원자력硏, 방사선에 의한 DNA 손상 예측 기술 개발

"방사선 이용한 질병 치료시 사전 대비 가능"

연구진이 개발한 시뮬레이션 모델을 이용해 방사선 입자가 DNA 구조에 충돌하는 모습을 구현했다. 전체 구는 시뮬레이션을 위한 가상공간으로 반경 6마이크로미터, 붉은색 선은 방사선 입자가 이동한 궤적, 노란색 선은 방사선 입자가 DNA 구조와 충돌한 부분, 마더 볼륨(Mother Volume)은 시뮬레이션 시 DNA 구조의 겹침을 방지하고자 만든 각 DNA 구조별 차지하는 공간. 원자력연구원 제공.

한국원자력연구원은 첨단방사선연구소 연구진이 방사선에 의한 생물체 DNA 손상 정도를 예측할 수 있는 기술을 국내 첫 개발했다고 1일 밝혔다. 방사선을 이용한 질병 치료시 인체 영향 등을 사전에 평가·대비할 수 있을 것으로 기대된다. 

방사선이 사람 몸에 미치는 영향을 규명하려면 보통 40~50년이 걸리는 추적 연구가 필요하다. 소요시간이 너무 길고 우주처럼 실제 맞닥뜨리기 어려운 환경인 경우도 있어 모델링&시뮬레이션(M&S) 기술로 방사선 손상을 예측하려는 연구가 활발하다. 

연구진이 개발한 기술은 ‘방사선 DNA 손상 정밀 예측 모델’이다. 연구진은 모델 구축을 위해 복잡한 DNA 구조를 ‘굵은 알갱이 모형’으로 변환했다. 실제 DNA 구조와 달리 보다 큰 단위로 묶여있는 형태로 바꿔 각 원자 사이 여백 공간에 미치는 방사선량까지 포함할 수 있다. DNA가 외부로부터 영향을 받은 방사선량을 정밀하게 계산할 수 있는 것이다. 

연구진은 이후 DNA를 구성하는 여러 종류의 원자들이 각각 어느 시점에 손상되는지를 파악했다. 같은 DNA 내에서도 원자별로 손상되기 시작하는 방사선량이 다르다. 연구진은 원자 간 결합이 끊어지는 순간 등을 기준으로 삼았다. 이같은 데이터를 토대로 방사선에 의한 DNA 손상 정도를 모사하는 ‘시뮬레이션 코드’를 완성했다. 

연구진은 또 이번에 개발한 기술이 기존 기술과 정확도가 유사하다는 사실도 확인했다. 기존 기술은 추적 연구를 통한 데이터를 기반으로 통계적으로 예측한다. 이와 달리 연구진이 개발한 모델은 사전 데이터가 없는 동물에도 적용할 수 있고 DNA뿐만 아니라 아미노산, 단백질 구조의 손상도 예측할 수 있다. 

박원석 한국원자력연구원 원자은 “방사선 손상 시뮬레이션은 원자력 외에도 우주, 의료 등 다양한 산업에 활용된다”며 “방사선 M&S 기술을 선도할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘사이언티픽 리포트’ 7월 5일자 온라인판에 게재됐다. 

[김민수 기자 reborn@donga.com]