이후 서술되는 내용은 필자가 이대한 교수님의 '인간은 왜 인간이고 초파리는 왜 초파리인가'를 읽고 인상 깊었던 부분을 정리한 것이다.
책에 소개된 내용에 추가적인 내용들을 덧붙여 작성하였다.
1. 이 모든 장엄함과 경이의 재료 | 변이와 유전의 본성
- 생어 시퀀싱(Sanger Sequencing)
- 배경 지식
- DNA를 합성하려면 dNTP1(dATP, dCTP, dGTP, dTTP)가 필요함
- DNA는 dNTP의 3'-하이드록시기와 5'-인산기가 결합하며 만들어짐 (그 과정에서 5'-인산기는 1인산기가 됨)
- 그런데, ddNTP2는 3번 탄소에 하이드록시기가 없어 다른 dNTP의 5'-인산기와 포스포다이에스터 결합을 이루지 못함
- 따라서, ddNTP의 5'-인산기가 dNTP의 3'-하이드록시기와 결합하고 나면 더이상 결합이 이루어질 수 없음
- 방법
1. 분석하고자 하는 DNA 샘플과 DNA 중합효소 그리고 dATP, dCTP, dGTP, dTTP를 4개의 시험관에 모두 첨가함
2. ddNTP는 dNTP보다 (약 100배 정도) 작은 농도로 시험관 4개에 종류별로 한 개씩만 첨가시킴
3. 시발체에서의 주형 DNA 연장이 여러 차례 이루어지게 되고, dNTP와 ddNTP가 결합하는 순간 DNA 합성이 중지되어 합성된 DNA 조각들의 길이는 각각 달라지게 됨
4. 합성된 DNA 조각들은 겔 전기 영동(gel electrophoresis)3 과정을 통해 크기별로 나열됨
5. 각 ddNTP는 서로 다른 형광 물질과 결합되어 있어 DNA 띠들은 방사능 촬영이나 UV를 이용해 읽을 수 있음
- 요즘은 NGS4의 등장으로 생어 시퀀싱은 짧은 염기서열을 분석할 때나 NGS 결과의 검증이 필요할 때 주로 쓰임
- 모델 생명체 생물을 연구하고 이해하기 위해 특별하게 선택되는 생물종
- 세대가 짧고, 개체 수가 많아 교배·돌연변이 실험에 용이
- 인위적으로(방사선, 화학 물질 처리 등) 돌연변이를 일으켜 유전적 변이가 표현형 변이에 미치는 영향 탐구 가능
- 효모, 초파리, 선충, 애기장대 등이 있음
2. 생명의 레시피를 찾아라 | 유전학 혁신과 유전자 통계
- 게놈 프로젝트
- 이전 생어 시퀀싱으로 DNA의 염기서열이 어떻게 바뀌었는지를 분석하려면 매우 정확하고 좁은 범위로 유전자좌의 위치를 특정할 필요가 있었음
- 하지만, 2세대 시퀀싱 기술의 도입으로 효과적으로 DNA 전체를 시퀀싱할 수 있게 되었고, '유추된 유전자들의 관계'였던 유전자 지도가 아니라 실제 모든 유전자들의 물리적 위치를 담은 지도를 만들고자 하게 됨
- 인플루엔자균, 효모, 예쁜꼬마선충 등을 거쳐 2001년 인간의 게놈 초안이 발표됨
- 게놈 프로젝트는 인간과 다른 종들이 비슷한 유전자를 지니고 있으며 많은 수의 유전자를 공유한다는 사실을 밝혀냄
- 역유전학 순유전학과 반대로 연구 방향이 유전자형에서 표현형으로 나아감
- 역유전학을 수행하려면 표적 유전자의 활성을 조절할 수 있는 수단이 필요함
- RNA 간섭(RNAi; RNA interference)
- dicer는 dsRNA5를 20개 내외의 nucleotide로 절단함
- 절단을 통해 생성된 조각들을 siRNA6라고 하며 이 중 guide strand는 argonaute(AGO)와 함께 RISC7를 형성함
- RISC는 siRNA와 상보적인 서열을 가지고 있는 mRNA 부분으로 가 목표 RNA를 분해 또는 억제함
- 따라서, 표적 유전자와 같은 염기서열의 dsRNA를 세포 안에 넣어주면 표적 유전자의 활성을 저하시킬 수 있고, 이를 통해 표현형에 어떤 영향이 있는지 알아볼 수 있음
- 녹아웃 마우스 특정 유전자가 망가진(유전자를 제거한) 마우스
- 상동재조합(homologous recombination)8 과정을 이용해 돌연변이 주형을 세포에 넣어주면 녹아웃 마우스를 만들 수 있음
- CRISPR9/Cas9
- 박테리아가 박테리오파지의 공격으로부터 방어하기 위해 갖추고 있는 면역 체계를 이용
- 박테리아 안에 박테리오파지 DNA가 들어오면 박테리아는 이 DNA의 일부 단편을 자른 후 자신의 CRISPR 사이에 끼워 넣음
- 이후, 같은 바이러스가 침입하면 삽입된 DNA로부터 특정 서열을 인식할 수 있는 guideRNA를 만들어냄
- 이 guideRNA는 Cas910 단백질과 결합하여 바이러스 DNA에 부착해 절단함
- 이 원리를 이용해 절단하고자 하는 유전자의 특정 서열에 상응하는 guideRNA를 제작한 후 이를 Cas9과 함께 세포에 투입하면 특정 유전자 제거 가능
- 간접적으로 유전자의 활성을 조절하는 RNA 간섭과 달리 DNA를 직접 고쳐 쓸 수 있음
3. 생명의 레시피를 만드는 힘은 무엇인가 | 자연선택 대 중립진화 논쟁
- 선택적 스윕(selective sweep) 적응변이가 위치한 염색체 부분의 유전적 다양성이 감소하는 현상
- 오래되지 않은 자연선택의 강력한 증거
- 강한 스윕과 부드러운 스윕의 차이는 빗자루 개수의 차이에서 기원
- 강한 스윕의 경우 단일 적응변이의 고정으로, 부드러운 스윕의 경우 복수의 적응변이의 선택으로 일어남
- 따라서, 강한 스윕이 유전적 다양성을 더 감소시킴
- 집단이 클수록 적응변이가 퍼지는 데 더 많은 시간이 필요하므로 부드러운 스윕이 일어날 가능성 높음
4. 질병과 지능을 빚는 유전자 | 인간 집단유전학과 유전자 교정
- 유전율 집단 내에서 관찰되는 표현형의 차이 중 유전적 요인이 차지하는 비율
- 전장 유전체 연관성 분석(GWAS; genome-wide association studies)
- 같은 질병을 가진 수많은 사람과 대조군(비환자)의 유전체를 비교하여 발병과 연관된 변이를 추출해내는 분석법
- 흔한 질병-흔한 변이 가설11의 실패
- GWAS를 통해 찾아낸 변이로는 제안된 질병의 유전율 중 상당 부분을 설명할 수 없었음 (잃어버린 유전율)
- 대안 가설 1. 극미 모델
- 수많은 흔한 변이가 질병에 관여하지만 각각 변이의 효과는 아주 적다는 가설
- 이 가설이 사실이라면, 변이 하나하나가 질병에 미치는 효과가 매우 작아 통계적으로 확인하기 어려움
- 대안 가설 2. 드문 변이 모델
- 특정 질병에 대해 많은 종류의 드문 변이가 존재하며 각각의 변이 집단 내에서 발견되는 빈도는 낮고, 질병에 미치는 영향은 크다는 가설
- 이 가설이 사실이라면, 연관된 변이들의 빈도가 매우 낮기 때문에 충분한 변이 표본을 확보하는 것이 어려움
- 대안 가설 3. 넓은 의미의 유전율 모델
- 유전적 변이와 환경적 요인의 복잡한 상호작용이 잃어버린 유전율에 기여한다는 가설
- 개별 유전적 변이의 영향을 분석하는 방법으로는 상호작용의 효과를 검출할 수 없음
- 지능의 유전학 (2018년, 110만 명 대상 GWAS 결과)
- 최종 학력과 연관된 유전변이가 1271개 발견됨
- 이러한 변이들은 DNA상에서 뇌에서 발현되는 유전자가 위치한 부분에 집중적으로 분포하고 있음
- 변이들은 모두 극미 모델의 변이들이며 물려받으면 무조건 높은 지능을 부여받는 천재 유전변이는 발견되지 않음
- 지능의 유전율은 50% 정도 (지능은 어느 정도 유전되지만, 환경도 매우 중요함)
5. 유전자에 본능이 쓰여있다는 불온 | 행동유전학의 빛과 어둠
- 피리어드 유전자(PER) 행동의 일주기 패턴을 조절하는 데 핵심적인 역할을 하는 시계 유전자
- PER이 망가지면 24시간 주기의 리듬이 아니라 엉뚱한 시간 단위의 주기를 나타내거나 아예 리듬 자체가 사라짐
- 초파리 번데기가 낮에 주로 우화12하는 현상을 이용해 발견함
- 원리
- 밤에는 PER이 발현돼 mRNA가 세포질에 쌓이고 새벽에 PER 단백질이 만들어짐
- PER 단백질은 TIM 단백질과 결합한 뒤 핵으로 이동해 PER의 발현을 억제함
- 따라서, 낮 동안에는 PER이 발현되지 않아 mRNA가 만들어지지 않음
- 예쁜꼬마선충(C.elegans)
- 예쁜꼬마선충은 302개의 뉴런을 가지고 있으며, 커넥톰13이 완성된 동물임
- 예쁜꼬마선충은 원래 sin 곡선 형태로 움직임
- 돌연변이 유도 물질을 처리했을 때 움직임이 망가진 다수의 행동 돌연변이들(unc14) 확인
- 예쁜꼬마선충은 머리나 꼬리를 툭툭 건드리면 '회피 반응'을 보임
- 예쁜꼬마선충은 투명함 (레이저 빔으로 세포를 조준해 태워 죽일 수 있음)
- 예쁜꼬마선충의 뉴런을 레이저 빔으로 하나하나 제거해 회피 반응의 센서 역할을 하는 물리감각 뉴런 찾아냄
- mec-715에 GFP16를 달아 발현시켜 mec-7 유전자가 발현된다고 알려진 물리감각 뉴런이 녹색으로 빛나는 것을 확인
6. 본능은 진화한다 | 신경회로와 행동의 변화
- 칼슘 이미징 뉴런 내 Ca2+ 농도를 시각화하여 신경회로의 활동을 개별 뉴런 수준에서 관찰하는 것
- Ca2+은 시냅스에서 신경전달물질 분비를 매개하여 뉴런의 활성을 도움
- 따라서, 활성화된 뉴런에서는 Ca2+ 농도가 증가하게 되는데 GECI17를 이용하면 Ca2+ 농도의 변화를 형광 신호로 관찰 가능
- 다른 분석법과 비교
- 커넥톰엔 다양한 신경회로가 중첩되어 있고, 어떤 뉴런은 복수의 신경회로에서 작동해 특정 신경회로를 밝혀내기 어려움
- 전기생리학18이나 fMRI19는 뉴런들의 집단적인 활성을 간접적으로 측정(저해상도 문제)해야 하는 한계가 존재함
- 광유전학(Optogenetics)
- 탄생 배경
- 빛을 쬐면 빛을 향해 나아가는 클라미도모나스(Chlamydomonas)라는 단세포 녹조류에서 채널로돕신 단백질 발견
- 채널로돕신은 빛을 감지해 주광성 행동을 일으키는 전류를 만들어냄
- 광유전학적 기법
1. 채널로돕신 등의 특별한 광센서 유전자에 적절한 프로모터를 달아 조종하고자 하는 신경회로에 발현시킴
2. 이렇게 발현된 광센서에 특정 파장의 빛을 쬐면 뉴런의 전기적 활성을 바꿔 행동에 변화를 일으킬 수 있음
- 올드필드쥐(P.polionotus)와 흰발생쥐(P.maniculatus)
- 올드필드쥐는 일부일처제를 따르고, 암수가 비슷하게 양육에 기여함
- 흰발생쥐는 다부다처제(난교)를 따르고, 수컷은 암컷에 비해 양육에 참여하는 정도가 현저히 낮음
- 잡종 교배를 통해 확인한 결과, 바소프레신(vasopressin)이라는 호르몬을 만드는 유전자의 발현량이 보금자리 만들기 행동과 뚜렷한 음의 상관관계가 있음
7. 인간은 왜 인간이고 초파리는 왜 초파리인가 | 발생의 유전학과 레시피 박스
- 체절 유전자 체절 형성에 관여하는 유전자
- 초파리는 머리 3개, 가슴 3개, 배 8개로 총 14개의 체절과 15개의 체절 유전자를 가짐
- 간극 유전자(gap gene) 몸의 전체적인 구획을 나눔
- 쌍지배 유전자(pair-rule gene)와 체절극성 유전자(segment-polarity gene)는 차례로 체절을 세분화하고 머리-꼬리 축에 알맞게 각 구획에서 기관 형성이 진행될 수 있도록 인도함 (체절극성 유전자가 더 세분화함)
- 비코이드 단백질 모계 영향 유전자20 중 하나로 머리-꼬리 축 형성에 결정적 역할을 함 (형태형성물질)
- 난자가 만들어질 때 비코이드 mRNA가 앞쪽 끝에만 축적되고, 여기서 만들어진 비코이드 단백질이 확산되면서 머리-꼬리 축으로 농도 기울기가 형성됨
- 이렇게 초기 배아 속에서 비코이드 농도는 일종의 좌표 역할을 함
- 혹스 유전자(hox gene) 각 체절의 기관 발생 시에 마스터 스위치 역할을 하는 유전자
1. 호메오박스(homeobox)라는 특징적인 서열을 가지고 있음
- 180개의 염기서열(60개의 아미노산)로 이루어져 있음
- 호메인 도메인21을 통해 혹스 유전자들은 전사인자로 작동하여 자신이 발현되는 구역에서 특정한 조합의 유전자 스위치를 켜고 끔으로써 해당 위치에 적합한 발생 프로그램을 가동시킴
2. 혹스 유전자들의 배열이 정확히 정확히 자신이 조절하는 체절의 위치와 일치함
3. 초파리 3번 염색체의 ANT-C22에 5개의 유전자, 바로 그 뒤 BX-C23에 3개의 유전자로 총 8개의 유전자 존재
8. 세포의 족보, 영혼 발생의 열쇠 | 세포 프로파일링과 인공 뇌
- 예쁜꼬마선충은 체세포 959개의 세포 계통이 모두 밝혀진 유일한 동물 (단일 세포 시퀀싱을 통해)
- 세포들은 수정란에서부터 발생이 진행되는 동안 특정 세포로 분화됨
- 발생 초반에는 세포의 혈연관계가 유전자 발현의 전반적인 패턴에 큰 영향을 주지만, 발생 후반에는 세포의 특성이 유전자 발현에 더 큰 영향을 줌
- 혈연관계가 먼 세포들이 똑같은 세포형으로 분화하는 계통 수렴 현상도 발견됨
- 다른 계통을 가진 세포들이더라도 같은 전사인자를 발현하면 하나의 세포형을 이룰 수 있음
- 오가노이드(organoid) 인공적으로 만든 장기유사체
- 오가노이드를 만들기 위해서는 장기를 이루는 다양한 세포들을 만들어낼 수 있는 다능성 줄기세포가 필요
- 다능성 줄기세포의 세포 계통 분화를 통해 자기조직화되는 것을 이용해 만들 수 있음
- 인간의 대뇌 오가노이드와 침팬지&마카크원숭이의 대뇌 오가노이드 비교
- 같은 기간 동안 성장했음에도 전자의 대뇌 오가노이드가 후자의 대뇌 오가노이드에 비해 발생의 진전이 더디고, 신경세포 성숙과 관련된 유전자들의 발현량도 더 적음
- 인간과 다른 영장류의 뇌가 다르게 발생하는 근본적인 이유 확인
9. 시간을 돌리는 유전자 | 노화유전학의 진보와 역노화
- 항노화
- TOR(영양 감지 조절 체계)
- 소식을 하면 TOR 유전자의 활성이 억제되고, 수명이 연장되는 효과가 나타남
- 라파마이신(rapamycin)이라는 약물로도 TOR 유전자를 억제할 수 있고, 동일한 효과 나타남
- 인슐린 수용체 유전자(IGF-1)
- 유충의 예쁜꼬마선충은 열악한 환경 속에서는 다우어(dauer)라는 동면 유충 단계로 발생함
- 다우어는 늙지 않은 항노화 상태로, 환경이 좋아진다면 다우어는 동면 상태를 빠져나와 성충으로 발생함
- 다우어는 각종 스트레스에 저항성이 강해지고, 먹이 없이 수개월 동안 생존 가능
- 연구 결과, daf-224 유전자를 가진 개체는 성체의 수명이 2배가 넘게 길어지는 것 확인25
- daf-2 유전자의 염기서열을 확인해보니 인간의 인슐린 수용체 유전자인 IGF-1 유전자
- 실제로 daf-2의 상동유전자인 IGF-1 수용체의 기능이 손상된 돌연변이가 장수 집단에서 빈번히 발견됨
- 인슐린 조절 체계가 소식에 의한 장수 효과를 매개하여 수명 연장을 시킨 것26
- 역노화
- 유도만능줄기세포(iPSC; induced pluripotent stem cell)
- 분화가 완료된 체세포를 조작해 만든 전분화능을 지닌 줄기세포
- OSKM(야마나카 인자)라고 부르는 Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc의 유전자들을 발현시켜 만듦
- iPSC에서는 기존 세포의 나이가 리셋된 것 확인 (젊게 조절한 것이 아닌 아예 처음으로)
- 패러바이오시스(parabiosis) 늙은 개체에게 젊은 피를 수혈해 역노화를 이끌어내는 연구
- 근육, 간, 뇌, 심장 등에서 역노화 확인 (분화 상태 리셋이 아닌 젊게 만듦)
- 혈액 속에 나이에 따라 변화하는 젊음 또는 노화와 관련된 신호(호르몬) 존재
- 노화 촉진 신호: CCL11, β2-microglobulin (노화 진행되며 혈액 내에서 증가하고, 인지 기능 떨어뜨림 확인)
- 회춘 촉진 신호: GDF11, 옥시토신(oxytocin), TIMP2 (조직을 회춘시킬 수 있음)
- 혈액 속의 신호에 반응해 세포를 늙게 혹은 젊게 만들 수 있는 신호 전달 체계 있음을 암시
- 노화의 아홉 번째 특징(세포 간 의사소통 변화)이 노화의 '산물'이 아니라 '원인'으로 작용하고 있음을 보여줌
10. 무법자 세포의 진화 | 암의 유전학과 암과의 전쟁
- 다세포성 세포들이 다른 세포와 경쟁이 아닌 협력을 통해 유전자를 퍼뜨리려는 것
- 다세포 생물의 DNA 속에는 무분별한 세포 증식을 통제하기 위한 유전자들이 존재
- 암 다세포성을 무시하고 자기 세포만 번식하려는 것
- 암은 세포 증식을 통제하는 유전자에 돌연변이가 생기면 발생함27
- 암의 6가지 특징들
1. 성장 촉진 신호의 자기 충족
1) 스스로 성장인자를 만들어내거나 주변의 다른 세포들이 성장인자를 분비하게끔 하는 변이
2) 성장 촉진 신호가 없음에도 항상 성장 촉진 신호를 받은 것처럼 활성화되는 변이
- B-Raf 단백질: 성장 촉진 신호에 의해 활성화되는 MAPK 신호 전달 체계를 항상 활성화시킴
2. 성장 억제 신호에 대한 둔감화
- 성장 억제 신호를 무시하거나 억압하는 변이
- RB 유전자, TP53 유전자와 같은 종양 억제 유전자들이 돌연변이로 망가지면 계속 세포 분열 가능해짐
3. 세포 자살 회피
- TP53 유전자의 경우 DNA 손상이나 염색체 이상을 감지해 세포 자살을 촉진하기도 함
4. 무한 증식 능력 (텔로미어의 마모)
- 암세포의 경우 텔로머레이즈28를 통해 불멸성을 획득
5. 지속적인 혈관 생성
- 세포들은 필요한 산소와 양분을 혈관을 통해 공급받음 (암세포의 경우 정상 세포보다 요구량 많음)
- 따라서, 암 조직에선 VEGF-A나 TSP-1과 같은 혈관 생성 촉진 혹은 억제인자의 변이로 혈관 생성을 유도함
6. 조직 침투 및 전이 (이 역시 혈관 이용, 림프관도 이용)
- 순환계를 타고 가다가 빠져나와 새로운 조직에 침투해 미소전이(micrometastasis) 형성
- 미소전이 중 일부가 새로운 환경의 적응에 성공하면 그 후로 폭발적인 증식 재개
- 정상적인 세포는 부착 인자를 통해 정해진 자리를 지킴29
- 하지만, 부착인자 E-cadherin이 변이되면 정해진 자리를 벗어날 수 있음
- 또한, 부착인자 N-cadherin30이 변이되면 발현을 통해 새로운 자리에 안정적으로 정착 가능
11. 성의 진화 그리고 우리 마음의 스펙트럼 | 성별 결정의 유전학과 젠더
- XY 염색체를 통한 성별 결정 (포유류)
- 발생 초기엔 양성 생식선31을 지니고 있음
- 하지만, 곧 Y염색체에 있는 Sry 유전자가 난소 발생을 억제하고 정소 발생을 촉진해 수컷이 됨
- Sry 유전자로부터 만들어진 SRY 단백질은 Sox9이라는 하위 유전자의 발현을 촉진함
- Sox9 유전자는 정소 발생을 촉진하고, Fgf9이라는 유전자의 발현을 촉진
- Fgf9은 난소 발생을 촉진하는 Wnt4 유전자의 작용을 억제함
- 흥미로운 점은, Wnt4 유전자는 Sox9 유전자를 억제하는 길항적 관계라는 것
- ZW 염색체를 통한 성별 결정 (조류)
- 수컷이 ZZ를 지니고 있고, 암컷은 ZW를 지니고 있음
- Z 염색체에 존재하는 DMRT-1 유전자가 성별 결정 스위치 역할을 함
- 수컷과 암컷은 DMRT-1 유전자의 양적인 차이가 나게 되고, 이것이 서로 다른 성별 프로그램을 구동시킴
- 성염색체와 상염색체의 비율을 통한 성별 결정 (예쁜꼬마선충)
- 난자와 정자를 모두 생산하는 자웅동체와 정자만 만들어내는 수컷으로 구분 가능
- 자웅동체는 두 벌의 성염색체(XX), 수컷은 한 벌의 성염색체(XO)를 지님 (상염색체는 동일)
- 이 비율을 측정하는 X 염색체 위의 xol-1은 수컷 발생 회로를 가동시키는 역할을 함
- xol-1은 성염색체에서 오는 신호에 억제되고, 상염색체에서 오는 신호에 촉진되기 때문에 한 벌의 성염색체를 지닌 XO가 수컷이 됨
- 마음의 성별
- 동성애엔 약 3 대 7 정도로 유전적 요인과 환경적 요인이 작용함
- DNA 속에는 특정 성별에게 성적으로 이끌리도록 하는 신경회로를 코딩하는 설계도가 들어있음
- 변이에 의하여 개인마다 다른 설계도를 가지며 환경에 따라 달라질 수도 있음
- 몸과 마음의 성별 결정은 굉장히 독립적으로 일어남
- 붉은귀거북: 생식선이 형성되기 전부터 뇌에 차이가 나타남
- 어류: 성체에서 성전환이 일어나는데, 생식선이 전환되기 이전에 이미 행동에서 성전환이 나타남
- 초파리
- fruitless 유전자는 성별에 따라 서로 다른 유전자 아이소폼(isoform)32을 만듦
- 수컷 아이소폼인 fruM은 초파리의 신경계에서 발현되어 수컷 신경회로를 만들어냄
- 따라서, fruitless 유전자에 돌연변이가 생기면 동성을 좇는 행동을 보임
12. 진화의 테이프를 거꾸로 돌리기 | 진화를 실험하는 유전학
- 장기실험진화(LTEE; long-term experimental evolution)
- 진화의 우연성과 필연성을 실제로 시험해볼 수 있는 연구 (동일한 조건에서 반복적인 진화 일어나는지 확인)
- 대장균을 실험 종으로 선택 (20분마다 한 번씩 분열 -> 대장균의 20년은 인간에게 100만 년 이상의 시간)
- 진화의 반복 가능성 시험 방법
1. 하나의 균주를 열두 집단으로 나눈 후 동일한 조건에서 독립적으로 평행진화시킴
2. 특정 집단의 진화 과정을 거꾸로 돌려 다시 진화를 시켜보는 것
- 각각의 부족에서 매일 1%의 대장균을 선택해 신선한 배양액으로 옮김33
- 나머지는 얼려서 보관해 두기에 특정 집단에서 주목할 만한 진화적 사건이 일어났을 때 다시 확인 가능
- 적응도
- 진화 이전의 조상 균주와의 경쟁을 통해 비교한 결과 Ara-1 부족의 경우 2000세대 만에 적응도 30% 가량 증가
- 적응도는 점진적 증가가 아니라 한 번에 약 10%씩 증가하는 도약으로 증가함
- 적응도 증가 비율은 세대가 지날수록 점점 둔화되지만, 지속적으로 증가하긴 함
- 크기가 작은 S와 큰 L 가문의 공존
- Ara-2라는 이름의 대장균 부족에서 6000세대 즈음부터 공존 확인
- L 가문은 S 가문보다 포도당을 잘 사용해 번식하지만, S 가문은 L 가문이 사용하지 못하는 아세트산을 잘 사용해 번식
- 아세트산은 L 가문이 포도당을 이용할 때 만들어지는 부산물
- 초돌연변이성
- 여섯 부족에서 돌연변이 빈도가 최대 100배 가까이 증가하는 초돌연변이성이 진화함
- 돌연변이를 교정하는 DNA 수선 기구의 돌연변이 발생이 원인
- 초돌연변이성이 진화하는 이유는 돌연변이를 통해 적응변이가 출현할 확률이 증가하기 때문
- 시트르산34 대사의 진화
- 일반적인 대장균은 무산소 조건에서만 시트르산을 세포 안으로 운반함 (이 연구는 유산소 조건으로 진행됨)
- Ara-3 부족에서 3만 세대가 지났을 무렵 유산소 조건에서도 시트르산을 세포 내로 수송해 활용하는 혁신이 일어남
- 얼려서 보관 중인 혁신 이전 세대의 대장균들을 녹여 여러 번 독립적으로 진화시켜도 혁신이 빈번히 일어남
- 하지만, 2만 세대 이전으로 올라가면 혁신이 일어나지 않음
- 누적된 우연들(다른 유전변이들)이 필연(시트르산 대사 진화)을 이끈 것
- 원리
- 시트르산 운반 단백질을 만드는 citT라는 유전자는 원래 citG 유전자 뒤에 붙어 있고, 두 유전자는 citG 앞에 있는 스위치에 의해 조절 (이 스위치는 유산소 조건에서 켜짐)
- Ara-3 부족에서는 citT 유전자가 citG가 아닌 rnk라는 유전자 앞에 위치한 스위치의 조절을 받는 변이가 일어남 (rnk는 유산소 조건에서도 켜짐)
- deoxynucleoside triphosphate [본문으로]
- dideoxynucleoside triphosphate [본문으로]
- 겔 매트릭스에 전기를 흘려보내 DNA, RNA, 단백질 등을 분리하는 방법 [본문으로]
- 차세대 염기서열 분석법(next generation sequencing) [본문으로]
- 긴 이중 가닥 RNA(double-stranded RNA) [본문으로]
- small interfering RNA [본문으로]
- RNA-induced silencing complex [본문으로]
- 두 가닥의 DNA 사슬이 모두 끊어졌을 때 이를 복구하는 기전 중 하나로, S기 동안 생성된 자매염색분체를 주형으로 복구 [본문으로]
- clustered regularly interspaced short palindromic repeats [본문으로]
- CRISPR-associated protein9 [본문으로]
- 흔한 질병에는 흔한 변이가 관여되어 있을 것이라는 가설 [본문으로]
- 번데기가 날개 있는 성충이 되는 것 [본문으로]
- 뇌 속에 있는 뉴런들의 연결을 종합적으로 표현한 뇌 지도 [본문으로]
- uncoordinated: 움직임이 이상해진 [본문으로]
- mechanosensory-7의 약자로 회피 반응에 결함이 생긴 다양한 돌연변이 중 하나 [본문으로]
- 녹색 형광 단백질(green fluorescent protein) [본문으로]
- 유전적으로 도입된 Ca2+ 센서(genetically encoded calcium indicator)로 Ca2+과 결합하면 빛을 내거나 빛의 색깔을 바꾸도록 만들어진 단백질. GECI 유전자를 신경계 전체나 프로모터에 달아 사용 [본문으로]
- 전극을 이용해 뉴런에 흐르는 전기 신호를 직접 측정하는 방법 [본문으로]
- 활성화된 뇌 영역의 증가된 혈류량을 포착하는 방법 [본문으로]
- 수정란에 mRNA나 단백질과 같은 세포질을 제공하는 것은 어머니의 생식세포인 난자임 [본문으로]
- 전사인자로 작동할 수 있게 하는 부분 [본문으로]
- 안테나페디아 복합체(antennapedia complex) [본문으로]
- 바이소락스 복합체(bithorax complex) [본문으로]
- 'dauer formation-2'의 약자로 다우어 발생을 조절하는 유전자 돌연변이 중 하나 [본문으로]
- 지능도 작은 효과를 내는 1271개의 유전변이가 영향을 주는데 1개의 유전자로 수명 2배가 가능하다는 발견은 매우 놀라운 것 [본문으로]
- 실제로, 예쁜꼬마선충의 다우어 발생도 먹이가 부족한 조건에서 섭식을 잠시 포기한 현상 [본문으로]
- 노화가 진행될수록 암 발생률이 높아지는 이유가 바로 돌연변이가 누적되기 때문임 [본문으로]
- 염색체 말단에 다시 텔로미어 서열을 연장하는 효소 [본문으로]
- 세포들을 서로 접착시키거나 세포를 세포외기질에 달라붙어 있을 수 있게 함 [본문으로]
- 발생 중 자리를 잡기 위해 이동하는 신경세포에서 발현되는 유전자 [본문으로]
- 난소 혹은 정소로 발생할 수 있는 잠재력을 가진 것 [본문으로]
- 하나의 유전자가 만들어내는 단백질에도 구조가 조금씩 다른 동위체 [본문으로]
- 배양액은 표준 배양액과 달리 최소한의 미네랄과 매우 적은 양의 포도당이 들어있는 DM25라는 배양액을 사용(선택압을 위해 열악한 환경 조성) [본문으로]
- TCA 회로 중 중간대사물 [본문으로]
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