유전학 엔트로피(1)-세포편

당신은 30조 입니다

김낙경박사(식품공학), ACT뉴스 2018년 3월

 

 

우리 몸에 세포가 몇 개나 있을까? 아니, 그 보다 먼저. 세포는 무엇인가? 세포는 우리 몸을 구성하고, 몸의 각 부분이 제대로 자기 역할을 하도록 하는 “생명의 기본 단위”이다. 학교 생물시간을 회상해 보면, 세포 막, 세포 안의 핵, 미토콘드리아, 라이소좀 같은 기관을 설명 듣고, 그림 그려서 외우고, 기능들을 외우고 나면 대략 세포 공부가 끝났었다. 그리고 기말 고사 보고나면 대부분 잊어버리는 것이다.

 

우리 몸에 세포가 몇 개나 있는지 생각해 본 적이 있는가? 30조(1X1013)개! 영(0)이 자그마치 13개가 붙었다.(2) (물론, 사람의 체격, 체중, 나이, 성별에 따라 차이는 있다). 그 가운데 몸의 가장 위쪽, 뇌 속에 약 600억 개에서 1000억 개의 세포가 있다. 이것들을 통해 생각하고, 기억하고, 몸의 각 부분이 움직이도록 지시하고, 몸의 각 부분에서 오는 신호(신경)를 느끼고, 실행하는 등의 기능을 한다. 뇌세포는 생각을 전달한다. 그런데 심장 세포는 피를 보내는 일을 할 때 생각하거나 판단할 줄 모른다. 단지 달리기 할 때는 박동을 빨리하고, 잠잘 때는 심장이 천천히 뛸 뿐이다.

 

위장의 세포는 음식을 주무르며 소화하는 일을 하는 반면 심장처럼 박동할 줄 모른다. 하지만, 위벽으로 pH가 1인 강산(염산)을 짜내서 음식 안에 들어있는 유해 미생물을 죽이고, 고기와 같이 질긴 음식을 분자단위로 잘게 부숴서 소화의 다음 단계로 넘겨주는 일을 할 줄 안다. pH1이면 소고기 단백질은 엄청나게 빠른 속도로 가수분해 되어서 고기에 구멍이 뚫리게 된다(피부에 닿으면 화상을 입는 것처럼). 하지만 위장세포는 그런 강산이 붙어도 끄떡없이 자신을 보호하는 놀라운 능력을 가졌다. 뇌세포와 심장세포에는 아쉽게도 그런 기능이 없다. 그런데, 이렇게 다양한 30조 개 세포의 시작은 단 하나의 세포이다. 엄마 배속에서 수정된 순간 단 하나의 세포를 형성한 이후, 분열을 거듭하여 심장, 위장, 뇌, 손, 다리, 피부, 머리카락 …… 등 다양한 조직들의 세포가 되었다.

 

세포는 작아서 맨 눈에는 보이지 않는다. 몸집이 작다. 1 밀리미터 안에 대략 1000개의 세포가 한 줄로 늘어설 수 있다(일렬종대). 다른 말로하면, 세포 하나의 직경이 대략 1/1000밀리미터라는 얘기다. 세포를 눈으로 볼 수 없지만, 우리 주변에는 세포들이 널려있다. 우선, 내 몸 안에는 30조 개의 세포가 담겨있으니 우선 나부터 엄청난 세포 뭉치인 것이고, 내 주변에 생명을 가진 것은 모두가 그 안에 세포 뭉치가 있다. 내 몸무게의 절반 쯤 되는 시베리아 허스키라면 대략 15조 개의 세포일 것이고, 그 보다 작은 고양이, 토끼, 다람쥐, 생쥐로 내려가면서 점점 몸집이 작은 만큼 체세포의 수는 적어질 것이다. 곤충 보다 더 작으며 세포 하나 하나가 독립적으로 움직이는 것을 우리는 미생물 (microorganism)이라 하는데, 세포와 세포가 붙어있지 않고, 각각의 세포가 따로 살아가는 단세포 생물들이다(그러니까 식물과 동물, 사람은 다세포 생물이다). 미생물에는 크게 세균, 곰팡이, 효모, 세 그룹이 있다.

 

세균하면 가장 먼저 떠오르는 것은 대장균일 것이다. 자연계에 널리 존재하고 사람을 비롯해 많은 종류의 동물들이 대장 속에 이 균을 가지고 있어서 대장균이라 부른다. 일반적으로 대장균은 세균이지만 해를 끼치지 않는다. 오히려, 소화를 도와주고 장속에 들어온 유해균과 싸우거나, 낯선 균들이 들어와 자라지 못하도록 해주는 좋은 역할을 하고 있는 “우리편” 세균이다. 우리 배 속에 있는 대장, 그 안에는 대장균이 얼마나 있을까? 앞에서 우리 몸 안에 30조 개의 세포가 있다는 얘기를 듣고 놀라신 분들은 또 한번 놀랄 것이다. 당신의 몸 속 대장 안에는 당신 몸을 구성하고 있는 세포의 수만큼 대장균이 들어 있다. 학자에 따라서 10배까지 많은 수의 대장균이 있다고 보고하기도 한다.(3) 놀라운, 그리고 또 놀라운 일이다. 내 몸을 구성하고 있는 세포수가 30조이고, 대장 안에만 또 다른 30조 개의 세포가 공생(symbiosis) 하고 있는 것이다.(4)(5)

 

대장균은 세포 하나로 된 생물이고, 사람의 몸은 세포 30조 개로 이루어졌다. 대장균은 대략 20분에 한 번 분열하여 번식하며, 하루에 100회 가까이 자손을 생산한다. 직계 자손을 번식시키는 속도에 있어서 가히 사람과는 비교할 수 없는 속도이다. 빠른 번식은 그만큼 직계자손에게 빠른 속도로 돌연변이를 축적시킬 것이므로 정말로 돌연변이가 진화를 이끈다면, 대장균은 사람에 비해 훨씬 많은 진화의 기회를 가졌다고 볼 수 있다. 그러나 대장균은 여전히 자신과 똑같은 단 하나의 세포로 이루어진 대장균만을 번식시키고 있다. 다른 것이 된 적도, 될 수도 없다. 한편, 사람은 엄마의 자궁에서 단 하나의 세포로 출발해서 30조 개로 분열되었지만, 어느 한 세포도 사람이 아닌 다른 정보를 가진 세포로 변화되지 않는다. 언제부터 그랬을까? 또 언제까지 그럴까?

 

<유전학 앤트로피>(Genetic Entropy, John Sanford, 2014)라는 책의 저자 존 샌포드(John Sanford) 박사는 원래 무신론자였고 미국 위스콘신대학에서 식물유전학으로 박사학위를 받고 미네소타 대학과 코넬대학에서 교수 생활 중 기독교 신앙을 가지게 된 후, 유신론적 진화론(오랜 지구 연대를 주장하는)에 10여년 동안 심취하고 계셨다가, 2000년대에 들어와서 창조론(젊은 지구)을 믿고 전파하는 과학자로 왕성하게 활동하고 있다. 이 책 안에는 세포와 유전자, 그리고 그 안에서 발생하고 있는 돌연변이(엄밀하게 말 하면 유전학적 변이)가 진화와는 아무런 상관이 없다는 것을 분명하게 보여준다. 이 책은 진화가 돌연변이에 의해 진행되지 않을 뿐 아니라, 돌연변이가 오히려 역진화 (Devolution, 즉, 종의 퇴보와 궁극적 멸종)를 일으킨다는 증거들을 보여주고, 돌연변이가 우리의 삶과 질병에 미치는 부정적인 영향과 그 메카니즘을 인구통계학으로 보여준다. 앞으로 수회에 걸쳐 이 책과 돌연변이에 관련된 여러 주제들을 시리즈로 정리할 것이다.

 

(1) Genetic Entropy, 4th Edition, 2014. John C. Sanford

(2) Bianconi et. al. (2013). “An estimation of the number of cells in the human body”. Annals of Human Biology. 40(6): 463-471.

(3) American Academy of Microbiology FAQ: Human Microbiome January 2014

(4) Guarner, F; Malagelada, J(2003). "Gutflora in health and disease". The Lancet. 361(9356): 512–19.

(5) Sears, Cynthia L. (2005). "A dynamic partnership: Celebrating our gut flora". Anaerobe. 11(5): 247–51.