[과학을 읽다]실험개구리 유전체 해독됐다

국제 연구팀, '아프리카발톱개구리' 진화 비밀 풀어…암 등의 인간질병 연구 모델 기대

▲아프리카 발톱 개구리의 유전체(게놈) 개요.[자료제공=UNIST]

[아시아경제 정종오 기자] 약 100년 동안 실험동물로 인정받고 있는 '아프리카발톱개구리(Xenopus laevis)'의 유전체(genome)가 해독됐습니다. 아프리카발톱개구리의 약 4만개의 유전자 정보를 확보했습니다.

개구리를 이용한 인간 질병 유전자 연구나 신약 개발 등에 사용될 수 있습니다. 인간 유전자의 기능을 찾아내거나 암 등의 인간 질병을 연구하는 새로운 모델로 개구리를 활용하는 사례가 늘어날 것으로 보입니다.

아프리카발톱개구리는 체외수정으로 한 번에 지름 1㎜ 수준의 큰 알을 수백 개씩 낳는 것으로 알려져 있습니다. 생물학자에게 '다루기 쉽고 사람과 비슷한' 동물 모델 중 하나입니다. 이 때문에 아프리카발톱개구리는 효모나 꼬마선충, 초파리처럼 실험실에서 쉽게 다룰 수 있고 유전적으로도 사람과 비슷해서 오래 전부터 이용돼 왔습니다.

유전자 발현 조절도 쉬워 인간을 포함한 많은 척추동물의 발생 과정에서 중요한 유전자를 연구하는 발생학, 세포생물학, 생화학 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

2012년 노벨생리의학상을 받은 존 고든 경(Sir John Gordon)이 체세포 핵치환 실험을 통해 '어른 세포가 다시 배아가 될 수 있다'는 걸 처음 보여준 실험에도 아프리카발톱개구리가 이용됐습니다.

▲아프리카발톱개구리

이 개구리의 유전체 해독은 다른 동물보다 느리게 진행됐습니다. 염색체 그룹이 4개(4배체)여서 분석이 까다로웠던 것이 이유였습니다. 인간을 비롯한 다른 동물은 부모에게 각각 하나씩 염색체 그룹을 물려받아 2개의 염색체 그룹(2배체)을 가집니다. 반면 아프리카발톱개구리는 부모에게 각각 2개씩 물려받아 4개의 염색체 그룹을 이룹니다.

이번 연구에 제1저자로 참여한 권태준 UNIST 생명과학부 교수는 "아프리카발톱개구리는 4개 유전체 그룹으로 이뤄진 독특한 동물이라 유전체 정보가 제한적으로만 알려져 있었다"며 "이번 유전체 해독으로 생물학 전반에 쓰일 실험동물 모델 시스템을 구축할 수 있게 됐다"고 말했습니다.

이번 연구 성과로 2010년 해독된 서양발톱개구리(Xenopus tropicalis)와 아프리카발톱개구리의 유전체 비교가 중요하게 다뤄질 것으로 예상됩니다. 서양발톱개구리는 인간 유전체처럼 부모에게 2개 염색체 그룹을 물려받습니다. 두 종의 비교를 통해 물려받는 염색체 그룹 숫자(배체수) 변화에 따른 영향을 집중적으로 분석할 수 있습니다.

아프리카발톱개구리는 4개 유전체 그룹에서 각각 9개의 염색체를 가집니다. 연구팀은 이들 염색체의 DNA 반복서열을 분석해 크기가 큰 L염색체 9개와 크기가 작은 S염색체 9개가 각각 다른 종에서 유래했다는 것을 밝혀냈습니다.

염색체 속에 흔적만 남는 유사유전자(pseudogene)를 분석해 서양발톱개구리와 아프리카발톱개구리의 조상이 약 4800만 년 전에 분화했고 2배체를 이루던 두 종의 유전체가 1700만 년 전에 합쳐져 현재의 아프리카발톱개구리가 탄생했다는 사실도 규명했습니다.

권 교수는 "서로 다른 종에서 염색체 그룹이 합쳐지면 모든 유전자가 살아남을지, 사라질지 선택의 기로에 놓인다"며 "아프리카발톱개구리에서는 신호전달과 대사, 구조 형성에 작용하는 유전자는 두 종의 것이 모두 유지됐고 면역체계나 DNA 손상복구에 관여하는 유전자는 한쪽만 살아남은 게 확인됐다"고 분석했습니다.

그는 "그동안 식물에서만 볼 수 있었던 4배체 유전체를 동물에서 최초로 확인하고 진화적으로 유전자 변화를 살핀 연구라는 점에서 의미가 있다"며 "진화를 통해 새로운 유전자가 생성되는 과정 등 기초 연구뿐 아니라 암이나 선천성 기형처럼 배체수 변화가 흔히 나타나는 질병 연구에도 도움이 될 것"이라고 덧붙였습니다.

한편 이번 연구는 우리나라를 비롯해 미국과 일본 등 7개국에서 60명이 참여한 대규모 프로젝트로 2009년부터 7년 동안 진행됐습니다. 연구 결과(논문명:Genome evolution in the allotetraploid frog Xenopus laevis)는 20일 국제학술지인 네이처(Nature)에 발표됐습니다.