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  1. 2015.01.05 쌍둥이에 관한 오해와 진실
  2. 2013.07.08 모기가 사람 기피하게 만드는 기술!
쌍둥이에 관한 오해와 진실

요즘 쌍둥이가 대세다. KBS 예능 프로그램 ‘슈퍼맨이 돌아왔다’에 출연하는 배우 송일국 씨의 세쌍둥이 대한, 민국, 만세는 이름처럼 대한민국을 들썩이고 있다. 개그맨 이휘재 씨의 쌍둥이 서언, 서준이까지 힘을 합쳐 국민들을 ‘쌍둥이 바보’로 만들고 있다. 쌍둥이들이 연일 화제가 되면서 우리 주변에도 다태아(多胎兒)가 많다고 느끼는 분위기다.

● 쌍둥이 출산율, 20년 새 3배 늘어나

실제로도 최근 쌍둥이가 많이 태어났다. 지난 20년간 전체 출생아 수는 점점 감소하면서도 쌍둥이 출생률은 꾸준히 증가하고 있는 추세다. 통계청이 발표한 ‘2013년 출생 통계 결과’에 따르면 다태아는 1만 4천여 명으로 전체 출생아의 3%를 차지했다. 7000명으로 전체 출생아의 1%를 차지하던 1991년과 비교했을 때는 3배 가까이 늘어난 셈이다. 전문가들은 최근 다태아가 증가하는 이유에 대해 인공 수정이 늘어났기 때문이라고 분석하고 있다.

일반적으로 인공 수정은 인위적으로 만든 수정란을 엄마의 자궁에 넣고 착상을 유도하는 방법이다. 성공률을 높이기 위해 엄마 몸에 수정란 2~3개를 이식하는데, 이 때 이식한 수정란이 모두 착상되면 다태아가 태어나는 것이다. 또 다른 시술법인 ‘과배란’은 수정 확률을 높이기 위해 한 번에 여러 개의 난자가 배란되도록 유도하는 방법으로, 여러 개의 난자가 모두 수정에 성공하고, 착상돼 쌍둥이로 태어날 확률이 자연 임신보다 50배나 높다. 따라서 최근 우리 주변에는 쌍둥이가, 정확히 말하면 ‘이란성 쌍둥이’가 많은 것이다.

● 같은 날 태어난 형제일 뿐

이란성 쌍둥이는 같은 날 태어났을 뿐, 유전적으로는 형제와 똑같다. 같은 유전자를 공유하는 비율이 일란성 쌍둥이는 100%지만, 이란성 쌍둥이와 일반적인 형제는 50%밖에 되지 않는다. 그래서 성별이 다를 수도 있고 성격이나 외모도 조금씩 다르다. 쌍둥이지만 대한, 민국, 만세를 한 번에 알아볼 수 있는 것처럼 말이다. 그 이유는 이란성 쌍둥이가 이름처럼 서로 다른 두 개의 수정란으로 자랐기 때문이다. 두 개의 난자가 각각 수정돼 함께 자란 것이다.

그렇다면 두 개의 정자가 하나의 난자에 함께 수정이 돼도 쌍둥이가 될 수 있을까? 정답은 될 수 없다! 아주 드물게 2개 이상의 정자가 동시에 난자에 들어가는 ‘다정자 수정’이 일어난다. 그러나 이렇게 만들어진 수정란은 정상적인 사람의 염색체 수인 46개보다 많아지기 때문에 아기로 자라지 못하고 자연유산이 된다.

일반적으로 엄마는 한 달에 하나의 난자를 만든다. 그러니까 이란성 쌍둥이는 한 달에 난자 두 개 이상 만들어지는 특별한 상황에서 태어날 수 있는 것이다. 마찬가지로 수정란이 3개 모두 자라면 세쌍둥이, 그 이상 자라면 수에 맞는 다둥이가 태어난다. 그런데 세쌍둥이부터는 다양한 방법으로 태어날 수 있다. 두 개의 난자가 수정되고 그 중 하나가 분열을 하면, 이 세 쌍둥이는 이란성 쌍둥이와 일란성 쌍둥이가 되는 것이다.

● 이란성 쌍둥이는 모계 유전된다

‘쌍둥이는 한 대를 걸러 태어난다’는 속설이 있다. 한 대를 걸러 발현되는 유전자가 있기라도 한 걸까? 속설과 달리 일란성 쌍둥이는 유전과는 아무런 상관이 없다. 일란성 쌍둥이는 하나의 난자와 정자가 만나 수정란이 된 후 2개로 분리돼 쌍둥이로 자란 것이다. 일반적으로 수정란이 된 후 며칠 안에 분리가 되는데, 그 원인은 아직 밝혀지지 않았다.

그러나 이란성 쌍둥이는 유전적인 영향을 받는다. 이란성 쌍둥이를 결정하는 특정한 유전자가 있다는 것이다. 이 유전자를 갖고 있는 사람은 FSH(난포자극호르몬)의 양이 일반사람들보다 훨씬 많다. 난포자극호르몬은 뇌하수체에서 분비돼 난자를 자라게 하는 역할을 한다. 이 호르몬 때문에 한 달에 두 개 이상의 난자를 내보내는 경우가 생기고, 정자와 만나 둘 다 수정해서 자라면 이란성 쌍둥이가 되는 것이다. 난자 생성과 관련 있는 유전자이기 때문에 모계 유전된다.

엄마의 키나 몸무게 등 신체가 크면 이란성 쌍둥이를 낳을 확률이 높다는 분석도 있다. 신체가 크다는 것은 그만큼 신체의 호르몬 분비가 상대적으로 왕성하다는 것. 그만큼 난포자극호르몬도 많이 분비될 확률이 높고, 한 달에 두 개 이상의 난자를 분비할 수 있는 확률도 높다는 얘기다.

● 일란성 쌍둥이가 복제 인간보다 더 똑같다?

일란성 쌍둥이는 같은 수정란에서 나온 만큼 많은 것이 똑같다. 성별이 같고 엄마 뱃속에서 갓 나온 쌍둥이의 외모는 알아보기 힘들 정도로 거의 똑같이 생겼다. 이것은 쌍둥이가 갖고 있는 유전자 염기서열이 똑같기 때문이다. 염기서열은 DNA를 구성하는 성분들이 나열돼있는 순서인데 몸의 특성을 결정하는 중요한 역할을 한다.

따라서 일란성 쌍둥이는 ‘인간복제에 가장 근접한 존재’라고 표현되기도 한다. 그렇다면 복제동물과 쌍둥이 중 누가 더 똑같을까? 사실 복제 동물과 쌍둥이는 둘 다 유전자가 같다. 그런데 갓 태어났을 때를 비교해 보면 복제 동물이 좀 더 똑같다고 볼 수 있다. 동물을 복제할 때는 균이 없는 특별한 공간에서 동물을 자라게 하고, 몸의 일부를 떼어내 배양할 때 외부의 어떠한 영향도 받지 않도록 한다. 그렇기 때문에 유전자가 덜 망가지고 원래 모습 그대로 태어날 수 있는 것이다.

그러나 복제 동물도 쌍둥이도 나이가 들면서 점점 변한다. 사람은 나이가 들면서 스트레스와 먼지, 바이러스와 같은 외부 환경에 의해 성격과 질병들이 정해지는데, 이런 외부 환경이 기존에 갖고 있는 유전자보다 더 큰 영향을 미친다. 이러한 내용을 다루는 학문이 ‘후성유전학’인데, 복제 동물도 이 이론에 적용된다는 것이다. 목포대학교 허윤미 교수는 “같은 수정란에서 시작된 쌍둥이와 달리 복제 동물은 이미 성장해서 유전적으로 변화가 생긴 동물의 세포를 배양한 것이다. 따라서 복제 동물이 자라면서 나타나는 차이가 일란성 쌍둥이의 차이보다 더 클 수 있다.”라고 설명했다. 그렇다면 일란성 쌍둥이가 복제 인간보다 유전적으로 더 똑같다고 볼 수 있을 것이다.

● 일란성 쌍둥이도 DNA가 다를 수 있다?

그 동안 우리는 일란성 쌍둥이의 DNA는 완전히 똑같다고 생각했다. 그래서 태어나는 순간의 염기서열이 100% 일치한다고 생각한 것이다. 그런데 최근 일란성 쌍둥이도 아주 미미하지만 태어나기 전부터 유전적인 차이를 갖고 태어난다는 연구 결과가 연이어 발표되고 있다.

유로핀스(EUROFINS, 유해물질 분석 시험 연구기관)의 과학자들은 일란성 쌍둥이인 아빠와 삼촌 그리고 한 명의 아들, 이렇게 3명의 정자를 채취해 DNA를 분석했다. 그 결과, 쌍둥이 아빠와 아들에게서 쌍둥이 삼촌이 갖고 있지 않은 유전적인 돌연변이를 발견했다. 즉, 아빠와 삼촌이 쌍둥이지만 DNA가 다르다는 사실을 확인한 것이다. 과학자들은 이 돌연변이가 쌍둥이 중 한 명에게만 나타난 것에 대해 수정란이 분리된 직후에 한 쪽 유전자에만 변화가 생겼다는 것을 의미한다고 설명했다. 아직 태아로 발달하기 전에 외부 환경, 즉 엄마 뱃속 환경에 의해 쌍둥이의 DNA가 달라졌다는 얘기다.

여자 쌍둥이인 경우에는 어떤 유전자가 발현하느냐에 따라 외모가 달라질 수도 있다. 여자의 성 염색체는 ‘XX’. 똑같은 X유전자가 2개나 있으니 둘 중에 어느 한 쪽에서 발현돼도 결과는 똑같다. 같은 위치의 유전자가 발현되는데 언니는 두 개의 X 중 왼쪽이 발현되고, 동생은 오른쪽 X가 발현이 되면, 같은 신체적 특징이라도 아주 미세한 차이가 생길 수 있다.

일란성 쌍둥이의 DNA 분석이나 자라면서 나타나는 변화는 과학자들이 언제나 관심을 갖는 연구 대상이다. 유전자가 환경과 유전자의 연결고리를 찾고, 노화나 질병을 대처할 수 있는 치료제나 방법을 개발할 수 있기 때문이다. 후성유전학은 우주에서도 진행된다. NASA(미항공우주국)는 2015년 3월에 쌍둥이 중 한 명은 지구에 있고 나머지 한 명은 우주정거장에 1년간 머문 뒤, 누가 더 늙는지, DNA에 어떤 변화가 생기는 지 확인할 계획이다. 과연 쌍둥이 우주인 형제가 빠르게 움직이는 물체일수록 시간이 느리게 간다는 아인슈타인의 ‘특수상대성이론’을 증명할 수 있을지, 후성유전학의 실마리를 제공할 수 있을지 귀추가 주목된다.

글 : 이윤선 과학칼럼니스트

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모기가 사람 기피하게 만드는 기술!

모기가 왕성하게 활동하는 계절이 성큼 다가왔다. 유난히 모기에게 자주 물리는 사람들은 여름이 괴롭다. 하지만 모기에게 시달릴 걱정 따위 하지 않아도 될 날이 조만간 올지 모르겠다. 사람의 체취를 좋아하지 않는 유전자 조작 모기가 개발됐기 때문이다.

최근 미 록펠러 대학과 하워드휴즈 의학연구소(HHMI) 소속의 과학자들이 모기의 후각 유전자를 조작해 사람의 체취와 곤충 기피제의 냄새에 대한 반응을 변화시키는 실험에 최초로 성공했다.

과학기술 전문매체인 사이언스데일리는 이번 연구 결과가 모기의 유전자 조작이 가능하다는 사실을 밝힌 것 외에도 모기들이 왜 그토록 사람의 체취에 끌리는지에 대한 원인을 규명하고 모기에게 물리지 않는 대처법을 알려주는 단초가 될 것이라고 보도했다. 앞으로 모기를 매개체로 하는 질병의 퇴치에 커다란 도움을 줄 것이라는 전망도 덧붙였다.

연구진은 뎅기열과 황열병을 옮기는 역할을 하는 열대모기인 이집트 숲모기(Adedes aegypti)의 유전체(genome)가 지난 2007년에 완전히 해독되자, 이 데이터를 이용해 곤충의 후각과 관련된 오르코(orco) 유전자에 돌연변이를 일으키는 실험에 착수했다. 오르코는 이보다 앞선 파리의 유전자 조작 실험에서 후각과의 관련성이 입증됐던 유전자다.

연구진은 모기의 오르코 유전자도 냄새를 맡는 데 필수적인 유전자일 것이라고 추측했다. 이에 따라 연구진은 우선 유전자 가위로 불리는 ZFN(zinc-finger nuclease) 효소를 모기 배아에 주입한 후 성숙되기를 기다렸다가 돌연변이를 유발한 후 부화시켰다. 그 결과 이 돌연변이 모기들은 후각과 관련된 신경전달물질인 뉴런(neuron)의 활동이 감소하는 것으로 나타났다.

행동 관찰 시험에서는 더욱 큰 변화를 보였다. 야생종의 열대 모기들은 사람과 다른 동물이 같이 있을 때 보통 사람에게 달려드는 데 반해, 유전자가 조작된 열대 모기들은 사람보다 다른 동물을 더 선호하는 것으로 나타났기 때문이다. 또한 유전자 조작 모기는 이산화탄소가 있는 곳에서도 사람의 냄새를 제대로 맡지 못했다. 이산화탄소 성분은 사람의 냄새를 맡는 데 도움을 주는 것으로 알려져 있다.

한 가지 더 재미있는 사실은 유전자 조작 모기들이 곤충 기피제(DEET, Diethyl meta tolumide)의 냄새도 맡지 못했다는 것이다. DEET는 벌레들을 쫓아버리는 대표적인 물질이다. 연구진은 10% 정도의 농도를 가진 DEET 용액에 담갔던 사람의 팔과 아무 것도 바르지 않은 사람의 팔을 함께 노출하는 실험을 진행했는데, 유전자 조작 모기들은 양쪽에 뚜렷한 반응을 보이지 않았다. 즉 유전자 조작 모기들은 DEET 냄새를 제대로 맡지 못한 것이다.

이 같은 결과에 대해 록펠러대의 레슬리 보스홀(Leslie Vosshall) 박사는 “오르코 유전자가 한 가지 냄새에 대한 선호도만 결정하는 것이 아니라는 사실을 시사해 주는 것”이라며 “DEET와 관련된 반응까지는 사전에 미처 예상하지 못한 결과”라고 언급했다.

미국 농무부와 미군이 공동으로 개발한 곤충기피제인 DEET는 50여 년 전 개발됐다. DEET 덕분에 군인들은 곤충이 옮기는 질병에서 벗어날 수 있게 됐고 민간인들은 야영이나 야외 바베큐 파티를 즐길 수 있게 됐다. 그러나 DEET의 정확한 작용 메커니즘이 밝혀진 것은 불과 몇 년 전의 일이다.

록펠러대의 연구진은 지난 2008년에 발표한 논문에서 DEET의 분자표적을 찾아냈다고 밝힌 바 있다. 이 발표에 의하면 DEET는 Or83b라는 수용체를 차단해 마치 화학적 망토처럼 인간의 냄새를 은폐하는 것으로 나타났다. 이처럼 인간의 냄새를 숨겨 피를 빠는 곤충의 후각을 무력화시킨다는 것이 연구진의 설명이다.

인간이 선천적으로 좋은 향기와 악취를 구별할 줄 안다는 점을 고려해 볼 때 이를 결정하는 유전자가 있을 것으로 추정할 수 있다. 본능적으로 움직이는 곤충의 경우는 당연히 특정한 유전자가 특정한 냄새에 대한 영향을 미치는 것으로 과학계는 판단하고 있다. 따라서 농업 발전에 막대한 피해를 주고 인류의 건강을 저해하는데 상당한 영향을 미치는 곤충들을 막으려면 곤충의 냄새 감각을 무디게 하는 방법이 가장 좋은 방어 전략이라는 게 록펠러대 연구진의 주장이다.

이 같은 주장을 뒷받침하기 위해 연구진은 4종의 서로 다른 곤충종들에 관한 연구를 수행했다. 썩은 과일에 모여드는 습성을 보이는 초파리와 귤 해충인 지중해초파리, 옥수수 및 토마토 등에 피해를 입히는 왕담배나방과 인간을 흡혈하는 말라리아 모기 등이 실험대상이었다.

연구진은 4종의 곤충을 대상으로 후각과 관련된 유전자를 제거한 뒤 선호하는 대상을 같은 공간에 있도록 했다. 실험 결과 이들 곤충들은 예전의 선호하던 냄새들을 맡지 못하는 것으로 나타났다.

아울러 연구진은 후각에 영향을 미치는 것으로 보이는 유전자를 모기에서 제거한 다음 이를 다시 후각 유전자가 결여된 돌연변이 초파리에 전환시켰다. 그 결과 다른 종의 곤충에서 기인한 유전자라 해도 전반적으로 곤충들의 냄새 감각을 회복시킨다는 사실을 확인했다.

“만일 우리들이 이러한 유전자 정보를 냄새 수용체들의 운송을 화학적으로 저해하는 데 이용할 수 있다면, 우리는 모기가 인간들을 인식할 수 없게 만들거나 해충이 농작물을 인식하지 못하게 할 수도 있을 것이다.” 보스홀 박사의 말처럼 이런 연구가 질병이 전파되거나 곡식이 죽는 것을 예방하는 가장 좋은 방법이 될 수 있을지 기대해 본다.

글 : 김준래 과학칼럼니스트

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