KAIST, 복잡한 변형 유전자 네트워크 제어해 정상 회복 성공

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 대수적 접근법을 활용해 변형된 세포의 자극-반응 양상을 정상으로 회복시킬 수 있는 유전자 제어 타깃을 체계적으로 발굴하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 세포 속 유전자들이 서로 얽혀 조절하는 복잡한 관계를 하나의 '논리 회로도(불리언 네트워크)'로 표현했다. 이를 바탕으로 세포가 외부 자극에 어떻게 반응하는지를 지형 지도(표현형 지형)로 시각화했다.

여기에 '세미 텐서 곱'이라는 수학적 기법을 활용해 이 지도를 분석, 어떤 유전자를 조절하면 세포 전체 반응이 어떻게 달라질지 빠르고 정확하게 계산할 수 있는 방법을 만들어 냈다.

실제 세포의 반응을 결정하는 주요 유전자들은 수천 개 이상이어서 계산이 매우 복잡하다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 '수치학적 근사(테일러 근사)' 기법을 적용해 계산을 단순화했다. 복잡한 문제를 풀기 쉽게 간단한 공식으로 바꿔도 유사한 결과값을 갖는다.

이를 통해 특정 유전자를 제어했을 때 세포의 상태 변화를 예측하고 비정상적인 반응을 정상과 가장 유사한 상태로 되돌릴 수 있는 핵심 유전자 제어 타깃을 찾아낼 수 있었다.

연구팀은 개발한 제어 기술을 방광암 세포 네트워크에 적용해 변형된 반응을 회복시키는 유전자 제어 타깃들을 찾아내는 등 다양한 유전자 네트워크에 적용해 검증했다.

조 교수는 "이번 연구는 세포 운명을 결정짓는 유전자 네트워크의 표현형 지형을 분석·제어하는 디지털 셀 트윈 모델 개발의 핵심 원천기술로 평가된다"며 "향후 암 가역화를 통한 새로운 항암치료법, 신약 개발, 정밀의료, 세포치료를 위한 리프로그래밍 등 생명과학·의학 전반에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

KAIST 정인수 석사, 코빈 하퍼 박사과정 학생, 장성훈 박사과정 학생, 여현수 박사과정 학생이 참여한 이번 연구 결과는 미국 과학진흥협회(AAAS)에서 출간하는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 출판됐다.

jongseo12@news1.kr