완성된 게놈 지도, 생명의 기원 넘어 질병 해답 찾을까

30억쌍 인간 유전체 염기… 미지의 8% 영역 찾는다

美주도 인간 범게놈 분석 연구단
세계 인류 47명 유전체 서열 분석
기존 구조적 변이 정보 2배 늘어
인류 질병 해방 큰 발걸음 내디뎌

9개국 59개 연구 기관이 참여한 ‘인간 범(汎)게놈 프로젝트’는 2000년대 초반에 완성한 게놈 지도를 넘어선 고품질 인간 게놈 지도를 발표했다. 이번 게놈 지도에는 서로 다른 조상을 가진 다양한 인종과 민족의 47명을 대상으로 분석해 2003년판과 달리 인류 집단의 다양성을 가진 게놈 지도를 확보하게 됐다. 위 그래픽은 백인에게만 맞는 게놈 지도가 아닌 전 세계 모든 인류에게 적용 가능한 게놈지도를 확보했다는 이번 연구 결과를 형상화한 것.
NIH 산하 국립인간유전체연구소(NHGRI) 제공

70년 전인 1953년 4월 25일 과학저널 ‘네이처’에 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 발표한 이중 나선 모양의 DNA 구조에 관한 논문이 실리면서 세포를 넘어 유전자 단위의 생물학 연구는 필연적이었다. 이는 생물체가 지닌 유전정보의 집합체인 게놈(유전체)을 분석해 생명 현상을 파헤쳐 보자는 시도로 이어졌다.

1990년 미국 국립보건원(NIH)과 에너지부(DOE) 주도로 ‘인간 게놈 프로젝트’가 시작됐다. 인간 유전체를 구성하는 30억쌍의 DNA 염기서열 전체를 해독함으로써 인간의 생로병사를 결정짓는 유전자 지도를 작성하겠다는 거대 프로젝트였다. 인간게놈프로젝트는 2001년 2월 12일 초안이 발표되고 2년 뒤인 2003년에는 인간게놈 지도가 완성됐다. 첫 번째 게놈지도는 인간 유전자 92%만 해독됐다. 연구자들은 지금까지도 나머지 8%를 채워 가고 있기는 하지만 애초에 한 사람의 게놈을 분석한 ‘단일 게놈지도’이기 때문에 인간의 유전적 다양성을 대표하기 어렵다는 문제점이 꾸준히 제기돼 왔다.

NIH 인간 게놈 프로젝트 책임자인 프랜시스 콜린스(오른쪽) 박사와 셀레라지노믹스의 크레이그 벤터(왼쪽) 박사가 2003년 인간 게놈프로젝트의 완료를 선언하는 자리에서 만나 자신들의 업적이 실린 타임지를 들어 보이며 웃고 있다.
NIH 제공

이런 상황에서 ‘인간 범(汎)게놈 분석 연구단’은 유전적으로 다양한 사람에게서 얻은 게놈을 분석해 보다 완전한 인간게놈 지도를 만들었다. 이들의 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’에 3편, 생명과학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’에 1편의 논문으로 실렸다. 4편의 논문은 모두 5월 11일자로 발표됐다. 4편의 논문 중 개괄적 내용을 담은 논문은 미국 예일대 의대 유전학과를 중심으로 미국, 독일, 이탈리아, 덴마크, 캐나다, 영국, 스페인, 아랍에미리트(UAE), 일본 9개국 59개 연구기관이 참여했다. 또 인간 게놈 중 돌연변이나 변이가 나타나는 원리에 관한 연구는 미국 시애틀 워싱턴대 의대를 중심으로 한 미국의 6개 연구기관이, 인간 말단 동원 유전체의 재조합 관련 연구는 미국 테네시대, 국립보건원(NIH) 산하 국립인간게놈연구소, 이탈리아 게놈연구센터 과학자들이 참여했다. 마지막으로 새로운 게놈 그래픽 작성은 캘리포니아 산타크루즈대(UCSC) 게놈연구소, 하버드대 의대, 독일 하인리히 하이네대 연구진이 주도했다.

이번 연구팀은 전 세계적으로 조상과 인종이 다양한 47명의 게놈을 분석했다. 한 사람은 한 쌍의 염색체를 갖고 있기 때문에 94개의 서로 다른 게놈 서열을 분석한 것과 같다. 이번 연구로 2000년대 초반 완성한 인간게놈 지도에 1억 1900만개의 염기쌍과 1115개의 중복 유전자 정보가 추가됐다. 이번에 새로 발견된 부분이 포함된 인간게놈 지도에는 기존의 것보다 구조적 변이 관련 정보가 2배 넘게 증가해 인간 게놈 내 유전적 다양성에 대한 보다 완전한 그림을 만들 수 있게 됐다는 평가를 받고 있다. 연구팀은 2024년 중반까지는 게놈 분석 대상자 수를 350명까지 늘려 700개의 게놈 서열을 분석하는 것을 목표로 하고 있다.

연구에 참여한 토비아스 마샬 독일 하인리히 하이네대 의학부 교수는 “이번 연구는 생물정보학 기술의 발달로 가능했다”며 “이전에는 알 수 없었던 수천개의 복잡한 유전자 변이를 이해함으로써 인류를 질병으로부터 해방하기 위한 큰 발걸음을 내디뎠다”고 말했다. 베네딕트 페이튼 미국 UCSC 교수(생물공학)는 “기존 게놈 지도가 유전적 다양성을 반영하지 못해 임상에서 적용하기 힘들다는 지적에 따라 이번에는 좀더 다양한 인종과 유전적 배경을 가진 사람을 분석한 만큼 질병 치료에 더 효과적으로 적용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자