유전학 엔트로피(2)— DNA편 “당신은 60조입니다”
김낙경박사(식품공학), ACT뉴스 2018년 6월
뇌세포, 심장 세포, 위장의 세포, 다리 근육의 세포의 다양한 기능을 생각해 본다. 내 몸 안의 세포들은 자기가 할 일과 하지 않을 일을 어떻게 아는 것일까? 그것은 각 세포 안에 있는 DNA가 프로그램을 가지고 있고, 세포는 그 프로그램 대로 일하기 때문이다. 뇌세포, 뉴런, 그리고 그들 사이를 연결하는 시넵시스는 DNA가 명령하는 기능을 수행하고 있다. 심장은 박동을 하도록, 위장은 소화를 시키도록, 근육세포는 운동을 하도록 프로그램이 그 세포 안 중심부 핵 속에 들어있는 것이다. 컴퓨터를 작동하는 CPU와 마더보드가 컴퓨터 본체 중심에 잘 보호되어 있는 것처럼, DNA도 세포의 가장 중심부 안전한 핵 속에 들어있다.
사람에게는 46개(23쌍)의 염색체가 있고, 염색체 안에는 두 가닥의 꼬인 사슬(이중나선) 모양의 DNA가 X, Y 글자 모양으로 실타레처럼 엉켜있다. 46개의 염색체 전체를 유전체(Genome)라고 부른다. 유전자(gene)란 말은 유전체 혹은 염색체에서 기능을 밝혀낸 부분(DNA의 뭉치)을 가리키는 용어다. 인간 유전체 지도는 2000년대 초에 지놈프로젝트(genome project)에 의해 완성되었는데, 이 작업은 46개의 염색체의 실타레를 모두 풀어서 DNA를 일렬로 배열한 다음, 그 안의 코드(A, G, T, C)를 모두 읽어낸 것이다. 인간 염색체 46개 안에 담긴 코드의 갯수는 대략 30억 개인 것으로 밝혀졌다. A4 용지에 10호 글자체로 인쇄하면, 1000쪽짜리 책 1000권의 분량이고, 그 책들을 쌓으면 건물 3층 높이가 된다. 세포 한 개가 그러하니, 30조 개 세포 모두의 정보량은 실로 어마어마하다.
세포 안 염색체를 모두 풀어서 DNA가 붙어있는 각각의 염색사를 다 펴고, 46개의 염색사를 한 줄로 연결하면 약 2미터가 된다. 우리 몸속의 세포는 30조개 정도 되므로, 내 몸속 DNA 총 길이는 60조 미터정도 되는 셈이다. 60조 미터는 지구에서 태양을 201회 왕복할 수 있는 길이이다(지구-태양 거리 1억 4960만 킬로미터). 세포 한 개 안에 건물 3층 높이의 책, 한 사람의 몸 안에 지구-태양을 201회 왕복하는 길이의 DNA가 있다는 말이다. 상상할 수 없는 막대한 정보의 양이다.
컴퓨터는 이진법(binary code – 0과 1)을 사용하여 정보를 저장하고 계산을 실행 한다. DNA는 네
개의 코드(quarternary code – A, G, T, C)를 사용하므로 본질적으로 컴퓨터보다 많은 양의 정보를 저장하고 빠른 시간에 처리할 수 있다. 그리고 앞에서 설명한 바와 같이 좁은 공간 안에도 많은 정보를 저장할 수 있는 공간 효율성이 뛰어나다.
최근들어, DNA 분석(sequencing) 기술이 고도화 되면서, 이진법을 사용한 종래의 하드디스크가 아닌 액체 속의 DNA를 메모리 저장장치로 사용하는 기술이 하버드 대학에서 개발되었다. 하버드 연구팀은 700 테라바이트의 메모리를 1그램 안의 DNA에 저장하는데 성공했다.(1) 현재 시중에 판매되는 1테라바이트 하드디스크가 보통 손바닥만한 크기이고, 1그램은 새끼손가락 마디 하나만한 공간이니까, 이진법 코드 방식과 4진법 방식의 효율은 확연한 차이가 난다. 이 기술은 마이크로소프트사에서 운영하는 클라우드(Cloud)에도 적용되고 있을 만큼 혁신적인 기술이다.(2) 인간이 개발한 초고도 기술 반도체(하드웨어)와 2진법의 저장방식(소프트웨어 혹은 프로그램)이, 컴퓨터가 등장하기 훨씬 전부터 생물체가 가지고 있던 방식에 비해 너무나도 초라해 보인다.
진화론자들은 세포 속의 염색체수를 가지고 침팬치와 인간이 공통조상을 가졌다고 주장하고 있지만, 최근 유전학에서는 염색체 개수보다 DNA 코드 배열이 더 보편적 화두가 되었다. 이것은 세포의 기능들이 DNA의 코드에 의해 결정되고 있음이 증명되고(예를 들면 단백질 합성 등에 관한 정보) 세포의 동일한 기능에 두 개 혹은 그 이상의 염색체 속의 유전자들이 동시에 사용되는 경우가 빈번히 밝혀지면서 염색체 갯수의 중요성이 줄어들고, DNA 배열이 더 중요하게 인식되었기 때문이다.
양서류(개구리 같은)는 사람보다 훨씬 많은 100억에서 1000억개까지 코드가 있는 것으로 밝혀졌다. Whisk fern(이끼류의 일종 - 잎도 없고, 꽃도 피우지 않는 잡초보다도 더 보잘 것 없어 보이는)은 코드수가 2500억 개이다! 사람(30억 개), 양서류(100억~1000억 개), 이끼(2500억개), 이들 사이에 어떤 진화적 연관성이 있는 것일까? 진화론의 기본 가정에는 고등한 동물로 갈수록 유전자 내의 정보는 늘어나야 한다. 그러나 보는 것처럼 DNA 코드 개수와 생물의 진화 방향은 일치하지 않는다. 진화 계통도와 DNA 코드 수, 그리고 염색체수는 관련이 없다.
세포 속에 고도의 기술로 뭉쳐있는 염색체, 그리고 그 안에 안전하게 보관된 DNA 암호들, 이 정밀한 생명현상을 알아갈수록 정보의 양적 막대함과 하이테크의 효율성에 놀랄 뿐이다. 하나님은 우리 몸의 동작, 머리로 하는 생각, 입을 통해 말 하는 것 등등 세포가 해야 하는 기능들을 미리 설계하셨고, 기능을 완벽하게 수행하기 위한 프로그램들을 60조 미터 길이의 DNA에 넣어 두셨다. 과학자들은 그 프로그램들을 최근에 와서야 더 자세히 이해하기 시작했고, 과거에 쓰레기 DNA라고 부르던 부분들에조차 모르던 기능이 있었음 확인하고 있다. 정보! 과학이 발달할수록 보이는 세계가 보여지는 것으로부터 온 것이 아니라 보이지 않는 하나님의 말씀으로 지어졌음을 확증하고 있다.
“주께서 나의 앉고 일어섬을 아시며 멀리서도 나의 생각을 통촉하시오며 나의 길과 눕는 것을 감찰하시며 나의 모든 행위를 익히 아시오니 여호와여 내 혀의 말을 알지 못하시는 것이 하나도 없으시니이다”(시편 139:2-4 KRV).
(1) George M. Church, et al. 2012. Next-Generation Digital Information Storage in DNA. Science, 337(6102): 1628.
(2) Antonio Regalado. 2017. Microsoft Has a Plan to Add DNA Data Storage to Its Cloud. MIT Technology Review. May 22nd.
(3) Susumo Ohno. 1972. “So Much ‘Junk’ DNA In Our Genome” in Evolution of Genetic Systems. Brookhaven Symposia In Biology, No. 23, pg.366-370.
