바이오인

휴먼게놈프로젝트(HGP)는 인류사에 길이 남을 중요한 사건이다. 인간 유전자지도를 통해 생명활동을 보 다 잘 이해하고 무수한 불치병을 치료할 수 있는 발판을 마련했기 때문이다. 인간 유전자지도는 인간의 존재 방식 자체를 변화시킬 만 큼 강력한 잠재력을 갖고 있다.

지난 2000년 미국국립보건원(NHI)과 민간연구소인 셀레라지노믹스가 인간 유전자지도 초안을 발표했을 때 세계는 큰 흥분에 휩싸였다. 인 간이 수천년 동안 꿈꿔왔던 '질병에서 해방'이라는 소원이 단번에 풀릴 것처럼 보였기 때문이다.

그럼, 여기서 다시 한번 근본적인 질문을 던져 보 자. 과연 HGP를 통해 알려진 유전자지도는 모든 문제를 해결할 수 있는 만병통치약인가? 그 것만 있으면 모든 질병을 정복할 수 있을 것인가? 안타깝지만 현실은 그렇지 않다. HGP를 통해 밝혀진 유전자지도는 고속도로지도와 다르다. 고속도로지도 는 실제 고속도로를 그대로 줄여 놓은 축소판이다. 누구나 지도를 보면 길을 찾아갈 수 있다. 유전자는 그러 나 사람마다 고유한 특성을 갖고 있 다. 나와 얼굴 생김새가 똑같은 사람이 없는 것처럼 유전자지도 또한 동일할 수 없는 것이다.

지난 2000년에 발표된 유전지지도는 인류 전체를 대표한다고 보기 어렵다. NIH가 발표한 유전자지도는 12명의 DNA 샘플을, 민간연구소인 셀레 라지노믹스 의 유전자지도는 6명의 샘플을 바탕으로 작성됐다. 물론 인종간 차이를 고려해 흑, 백, 황인종을 모두 포함시켰지만 결국 18명의 유전자지도를 합 쳐 놓은 것에 불과한 셈이다. 지금까지 연구가 대부분 유전자초안을 통해 '인간'이 갖는 '공통적인 유전적 특징'을 찾는 것에 집중된 이유가 여 기에 있다. 암과 같은 치명적인 질병을 비롯해 현대 의술로 치료할 수 없는 불치병 극복 을 위해서는 일단 인간에게 공통적으로 영향을 미치는 유 전자를 찾는 것이 중요하기 때문이다. 실제로 지난 2년간 위암을 유발하는 유전자 를 비롯해 질병과 관련된 수많은 유전자가 발견됐다. 생명활동 에 관여하는 유전자도 잇달아 발견되고 있다. 문제는 질병과 관련된 유 전자를 발견한 이후에 있다. 유전자 치료를 하기 위해선 개인 또는 체질 에 따른 유전적 차이를 고려해야 한다. 동일한 치료법이라도 유 전적 다양성에 따라 상당한 차이를 보일 수 있기 때문이다.

이에 따라 최근 유전자 연구에 새로운 바람이 불고 있다. 공통적인 유전자도 중요하지만 개인적 차이를 무시할 수 없다는 논리에 바탕을 둔 연구 가 줄을 잇 고 있다. 유전자 치료를 할 때는 개인이 갖고 있는 독특한 유전적 특성을 반드시 고려해야 한다는 것이다. 유전자지도 초안 이 실제로 몇 사람의 유전자지도에 불과하다는 태생적 한계를 발전적으로 받아들인 셈이다.

일반적으로 특정 약물에 잘 반응하는 환자가 있는 반면 전혀 효과가 없는 환자도 있다. 맞춤 유전자 정보가 중요한 이유가 여기에 있다. 암을 유 발하는 유 전자를 발견해도 환자마다 유전적으로 차이가 날 수 있다. 따라서 천편일률적인 치료 방법이 아닌 개인 유전자 특징에 가장 적 합한 방법을 선택 해야 한다.

해프맵 프로젝트 출범

지난 10월 30일 미국 워싱턴에서 의미있는 국제 프로젝트가 하나 출범했다. 인간 유전자의 다양성 연구 를 위한 '국제 해프맵 프로젝트(International Hapmap Projest)'가 닻을 올린 것이다. IHP는 인간유전자지도에서 개인적 인 차이를 분석한 새로운 유전자 지도인 '해프맵'를 만드는 것이 목표다. 한마디로 유전자 차이를 데이터베이 스(DB)로 만드는 것이다. IHP 관계자는 유전자는 99.9% 동일하고 단 0.1%가 달라도 엄청난 차이가 날 수 있 다며 해 프맵은 극히 작은 유전적 차이가 만들어 내는 결과를 이해할 수 있게 해 주는 도구라고 설명 했다. 그는 특히 IHP를 통해 유전적 차이 또는 유전적 다양성이 실제로 질병과 어떤 관계를 갖고 있는지 알아낼 수 있 다고 말했다.

HGP가 획기적인 유전적인 발견이라면 IHP는 개인에 게 실제로 적용할 수 있는 유전자 연구라고 할 수 있다. IHP에 참가하고 있는 토쿄 대 휴먼게놈센터 유수케 나카무라 박사는 IHP는 단순히 질병과 관계있는 유전자를 찾는 것이 아니라 약물이 개인에게 주입됐을 때 직접 영향을 미치는 유 전자를 발견하는 것이 목표라며 신약 개발에 상당한 큰 역할을 할 수 있을 것이라고 설명했다.

국립휴먼게놈연구소 프랜시스 콜린스 박사는 인간 유전자 연구의 목표는 인류에게 건강한 삶을 주는 것이라며 해프맵은 인간이 극복해야 할 질 병과 관계가 있는 유전자를 이해할 수 있는 중요한 도구가 될 것이라고 말했다.

해프맵을 이해하기 위해선 DNA, SNP, 해프로타입에 대해 먼저 알아야 한다. DNA는 유전 정보를 담고 있는 유전자 본체다. 이중나선구조 를 갖고 있으며 아데 닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T) 등 4가지 염기로 구성돼 있다. DNA에 있는 30억개 염기가 인간 유 전자를 형성하고 있는 것이다. 유전자는 DNA를 이루고 있는 염기 순서에 따라 기능이 달라진다. 영어 단어에서 알파 벳 하나가 바뀌면 전혀 엉뚱한 단어가 되는 것처럼 염기 하나가 다른 염기로 대치되면 유전자가 갖고 있는 고유 기능 또한 달라진 다. DNA에서 한 염기가 다른 염기로 바뀌는 것을 'SNP(단일염 기변이?single nucleotide polymorhpism)'라고 부른다. 지금까지 알려진 SNP는 280만개. 인간 유전자는 약 1,000만개의 SNP를 갖고 있을 것으로 추측되고 있다. 염기 300개 마다 1개인 셈이다. SNP에서 유전적 차이가 유발된다고 볼 수 있다.

SNP를 찾는 방법은 인간 유전자지도에서 일일이 찾아낼 수도 있지만 '해프로타입'을 연구하면 시간을 훨씬 단축할 수 있다. 해프로타입은 개인의 유전적 차이를 담고 있는 작은 DNA 조각이다. 여기에 SNP이 수십개 들어있다. 고유한 기능을 갖는 해프로타입에 들어있는 일 부 SNP를 연구하면 거기에 있는 모든 SNP를 알아낼 수 있다. SNP는 가까이 있는 것끼리 서로 모이고, 멀리 있는 것은 멀리 있 는 것들끼리 뭉치는 경향이 있다. SNP가 뭉친 조각이 해프로타입이다. 인 간은 약 10만년전 아프리카에서 살았던 동일한 조상에서 유래됐기 때문에 다른 종보다 상대적으로 세대 가 짧다. 해프로타입이 크게 변형되지 않은 상태 로 남아 있다는 것이다. 최근 발표된 연구결과에 따르면 인간 유전자의 65~85%가 염기 1,000여개로 구성된 해프로타입에 들어 있다. 해프로타 입을 연구를 통해 인간이 갖고 있는 유전자 다양성 상당 부분을 알아낼 수 있 다는 의미다.

해프로타입은 독특한 패턴을 갖기 때문에 SNP 30만 ~60만개를 연구하면 전체 SNP 1,000만개를 찾아낼 수 있다. 따라서 해프로타입 연구를 통 해 인간 유전자에 대한 정 보를 상대적으로 간단하게 얻을 수 있다. 해프로타입을 모이면 해프맵이 되는 것이다. 해프맵 패턴은 개인 또는 특정 체질에 따라 다르다. 해프맵이 완성되면 특정 질병에 걸린 그룹과 그 렇지 않은 그 룹의 해프로타입을 비교할 수 있게 된다. 질병이 있는 그룹에서 유전적 차이에 따른 특정 해프로타입을 발견해 줄이 면 치료를 할 수 있다.

유전적 차이는 특히 약물에 대한 반응과 깊은 관계 가 있다. 동일한 약물에 대한 결과가 달라질 수 있는 것이다. 유전적 차이에 초점을 둔 해프맵이 완성되면 체질에 따른 맞춤 유전자 치료제를 개발할 수 있다. 미래에는 유전적 그룹이 아닌 개인 해프로타입까지 구별, 효과는 최대한 높이고 부작용 은 최소한으로 줄인 '개인 맞춤 유전자 의약품'을 만들 수 있게 될 것으로 기대된다. IHP는 윤리 문제도 관심을 갖고 있다. 유전적 차이가 인종간 우열을 의미하는 것이 아니기 때문이다. 해 프맵 연 구에서 윤리 및 사회문제를 담당하고 있는 엘렌 라이트 클래이톤 반더빌트대 박사는 해프맵 연구는 윤리적이고 투명하게 이뤄 져야 한다 고 강조했다. 그는 특히 연구를 실시하면서 과학적 책임을 지기 위해 노력할 것이라고 덧붙였다.

이번 프로젝트는 미국 영국 중국 일본 캐나다 5개국 이 참가하며 약 1억달러(1200억원)이 투입된다. 각국 과학자들은 샘플을 분석해 해프 맵을 작성하게 된다. 연 구결과는 인터넷에서 바로 공개된다. 해프맵 작성에 사용된 DNA는 나이지리아, 일본, 중국, 미국에 서 채취한 혈액샘플에서 추출된다. 과학자들 은 지리적으로 다양하게 분포된 200~400명을 대상으로 채취된 샘플을 연구하게 된다. 샘 플 수집 과정은 매우 엄격하게 이뤄진다. 샘플은 처리과정을 거쳐 미국 뉴저지에 있는 코리엘 메디컬 센터에 서 보관한다. 코리엘 메디컬 센터는 살아있는 세포를 저장하고 과학자들이 연구할 수 있게 만드는 기술로 유명하 다.

한국인 유전자지도 연구 활발

민족적 특성에 따른 유전자 연구도 활발하다. 한국은 이미 이 분야에서 상당한 성과를 올리고 있 다. 인종 적, 민족적 특성에 따른 유전자 차이를 파악해 효과적으로 활용하겠다는 것이다. 국내 바이 오벤처인 마크로젠은 지난해 20대 남성에게서 뽑아낸 DNA로 한국인 유전자지도 초안을 완성했 다. 한국인에게 고유 한 유전적 특징을 밝혀내기 위한 것이다. 마크로젠은 DNA를 잘게 잘라 10만개로 조각낸 후 끝부분에 있는 염 기서열 500개 확인, HGP에서 발표한 유 전자지도와 비교하는 방식으로 한국인 유전자지도를 완성했다. 인간유전체기능연구 사업단도 한국인에서 찾아낸 유전자 14,000종을 공개했다. 공개된 유전자에는 완전한 구조를 알아 낸 유전자 3,982 개와 세계 최초로 발견한 유전자 1,069개가 포함돼 있다.

맞춤 유전자 치료를 꿈꾸며...

인간 유전자지도 초안을 통한 공통적인 유전자 기능을 규명하는 것과 개인에 따른 특성을 연구하 는 것은 동시에 발달해야 한다. 어느 하나가 더 중요하고 나머지는 덜 중요한 것이 아니라 서로 보완적인 관계를 갖고 있는 것이다. 위 암을 유발하는 유전자를 발견했을 때 그 유전자가 인간에게 미치는 영향과 함께 개인의 유전적 특성에 따른 연구가 함께 이뤄져야 효 과적인 치료법을 개발 할 수 있는 것이다. 두 가지가 수레바퀴처럼 보조를 맞출 때 질병 없는 행복한 세상이 한걸음 다가올 수 있 다.