세포들은 우리 몸 속에서 어떻게 진화하는가.

진화하는 세포집단은 약제 내성을 보이는 감염질환이나 암의 진행에서 핵심 역할을 하지만, 현대 과학자들은 정작 세포들이 우리 몸 안에서 어떻게 진화하는지에 대해 아직 정확히 이해하거나 예측하지 못 하고 있다.

미국 스토니 브룩대 연구팀은 최근 투약을 했을 때와 약이 주어지지 않았을 때 세포들이 얼마나 빨리 어떤 방식으로 변화하는가에 대한 컴퓨터 예측을 검증하는 합성 생물학 모델을 개발하는데 성공했다. 이 연구는 최근 발행된 ‘분자 시스템 생물학’(Molecular Systems Biology)에 게재됐다.

세포 진화 예측을 단순화·계량화

세포에서 스트레스 반응 네트워크는 세포의 진화와 발병 과정에서 핵심적인 역할을 한다. ‘스트레스-반응 균형이 네트워크 모듈과 그 호스트 유전체의 진화를 이끈다’는 명제에서 연구팀은 합성과 컴퓨터적 처리 및 실험 진화생물학적 방법을 결합한 다음, 합성한 두 유전자 회로를 하나의 효모 유전체로 통합해 진화과정을 추적했다.

또 유전자 회로의 계량적 지식을 이용해 여섯 개의 서로 다른 환경조건에서의 특별한 진화적 역할 양상을 예측하기 위한 두 개의 컴퓨터 모델을 개발했다. 연구팀은 이어 실험적으로 두 가지 예측을 검증했다. 하나는 세포 집단에서 원래의 유전체가 사라지는 속도이고, 두 번째는 각각의 환경조건에서 이루어진 돌연변이의 타입과 숫자였다.

가보 발라시 교수(오른쪽)가 박사후 연구원들과 세포 진화 예측 실험에 사용된 효모 세포에 관해 토의하고 있다. 왼쪽 모니터에 클로즈업된 효모 세포 중 녹색으로 염색된 세포는 약제 내성을 띠고 있음을 나타낸다. ⓒ Gábor Balázsi,Stony Brook University

연구를 이끈 가보 발라시(Gábor Balázsi) 생의학 엔지니어링학과 교수는 “우리의 방법은 세포 진화를 예측하거나 막는 데 따르는 어려운 문제를 단순화하고 계량화하는데 도움을 준다”고 말했다.

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