유전자 스위치_난치병에 새로운 희망에 대한 연구

 

DNA와 유전자는 과학을 잘 몰라도 흔하게 사용하는 단어입니다.

그런데, 놀랍게도 학계에서는 '유전자' 라는 단어에 명확한 정의를 내리지 못하고 있다고 하네요.

 

그리고 유전자에는 '스위치' 라는 개념이 있는데, 최근에 밝혀진 이 스위치 개념이 생명 과학의 미래에 엄청난 희망이 되고 있습니다. 특히 인간의 건강과 질병 치료에 직접적인 영향을 줄 수 있는 유전자 스위치에 대한 내용을 정리해 보겠습니다.

 

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유전자 스위치의 개념

 

유전자 스위치(gene switches)란, 생물체가 가지고 있는 유전자 중에 특정 유전자가 켜지거나 꺼짐에 의해 발현되기도 하고, 반대로 비활성화 되기도 한다는 개념입니다.

 

예를 들어, 유전적 결함으로 발생하는 당뇨병 환자에게 인슐린을 생성해주는 유전자 스위치를 켜줄 수 있다면 당뇨병을 근본적으로 치료 가능하다 라는 개념으로 접근할 수 있는 학문입니다.

 

DNA

 

2017년 스웨덴 Karolinska Institutet에서 발표한 "New possible target for cancer treatment"에서는 쥐를 통해 암과 관련된 유전자 스위치 영역을 분석하여 항암제 개발 가능성에 대한 연구를 진행한 바 있습니다.

이 뿐 아니라 스위치의 개념은 지금까지 인류가 극복하지 못한 수많은 난치병과 불치병을 치료할 수 있지 않을까 희망을 주는 연구로 자리잡고 있습니다.

 

 

 

유전자 스위치의 작동 원리

 

사람은 모두 저마다의 특징을 가지고 있습니다.

키, 성격, 체형, 시력, 두뇌, 운동신경, 등등..  

이런 것들이 모두 우리가 태어날 때부터 이미 DNA에 새겨져 정해졌다고 믿었던 시대가 있었습니다.

 

하지만 후성유전학(Epigenetics)에 대한 연구가 진행되면서 생명공학의 판도가 흔들렸고, 

어떠한 원인으로 인해 유전자의 발현을 조절할 수 있다는 것이 현재 생명공학이 말하는 스위치 개념입니다.

 

그렇다면 스위치라는것은 도대체 어떻게 동작할까요?

 

유전자 스위치는 전사 조절자, 인핸서, 사일런서 등 다양한 요소들에 의해 조절됩니다.

이들은 DNA 상의 특정 위치에 결합하여 유전자의 발현을 촉진하거나 억제합니다. 이러한 조절은 단백질의 생산에 영향을 미치며, 그 결과로 세포의 기능과 특성이 결정됩니다.

 

 

전사 조절자 (Transcriptional Regulator)

전사 조절자는 유전자 발현을 조절하는 단백질로, RNA 중합효소의 DNA 결합을 조절하여 유전자의 전사를 촉진하거나 억제합니다. 이들은 세포의 다양한 상태와 환경 변화에 반응하여 특정 유전자의 발현을 조절함으로써 세포의 기능과 운명을 결정하는 중요한 역할을 합니다.

 

 

원핵생물의 유전자 발현 조절

원핵생물에서 유전자 발현의 조절은 주로 전사 단계에서 일어납니다.

원핵생물 중의 하나인 대장균은 주위 환경에 잘 적응하기 위해 필요한 단백질의 합성을 유전자 발현에 의해 조절합니다.

대장균은 가장 좋은 에너지원인 포도당이 있는 환경에서는 포도당을 섭취하고 분해햐여 에너지를 만들어 내지만, 포도당이 없고 젖당만 있는 환경에서는 젖당을 섭취하고 분해햐여 에너지를 얻어야 합니다.

젖당을 섭취하고 분해하는 데 필요한 효소는 젖당이 없을 때에는 필요가 없는데, 따라서 젖당의 유무에 따라 발현이 조절되어야 합니다.

유전자의 발현

 

-내용 및 사진 출처 : 생명과학.pdf, 전북교육포털

 

 

뱀에는 원래 다리가 있었다?

약 1억년 전에 뱀이 다리를 갖고 있었다는 증거가 밝혀졌습니다.
국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에는 뱀이 다리가 있었으며 앞다리는 1억 7천만년 전에, 뒷다리는 1억년 전에 사라졌다는 내용을 발표한 바 있습니다. 

그런데 뱀의 유전자에서 다리가 사라진 것이 아니라,  여전히 뱀은 다리에 대한 유전자를 갖고 있습니다.
단지 다리를 발현시키는 유전자 부분이 스위치 off 되어있기 때문에 다리가 없는 것.

남성과 여성을 구분하는 XX 와 XY 염색체 또한 마찬가지로, 남성과 여성 모두 Y염색체를 가지고는 있지만 여성에게는 Y염색체가 랜덤으로 스위치 off가 되면서 XX 염색체만 발현된 것.

이렇게 유전자 스위치는 어떤 부분이 켜지고 꺼지냐에 따라 엄청나게 큰 역할을 하고 있습니다.

 

 

유전자 스위치의 응용

 

 

유전자 스위치의 오작동은 다양한 유전 질환, 암, 대사 장애 등을 일으킬 수 있습니다.

예를 들어, 특정 유전자 스위치의 이상은 암세포의 비정상적인 성장을 유발할 수 있습니다.

이에 따라 유전자 스위치를 통한 질병의 치료와 예방 방법이 연구되고 있습니다.

 

유전자 연구에서 빼놓을 수 없는 것이 바로 크리스퍼 (유전자 가위) 인데요,

특정 유전자를 자르거나, 추가하거나, 편집하여 원하는 유전자를 만들어 내는 기술입니다.

 

유전자 편집 기술인 CRISPR-Cas9은 유전자 스위치를 조작하여 질병을 치료하거나 개선하는 데 사용됩니다.

또한, 유전자 스위치를 이용한 연구는 맞춤형 의약품 개발, 유전 질환의 조기 진단, 신약 개발 등에 중요한 역할을 합니다.

 

 

유전자 연구

 

하지만 당연하게도, 유전자 편집 기술은 좋게 쓰면 인간의 질병을 치료하여 문명 발달에 도움이 되지만, 

악용을 하게 되면......

 

팔 나오는 데 다리나오게 만든다거나 다리가 여덟게 달린 치킨이라거나..  정말 인간이 원하는 생명체를

마음대로 만들어 낼 수 있는 끔찍한 결과를 초래할 수도 있겠죠

 

그래서 늘 생명공학은 윤리와 철학 문제에서 자유롭지 못합니다.

 

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유전자 스위치는 생명 과학의 근본적인 이해를 넓히고, 다양한 의학적 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

유전자 기술이 발달한다고 해서 일반 사람들이 생각하는 것 처럼 내 아이를 원하는 키, 원하는 성격, 원하는 재능을 마음대로 조물주처럼 만들 날이 올 것 같지는 않습니다.

(이 내용은 후성유전학과 관련이 있는데,  결국 그런 형질들을 어떤 특정 유전자 하나로 결정지을 수 없다는 것이 이유입니다)

 

하지만 노화 연구와 더불어 생명공학에 대한 연구는 현재 우리가 사는 세상에서 정말 무서운 질병인

암, 당뇨병, 치매, 등등 아직 인류가 정복하지 못한 수많은 난치병과 불치병들에 대한 근본적인 치료법이 될 수 있을 것이라고 믿어보고 싶네요.

 

더욱 더 많은 사람들이 관심을 가지면 좋겠고, 더 활발한 연구가 진행되어 좋은 소식들 많이 들려줬으면 좋겠습니다.