공모전 결과

  • 공모전 수상 작품들을 확인할 수 있어요!


과학칼럼/평론(우수상) 국보 1호팀_본선진출작 4

『 가장 과학적인 사주팔자 』

당신의 유전자로 질병을 예측할 수 있다면? 

“신경계 질병 60% 가능, 우울증 42% 가능, 집중력 장애 89% 가능” 영화 가타카(Gattaca)에 나오는 대사이다. 영화 속 배경에서는 아기가 출생하자마자 여러 질병에 걸릴 확률, 수명, 지능, 폭력성 등을 혈액 한 방울로 알 수 있다. 

그러나 유전자로 질병을 예측하는 것이 더 이상 영화에서만 가능한 일이 아니라면 어떠할까? 

인간 유전체를 구성하는 30억 쌍의 염기서열을 밝히고 유전자지도를 완성하려는 초거대 프로젝트인 인간게놈프로젝트(Human Genome Project, HPG)가 2003년 이미 성공하였다.

 2000년 5월에 발표된 21번 염색체의 염기서열은 알츠하이머병, 다운증후군, 당뇨병, 백혈병과 연관된 유전자를 포함하고 있어 이러한 질병 치료의 발전이 예상되었다. 지난 2021년에는 1만 명의 한국인 게놈 정보가 해독 완료되어, 암이나 희귀병의 치료 가능성을 높였다. 이와 관련하여 국립보건연구원에서는 한국인유전체역학조사사업을 수행하고 있다. 

그 연구결과는 전문 분야에서 많은 영향을 미칠 뿐 아니라, 우리의 건강 상식에도 도움을 주고 있었다. 

한국인유전체역학조사사업(Korean Genome and Epidemiology Study; KoGES)이란? 한국인유전체역학조사사업은 한국인에게서 많이 발생하는 당뇨, 고혈압, 비만, 고지혈증, 심혈관질환 등 만성질환의 환경적, 유전적 요인을 밝히고자 수행하는 코호트 연구이다. 코호트는 본래 많은 사람의 집단을 일컫는 말이고, 따라서 코호트 연구란 보건·의학 연구에서 어떤 요인에 노출된 사람들과 노출되지 않은 사람들을 장기간 추적하여 두 집단 간에 질병이 발생하는 정도에 차이가 있는지를 비교하는 것이다. 

흡연이 폐암의 원인이라거나, 붉은색 고기를 많이 먹으면 심혈관질환 발생이 높아진다는 등 현재 건강 상식으로 알려진 많은 의학적 지식이 바로 이런 코호트 연구를 통해 밝혀진 것이다.

 그런데 질병의 발생에는 생활 습관과 유전적인 요인들이 복합적으로 영향을 미치므로 외국의 연구 결과를 그대로 한국인에게 적용하기에는 한계가 있으며, 이런 이유로 많은 나라들이 자국민에 대한 코호트 연구를 실시하고 있다. 

따라서 한국인유전체역학조사사업도 우리나라 사람을 대상으로 한 연구를 통해, 한국인의 만성질환을 미리 예방하고 건강을 증진할 수 있는 기반 자료를 제공하고자 하는 것이다. <동아시아인 대상 제2형 당뇨병 유전요인 발굴> 국내에서 6번째로 높은 사망원인인 당뇨병의 원인에는 수면, 식습관과 같은 환경적 요인도 있지만 유전적 요인 또한 중요하다. 

당뇨병의 유전적 요인은 태어나면서부터 가지게 되는 위험 인자이기 때문에 유전요인이 무엇인지 알아내는 것이 당뇨병 고위험자를 선별하여 예방하는 방법이 되는 것이다. 본 연구에서는 한국인과 동아시아인 약 43만 명을 대상으로 유전체 정보를 분석하여 제2 형 당뇨병에 대해 새로운 유전적인 연관성을 찾아냈다. 

특히 이번 연구는 아시아 인구 집단  대상 최대 규모의 연구로, 기존의 서양인 대상 연구와 동등한 수준의 규모로 이루어져 동아시아인과 서양인 인구 집단에서 나타나는 제2형 당뇨병의 유전요인을 직접적으로 비교하는 것이 가능하다. 연구 결과 제2형 당뇨병 183개 유전자를 발굴하였고 그중 61개는 신규 유전자로 확인되었다. 

이 유전자들은 이전의 유럽인들에게 실시되었던 전장유전체 연관분석(GWAS)에서는 확인되지 않았다. 참고로 전장유전체 연관분석이란, 모든 유전체의 무수히 많은 각 형질이 어떠한 유전자와 관련이 있는지 실험을 통해 찾아내는 것이다. 

특히 SIX3와 ALDH2 유전자는 동아시아인에서만 유전적 효과를 보여주었으며, ALDH2의 경우 동아시아인 남성에게서만 특이적인 효과를 보여주어 알코올 섭취 등 생활식습관에 의한 당뇨병 발병 영향 가능성이 높음을 보여주었다. 국제당뇨병연맹(IDF)에 따르면 연구의 궁극적인 목표는 ‘전 세계 4억 명 이상의 인구에 건강 상 악영향을 미치는 당뇨병을 관리, 치료할 수 있는 가능성 있는 유전적 표적을 식별해 내는 것’이다. 이번 연구는 어떻게 서로 다른 인구 집단들이 2형 당뇨병에 걸릴 수 있는 유전적 요인을 공유하면서도 발병에 다소 차이가 나타나는 다른 유전적 변이를 갖고 있는지를 보여주는 것이다. 싱가포르, 미국, 한국, 영국, 일본 등 5개 연구기관이 주도하고, 100명 이상의 연구자가 참여한 이번 국제공동연구 결과는 2020년 5월 세계 최고 학술지인 Nature에 게재되었다. 

<한국인에서 PSCA 유전자의 유전적 변이와 위암 감수성의 연관성 발견> 세계에서 가장 높은 위암 사망률은 동아시아에서 나타난다. 또한 우리나라의 위암 발생률은 세계 1위로, 미국의 10배 수준이다. 하지만 한국인을 대상으로 전장유전체 연관분석(GWAS)이 이루어진 적은 없다. 따라서 위암의 빈도와 사망률이 가장 높은 국가인 한국에서 이번 연구가 수행된 것에는 큰 의미가 있다. 

연구진은 이번 연구를 통해 위암 감수성과 PSCA 유전자 변이의 연관성을 발견했다. 감수성이란, 건강의 위해 요인, 질병 등에 대해 저항력이 없고 취약한 상태를 말한다. 이번 연구는 총 2단계로, 데이터베이스의 450명의 위암 케이스와 암 검진 프로그램에 참여한 1134명의 통제군, 803명의 위암 환자군과 3693명의 대조군 분석을 통해 이루어졌다. 

연구결과에 따르면, 위 상피 조직의 증식에 관여할 것으로 보이는 PSCA 유전자와 이 유전자의 단일염기변형이 위암 발생 위험도를 높이는 것으로 밝혀졌다. PSCA 유전자가 한국인에서 위암 위험에 대한 가장 중요한 감수성 유전자일 수 있음을 확인했다는 점에서 이 연구가 중요하다고 볼 수 있다. 이 연구의 결과는 2019년 4월 Cancer Research and Treatment에 게재되었다. 

기대효과 및 사회적 기여도 ▶ 사람들의 생활 습관 변화의 촉진 유전체 연구는 사람들의 생활 습관을 변화시키는 근거를 제공하는 동시에 동기부여를 하기도 한다. 

개인의 행동을 바꾸는 것은 어렵지만, 정확한 수치와 객관적인 자료가 있으면 변화를 촉진할 수 있기 때문이다. 

단순히 음주가 건강에 좋지 않다고 말하는 것보다 “40-69세의 성인을 대상으로 하여 추적연구를 4년간 수행한 결과, 하루에 30g을 초과하는 양의 알코올을 섭취하는 경우 대사증후군의 위험이 1.6배 증가하는 것으로 나타났다”라는 연구 결과를 보여주면 대상자의 행동이 더 쉽게 변화할 수 있다. 따라서 유전체 연구를 통하여 특정 질병에 걸릴 확률을 알게 되면 사람들의 생활 습관 변화를 유도할 수 있을 것이다. 

▶ 차후 연구의 기반 마련 한국인유전체역학조사사업을 비롯한 유전체 연구의 결과는 차후 다른 연구의 기반이 된다는 점에서도 중요하다. 과거의 연구 데이터를 토대로 미래의 연구가 더 활발하게 이루어지려면, 그것을 축적하여 체계적으로 관리하고 공유하는 시스템이 필요하기 때문이다. 

예를 들어, 1990년대에 시작되었던 인간게놈프로젝트에서는 최초로 공익을 위하여 전 세계 연구자들이 프로젝트 결과에 접근 가능하도록 결과를 공유하는 정책을 펼쳤다. 

과학계에서는 이전에도 데이터 공유의 사례가 있었지만, 규모가 작은 그룹에 한정되거나 관련 논문을 발표한 이후 데이터 공유를 철회하는 일이 종종 발생하였다. 문제는 연구용 유전체 데이터베이스를 공유하지 않는다면 그만큼 유전체 질병 연구의 진행이 늦어질 수 있다는 점이다. 인간게놈프로젝트는 현재의 데이터 공유 문화를 조성하는 데 영향을 미쳤고, 코로나19 사태 역시 이러한 선례가 존재했기에 바이러스 게놈 데이터를 신속하게 공유할 수 있었던 것이다. 

특히 한국인유전체역학조사사업은 한국인을 대상으로 한 데이터가 축적된다는 점에서 의미가 있다. 예를 들어 백신 후보의 경우 전임상, 1상, 2상, 그리고 3상을 통과하면 보건당국으로부터 허가를 받는다. 이때 임상 2상은 약 300명의 참가자가 필요하고, 3상은 3000명에게까지 접종한다. 그런데 우리나라의 경우 인구가 많지 않고, 환자를 대상으로 해야 하는 시험의 경우 참가자는 더 적어질 것이다. 이번 코로나19 사태처럼 전염병이라도 발생하면 그 시급성과 중요성은 더욱 커질 것이다.

 실제로 아스트라제네카의 경우 고령자 임상자료가 부족하여, 예방효과를 입증하지 못한 사례가 존재한다. 유전정보가 직접적으로 임상시험 자료로 치환되기 어렵다고 하더라도, 어떠한 유전자를 가진 집단은 어떠한 특성을 보이더라 정도의 정보를 제공할 수 있다. 따라서 한국인유전체역학조사사업을 통하여 한국인을 대상으로 한 데이터를 축적하는 것은 차후 연구의 기반이 된다. 

▶ 유전체 데이터 다양성의 확보 생명과학 저널 Cell에 게재된 미국 마운트시나이 의대의 개인 맞춤의학 관련 논문에 따르면 ‘유전체 자료를 모아 놓은 전 세계 인구 바이오뱅크를 분석한 결과, 연구된 게놈 데이터의 70%가 유럽인의 유전체 데이터’라는 분석이 나왔다. 의학의 발전을 위해서는 유럽에 치우친 연구를 벗어나 유전체 데이터의 다양성이 필요하다는 것이다. 과학자들은 지구상의 생물 다양성을 확보하기 위해 꾸준히 노력해왔다. 생물 다양성이 풍부해야 지구가 건강하게 유지되고 또한 다양한 생물자원으로부터 도움을 얻을 수 있기 때문이다. 인간의 유전체 연구도 마찬가지다. 다양한 유전자형을 골고루 많이 확보해야 여러 유전적 변이에 따른 질병에 각각 정밀하게 대처할 수 있다. 

자료가 편향되면 건강과 질병에 영향을 주는 다양한 유전적, 환경적 요인을 이해하는데 제한이 생긴다. 다양한 인종의 개체군에서 중요한 역할을 수행하는 유전적 변이를 놓치게 될 수 있고, 이는 질병의 예방과 치료에 있어서 유해한 결과를 불러올 것이다. 

이는 결국 건강 불평등을 악화시킬 가능성이 있다는 뜻이다. 현대 의학은 여러 유전자에 근거해 심장병이나 알츠하이머병, 당뇨병 같은 질병의 위험을 예측하는 방법을 개발하고 있는데, 이런 방법이 대부분 유럽계 인구에 기초하여 개발된다면 다른 인종의 인구 군에게는 적용되지 않을 수 있다. 따라서 유전체 데이터 다양성의 확보가 중요하다. 

▶ 유전자 치료의 발전 한국인유전체역학조사사업을 통해 인간의 성장과 질병에 어떤 유전자가 관련되었는지 확인할 수 있었다. 이에 따라 개인의 유전자를 활용하여 유전병이나 난치성 질환을 치료하는 개인 맞춤형 치료가 가능해졌다. 

현재의 치료는 하나의 질환을 하나의 표적으로 삼는 일종의 표준화된 치료가 이루어지고 있다. 예를 들면 우리는 감기에 걸리면 아스피린이나 타이레놀(아세트아미노펜)을 먹고, 당뇨병에 걸리면 경구용 혈당강하제(메트포르민, 설포닐우레아 등)를 복용하는 것이 보편적이다. 하지만 이는 개인의 특성을 무시하는 것이라는 비판이 있다. 

동일한 질환에 널리 쓰이는 약이라도 개인의 특성에 따라 쇼크를 일으키거나, 알레르기 반응 등을 가진 환자에겐 약이 아니라 독이라는 것이다. 따라서 유전자를 활용한 개인 맞춤형 치료는 현재의 치료 방식을 넘어, 환자의 유전체를 파악해 환자가 질병에 걸릴 가능성인 감수성이 얼마나 되는가, 그리고 치료가 끝난 후의 경과는 어떠할 것인가를 예측하는 것을 목표로 하고 있다. 각각의 유전체를 기반으로 질환의 원인과 치료방법을 철저히 분석하는 것이다. 

추가로 유전자를 활용한 유전자 치료 분야 또한 활발히 연구가 진행되고, 실제 임상에서도 사용되고 있다. 유전자 치료란 대개 결핍 혹은 결함이 있는 유전자를 보완하거나 교정하기 위해 유전자를 분자 수준에서 조작하여 질병을 치료하는 것을 말한다. 최근 국내에서는 처음으로 삼성서울병원에서 유전적 망막변성 치료제 럭스터나(Luxturna) 투여에 성공하기도 했다. 

이처럼 여러 질병에 대한 치료 가능성을 높이고 난치와 불치의 가능성을 낮추기 위해 국립보건연구원을 포함한 다양한 연구기관이 연구개발을 수행하고 있다. 한국인유전체역학조사사업을 통해 직접적인 유전자 질환과 다인자성질환들의 병인에 관한 이해가 DNA 수준에서 이루어지고, 질병을 새로운 각도에서 이해함으로써 질병의 진단, 치료, 예방이 더욱 개인화, 개별화, 맞춤화될 것이라고 생각한다. 

앞으로 국립보건연구원이 나아가야 할 방향 ▶ 한국인에게 호발하는 질병에 있어 추가적인 유전체 연구가 필요 2020년 한국인의 10대 사망원인은 암, 심장 질환, 폐렴, 뇌혈관 질환, 자살, 당뇨, 알츠하이머병, 간질환, 고혈압성 질환, 패혈증 순이었다. 10대 사인은 전체 사망자의 67.9%를 차지했고, 3대 사인인 암, 심장 질환, 폐렴은 전체 사인의 44.9%를 차지하였다. 작년에 비해 고혈압성 질환은 한 단계 상승하여 9위를 기록했다. 이때 한국인유전체역학조사사업 코호트연구 우수성과 50선을 보면, 주요 사망원인인 고혈 압, 당뇨병, 심뇌혈관 질환을 주제로 많은 연구 성과가 존재함을 알 수 있다. 따라서 이러한 분야에서의 추가적인 연구, 또는 다른 주요 사망원인, 예를 들면 암, 폐렴, 알츠하이머병, 간질환 등을 주제로 한 연구가 필요할 것으로 보인다. ▶ 유전자 치료, 데이터 공유와 관련하여 윤리 문제의 인지와 해결 방안 마련 필요 하지만 개인 유전정보 활용에 대한 윤리적 문제도 간과할 수 없다. 

앞으로 연구가 더욱 진행되면 개인의 유전정보를 통해 질병, 행동 양상, 성격, 수명 등 많은 부분의 예측이 가능할 것이다. 유전자를 통해 개인뿐만 아니라 가계도 상 친척의 정보까지 알 수도 있다. 이에 따른 개인의 유전자 프라이버시 문제를 어떻게 관리해야 할까? 

또한 어떤 사람은 자신의 수명이나 질병 발생 가능성을 알고 싶지 않아 할 수도 있다. 이때 그 대상자나 가족에게 이를 알려야 하는지, 정보의 유출을 방지할 시스템이 갖추어져 있는지도 생각해 봐야 할 문제이다. 게다가 유전자에 따른 차별 문제나, 유전자 치료가 활성화된다면 주문형 태아 문제도 발생할 수 있다. 

유전체 연구의 발전과 그로 인한 윤리 문제 사이의 균형점을 찾는 것은 우리가 직면해야 하는 문제이다. 과학이 발전한 만큼 사회정책적인 부분에서 해결 방안을 모색함과 동시에, 우리 사회구성원의 인식 또한 발전이 필요하다. 그렇게 될 때 한국인유전체역학조사사업의 목표대로 한국인의 만성질환을 미리 예방하고 건강을 증진하는 것이 가능할 것이다. 한국인유전체역학조사사업은 앞서 언급한 것처럼 생활 습관의 변화 촉진, 차후 연구의 기반 마련, 유전체 데이터 다양성의 확보, 유전자 치료의 발전 등 큰 기대효과를 가지고 있다. 우리가 아직 알지 못하는 질환의 유전-환경적인 요인과 이들 간의 상호작용이 어떻게 이루어지는지 등을 밝혀내기 위해 활발한 연구가 지속적으로 이루어져야 한다. 따라서 한국인유전체역학조사사업은 무궁무진한 발전 가능성이 있다고 말할 수 있다. 

국가보건연구원의 앞으로의 행보가 더 기대된다.


참고문헌 김근주. (2021.04.26.). 국내 최대 한국인 1만명 유전체 해독완료…유전적 질환분석 기대. 연합뉴스. 김병희. (2020.05.07.). 동아시아인의 당뇨병 뿌리 찾았다. The Science Times. 김수영 인구동향과장. (2021. 09. 28). 2020년 사망원인통계. 대한민국 정책브리핑. 삼성서울병원. (2021.09.23.). "김상진 교수팀, 국내 최초 안과 유전자치료제 투여 성공". 서민지. (2021.02.01). "아스트라제네카 고령자 임상자료 부족, 예방효과 입증 못해". MEDIGATE NEWS. 서을주. (n.d.). 게놈프로젝트, 비밀 혹은 보물을 찾는 여행. 서울아산병원 메디컬칼럼. 주윤지. (2021.03.09.). 코로나19 백신 개발 현황은?. MEDICAL Observer. 한국인유전체역학조사사업(KoGES) 코호트 참여자를 위한 건강정보 및 연구성과 소식지. 질병관리본부 국립보건연 구원. Baik et al., Am J Clin Nutr 2008. 87(5):1455-1463.(2018. 한국인유전체역학조사사업 연구성과집. 국립보건연구원.) Cassandra N. Spracklen et al. (2020) “Identification of type 2 diabetes loci in 433,540 East Asian individuals”. Nature 582. 240-245. (2020 NIH 연구개발사업 연구성과집. 국립보건연구원 연구기획과.) Giorgio Sirugo et al. (2019.03.21.). The Missing Diversity in Human Genetic Studies. Cell. 177(1). 26-31. Park et al. "Identification of type 2 diabetes loci in 433,540 East Asian individuals". Cancer Res Treat (2019.04). 51(2):748-757.

2021년 국립보건연구원 연구성과 홍보를 위한 대국민 콘텐츠 공모전 운영사무국 | 문의전화 : 070-8852-7136

TEL : 070-8852-7136 | E-mail : findgukbo@gmail.com

copyright ® 2021년 국립보건연구원 홍보콘텐츠 공모전 ALL Rights Reserved