출처 :: http://www.joysf.com/forum_sf/4900935

https://www.quantamagazine.org/20160324-in-newly-created-life-form-a-major-mystery/


집을 이루고 있는 구조들을 차례차례 벗겨내 보죠 - 회벽, 슬레이트 지붕, 단단한 목재로 된 바닥 - 그러다 보면 당신에게는 모든 구조의 핵심을 이루는 골격, 하나의 틀이 남습니다. 생명을 가지고도 똑같은 일을 할 수 있을까요? 과학자들이 복잡한 단계들을 차례차례 벗겨낸다면, 생명공학의 토대를 이루는 생명의 그 가장 중요한 부분이 드러날 수 있을까요?

그것이 바로 오늘자 Science지에 게재된 새로운 연구와 관련해서 크레이그 벤터와 그의 동료 연구자들이 시도했던 일입니다. 벤터의 팀은 생명을 구성하는 데 필요한 가장 기초적인 생명의 골격 구조를 밝혀내기 위해, 소의 몸 안에 서식하는 마이코플라즈마 마이코데스라는 박테리아의 유전자를 힘겹게 추적하며 필요 없는 유전자의 수를 줄여갔습니다. 그 결과는, syn3.0이라고 명명된 오로지 473개의 유전자만을 가진 작은 생명체였습니다. (대장균은 4000개에서 5000개의 유전자를 가지고 있고, 인간은 20000개쯤 됩니다)

그러나 아직 그 473개의 유전자 안에도 커다란 미지의 영역이 존재합니다. 아직도 과학자들은 그 중 약 1/3에 달하는 유전자들이 정확히 무엇을 담당하는지 모릅니다. 생명의 기초적인 부품을 밝혀내는 대신, syn3.0은 우리가 생명의 기초에 대해 아직도 배워야 할 점이 많다는 것을 드러냈습니다.

"나에게 가장 흥미로운 점은 그 사실에서 드러난 부분을 우리가 모른다는 것입니다," 하버드의 생물학자 잭 조스택 교수는 말합니다. (해당 연구에는 관여하지 않음) "엄청나게 많은 유전자들이 무슨 기능을 하는지 알 수 없는데도 여전히 생명에 필수적인 것처럼 보이니까요."

"우리는 완전히 놀라서 쇼크 상태였다," 크레이그 벤터 연구소를 이끌고 있는, 그리고 인간 게놈 프로젝트로 잘 알려진 벤터 박사가 말했습니다. 사실 연구자들은 정체불명의 유전자들이 나타날 것을 예상하긴 했습니다. 예상 수치는 전체 유전자의 약 5~10% 정도였지요. "그러나 이건 너무 충격적인 양이다," 그가 말했습니다.

벤터 박사의 도전은 1995년에 시작되었습니다. 그 해 그의 팀은 인간의 요로에 서식하는 마이코플라즈마 제니탈리움이라는 미생물의 유전자를 판독했지요. 그리고 그들은 새 프로젝트를 시작할 때 -학계에서 두 번째로 완전하게 유전적으로 해독된 박테리아인- 이 미생물을 골랐습니다. 무엇보다 유전자의 크기가 엄청나게 작았기 때문이죠. 그것은 517개의 유전자를 가지고 있었고 그때까지 알려진 자가증식이 가능한 생명체들 중 가장 작은 규모였습니다. (몇몇 공생형 미생물은 100개 남짓한 유전자로도 살아갈 수 있지만, 그들은 그러기 위해 숙주를 필요로 합니다)

M.제니탈리움의 깔끔한 유전자 패키지는 우리에게 질문거리를 하나 던져줍니다: 세포가 가질 수 있는 최소한의 유전자는 몇 개일까? "우리는 생명을 이루는 기본 부품들을 알고 싶었다," 벤터 박사가 말했습니다. "20년 전에는 괜찮은 아이디어처럼 보였고, 이게 결국 20년이나 되는 시간을 잡아먹게 될 거라곤 상상도 하지 못했다."

Minimal Design

벤터와 그의 동료 연구자들은 과학자들이 생명공학에서 이미 알아낸 것들에 기반해서 불필요한 요소가 거의 없는 미니멀한 유전자(생물체)를 찾으려고 하기 시작했습니다. 그들은 세포에 있어 가장 치명적일 수 있는, 예를 들어 DNA를 복제하고 합성하는 과정에 관여하는 유전자부터 살펴보곤 했지요. 그리고 거기서부터 다른 구조를 추가하려고 했습니다.

그러나 이들은 그런 식으로 생명체를 만들어낼 수 있는지의 여부 이전에 우선 유전자를 (통째로) 설계하고 합성해 낼 방법부터 찾아야 했습니다. 학계에서는 이런 쪽으로는 아무런 사전 연구가 없는 상태였죠. 다른 과학자들이 으레 그러듯이 이미 살아있는 생명체의 DNA를 조금 편집해서 재활용하는 대신, 그들은 처음부터 컴퓨터로 유전자 구조를 계획하고 실험 튜브 안에서 DNA만을 인공적으로 합성하는 수준의 통제를 원했습니다.

2008년에, 벤터와 그의 동료 연구자인 해밀턴 스미스는 처음으로 M.제니탈리움의 변형된 버전인 인공 박테리아 유전자를 합성했습니다. 그리고 2010년에 그들은 M.마이코데스의 유전자를 기반으로 제조(합성)해낸 유전자를 다른 마이코플라즈마 종에 이식해서 첫 번째 자가복제 생명체를 만들어냅니다. 이식된 인공 유전자는 원래 유전자를 삭제하며 종을 장악했고, 세포의 자연적인 부팅 시스템을 대체하면서 그것을 인간이 의도한 형태로 바꾸었습니다. 그 인공적인 M.마이코데스의 유전자는 원래 M.마이코데스의 그것과 거의 똑같았지만, 유전자 배열 속에 몇 가지 워터마크와 함께 연구자들의 이름과, 리처드 파인만의 어록인 '내가 만들 수 없는 것은, 내가 이해할 수 없는 것이다.'를 담고 있었습니다.

마침내 알맞은 도구들이 손에 갖추어졌고, 연구자들은 몇 가지 원하는 세포 설계도들(M.마이코데스에 기반한)을 새로 디자인한 다음 배양해 내려고 시도했습니다. 그러나 "단 한 개도 작동하지 않았다," 벤터 박사가 말했습니다. 그는 그 계속되는 실패가 그들이 너무 자만했기 때문이라고 여겼습니다. 현대과학은 세포를 구성하는 기본적 법칙들에 대한 지식을 충분히 가지고 있는가? "대답은 완전히 No였다," 그가 말했습니다.

그래서 그의 팀은 조금 다른, 그러나 더 힘든 방향을 택했습니다. 디자인의 전제를 일단 파기하고 좀더 시행착오를 거쳐보기로 한 것입니다. 그들은 M.마이코데스의 유전자를 베이스로 사용하는 것을 기각하고, 박테리아에게 있어 살아남기 위해 정말 무엇이 필수적인지부터 밝혀내기 시작했습니다. 그들은 불필요한 것처럼 보이는 유전자를 지워나갔고, 지구상에서 지금까지 발견된 그 어떤 생명체보다 작은 유전자를 가지고 독자적 자가복제가 가능한 생명체인 syn3.0에 도달합니다.

유전적 비만을 제거하고 나서 무엇이 남았을까요? 대부분의 남은 유전자는 다음의 셋 중 하나에 관여합니다: RNA와 단백질을 생산하는 일, 유전정보를 에러 없이 유지하는 일, 세포막을 만드는 일. DNA를 편집하기 위한 유전자도 있었으나 대개 소모성이었습니다.

그러나 그 모든 것을 제외한 나머지 149개의 유전자가 무엇을 하는지는 분명하지 않습니다. 과학자들은 그 중 약 70개의 유전자가 어떤 기능 영역에 속하는지 유전자 구조에 입각해서 추론할 수 있지만, 구체적으로 무슨 기능을 수행하는지는 모릅니다. 그리고 나머지 79개의 유전자의 기능은 완전한 미스터리입니다. "우리는 그것들이 무엇을 제공하는지, 혹은 왜 생명에 있어 필수적인지 알 수 없다. 그들은 아마도 현대 생물학이 놓치고 있는 무언가 감지하기 힘든 것들을 담당하고 있을 것이다," 벤터 박사가 말했습니다. "그건 겸손함을 배울 수 있는 경험이었다."

벤터의 팀은 그 미스터리 유전자들이 무엇을 하는지 열렬히 찾고 싶어하지만, 그 도전은 해당 유전자들이 다른 어떤 유전자와도 닮거나 비슷하지 않다는 사실 때문에 더욱 복잡해집니다. 그들의 기능을 알아내기 위해서, 예를 들면, 그 각각의 유전자를 켜고 끌 수 있는 세포를 만들어볼 수도 있을 겁니다. 그 유전자를 껐을 때, "제일 처음으로 망가지는 게 뭘까요?" 조스택 교수는 말합니다. "DNA복제나 신진 대사 같은 기본적인 작업에 속한다고 가정해볼 수도 있을 겁니다."


Dwindling to Zero

벤터 박사는 syn3.0을 세상에서 가장 작은 세포라고 명명하는 데에는 신중하고 있습니다. 만약 그가 다른 미생물을 가지고 같은 실험을 진행했다면, 그가 지적한 대로, 완전히 다른 유전자 세트가 나왔을지도 모릅니다.

사실상, 모든 생물이 생존하기 위해 공통적으로 가지고 있는 유전자는 한 가지도 없습니다. 20년 전에 과학자들이 처음 그런 것을 찾아내려고 하기 시작했을 때, 그들은 단순히 다른 종들의 유전자 세트를 비교하는 것만으로 모든 종이 공유하고 있는 필수적인 코어가 드러나길 기대했습니다. 그러나 점점 더 많은 유전자 배열이 밝혀짐에 따라, '필수적 코어'라는 개념은 사라졌습니다. 2010년에 오크리지 국립 연구소의 생물학자인 데이비드 어서리와 그 동료 연구자들은 1000종에 달하는 유전자를 비교했습니다. 결국 그들은 모든 종이 공유하고 있는 유전자를 단 하나도 찾지 못했습니다. "핵심 설계를 짜는 데에도 여러 가지 다른 방법이 있다," 조스택 교수는 말합니다.

게다가, 생명체에 있어 무엇이 핵심적인지는 그 생명체가 서식하는 환경에 따라서 달라집니다. 예를 들어, 항생제 같은 독성 물질(그 미생물에게 있어서)이 존재하는 환경에서 사는 미생물을 상상해 보세요. 그 독성을 이겨낼 수 있는 유전자는 그런 환경에서 사는 미생물에게 있어 필수적일 겁니다. 그러나 환경에서 독성이 없어지면, 그 유전자는 더 이상 필요하지 않겠죠.

벤터 박사의 '최소한의 유전자'는 단지 그것이 만들어진 국소적인 환경 뿐만이 아니라 지구에서 이어져 온 생명의 역사에서 도출된 결과물이기도 합니다. 4십억 년의 생물학적 역사 중 어느 시점에서, 그것보다도 훨씬 간단한 형태의 세포들은 분명 존재했을 것입니다. "우리는 아무것도 없는 상태에서 400개 남짓한 유전자에 도달한 게 아닙니다," 조스택 교수는 말합니다. 그와 다른 사람들은 현재 진화과정의 더 이른 단계에서 나타났을 좀더 원시적인 형태의 생명을 만드려고 시도하고 있습니다.

몇몇 과학자들은 이런 식의 아래부터 위로 올라가는 접근법이 생명의 본질을 이해하기 위해 필요하다고 말합니다. "만약 우리가 가장 간단한 형태의 생명을 온전히 이해할 수만 있다면, 우리는 거기서부터 디자인과 합성을 시작해나갈 수 있을 것이 분명하다," 웁살라 대학의 생물학자인 안토니 포스터가 말했습니다. "그러나 그 목표까지 우리는 아직 갈 길이 멀다."

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기사 번역입니다. 영어가 딸려서 의역이 난무합니다만............ 오역 지적 받습니다. -_-

염색체를 인공적으로 합성해서 세포 안에 집어넣어 부팅(?) 시키는 식으로 새로운 생명들을 창조하려고 시도한 크레이그 벤터 씨의 연구에 관한 기사입니다. 원래는 이 연구를 통해 이산화탄소 같은 불필요하게 남아도는 물질을 먹어치우며 연료나 에너지를 생산하는 미생물 같은 걸 만드려고 했다는군요. 재작년인가? 이분 테드 강연 보고 잘만 된다면 에너지 산업의 판도가 뒤바뀔 수도 있다는 망상도 했었는데... 안타깝네요.