게놈이후 생명공학 과제/ 인간 단백질지도에 도전한다
■인간 프로테옴 프로젝트(HPP)추진현황.
인간게놈지도의 완성은 인류의 달착륙에 버금가는 엄청난사건이지만 과학자들에겐 새로운 연구과제들을 안겨주고 있다. 인간 유전자 수가 당초 예상보다 훨씬 적은 3만개 안팎에 불과하다면 유전자들은 어떻게 천문학적인 숫자의 각 세포내 단백질들을 정교하게 조절하는 것일까? 각 유전자는어떤 단백질을,어떻게,얼마나 만들어 내는가? 하나의 생리기능을 수행하기 위해 동원되는 단백질은 얼마나 되며,또이들은 어떤 메커니즘에서 상호작용하는 것일까? 이를 어떻게 분석할 것인가? 이런 의문점들을 풀기 위해 인류는 인간게놈프로젝트(HGP)에 이어 또 다른 글로벌 프로젝트에 도전하고 있다.인간프로테옴프로젝트(HPP)가 그것이다.
프로테옴(proteom)이란 단백질(protein)과 ‘전체’를 뜻하는 접미사 ‘-ome’을 합성해 만든 신조어.게놈이 유전자(gene) 전체를 뜻하듯이 프로테옴은 단백질 전체를 일컫는다.프로테오믹스(proteomics)는 단백질체의 발생과정과 발현빈도,분포,기능 등을 알아내고 각 단백질이 외부환경에어떻게 반응하고 상호작용하는지를 규명하는 연구기술이다.
최근에는 단백질을 연구하는 독립적인 학문으로 받아들여지고 있다.
게놈프로젝트의 완성에 이어 세계 생명공학계에는 프로테오믹스 열풍이 불고 있다.게놈연구의 주도적인 역할을 했던 셀레라지노믹스의 크레이그 벤터박사는 이미 지난해 초부터,미 국립보건원(NIH) 역시 올 4월 초 과거 인간게놈 연구를 위해 구축한 자원과 연구역량을 이제는 인간 프로테옴연구에 투입하겠다고 선언했다.
게놈지도를 만들어낸 셀레라지노믹스와 하버드대,도쿄대,스위스제약그룹 등 10개국의 주요 생명공학 연구기관들은 HPP의 수행을 위해 지난 2월 8일 인간프로테옴컨소시엄(HUPO)을 결성했다.
프로테옴이 유전자의 기능분석과 함께 포스트게놈의 가장중요한 연구과제로 떠오르는 이유는 단백질을 분석하지 않고는 질병의 원인을 구체적으로 알 수 없기 때문이다.
인간유전체사업단 유향숙(兪香淑)단장은 “질병에서 발견되는 원인물질들을 분석해 보면 유전자의 발현이상 보다는단백질의 구조이상에 따른 기능부전이 많다”면서 “게놈지도가 질병의 예방과 치료 등 구체적인 의학적인 성과로 이어지려면 프로테옴 연구가 필수적”이라고 강조했다.
단백질을 연구하는 프로테오믹스는 지금까지는 게놈프로젝트만큼 큰 관심을 끌지 못했지만 90년대 중반 이후 현대 생물학의 새로운 도전과제로 중요성이 널리 인식돼 왔다.그러다 지난 2월 HGP의 연구결과 한개의 유전자가 한개의 단백질을 만들 것이라는 종래의 가설이 잘못됐다는 것이 판명되면서 프로테옴 연구에 속도가 붙고 있다.
게놈연구와 프로테오믹스는 상호 보완적이다.게놈지도가설계도라면 프로테오믹스는 이 설계도를 바탕으로 기둥을만들고,벽을 쌓으며 집을 짓는 일에 해당한다.예컨대 암조직에는 있지만 정상조직에는 없는 단백질을 찾아내 거꾸로추적하면 게놈의 어떤 유전자가 고장이 나 암이 생기는지를 알 수 있다.
HGP가 생명의 표준 설계도에 해당하는 인간게놈지도를 완성했다면 HPP는 어떤 유전자 암호가 어떤 단백질을 만드는데 관여하고 합성된 단백질이 실제로 어떻게 활동하는지를담은 ‘인간단백질지도’를 완성하는 것이다.
인체내 프로테옴의 모든 것을 밝혀 단백질 지도를 만든다는 것은 인간의 신체작용을 이해한다는 것을 뜻한다.단백질 지도가 완성되면 인체내 모든 신진대사 경로가 확인되고,유전자의 복합작용 메커니즘은 물론,질병의 원인규명이 가능해져 인간게놈지도를 능가하는 의학의 진전을 가져올 것으로 과학자들은 확신하고 있다.
질병 진단 및 치료,신약 개발,생물자원 발굴,신품종 개발,기능성 식품 개발이 가능해진다.게놈프로젝트의 연구결과로 얻어진 데이터 베이스는 인류 공동의 재산이라는 점에서상업화되지 못했지만 프로테오믹스를 통해 발견되는 새로운 단백질은 속속 특허되고 있다.특허는 곧 엄청난 로열티로연결된다.프로테옴이 21세기 생명공학의 핵으로 받아들여지는 이유이다.
하지만 HGP와 HPP에는 많은 차이가 있다.HGP는 인간의 염색체 23쌍에서 30억쌍의 염기가 어떻게 배열돼 있는지를 밝히는 것이었지만 HPP는 이와는 비교하기 어려울 정도의 방대한 작업을 요구한다.
단백질은 유전자와 달리 각종 기능성 화합물이붙어 있기때문에 훨씬 다양하고 복잡한 구조를 지니고 있다.단순히염기 서열만을 담은 데이터베이스가 아니라 아미노산의 변형성,배열,3차원적 구조와 기능을 담은 데이터 베이스가 돼야 하고 유전자와의 연관성도 함께 고려해야 한다.
유전자 수의 경우 생식세포를 제외한 모든 체세포가 동일한 숫자를 갖고 있다.따라서 세포당 유전자 수는 차이가 없지만 단백질의 경우 세포별로,조직별로 유전자의 발현여부에 따라 수가 다르게 정해지기 때문에 종류뿐 아니라 그 수가 각기 다르게 정해진다.HGP는 시작과 끝이 분명한데 비해 HPP는 너무 넓고 깊으며 데이터의 양도 이론적으로 게놈의 1,000배(추정치)를 요구하기 때문에 연구대상의 완결시점을 예측할 수 없다.
인간세포내 각기 다른 구조의 기능성 단백질 수는 약 100만개가 넘을 것으로 추정된다.이 중 지난 4월 말까지 스위스가 운영 중인 HUPO 공식사이트에 등록된 인간의 단백질은 9,900여개에 불과하다.나머지 90만여개의 단백질은 미해결 과제인 것이다.
함혜리기자 lotus@.
■“게놈不參 실수반복말아야”.
“한국은 10년전 게놈프로젝트 참여를 놓고 설왕설래하다결국 참가하지 못해 생명공학의 첨단기술을 공유할 기회를상실했습니다.이같은 실수를 반복하지 않기 위해서라도 초기 단계에 있는 휴먼프로테옴프로젝트에 적극 참여해야 합니다” 연세대 프로테옴연구센터장 백융기(白融基·생화학과·48)교수는 “단백질의 구조와 기능을 연구하는 프로테오믹스는 질병치료나 예방과 직결되기 때문에 포스트게놈 시대의 핵심 연구분야로 주목받고 있다”면서 “그러나 중요성에 비해 국내에서 수행중인 프로테옴 분석 관련연구는 규모나 숫자면에서 매우 미흡해 이런 추세로는 미국 유럽 일본에 항상 뒤지는 결과를 가져올 것”이라고 말했다.백 교수는 “적정한 투자재원을 마련하고 적기에 경쟁성있는 연구목표를 발굴하는 것이 무엇보다 중요하기 때문에 포스트게놈 연구정책의 무게중심을 프로테오믹스쪽으로 옮겨 집중지원할 필요가 있다”고 강조했다.
오는 24일 창립기념 국제심포지엄(서울 역삼동 과학기술회관)과 함께 공식발족하는 한국인간프로테옴기구(KHUPO) 창립발기위원회가 인터넷을 통해 조사한 바에 따르면 프로테오믹스에 관련된 연구인력은 250명에 이르지만 인프라 척도인,관련자료를 분석하는 첨단분석기기는 고작 25대 수준으로 파악됐다.이 정도로는 400대를 보유하고 있는 일본을 따라잡는 것은 꿈도 꿀 수 없다.
KHUPO는 이번 기구 창립을 통해 국내의 열악한 프로테오믹스 관련 연구의 인프라 구축에 노력하는 한편 각 연구자들이 갖고 있는 연구재원과 연구기자재,데이터베이스 등을 공동으로 활용해나갈 계획이다.이를 통해 선진국을 중심으로추진되고 있는 휴먼프로테옴프로젝트(HPP)에 국내 연구진이 적극 참여할 수 있는 발판을 마련하기로 했다.
백교수는 “프로테오믹스는 워낙 방대한 작업이기 때문에연구의 효율성을 높이기 위해서는 정책적인 지원뿐 아니라국제적인 연대도 필수적”이라면서 “앞으로 한국 일본 호주 등 아시아·오세아니아 인간프로테옴 컨소시엄(AOHUPO)을 결성,유럽 미국에 이어 세계적인 3대 세력권을 형성함으로써 연구기반 구축과 중복연구 방지,연구분담에따른 효율적인 연구투자를 기대할 수 있을 것”이라고 말했다.
국내 유일의 단백질체학 전문연구센터를 이끌고 있는 백교수는 지난 2월 결성된 HUPO의 지역 전문위원으로 선임돼 HUPO의 공식사이트(http:///kr.expasy.org)운영도 책임지고있다.
함혜리기자
