[장서 산책] 김경철 '인류의 미래를 바꿀 유전자 이야기'
[장서 산책] 김경철 '인류의 미래를 바꿀 유전자 이야기'
  • 김대영 기자
  • 승인 2020.05.11 11:25
  • 댓글 3
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누구나 손쉽게 할 수 있는
개인 맞춤 유전체 검사가 여는
새로운 세상

유전자와 유전체에 의한 개인 맞춤 의학에 대해 설명한 의학서이다. 지은이 김경철은 연세대학교 의과대학을 졸업하고 같은 대학교에서 보건학 석사, 노화과학 박사를 거쳐 보스턴 터프츠(Tufts) 대학교에서 영양 유전학, 후성 유전학을 공부했다. 현재 강남메이저클리닉 원장이다.

이 책은 3 Part로 이루어져 있다. Part 별로 관심을 갖고 흥미 있게 읽은 내용을 요약하여 정리하기로 한다.

PART 1. 의사가 알려주는 유전체 이야기

1. 미래 의학의 핵심 ‘5P 의학’

미래 의학의 핵심은 ‘5P 의학’이다. 5P란 개인 맞춤 의학(Personalized Medicine), 예방 의학(Preventive Medicine), 예측 의학(Predictive Medicine), 참여 의학(Participatory Medicine), 정밀 의학(Precision Medicine)이다. 유전체를 기반으로 하는 5P 의학의 발전은 건강한 100세의 핵심 개념이며 치료의 중심을 병원이 아닌 개인으로 이동하여 똑똑한 소비자들의 능동적 건강 행위를 요구한다.

2. 인류 최고의 프로젝트, 휴먼 게놈 프로젝트

2003년 6월 미국의 클린턴 대통령과 영국의 블레어 총리는 휴먼 게놈 프로젝트(human genome project)의 완성을 선언하면서 “인류 역사상 가장 중요한 사건 중 하나”, “신이 인간을 창조한 언어를 이해하는 과정에 들어선 사건”이라고 격찬했다. <네이처>와 <사이언스> 등 세계적인 과학 저널과 전 세계의 언론들은 한결같이 게놈 프로젝트의 완성으로 질병을 극복하고 생명의 신비를 풀 수 있는 열쇠를 얻게 되었다는 축제의 팡파르를 울렸다.

이때 한 사람의 30억 개 게놈을 분석하는데 들였던 시간은 무려 13년이었고, 30억 달러(3조 원)가 들어갔다. 10년이 지난 현재는 단 2일 만에 1,000달러(100만원)의 비용으로 전장 유전체 분석을 할 수 있는 시대가 되었다.

3. 염색체, 유전자, 유전체는 어떻게 다를까?

염색체(chromosome)는 세포분열 시 핵 속에 나타나는 굵은 실타래나 막대 모양의 구조물로 유전 물질을 담고 있다. 유전자(gene)는 부모가 자식에게 특성을 물려주는 현상인 유전을 일으키는 단위다. 유전체(genome)는 유전자(gene)와 염색체(chromosome)의 합성어로 염색체에 포함된 모든 유전자를 통틀어 유전체라고 부른다. 따라서 사람의 유전체는 23쌍의 염색체로 구성되어 있으며, 인간유전체사업(human genome project)의 성공적 완료로 인간 유전체가 가지고 있는 모든 유전자의 수를 확인할 수 있게 되었다.

사람의 유전체(human genome)는 약 30억 개의 염기서열로 구성되어 있으며 그 중 약 1.1~1.4%만이 생물학적 기능을 지닌 단백질을 만드는 것으로 알려져 있다. 염기(base)는 A(아데닌), T(티민), G(구아닌), C(사이토신)의 네 가지로 구성된 DNA의 최소 단위를 말한다. 그리고 인간 유전체에 포함되어 있는 유전자의 개수(gene count)는 28,939개 정도로 계산하고 있다.

모든 사람은 개인 간에 약 99.9% 동일한 유전적 염기서열을 지니고 있고 약 0.1%의 염기서열만이 개인 간의 차이를 보이게 된다. 따라서 단지 0.1%의 염기서열 차이가 개인 간 유전적 차이의 원인으로 추정되고 있다.

PART 2. 내 몸 사용 설명서, 맞춤 유전체 시대

1. 나에게 맞는 약물을 선택한다. '개인 맞춤 처방' 시대

현대 의학은 대규모 보건 데이터에서 얻은 평균적인 지침을 강조하는 근거 중심 의학(evidence based medicine)에 기초하는데, 진료 현장에서 만나는 환자는 개인마다 편차가 있어서 이 지침이 맞지 않는 경우가 많다. 대표적인 경우가 약물 처방이다. 누군가에게 효과적으로 작용하는 약도 다른 이에게는 잘 듣지 않고 부작용만 나타나 오히려 독이 될 수 있다.

유전체 의학의 발달은 평균 의학이 아닌 개인 맞춤 의학으로 이끌어 사람마다 약을 다르게 처방한다는 것을 의미한다. 이를 약물 유전학(Pharmacogenomics)이라고 한다. 약물 유전체의 발전은 항암 치료 분야에서 두드러지고 있다. 기존 항암제의 경우 치료 실패율이 70%나 되며 무엇보다 항암제에 따른 부작용이 심했다. 하지만 2014년부터 동반 진단이라는 유전적 변이 검사를 통해 ‘맞춤 항암제’를 처방하는 시대가 도래했다. 얼빅투스, 이레사, 글리벡 같은 항암제가 여기에 해당한다. 특별히 우리나라는 세계 최초로 염기서열 분석(NGS) 유전체 검사를 보험 급여로 지원받을 수 있다. 가까운 미래에는 누구나 개인 유전자 정보를 스마트폰을 통해 쉽게 열람하고 환자의 고유 정보에 근거해 약물 처방이 이뤄지는 진정한 의미의 개인 맞춤 의학, 참여 의학 시대가 열릴 것이다.

2. 매일 먹는 음식이 유전자를 바꿀 수 있을까?

내가 매일 먹는 음식이 유전자를 바꿔 질병을 일으키거나 또는 반대로 질병을 예방할 수 있을까? 정답은 아니기도 하고 그렇기도 하다. 유전자는 부모로부터 받은 특성이며 염기의 변이는 결코 바뀌지 않고 다시 후손에 물려주게 된다. 하지만 유전자의 발현(expression) 기능은 음식 등 환경적인 요소에 의해 바뀔 수 있다. 예를 들어 백열등, 형광등, 수은등은 제각각 밝기와 수명을 타고 났지만 그 전등이 스위치를 통해 켜지고 꺼지는 건 후천적으로 바뀔 수 있다.

음식도 대표적인 유전자 스위치에 해당하는데 이러한 학문을 후성 유전학(Epigenetics)이라고 부른다. 후성 유전학은 선천적인 돌연변이가 아닌 음식, 생활습관, 스트레스 등 후천적인 요인이 DNA에 영향을 줘 질병을 일으키거나 다음 세대에까지 영향을 주는 것을 연구하는 최신 학문을 말한다. 단적인 예로 쌍둥이를 들 수 있다. 태어나서 같은 유전자를 타고나도 살아온 환경이 다르면 각각 다른 질병이 생길 수 있다. 질병의 환경적인 요인을 설명하는 아주 좋은 예이다.

우리가 좋은 유전자를 타고났든 그렇지 않든 중요치 않다. 매일 건강한 음식을 먹고 음주, 흡연, 스트레스를 멀리하며 적절한 운동과 수면으로 더 건강한 몸을 만들어가는 것이 참된 지혜다.

3. ‘유전자 기반 조상 찾기’ 열풍

미국에서 가장 많이 분석된 유전자 검사는 유전자 기반의 조상 찾기 상품이다. 2019년 현재 이미 2,600만 명의 미국인이 이 유전자 검사를 테스트했다고 한다. 모두가 알다시피 미국은 다민족 사회이고 많은 이민자 간의 결혼을 통해 태어난 혼혈인이 대다수다. 비록 백인일지라도 아일랜드 계열, 북유럽 인종, 동유럽 인종 등으로 다양하고 남미와 흑인, 아시아인까지 피가 뒤섞여 있기에 조상 찾기 유전자 검사를 하면 그 결과 역시 매우 다양하다. 예를 들자면 아일랜드계 45%, 스칸디나비아 15%, 라틴계 20%, 일본 5% 등 매우 다양한 민족의 혼합으로 결과가 나온다.

저자인 김경철은 이미 유전자 데이터를 갖고 있었는데, 앱 기반의 유전자 분석 프로그램을 구입하여 유전자 분석을 의뢰하였다. 그 결과는 놀랍게도 한국인 유전자는 50.42%에 불과하고 중국인이 25.63%, 일본인도 21.9%나 섞여 있었다. 더 이상 한국인을 단일민족이라 부를 수 없다는 얘기다.

PART 3. 유전자로 질병을 예측하고 진단할 수 있을까?

1. 유방암을 미리 예방한 안젤리나 졸리

할리우드의 유명 여배우인 안젤리나 졸리는 2013년 5월 유방 절제술을 시행한 것을 <뉴욕타임스>를 통해 고백했다. 무엇보다 놀라운 건 그녀가 유방암에 전혀 걸리지 않은 건강한 상태였다는 점이다. 다만 유방암과 난소암에 관련 있는 BRCA1 유전자에 돌연변이가 있다는 것을 알게 된 것 뿐이어서 많은 사람들이 놀랐다.

BRCA 유전자 돌연변이는 전체 유방암 환자의 5%, 난소암 환자의 10~15%에서만 발견되지만 이 흔치 않은 돌연변이를 가지고 있으면 평생에 걸쳐 유방암에 걸릴 가능성이 7배나 높아진다. 미국 여성의 평생 유방암 유병률이 7~8% 정도이므로 안젤리나 졸리의 경우 유방암에 걸릴 확률이 56~87%나 되는 꽤 높은 확률인 것이다.

그녀의 어머니가 56살이라는 비교적 젊은 나이에 난소암으로 세상을 떠났고, 외할머니와 이모 역시 유방암으로 사망하였다고 한다. 자신 역시 언젠가는 유방암이나 난소암에 걸릴 거라고 두려워하는 것은 당연한 일이다. 안젤리나 졸리는 2015년 5월 난소마저 제거하고 호르몬 치료를 받기 시작했다. 이는 당연히 전 세계적으로 논란을 일으켰고 결과적으로 유전체 의학 시대가 성큼 다가왔다는 것을 대중에게 각인시켰다.

2. 치매를 미리 예측하고 예방한다.

유전자 검사로 치매를 예측, 예방할 수 있을까? 흔히 사람들이 가장 걱정하고 두려워하는 대표적인 질환이 치매다. 치매에 한번 걸리게 되면 장기적으로 고생하는데, 10년 이상 점점 나빠지는 치매 환자로 인해 주변에서 고통받는 부분이 너무도 크다.

대표적인 치매 유전자 중에 APOE가 있다. APOE 유전자 중에서 위험인자라고 적혀 있는 ε4(엡실론 4)를 양쪽 부모 중 한 명 한테서 넘겨 받았는지, 양쪽에서 받았는지에 따라 위험인자가 달라진다. 위험인자가 둘 다 없는 경우가 3/4 정도 되고, 1/4 정도에서 ε4가 있는데, 그 중 대부분의 사람들은 하나만 있다. 간혹 100명 중에 한 명, 또는 200명 중에 한 명은 ε4가 양쪽 모두로부터 있다. ε4가 하나만 있을 때는 치매에 걸릴 확률이 남들에 비해 3배 높고, 양쪽 모두로부터 물려받아 ε4가 두 개 있을 때는 남들에 비해 7배 높다고 한다.

우리나라에서는 APOE 유전자 검사가 제한 유전자로 묶여 있다. 제한 유전자라는 것은 가족력이 있어야만 검사가 가능하다. 치매가 유전병인가? 그렇진 않다. 치매는 분명 유전적인 소인이 있지만 유전자 때문에 생기는 유전병은 아니다. 유전자에 영향을 받기도 하지만 환경적인 요인에 의해서도 많은 요인을 받는다.

예를 들어 유산소 운동을 했을 때는 치매 위험을 무려 50% 줄일 수 있다. 만약에 유전자 검사를 통해 APOE가 하나라도 있어서 치매에 걸릴 위험이 높다고 하면 앞으로는 유산소 운동을 적극적으로 하여 그 확률을 낮추면 된다. 유산소 운동은 생각보다 쉽지 않다. 일주일에 적어도 두 번 이상, 고강도로 걷거나 뛰어야 한다. 숨을 헐떡거리거나 심장이 두근거릴 정도로 해야 유산소 운동이라고 할 수 있다. 실제 유산소 운동을 했을 때 치매 위험도는 상당히 감소한다.

동시에 치매를 피하는 가장 좋은 방법 중에 하나가 좋은 것을 먹는 것이다. 고기를 많이 먹는 사람, 술을 많이 마시는 사람 등 좋지 않은 건강 식이를 했을 때 치매가 더 악화된다. 반대로 오메가 3가 풍부하거나 커큐민(강황 등)이 들어간 음식들이 치매를 예방한다고 알려져 있다.

또, 하나의 치매 예방법으로. 60대 후반부터는 간단한 설문지 등을 통해 조기에 치매를 진단하는 것이 좋다. 치매가 아니더라도 구조화된 설문지로 실제 기억력이 감소되고 있는 치매 전 단계인지를 진단해보고 경우에 따라서는 치매 약을 미리 먹어야 한다.

3. 노화·장수의 지표, ‘텔로미어’ 길이를 늘려라!

사람은 나이 들면서 여러 가지 생체 지표들이 변한다. 콜레스테롤 수치와 혈압이 올라가고 체지방이 증가하는 반면 골밀도, 근육량, 호르몬 수치는 감소하는데 이들을 모두 노화 지표라고 한다. 모든 노화 지표 중에서 노화를 가장 잘 반영하는 지표는 바로 ‘텔로미어(telomere)’다.

텔로미어는 염색체의 끝을 가리키는 헬라어 합성어이다. 염색체의 끝에는 특정 염기 6개(TTAGGG)가 수백~수천 개 반복되어 뭉쳐져 있다. 이는 체세포가 분열할 때마다 염색체가 같이 분열되는 것을 막아주는 역할을 한다.

나이가 들면 텔로미어의 길이가 점차 짧아지는데 해마다 25개 정도의 염기가 없어진다. 특히 염증과 산화 스트레스는 텔로미어의 길이를 빠르게 감소시킨다. 텔로미어는 나이뿐 아니라 사망률과도 관련이 있다. 텔로미어가 가장 짧은 하위 10%의 사람은 가장 긴 상위 10%에 비해 사망률이 1.4배 높다.

또한 텔로미어는 질병과도 관계가 깊다. 비만, 당뇨, 고혈압, 심혈관 질환, 암 환자들이 건강한 사람에 비해 텔로미어 길이가 짧다는 연구 결과는 이미 상당히 많이 보고되고 있다. 짧아진 텔로미어가 질병을 일으키는 것일까, 아니면 질병 또는 질병을 일으키는 염증, 비만 등의 기전이 텔로미어를 짧게 하는 것일까. 원인과 결과의 관계는 명확하지 않지만 어쨌든 남들에 비해 텔로미어의 길이가 짧으면 질병이 있을 가능성이 더 높은 것만큼은 분명한 사실이다.

또한 많은 연구에서 특정 생활 습관이 텔로미어 길이에 영향을 준다고 발표했다. 2014년 국제 비만지에 발표된 연구 논문에서는 5년간 지중해 식이를 계속했더니 텔로미어 길이가 길어졌다고 했는데 이는 지중해 식이가 항노화에 도움을 줬다는 의미이기도 하다.

2013년 <란셋>에 발표된 연구 논문에서는 전립선암 환자들이 5년간 꾸준히 운동한 결과 텔로미어가 길어졌다고 밝혔다. 백혈구의 텔로미어는 체중 감량, 운동, 식이 습관의 개선만으로도 비교적 짧은 시간 내에 바로 길어질 수 있어 건강한 생활 습관의 지표로도 활용될 수 있다.

건강 기능 식품 중에는 비타민 A, B, C, E 같은 항산화 비타민이 텔로미어 길이와 관련이 있다. 2016년 임상영양학지에는 오메가 3가 텔로미어 길이를 길게 했다는 연구결과도 발표됐다. 생명공학회사 ‘제론’은 사이클로아스트라제놀(cycloastragenol)이라는 성분이 텔로미어 길이를 길게 하는 텔로머라제 효소를 활성화시킨다는 사실을 발견했는데, 이 물질은 황기에서 추출하는 것으로 알려졌다. 임상 시험 결과에서는 텔로미어 길이뿐 아니라 근육량, 기억력 등 주요 노화 지표도 개선되었음을 보여주었다.

4. 건강 100세 시대를 이끄는 ‘장수 유전자’

과학자들은 대략 25% 정도에서 유전자가 장수에 영향을 미친다고 설명한다. 하지만 수명에는 질병의 유무, 개인의 생활습관, 영양 상태 등이 복잡하게 작용하기 때문에 수명에 영향을 미치는 유전자를 찾기란 쉽지 않다. 최근에는 현대 유전체 연구의 대표적인 방법인 전장유전체연관분석(GWAS)을 통해 장수 유전자를 찾는 연구들이 진행됐다.

연구에 따르면 대표적인 장수 유전자인 시트루린(SIR2)은 체내의 대사 조절, 스트레스 저항성 증가, 체내 에너지량 조절, DNA 손상 방지 등을 통해 당뇨병, 염증, 신경계 퇴행성 질환을 막는 데 중요한 역할을 한다고 설명한다.

또 다른 장수 유전자로 알려진 폭소 유전자(FOXO3)는 동서양인에게 관계없이 100세 이상 초고령 노인들에서 이 유전자의 변이가 발견되곤 한다. 폭소 유전자도 세포주기와 당 대사, 에너지 항상성을 조절하고 손상된 DNA를 복구하며 산화 스트레스와 염증을 줄인다. 노화를 해결한다고 해서 ‘마스터 유전자’로도 불린다.

실제로 세계적인 장수 마을로 알려진 일본의 오키나와 주민들을 대상으로 폭소 유전자를 분석했더니 이 유전자의 특정 변이가 있는 그룹에서 사망률이 현저히 낮은 것으로 보고됐다. 일본인만 그런 것이 아니라 폭소 유전자는 모든 인종에서 장수를 유도한다.

그런데 연구자들은 이 유전자의 변이가 없어도 특정 음식을 먹으면 똑같이 장수한다는 것을 밝혀냈다. 그 원동력은 바로 ‘오키나와 전통 식단’이었다. 장수 유전자의 존재 못지않게 그 유전자를 더욱 강화하는 식단도 중요한 것이다.

아직까지는 유전자만으로 자신의 기대 수명을 예측하기는 어렵다. 하지만 질병을 조기 진단하거나 미리 예측·예방해 실제 그 병에 걸리지 않게 하는 것이 무병장수로 나아가는 필요조건이다. 따라서 유전자 분석의 발전은 건강 100세 시대를 다가오게 할 가장 확실한 무기가 될 수 있다.

유전자는 결코 운명이 아니다. 좋은 음식과 건강한 생활 습관으로 끝없이 유전자를 건강하게 하는 후성 유전학의 발전 역시 인류를 보다 지혜롭게, 보다 오래 살게 하는 데 기여할 것이라고 믿는다.


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