[표지로 읽는 과학] 척추동물 25종의 유전체를 해독하다

네이처 4월 29일자

네이처 제공

국제학술지 네이처는 지난 29일 척추동물의 유전체 지도를 만들기 위한 국제 공동 프로젝트인 ‘척추동물 유전체 프로젝트(VGP)’가 발표한 척추동물 25종의 유전체 분석 결과를 공개했다. VGP는 2018년 9월 처음 14개 종의 표준 유전체 지도를 공개한 이후 계속해서 척추동물의 유전체 지도를 공개해왔다. 이번에는 올빼미앵무새, 캐나다스라소니 등 25개 종의 새로운 유전체 지도가 공개됐다.

지난 2003년 미국에서 ‘인간게놈프로젝트(HGP)를 통해 최초의 인간 유전체 지도가 완성된 이후 전 세계에서 다양한 생물종의 유전체를 분석하려는 시도가 이뤄졌다. 그 일환으로 2009년 4월에는 척추동물의 표준 유전체를 구축하기 위한 국제 컨소시엄인 G10K가 발족했다. G10K는 당초 척추동물 1만 종의 유전체 분석을 목표로 삼았으나 대상을 확대해 2017년 2월 약 7만1657개 종의 척추동물을 대상으로 정확도가 99%가 넘는 표준 유전체 지도를 만드는 프로젝트 VGP를 시작했다. VGP에는 미국 록펠러대, 영국 웰컴생어연구소, 독일 막스플랑크 연구소를 주축으로 전 세계 100명이 넘는 연구자가 참여하고 있다. 

이번 연구는 VGP 의장인 에리히 자비스 미국 하워드휴즈의학연구소(HHMI) 연구원을 포함해 3명의 연구자가 참여했다. 연구팀은 생어 시퀀싱, 샷건 시퀀싱 등 기존에 사용되던 유전체 분석방법부터 개선했다.

샷건 시퀀싱은 DNA를 30~150 염기쌍으로 잘라낸 후 염기서열을 분석해 컴퓨터에 입력한 후 서로 겹치는 부분을 찾아내 조립하는 방식이다. 그런데 샷건 시퀀싱에서 사용하는 DNA 조각보다 훨씬 긴 반복 서열이 있기 때문에 컴퓨터가 일부 유전자를 누락하거나 잘못 조립하는 일이 잦았다. 반복 서열은 DNA에 특정 염기 서열이 반복되서 나타나는 것을 말한다. 게다가 수작업과 소프트웨어 엔지니어링이 필요하고 비용도 많이 들었다.

연구팀은 분석 정확도에 영향을 주는 요소들을 찾아낸 후 비교적 유전체 규모가 작은 애나스벌새(Calypte anna)를 대상으로 다양한 분석방법을 평가했다. 이를 통해 척추동물처럼 유전체가 긴 경우 샷건 시퀀싱에서 쓰는 DNA 조각보다 더 긴 길이로 잘라 분석하는 분석 방법(Long Read Sequencing)의 분석 정확도가 기존 방법보다 뛰어나다는 점을 확인했다. 

연구팀은 새로운 방법을 이용해 척추동물 25종의 유전체를 분석한 결과 기존에 몰랐던 새로운 사실들을 알아낼 수 있었다고 밝혔다. 먼저 금화조와 오리너구리에서는 새로운 염색체와 누락된 것으로 의심되는 유전자가 발견됐고 사람과 마모셋원숭이의 뇌에서 뇌발달과 뇌질환과 관련된 2533개의 유전자가 서로 비슷하다는 것도 알아냈다. 스라소니의 경우 생체 리듬을 조절하는 유전자가 빛에 의해 조절된다는 사실을 알아내 기후 변화에 적용하는 방법을 밝히기도 했다.

VGP는 향후 10년 동안 4단계에 걸쳐 척추동물 7만여 종의 표준 유전체를 만들 계획이다. 현재 진행 중인 1단계에서는 유전체 제작 방식을 평가하고 개선하면서 척추동물 260종의 유전체를 만들 계획이다. 2단계에서는 약 1159개, 3단계에는 1만 개 종이 넘는 유전체를 만든다. 마지막으로 4단계에서 7만1657개 종에 대한 유전체를 만든다. 현재 주당 3~6개의 유전체를 만들고 있으며 목표를 이루기 위해 유전체 생성량을 주당 125개 늘린다는 계획이다.

[김우현 기자 mnchoo@donga.com]