녹아웃, 녹인 마우스의 사례를 대조하며 '동적 평형'을 설명하는 아이들 책입니다.

전자의 특정 유전자를 제거한 쥐는 신체가 유전자 차원의 문제가 생긴 것을 자각하고 이를 다른 조직에 알려, 없어진 조직에 대한 대체조직을 만들어 건강한 상태를 유지하는 반면,
변형된 유전자를 삽입한 후자의 쥐의 경우엔, 신체가 유전자의 결점을 발견하지 못해 동적 평형이 깨져 질병에 걸리고 죽게 된다고 설명하더라고요.

그런데 자세히 살펴보니 녹아웃 쥐의 신체가 췌장이나 소화효소의 기능을 어떻게 대체했는지에 대한 설명은 이 책 뿐 아니라 검색을 통해서도 나오질 않아서요. 게다가 맥주만땅님 이야기처럼 보통의 녹아웃 마우스는 특수사료를 주지 않거나 무균상태로 통제된 환경이 아니면 잘 살지도 못하는 거라면 좀 억지스런 연결이 아닌가 싶네요.

관련해서 저자의 책을 확인해보니 그런거 같습니다.

일단 배경지식을 설명드리면
1. 생명체는 복잡한 회로(pathway)에 의해서 조절됩니다. 기본적으로 설계도를 가지고 있는 DNA 와 그 설계도를 복제해서 단백질을 만들 때 쓰는 청사진으로 활용되는 mRNA 가 있고, 이를 기반으로 어떤 역할을 하는 단백질이 만들어지고 이 단백질이 또 다른 단백질이나 특정한 산물을 만드는데, 그 산물의 있고 없음을 파악해서 mRNA 양을 늘리거나 줄이는 식으로 조절하는 회로가 있습니다.
2. (책 외에 저자의 다른 연구저작물 들을 살펴보니 ) 글쓴이는 췌장 기능과 관련해서 하나의 특정 유전자에 주목을 했습니다. 그리고 그 유전자를 knock out 하면 당연히 그 기능은 스위치 꺼지듯 꺼질거고 거기에 따라 질환이 발생할거라는 가설을 가지고 실험을 했지만 그러한 일은 벌어지지 않았습니다. 왜냐하면 생명체는 복잡한 회로를 가지고 있고, 거기에는 우회 회로와 대체 회로가 여러 가지 존재합니다. 물론 특정 유전자는 매우 치명적이어서 그 유전자를 건드리면 아예 생명체가 발생 조차 하지 못하는 유전자도 있지만, 글쓴이가 건드린 유전자로 인해 인슐린 분비량이 줄어들자, 조절인자가 이를 대체할 수 있는 다른 우회 회로를 활성화 시켜서 인슐린 분비를 늘린 것으로 보입니다. 항상 그러한 경우는 아니지만, 이런 경우가 종종 있습니다. 그리고 knock in 으로 불량 인슐린을 만들어 냈을 때, 조절인자가 그걸 정상 인슐린으로 착각하면 오히려 인슐린 부족으로 질병이 발생할 수 있을 겁니다.

3. 다만 책에서 설명한 바와 같이 ‘늘’ 그러는 것도 아닙니다. 그 시절에는 이러한 복잡 다단한 회로들이 밝혀지지 않았기 때문에 하나만 있는 스위치 정도로 이해하고 있던 시절이라서 그랬던 것으로 보이고, 생물이 동적 평형에 의해서 모든걸 다 원상복구 하고 그러는건 아닙니다. 그러니까 글쓴이의 설명은 일반화 시켜서 적용하기 어렵습니다. 그렇지만 많은 경우에 있어서 하나의 단백질을 끈다고 모든 생체 기능이 꺼지진 않고 우회해서 작동하는 경우가 있습니다.

예를 들어 설명을 하나 드리면, 제가 전에 있던 연구소에서는 미생물이 특정 산물만을 생산하도록 유전자를 조작하는 연구를 해왔습니다. 이론상으로는 몇몇 단백질의 발현을 늘리고, 몇몇 단백질의 발현을 막으면 될 것으로 보였지만 실제로는 전혀 그렇게 작동하지 않았습니다. 하찮은 미생물 조차도 수많은 우회 경로를 가지고 있었고, 계대배양 (대를 이어 배양) 하면 할 수록 우리가 수정하거나 새롭게 집어넣은 유전자들을 복구하려는 움직임을 보이고 돌연변이에 돌연변이가 일어나서 정상으로 돌아가는 경우가 많았습니다. 하지만 그렇다고 해서 원래의 목적 달성이 전혀 불가능 한 것은 아니었고, 수 많은 실험을 통해 (즉 어디를 건드리면 어떻게 된다는 결과 등) 이러한 회로를 점점 더 목적에 맞게 변형시켜서 원래 자연계에서는 A 라는 산물이 10프로 만들어지고 그 외 다른 것들이 90% 만들어지는 미생물이라면, 몇년간의 과정을 거쳐서 A라는 산물을 80% 만들고 나머지를 20% 만들 수 있도록 가능하긴 합니다. 다만 고등한 생물일 수록 이러한 - 의도에 맞추어 생물을 변형시키는 - 과정이 어렵겠지요.

책에 기재된 내용은 단편적인 경험을 일반화 해서 단순하게 기재한 내용이어서 잘못 이해하기 좀 쉬운 것 같습니다.

생명체는 몇몇 경우에는 유전자 단위에서 일어나는 이상을 감지하고 이를 우회하거나 대체할 수 있는 회로를 가지고 있는 경우가 있다. 이 부분에 대해서는 글쓴이의 발견 이후로 많은 부분들이 밝혀지고 있다. 이러한 결과에 비추어 볼 때 세포 및 그 집합인 유기체는 변화와 적응을 위해서 유전자적 단위에서 어느 정도 탄력있는 대응 체계를 갖추고 있는 것으로 보인다. 그리고 글쓴이가 설명한 동적 평형 상태의 유지라는 개념은 포괄적으로 생명활동을 설명할 수 있는 개념은 아니다.

정도가 좀 더 정확한 설명이 아닐까 싶습니다.

일반적으로 동적 평형이라는건 화학에서 쓰이는 용어이고... 생물에서는 항상성의 유지로 이야기를 많이 합니다. 그게 유전자 단위 수준까지도 적용할 수 있는 단어인지는 가방끈이 짧아서 잘 모르겠지만..

저자가 ‘생명의 신비’ 라고 생각한 부분에 대해서는 저는 ‘진화와 적응의 역사서’ 정도로 설명하고 싶네요.