우리 DNA의 일부는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 빨리 진화할 수 있습니다.

인간 DNA가 세대를 거쳐 어떻게 변화하는지 아는 것은 유전적 질환 위험을 예측하고 인류의 진화 과정을 이해하는 데 필수적입니다. 하지만 우리 DNA에서 가장 변화하기 쉬운 영역 중 일부는 지금까지 연구자들에게 접근이 어려웠습니다.

유타대학교 의대, 워싱턴대학교, 팩바이오(PacBio)를 비롯한 여러 기관의 연구진은 다양한 DNA 시퀀싱 기술을 활용하여 세대에 걸친 유전적 변화를 보여주는 가장 포괄적인 지도를 개발했습니다. 이 새로운 연구는 인간 유전체의 일부가 이전에 알려진 것보다 훨씬 빠르게 변화한다는 사실을 밝혀내어, 인간 질병과 진화의 근원에 대한 새로운 통찰의 토대를 마련했습니다.

"궁극적으로 우리를 다른 종과 차별화하는 것은 돌연변이입니다." 저자인 린 조르드 박사는 말합니다. "우리는 우리를 인간답게 만드는 매우 기본적인 속성에 접근하고 있습니다."

생물학적 "빛의 속도"

부모와 자녀의 유전체를 비교함으로써 연구진은 새로운 돌연변이가 얼마나 자주 발생하고 유전되는지를 파악할 수 있었습니다. 조르드(Jorde)는 이 비율이 물리학을 이해하는 데 빛의 속도가 중요한 것처럼 인간 생물학을 이해하는 데 매우 중요하다고 말합니다. 유타 대학교 스펜서 폭스 에클스 의과대학(SFESOM)의 인간 유전학 교수인 조르드는 "우리 종에 변이가 발생하는 속도는 정말 알아야 할 중요한 부분입니다."라고 말합니다. "우리가 개인 간에 관찰하는 모든 유전적 변이는 이러한 돌연변이의 결과입니다." 시간이 지남에 따라 이러한 변화는 눈 색깔의 변화부터 유당 소화 능력, 희귀 유전 질환에 이르기까지 다양한 질병으로 이어졌습니다.

연구진은 모든 인간이 부모와 다른 약 200개의 새로운 유전적 변화를 겪는다고 추정합니다. 이러한 변화의 대부분은 연구하기 특히 어려운 DNA 영역에서 발생합니다.

SFESOM의 인간 유전학 교수이자 학과장이며 이 연구의 저자인 에런 퀸란 박사는 인간의 유전적 변화를 연구하려는 기존 노력은 돌연변이가 가장 적은 유전체 부위에만 국한되었다고 말합니다. 그러나 이번 연구에서는 첨단 시퀀싱 기술을 사용하여 인간 DNA에서 가장 빠르게 변화하는 영역, 즉 퀸란 박사가 "이전에는 건드릴 수 없었던" 영역들을 밝혀냈습니다.

"우리 유전체의 어떤 부분은 엄청나게 변이가 심해서 거의 매 세대마다 돌연변이가 일어나는 걸 보았습니다."라고 그는 말합니다. DNA의 다른 부분들은 더 안정적이었습니다.

호르드는 이 새로운 자료가 "자녀가 질병에 걸렸을 때, 부모로부터 유전될 가능성이 높은가, 아니면 새로운 돌연변이일 가능성이 높은가?"라는 질문에 대한 답을 찾도록 도와 유전 상담에 중요한 도움이 될 수 있다고 말합니다. "돌연변이 핫스팟"의 변화로 인한 질병은 부모로부터 유전된 것이 아니라 해당 자녀에게만 나타나는 고유한 질병일 가능성이 더 높습니다. 이는 부모가 같은 질병을 가진 다른 자녀를 가질 위험이 낮다는 것을 의미합니다. 하지만 부모로부터 유전적 변화가 유전된 경우, 그 부모의 미래 자녀가 해당 질병에 걸릴 위험이 더 높습니다.

플래티넘 혈통

연구자들의 발견은 1980년대부터 인간 다형성 연구 센터 컨소시엄의 일원으로 유전학 연구자들과 협력해 온 유타주의 한 가족에 달려 있었으며, 이는 인간 게놈 프로젝트에 매우 귀중한 것으로 입증되었습니다.

4대에 걸쳐 이 가족이 DNA를 기증하고 분석에 동의했으며, 이를 통해 연구진은 새로운 변화가 어떻게 발생하고 부모로부터 자녀에게 유전되는지 매우 심층적으로 살펴볼 수 있었습니다. SFESOM의 내과 연구 부교수이자 이 연구의 저자인 데보라 네클라슨 박사는 "이렇게 폭넓고 깊이 있는 대가족은 매우 독특하고 귀중한 자원입니다."라고 말합니다. "이는 세대에 걸친 유전체의 변이와 변화를 놀라울 정도로 자세하게 이해하는 데 도움이 됩니다."

두 세계의 장점

시간 경과에 따른 유전적 변이를 완전하고 고해상도로 파악하기 위해 연구팀은 여러 가지 기술을 사용하여 각 개인의 DNA를 시퀀싱했습니다. 어떤 기술은 DNA의 가장 작은 변화까지 감지하는 데 가장 적합하고, 다른 기술은 엄청난 양의 DNA를 한 번에 스캔하여 큰 변화를 찾아내고 다른 방법으로는 시퀀싱하기 어려운 유전체 부분을 확인할 수 있습니다. 연구진은 여러 기술을 사용하여 동일한 유전체를 시퀀싱함으로써 소규모와 대규모 모두에서 정확도를 높이는 두 가지 장점을 모두 얻었습니다.

향후 연구에서 연구진은 포괄적인 시퀀싱 기술을 더 많은 사람들에게 적용하여 유전적 변화율이 가족마다 다른지 확인하고자 합니다. 퀸란은 "이 가족에서 정말 흥미로운 결과를 발견했습니다."라고 말합니다. 다음 질문은 "질병 위험이나 유전체의 진화 방식을 예측할 때, 이러한 결과가 가족 전체에 얼마나 일반화될 수 있을까?"입니다.

시퀀싱 결과는 다른 연구자들이 자신의 연구에 데이터를 사용할 수 있도록 무료로 공개될 예정이며, 이를 통해 인간 진화와 유전 질환에 대한 더욱 심도 있는 통찰력을 얻을 수 있을 것입니다.

본 연구는 미국 국립보건원(National Institutes of Health, 연구비 번호 R01HG002385, R01HG010169, U24HG007497, 5K99HG012796-02, R00HG011657, R35GM118335, GM147352), 테리 폭스 연구재단(Terry Fox Research Foundation, 연구비 번호 1074), 그리고 캐나다 보건연구소(Canadian Institutes of Health Research, 연구비 번호 159787)의 연구비 지원을 받았습니다. 본 연구의 내용은 저자의 저작물이며, 미국 국립보건원의 공식 견해를 대변하는 것은 아닙니다.

연구자들은 다음과 같은 이해 상충을 보고합니다. Evan Eichler는 Variant Bio, Inc.의 과학 자문 위원회(SAB) 위원입니다. Charles Lee는 Nabsys와 Genome Insight의 과학 자문 위원회 위원입니다. David Porubsky는 이전에 Strand-seq와 관련된 특허 출원(번호: EP19169090)을 공개했습니다.

Zev Kronenberg, Cillian Nolan, Egor Dolzhenko, Cairbre Fanslow, Christine Lambert, Tom Mokveld, William Rowell, Michael Eberle은 PacBio의 직원이자 주주입니다. Zev Kronenberg는 Phase Genomics의 개인 주주입니다. 다른 저자들은 이해 상충이 없다고 선언합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250423111908.htm