대장균, 4만세대까지 배양·염기서열 분석… 유전체 진화 경로 규명에 성공

국내 연구진이 실험진화 기법으로 4만세대까지 대장균을 배양한 뒤 세대별 유전체를 해독, 염기서열에 남아 있는 유전체 진화 궤적에 대한 기록과 환경적응도 간 상관관계를 규명하는 데 성공, 생명진화 연구의 새로운 전기를 마련했다. 한국생명공학연구원 바이오시스템연구본부 김지현(43ㆍ사진) 박사팀은 4만세대 동안 실험실에서 진화된 생명체의 유전체 염기서열을 비교분석해 생명체 진화 과정을 추적하고 환경적응도와의 상관관계를 규명했다고 18일 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계 최고 권위의 학술저널인 '네이처(Nature)'지 18일자(현지시간) 온라인판에 발표됐다. 생명체의 진화는 장기간 점진적으로 일어나기 때문에 그 과정을 직접 관찰하는 것이 불가능하다. 하지만 실험실에서 빠른 속도로 증식하는 미생물인 대장균을 사용하면 여러 세대에 거쳐 일어나는 진화 과정의 실시간 추적이 가능할 뿐 아니라 '조상 균주'와 '후손 균주'의 직접적인 경쟁을 통해 동일한 환경에 대한 적응도를 정량적으로 비교할 수 있다. 진화과정 중에 있는 생명체의 유전체 염기서열을 고정밀도로 해독해 약 20년에 걸친 장기간의 진화실험에 따른 유전체 변이의 양상을 수만세대 동안 추적한 것은 이번 연구가 처음이다. 연구팀은 환경조건이 일정하게 유지되는 조건이라도 유전체의 변이 속도와 적응도 간 관계가 일정하지 않음을 처음으로 밝혀냈다. 또 단백질로 만들어지는 부위에 발생한 돌연변이는 모두 아미노산 서열이 바뀌는 종류였으며 대부분의 돌연변이가 개체에 유익한 것으로 확인했다. 김 박사는 "미생물 및 유전체 이용 기술은 바이오 경제를 이끌어갈 주역"이라며 "이번 연구는 생명현상에 근본적인 안정성을 예측하는 수만세대 이후 유전 진화현상을 근본적으로 밝힌 기초적인 연구 성과"라고 강조했다. 이번 연구는 교육과학기술부 21C 프론티어 미생물유전체활용기술개발사업단의 지원을 받아 이뤄졌으며 미국 미시간주립대 렌스키 교수 및 프랑스 조세프푸리에대 슈나이더 교수와의 공동연구를 통해 진행됐다.