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- 참조 게놈은 처음으로 인간의 유전적 다양성을 반영
- 이전에는 고려할 수 없었던 특성과 질병에 대한 구조적 변이의 영향 조사 가능케 해
- 2024년까지 350명 판게놈 시컨싱, 판게놈에 삽입할 계획

최초의 인간 판게놈(Pangoneme:범유전체) 생성
참조 게놈은 처음으로 인간의 유전적 다양성을 반영한다.

유전학의 이정표:
국제 연구 컨소시엄이 처음으로 소위 판게놈(pangenome)을 만들었다. 이는 서로 다른 사람과 인구 사이의 유전적 유사성과 차이점을 한눈에 볼 수 있게 해주는 참조 게놈이다. 47명의 개별 게놈에서 생성된 판게놈은 처음으로 인간종의 유전적 다양성을 반영하고 과학자들이 "네이처(Nature)"에 보고한 바와 같이 잠재적인 의학적 중요성을 지닌 수백만 개의 구조적 변이를 드러낸다. 

▲ 과학자들이 처음으로 47명의 유전적 차이와 유사성을 한 눈에 보여주는 참조 게놈을 만들었다. © GEtty aimges; Darryl Leja/ NHGRI

2001년 인간 게놈의 첫 번째 해독 이후 여러 차례 보완된 인간 게놈 프로젝트의 참조 게놈은 유전 연구에서 가장 중요한 참조 가치가 되었다. 그러나 이 공식 참조 게놈은 격차가 크고 아버지와 어머니로부터 물려받은 염색체 사본을 분리하지 않으며 소수의 사람에게서만 나온다. 게다가 이것은 인위적으로 조립된 모자이크 게놈이다. 정확히 이 DNA 서열을 가진 인간 세포는 지구상에 단 하나도 없을 것이다.

2022년이 되어서야 인간 게놈이 처음으로 염색체의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 완전히 시퀀싱되었다. 그러나 이 새로운 참조 게놈의 유전 물질은 단일 세포주에서만 나오므로 한 사람에게서만 나온다. "게놈은 인간의 다양성을 나타내기에 충분하지 않다"고 캘리포니아 산타 크루즈 대학의 Benedict Paten은 말했다.

한눈에 보는 유사점과 차이점

이제 이것이 바뀌었다. HPRC(Human Pangenome Reference Consortium)의 연구원들이 처음으로 소위 판게놈(pangenome)을 만들었기 때문이다. 처음으로 판게놈은 서로 다른 사람들의 DNA 서열이 서로 동일하거나 다른 게놈을 따라 각 지점에서 보여준다.

모든 인간이 동일한 DNA 서열을 가지고 있는 경우, 이 참조 판게놈은 단일 가닥과 유사하다. 대조적으로, 많은 개별 변형이 있는 곳에서는 편차 시퀀스를 가진 병렬 가닥으로 펼쳐진다. 따라서 어떤 게놈 영역이 특히 다양성이 높거나 낮은지, 개인과 집단에 따라 게놈이 어떻게 다른지 한눈에 알 수 있다. 컨소시엄에 따르면 전반적으로 여러 방법을 사용하여 조립된 팬게놈은 99% 이상 정확하고 완전하다.

부모 상속 지분 자세히 살펴보기

멤피스 의과대학의 Erik Garrison은 "이전의 게놈 연구는 인간 게놈이 '평평'하고 모든 인간에서 매우 유사하며 소수의 점 돌연변이에서만 다르다는 인상을 남겼다"고 말했다. "그러나 인간 판게놈은 이제 우리 각자가 특이하거나 심지어 고유한 DNA를 가지고 있음을 보여준다.“

▲ 게놈의 각 위치에 대해 판게놈은 서로 다른 사람들의 서열이 다른지 여부와 어떻게 다른지를 보여준다. © Darryl Leja/ NHGRI

새로운 pangenome은 또한 전체 이배체 염색체 세트를 포함하고 부계 및 모계 유전자 세트를 가진 염색체 사본 사이에 눈에 띄는 차이를 만든다. 예를 들어 이것은 부모로부터 물려받은 유전자의 다른 대립 유전자의 영향을 조사하는 데 중요하다. “판게놈은 인간의 유전적 변이를 보는 완전히 새로운 방식을 나타낸다. 그것은 우리 종의 유전적 다양성에 대한 우리의 관점을 변화시킬 잠재력을 가지고 있다"고 시애틀에 있는 워싱턴 대학의 Evan Eichler는 말했다.

의학용 수백만 가지의 구조 변형

판게놈은 DNA 서열과 변이체를 보다 정확하게 분해하여 이전에 인식되지 않은 1,115개의 유전자 중복과 약 9천만 개의 구조적 변이체(DNA 서열의 서열 반복, 삽입, 누락된 부분 또는 반전에 의해 수정된 DNA 섹션)로 이전 참조를 보완한다. 이것은 알려진 구조 변형의 수를 104% 증가시켰다. 이러한 변종 중 다수는 효과가 있는 것으로 의심된다.

"무엇보다도 팬게놈은 소위 광범위한 질병에 대한 대규모 게놈 연관 연구에서 이전에는 고려할 수 없었던 특성과 질병에 대한 구조적 변이의 영향을 조사할 수 있게 해줍니다. 중요한 질병 요인이 게놈의 이러한 부분에 여전히 '숨겨져' 있다고 가정합니다. 팬게놈은 이제 질병과 그 유전적 뿌리를 더 잘 식별하고 연구할 수 있는 기회를 열어줍니다.

이 프로젝트에 참여하지 않은 비엔나 분자 병리학 연구소의 Siegfried Schloissnig는 "이것은 잠재적으로 질병과 관련된 사람의 게놈에서 시퀀스 섹션을 더 쉽게 발견할 수 있게 합니다"라고 설명했다. "많은 개체에서 발생하는 시퀀스 섹션은 이러한 방식으로 제외될 수 있습니다. 팬게놈에 아직 포함되지 않은 모든 것은 사람의 게놈 개성을 나타내거나 질병과 관련될 수 있다.”

2024년까지 350명 판게놈

이 이정표는 시작에 불과하다. Human Pangenome Reference Consortium은 이러한 방식으로 총 350명의 게놈을 시퀀싱하고 판게놈에 삽입할 계획이다. 무엇보다도 중동, 오세아니아, 아프리카에서 더 많은 사람들이 참여해야 한다. 이 새롭고 훨씬 더 포괄적인 참조 게놈은 2024년까지 준비될 것이다.

"이것은 프로젝트의 끝이 아니라 인간의 다양성이 생물학, 생물 의학 및 임상 과학에 보다 완전하게 통합되는 새로운 시대의 시작이다"고 컨소시엄 구성원인 워싱턴 대학의 Ting Wang은 말했다. "새로운 게놈 참조는 우리 종의 유전적 청사진을 보여주기 위해 계속 성장, 확장 및 조정될 것이다.“
(Nature, 2023; doi:10.1038/s41586-023-05896-x)
출처: Nature, NIH/National Human Genome Research

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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