 사실 진화는 DNA의 변화로 이루어지는데 우연한 돌연변이에 의한 진화보다는 다른 생명에서 만들어진 유전자 세트가 세균이나 바이러스를 통해 전달되고, 이것을 이리저리 변형하고 활용해서 이루어지는 유전자 변화가 오히려 진화를 주도했을 가능성이 높다. 바이러스에 의한 유전자의 수평 이동이 진화의 원동력이라는 ‘바이러스 진화설’이 등장한 것은 1970년대의 일이다.


- 고구마가 천연 GMO 라는 것을 최근에야 안 이유

많은 사람들이 유전자 변형 작물은 인간이 처음 만든 기술이고, 오랜 사용경험이 없기 때문에 위험하다고 생각하지만 이것은 사실이 아니다. 그 구체적인 예가 고구마이다. 겐트대학 연구팀의 유전자 분석과 근연종 연구에 따르면 고구마는 별로 쓸모없는 작물에서 박테리아(아그로박테리움으로 추정)가 외래 유전자를 삽입하는 바람에 재배하기 쉽고, 먹기 좋은 작물이 되었다고 한다. 자연적 진화가 아니라 유전자의 수평적 이동에 의해 새로운 작물로 창조된 것이다.
인간의 GMO는 점 돌연변이라서 검사가 가능하다. 특정 유전자를 넣었기 때문에 그 유전자의 존재 여부로 GMO 여부를 판단한다. 그런데 자연의 GMO는 어떤 유전자가 추가되었는지 모르기 때문에 검사가 사실상 불가능하다. 옥수수를 검사한다고 하면 전체 230만 유전자 중에 실제로 발현되는 33,000종의 유전자를 전부 검사하여 그 중에 옥수수에 한 번도 등장한 적이 없는 유전자가 무엇이 있는지를 검사하여야 한다. 예전에는 한 생명체의 전체 유전자를 파악하는 데 몇 년씩 걸렸다. 고구마가 천연 GMO라는 것을 파악한 것도 최근의 일이다.
지금의 GMO 검사는 생물 전체에 걸쳐서 일어난 유전자 변형 정도의 검사가 아니고 단지 인간이 인위적으로 추가하는 유전자가 있는지 여부의 검사이다. 옥수수에 수십 개의 외부 유전자가 삽입되어도 그것은 전통의 옥수수이고 인간이 추가한 딱 한 가지 유전자만 있어도 완벽한 유전자 변형 식품이라고 겁을 낸다. 사람들은 수만 개의 전체 유전자에 어떤 변이가 있어왔는지는 아무 관심이 없고, 단지 인간이 삽입한 특정 유전자의 존재 여부에만 온통 관심을 가지고 있다.

- 자연에는 심지어 자연에는 자발적 GMO마저 있다

유전자는 생명의 설계도 그 자체이므로 유전자를 지킨다는 것이 생명의 정체성을 지키는 것이고, 진핵 세포는 유전자를 이중나선 구조를 감싸고 감싸서 핵막 안에 보호한다. 그 정보가 필요할 때는 반드시 RNA 사본을 사용하고 원본을 꺼내주지 않는다. 수많은 복원 메커니즘에 의해 손상을 복구한다. 그래서 유전자의 수평적 이동은 세균이나 바이러스에 의해 강제적으로나 일어나는 현상으로 알려져 있는데 자연에는 놀랍게도 자발적으로 외래 유전자를 받아들이는 생명도 있다고 한다.
담륜충(rotifer) 중에 한 종류가 주인공인데 크기는 1mm 이하의 작은 편이다. 하지만 세균과는 비교할 수도 없이 큰 생명체이기도 하다. 그런데 이 동물인데 놀랍게도 다른 동물의 DNA를 흡수해서 자신의 것으로 만드는 능력이 있다고 한다. 보통은 바이러스나 세균에 의해 원하지 않게 외래 유전자를 주입 당하는데, 이 동물은 자기 스스로 세균이나 바이러스에서 외래 유전자를 추출하여 활용한다는 것이다. 아직 이 생물체가 어떻게 유용한 DNA를 가려내 정확하게 삽입하고 이를 후손에게까지 전달하는지는 잘 모른다. 하여간 자연에는 천연의 GMO를 떠나 자발적인 GMO마저 있는 셈이니 인간의 GMO만 특이하게 보는 것은 자연을 정확하게 이해하지 못했다는 증거이기도 하다

- 인간의 GMO만 잠재적 대재앙이라고?

건강전도사들은 식물은 매우 복잡한 유전자를 가지고 있고, 그 중에는 식물에 이미 존재하고 있지만 발현되지 않고 있던 독소 유전자가 있을 수 있는데 이 주변에 GM 유전자가 삽입되거나 염색체의 재배열이 일어나 이 독성 유전자가 발현될 수 있다는 주장을 한다. 삽입된 위치가 무작위적이어서 기존 유전자의 구조를 혼란시켜 예기치 않은 부작용을 초래할 수 있기 때문에 잠재적 대재앙이라고 주장한다. 역시 한 번 의심을 시작하면 끝이 없는 것 같다. 사실 일반 식물에서도 트랜스포존과 같은 변이는 자주 일어난다. 옥수수 중에 군데군데 검붉은 색을 띠는 옥수수 낱알들이나 꽃에서 특이하게 변한 색 등이 그런 현상의 결과물이다. 그런 트랜스포존에 의한 변이 등 다이내믹한 유전자의 표현은 항상 일어나는데, 왜 그것이 육종 중에서 가장 적은 숫자의 유전자만 변하는 GM에만 나타나는 현상인 것처럼 호도하는지 모르겠다. 혹시라도 그런 가능성 때문에 그렇게 많은 시간과 비용을 투입해서 안전성 검사를 하는 것이지, 위험한 유전자를 집어넣기 위해 검사를 하는 것이 아니다.
가장 심각한 편견은 그런 변이가 꼭 나쁜 쪽으로만 발현될 것이라는 착각이다. 유전자 중에는 발현되지 않는 부분이 많은 것이 사실이지만 발현되지 않는 부분에 나쁜 부분만이 아니라 좋은 부분도 있을 수 있다. 숨겨진 기능이 발현된다면 오히려 좋아질 가능성도 똑같이 있는 것인데, 건강전도사는 반드시 나쁜 부분만 발현될 것이라고 단정 짓는다. 이보다 황당한 편견은 이와 반대의 경우에는 정반대의 논리로 반대한다는 것이다.
지금까지 GMO는 특정 기능을 하는 ‘외래’ 유전자를 삽입하는 방법으로 개발되었다. 그런데 최근에는 외래의 유전자를 추가하는 대신에 기존에 가지고 있는 유전자를 무력화시키는 방법이 개발되었다. GM 사과가 그것인데 여기에는 외래의 DNA를 삽입하는 대신에 기존에 사과가 가지고 있던 유전자 하나를 봉쇄하는 방법을 취했다. 사과를 깎고 시간이 지나면 갈변효소 때문에 금방 색이 변해서 기호도가 떨어지게 된다. 그런데 이 효소를 만드는 유전자를 봉쇄시키면 간단히 해결할 수 있다. 이른바 ‘유전자 침묵 기술’이다. 이 사과에는 당연히 외래 유전자나 단백질이 남아 있지 않다. 더구나 이 봉쇄역할을 하는 RNA도 다른 종류의 사과에서 추출한 것이라 외래의 물질도 아니며 ‘완전히’ 안전하다. 그러면 이 유전자 봉쇄 GM 사과에 대해서는 아무런 시비를 걸지 않아야 하지만 이것 역시도 강하게 반대한다. 유전자를 봉쇄하는 과정에서 갈변효소만 침묵시키는 것이 아니라 알 수 없는 다른 유용한 물질을 만드는 유전자도 같이 침묵시킬 수 있다는 주장을 하는 것이다. 그들은 정말 어떠한 경우에도 나쁜 쪽의 경우만 상상해내는 대단한 능력을 가지고 있다.

- 인간의 방식이 자연 방식보다는 비교할 수 없이 안전하다

누차 말하지만 인간의 GM보다는 바이러스 등에 의한 GM이 비교조차 할 수 없을 정도로 무차별적으로 이루어진다. 이런 결과로 진화도 일어나고 부작용이 발생하는 것이다. 자연의 GM은 거의 무한대로 일어나지만 성공 확률은 그리 높지 않다. 그리고 유용한 유전자와 독성 유전자를 구분하지 않고 무차별적으로 일어나지만, 인간의 GM은 인간에게 위험한 유전자 이동은 검토조차 하지 않는다. 실제 GM의 위험성을 말하는 사람도 이동시킨 유전자 그 자체의 위험성보다는 그 과정에서 일어날 수 있는 예기치 못한 부작용을 주로 말한다. 그런데 이것도 사실상 전혀 의미 없는 걱정이다. 자연의 GM에서 그런 것이 일어날 확률은 걱정할 필요가 없다는 것을 이미 보여주었기 때문이다.
사실 인간의 GMO는 이론적으로는 굳이 실험을 할 필요도 없이 안전하다. 그럼에도 최신의 기술이고 예상치 못한 작용에 의한 부작용이 있을지 모른다는 가정 하에 수많은 시간과 비용을 들여 안전성을 평가한다. 그리고 이미 충분한 섭취 경험마저 있다. 그런데 훨씬 위험한 천연의 GM은 아예 관심조차 없고, 그 횟수도 너무나 미약하고, 특정 목표만을 지향하고, 충분한 안전검사를 실시하는 인간의 GM만을 그렇게 두려워한다. 인간의 GMO에 대한 의문보다는 “천연의 GM이 정말 다양한 온갖 유전자가 온갖 위치에 무차별 삽입되는데 그런 생물에서는 왜 아직껏 에일리언 같은 괴물이 탄생하지 않았을까?”와 같은 질문이 훨씬 의미가 있다. 크기가 기능을 제한하고, 기능이 크기를 제한한다는 물리 또는 생물학적 기본 법칙을 이해할 필요가 있다.
세균의 크기는 정말 작다. 그래서 생존에 필요한 최소한의 유전자를 유지하기에도 벅차다. 더구나 DNA의 보호기능이 약해 확보한 유전자조차 망가지기 쉽다. 그리고 한가하게 당장 생존에 불필요한 기능을 가지고 있다가는 주변의 다른 균에게 밀려서 도태되기 십상이다. 그런데 사람들은 그런 공간적 제한을 생각하지 않고 유전자가 마치 세균이 불어나듯이 얼마든지 불어나고, 그런 유전자에 지능이 있는 양 이합집산을 하여 초능력을 발휘하는 정말 슈퍼 균이 탄생할 것이라 걱정한다. 하지만 유전자나 분자에 지능은 없다. 특별한 선택으로 방향성을 주지 않는 제로섬 게임처럼 항상 그게 그거다. 육종을 통한 품종 개선도 이미 그 한계에 부딪쳤다. 인간이 뚜렷한 목표를 가지고 전력투구해도 한계는 금방 오는데 아무런 의지도 없는 세포들이 특별한 악의를 가진 양, 부작용만 연쇄반응을 일으켜 슈퍼 울트라 부작용이 만들어질 것이라는 공포 섞인 주장은 전혀 합리적이지 못하다. GM을 의심하고 걱정하는 것은 좋다. 하지만 합리적이어야 한다. 천연의 GMO나 육종은 전혀 걱정하지 않으면서 이보다는 훨씬 안전한 인간의 GMO만 걱정하는 것은 전혀 합리적이지 않다.

- 엉터리 위험 주장만 있었다

GMO에는 여러 가지 이슈가 있다. 그중에서도 생물의 다양성 문제, 다국적 독점기업의 지배 문제, 식량주권 문제, 내성 종자의 출현 여부 등은 기존의 육종에도 똑같이 포함된 문제이다. 육종에 비해 GMO가 유일하게 다른 점은 ‘안전성을 의심하며 불안해하는 사람이 많다’는 것이다. 그런데 구체적으로 입증된 위험성도 없다. 흔히 말하는 GM 감자의 면역성 논란, 해충저항성 GMO Bt 단백질의 안전성 논란, GM 옥수수의 독성 논란, GM 콩의 발육저해 논란, GM 면화의 독성 논란 등은 모두 사실이 아닌 것으로 이미 판명이 난 것들이다. 구체적인 위험성이 확인되면 당장에 그 품목을 금지시키면 그만이고, 그런 사례가 여러 품목에서 발생한다면 GMO 전체에 대한 입장을 정리하면 그만일 텐데, 아직까지 그런 과학적 증거는 없고 의심만 넘쳐난다. 그리고 안전성의 조사의 결과는 수 천 건이다. 역사상 가장 많은 검증이 이루어진 작물인데 의심 또한 가장 많은 것이다.
그렇다면 과연 GMO의 안전성 논란은 어떻게 해소될 수 있을까? GM 작물에 독성물질이나 알레르기물질 또는 발암물질을 완벽하게 분석하여 기존의 작물과 차이가 없음이 증명되면 끝나는 걸까? 전혀 아니다. 그런 것의 분석에는 비용이나 시간도 그리 많이 들지 않아, GMO 작물의 승인 과정에 천억이 넘는 비용과 10년이 넘는 기간이 필요할 이유가 없다. 그리고 GMO의 위험성을 주장하는 사람들조차 그동안 한 번도 구체적인 위험 물질을 발견한 적이 없다.
결국 남은 것은 현재의 과학기술로는 검증할 수 없다는 위험요소이다. 아직 발견되지 않은 미지의 영역에 커다란 위험성이 숨겨져 있어 어느 순간 인간의 생존을 위협할 대재장이 될 수 있다는 가설인 것이다. 숨겨진 것이 반드시 위험성이 아니라 엄청난 효능성일 수도 있는데(물론 아니겠지만) 무조건 위험 가능성만 숨겨져 있다고 믿는다. 과학이 해결하지 못할 영역이므로 기존의 작물처럼 충분한 섭취 경험이 쌓여야 안심할 수 있다고 하는데, GMO를 재배하고 섭취하기 시작한지 벌써 20년이 지났다. 아주 충분한 시간은 아니지만 그래도 의심의 눈초리로 관찰한지 꽤 시간이 지났고, 매년 수백억마리의 가축이 GMO사료를 먹고, 특이한 경우라도 관찰될 법한데 그런 경우는 없었다.

- 오래되었다고 안전한 것도 아니다.

GMO를 조심해야 한다는 가장 큰 주장이 아직 섭취경험이 충분하지 못하다는 것이다. 그런데 오래 된 것은 무조건 안전한 것일까. 술은 인류가 먹기 시작한지 수 천년 지났지만 발암물질이고, 소금도 수천년이 지났지만 지금은 위해성 논란이 있고, 설탕도 수 백 년이 지났으나 위험하다고 한다. 사실 우리에게 낯선 아질산, 아황산도 서양에서는 이미 이천년 전부터 쓰고 있던 것이다. 야생의 힘을 얻겠다고  야생의 동물 피를 먹다가 위험에 빠진 사람. 야생의 꿀의 독소에 중독되어 사망한 사람도 많다. 그리고 아주 평범한 계란 우유 식품도 알레르기 메밀, 땅콩, 대두, 밀, 고등어, 게, 새우, 돼지고기, 복숭아, 토마토 등이 요즘 어떤 사람에게 치명적인 알레르기를 일으키기도 한다. 그리고 요즘은 탄수화물이 독이라고 온갖 곡류와 심지어 과일도 끊으라고 한다. 독과 약을 가르는 것은 양이며 받아들이는 사람의 조건인데, 무작정 천연이나 오래된 것은 안전하고 합성이나 새로운 것은 위험한 것이라고 하는 경우가 많다.
그나마 최근에 GMO 반대론자에게 힘을 실어준 논문이 세리리니(Séralini) 실험 결과이다. 세라리니를 검색하면 그 암이 발생한 쥐 사진이 가장 먼저 등장한다. 그런데 그 실험은 발암성 실험이 아니라 장기 독성 실험이었다. 발암성 실험의 최소요건은 1가지 조건을 실험하는데 암수 50마리 씩, 100마리와 대조군 100마리를 요구한다. 그는 10마리 씩 사용하고, 대조군도 부족하여 발암성 실험의 기본 요건을 갖추지 못한 것이다. 사용한 쥐가 자발적으로 암이 생기는 종(Sprague-Dawley)이라는 면에서 더욱 그렇다.
그런데 왜 10마리 실험 결과로는 발암성 실험으로 인정받지 못하는 걸까? 사실 암은 가장 복잡한 변수가 개입되어 100마리 정도는 되어야 어느 정도 통계적인 의미를 갖추기 때문이다. 그의 실험 결과에는 허술한 점도 많다. 용량 반응에 대한 일관성이 있어야 하는데 GMO 작물을 11%, 22%, 33% 씩 섞어 먹인 쥐 중에서 특이하게도 11%짜리를 먹은 쥐의 치사율이 가장 높게 나오고, 어떤 경우에는 글리포세이트 함량이 높은 것이 더 오래 살고, GMO를 먹지 않는 대조군 10마리 중에 3마리가 조기 사망하는 등 통계적 유의성이 없다는 점이 과학계에서 그의 논문이 인정받지 못하는 가장 큰 이유이다. 물론 한 번의 실험으로 모든 것을 명확히 밝히기는 힘들고, 2년간 지속한 실험이라는 점은 존중 받아야 마땅하다. 2012년에 그의 논문이 나온 지 이제 4년이 지났으므로 그가 후속 연구를 통해 그의 이전 실험결과에 내려졌던 비평을 모두 해소하고, GMO의 유해성에 대해 결론을 내릴만한 확실한 실험 결과를 내주면 좋을텐데, 그것보다는 언론 플레이를 너무 앞세우는 것 같다.  
동물 실험에서 쥐의 암세포가 2.5cm가 넘으면 중단하도록 윤리규정에 정해져 있는데, 그는 쥐에 암세포가 6cm가 넘도록 흉측하게 키워서 그 사진을 앞장 세웠다. 논문은 수치로 말해도 충분한데 그런 선정적인 사진을 앞세우는 바람에 그 사진을 본 언론은 “GMO is poison”이라 하면서 마치 GMO의 위험성이 확정된 것인 양 대대적으로 보도 했다.


GMO는 인간의 최신 기술이 아니다

1. 기존의 GMO 기술은 모두 바이러스와 세균이 사용하는 기술을 빌려온 것이다
2. 최근의 유전자 가위마저 자연의 기술을 이제야 알아챈 것이다
3. 자연의 GMO는 우리의 상상을 초월하게 자주 일어난다
4. 자연의 GMO는 인간의 GMO보다 훨씬 난폭하고 위험하다
5. 그런 자연의 GMO(유전자의 수평이동)이 진화의 핵심이기도 하다
6. 종자 개량의 기술중에서 GMO기술이 가장 오래되었다고 볼 수 있다



뇌 기억 유전자는 바이러스를 닮았다
등록 :2018-02-19

우리 뇌의 신경세포(뉴런)들 사이에 바이러스들이 돌아다니고 있다면? 으스스한 얘기로 들린다. 그런데 모양이나 행동이 바이러스를 닮은 단백질이 동물 뇌에서 뇌 기능에 꼭 필요한 구실을 해내고 있다는 것이 최근에 밝혀졌다. 다행히 동물 디엔에이(DNA)에 새겨진 아주 오래 전 바이러스의 일부 흔적일 뿐 진짜 바이러스는 아니다.
최근 미국 유타대학의 제이슨 셰퍼드 교수 등 연구진은 쥐의 뉴런 실험에서, 그리고 또 다른 연구진인 매사추세츠대학 의대의 트래비스 톰슨 교수 등은 초파리의 뉴런 실험에서, ‘아크’(Arc)라는 단백질이 바이러스 껍질 구조를 하고서 세포들 사이에 오가며 신호물질의 운반과 전파 역할을 하는 현상을 발견해 생물학저널 <셀>에 같은 날 각각 발표했다. 동시발견이다. 연구진의 후일담도 흥미롭다. 이들은 아크 단백질의 모양을 처음 직접 관찰했을 때 “후천성면역결핍 바이러스(HIV) 같은 모양”인 걸 보고서 놀랄 수밖에 없었다고 보도자료에서 전했다.
바이러스 속성이 처음 발견됐을 뿐이지 사실 이 단백질은 이미 뇌과학자들한테 꽤나 잘 알려져 있다. 아크 유전자를 오래 연구해온 듀크-싱가포르국립대학의 제현수 교수는 “아크 단백질은 뉴런 사이에서 기억의 전달 물질로 쓰일 만한 거의 완벽한 속성을 지녀 많은 연구자들이 학습과 기억에 아크 단백질이 어떤 메커니즘으로 작용하는지 연구했고 연구하는 중”이라고 말했다. 예컨대 그동안 연구에선 이 유전자 기능을 없앤 실험쥐는 하루 전 학습한 정보도 전혀 기억하지 못할 정도로, 아크 유전자는 장기기억과 인지 등 뇌 기능이나 뇌질환에 중요하게 관여하는 유전자 중 하나로 꼽혀왔다.

이번 연구가 관심을 끈 이유 중 하나는 몸 안에서 제 역할을 하고 있는 단백질이 왜 바이러스의 속성을 지니게 되었느냐는 물음을 던져주기 때문이다. 바이러스 속성의 단백질 또는 유전자가 대체 어디에서 유래했는지도 관심사가 되고 있다.
이와 관련해, 연구진은 바이러스성 단백질이 생물 진화 과정에서 수억 년 전 생물체의 게놈에 들어와 자리잡은 바이러스의 일부 유전자 흔적일 것으로 보고 있다. 이제는 사람을 비롯해 동물의 게놈 안에 유전자로 자리잡아, 바이러스 속성을 이용한 생체 기능을 하고 있으리라는 것이다.
톰슨 교수는 전자우편에서 “아크 유전자는 오래전 바이러스의 잔존물, 특히 트랜스포존의 잔존물일 가능성이 꽤 있다”며 “(이곳저곳 옮겨 다니는 유전자인) 트랜스포존은 인간 몸에도 아주 오랜 기간 존재해왔는데 진화의 관점에서 보면 트랜스포존의 남아 있는 조각들이 아크 유전자 같은 것일 수 있다”고 말했다. 셰퍼드 교수도 비슷한 해석을 내놓았다. 그의 연구진은 아크 유전자의 유래와 관련해 대략 3억5천만~4억년 전에 레트로바이러스의 먼 조상인 트랜스포존의 유전물질이 동물의 디엔에이에 삽입됐을 것으로 추정된다고 보도자료에서 밝혔다. 초파리에는 다른 시기에 들어왔을 것으로 추정했다.
이렇게 본다면, 뇌의 장기기억과 인지 기능은 바이러스 유전자의 흔적을 신호물질의 운반 도구로 활용하고 그 도움을 받으며 진화해왔다는 해석도 가능한 셈이다. 발견 이후에 풀어야 할 물음은 여전히 많다. 이승재 교수는 “앞으로 이 분야의 연구가 폭발적으로 늘어날 테고 여러 생리 시스템에서 비슷한 현상이 발견될 것으로 예상된다”며 “머잖아 이것이 일반적인 현상인지 알게 될 것”이라고 말했다. 기억을 연구하는 신경과학자인 강봉균 서울대 생명과학부 교수는 “이런 방식이 뉴런 간 커뮤니케이션에 실제로 얼마나 기여하는지, 얼마나 먼 거리에 있는 뉴런 간에 일어나는지 등이 더 밝혀져야 한다”고 말했다. 톰슨 교수는 “단백질 껍질에 자기 유전물질 외에 다른 분자도 담아 운반하는지 등을 더 확인하는 게 지금의 연구 과제”라고 전했다. 셰퍼드 교수는 “아크 단백질이 기억과 인지에 어떻게 관여하는지, 비슷한 다른 단백질이 더 있는지 등에 관심을 기울이고 있다”며 “바이러스 껍질 단백질은 유전물질이나 약물을 세포 안으로 안전하게 나르는 운반 수단으로도 쓰일 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
오철우 선임기자 cheolwoo@hani.co.kr