40,000년 전 매머드에서 RNA 시퀀싱, 문제는 활용성

시베리아 영구동토층에서 발굴된 매머드 미라 '유카' (사진 발레리 플로트니코프)

 

가장 오래된 RNA 염기서열 분석, 매머드 최후 순간을 밝혀내

과학자들이 4만 년 전 시베리아에서 사망한 유카Yuka라고 하는 어린 매머드에서 고대 RNA 분자molecules를 회수했다.

이 생물학적 잔해는 멸종된 빙하기 생물의 마지막 순간에 대한 통찰력을 제공한다.

이 RNA는 영구 동토층에서 수천 년 동안 매우 잘 보존된 이 동물 미라 다리 조직에서 추출했다.

이는 과학자들이 염기서열을 분석한 가장 오래된 RNA다.

이제 연구자들은 이 RNA를 이용해 매머드가 사망 당시 어떤 유전자가 활성화해 있었는지 밝힌다.

"생물의 모든 세포는 동일한 DNA를 지닌다. 뇌세포든 간세포든 근육세포든 말이다. 따라서 이 세포들을 서로 다르게 만드는 것은 본질적으로 RNA다"고 스톡홀름 대학교 고유전학 센터와 스웨덴 자연사 박물관 진화 유전체학 교수이자 금요일 과학 저널 Cell에 발표된 이 연구 수석 저자인 러브 달렌Love Dalén은 말했다.

"이 연구는 다양한 세포 유형에서 어떤 유전자가 어떻게 켜지고 꺼지는지에 대한 것입니다."

DNA와 RNA는 모든 생명체에서 발견된다. DNA는 생명 핵심 암호이며, RNA는 이러한 유전 정보를 읽고 세포가 단백질을 생성하도록 돕는 메신저 역할을 한다.

DNA와 RNA는 모든 생명체에서 발견된다. DNA는 생명의 핵심 코드이고, RNA는 이러한 유전 정보를 읽고 세포가 단백질을 생성하도록 돕는 메신저 역할을 한다.

고대 DNA는 100만 년 이상 지속될 수 있으며, 과학자들의 과거에 대한 이해에 혁명을 일으켰다.

그러나 RNA는 최근까지 덧없는 것으로 여겨졌으며, 연구진의 새로운 기술이 보존 상태가 그렇게 좋지 않은 표본에도 적용될지는 아직 확실하지 않다.

연구에 포함된 10개 샘플 중 하나인 털매머드 두개골 일부의 피부와 귀. 이 피부는 2018년 시베리아 인디기르카 강Indigirka River 근처 벨라야 고라Belaya Gora에서 발견되었다. (Love Dalén)

연구 과정에서 연구팀은 근육과 피부를 포함한 냉동 매머드 조직 샘플 10개를 연구하여 세 개 RNA 조각을 발견했다.

연구진은 그중 단 하나만이 사망 당시 동물의 유전자가 어떻게 기능했는지를 보여줄 수 있는 상세한 시퀀싱 데이터를 생성했다고 밝혔다.

그 샘플은 2010년 시베리아 북동쪽 오요고스 야르Oyogos Yar에서 시체로 발견된 유카Yuka의 것이었다.

구진은 데이터에서 단백질을 암호화하는 메신저 RNA 분자와 유전자 활동을 조절하는 마이크로 RNA를 검출할 수 있었다.

덴마크 코펜하겐 대학교 글로브 연구소 박사후 연구원이자 이 연구 주저자인 에밀리오 마르몰 산체스Emilio Mármol Sánchez는 "이 매머드가 죽기 직전 세포에서 진행된 생물학적 작용 일부를 밝혀냈다"고 말했다.

마르몰 산체스는 "이 동물이 죽음에 임박했으며, 이는 근육 대사에서 드러난다는 가설을 세웠다"고 말했다.

연구진은 이 데이터가 "매머드 조직에서 느린 수축 근섬유가 우세하다"는 것을 시사한다고 언급하며, 이러한 특징은 조직의 "최종 맥박final pulses"일 가능성이 있다고 덧붙였다.

예를 들어, 활성 단백질 중 하나는 근육 탄력성과 관련된 티틴titin이었고, 다른 하나는 골격근 수축과 관련된 네불린nebulin이었다.

"매머드 조직에서 발견된 근육 특이적 마이크로RNA는 고대에 유전자 조절이 실시간으로 일어났음을 보여주는 직접적인 증거다"고 스톡홀름 대학교 베너-그렌 연구소Wenner-Gren Institute 분자생물학과 부교수이자 연구 공동 저자인 마크 프리드랜더Marc Friedländer는 성명을 통해 밝혔다.

"이와 같은 결과가 나온 것은 이번이 처음입니다."

텍사스 대학교 의과대학 생화학 및 분자생물학 교수인 에레즈 리버만 에이든Erez Lieberman Aiden은 매머드 사망 당시 근육이 활동했을 것이라는 것은 생물학적으로 타당하다고 말했다. 그는 이 연구에 참여하지 않았다.

에이든은 "이런 첫 연구에서 완전히 충격적인 패턴을 발견하는 것은 바람직하지 않다"고 말했다. "조직 특이적 발현을 검출할 수 있다는 아이디어는 매우 인상적입니다."

시베리아에서 발견된 매머드 유해. (출처 Love Dalén)

 

세계에서 가장 오래된 매머드 DNA를 시퀀싱한 달렌은 연구팀이 개척한 기술이 과거를 탐구하는 새로운 과학 연구의 길을 열 잠재력을 지녔다고 말했다.

"이 10개 샘플은 모두 매우 훌륭하고 독특하며, 그중 가장 좋은 세 개만 효과가 있었기 때문에 표면적으로는 다소 틈새시장처럼 보인다"고 그는 설명했다.

"제 직감으로는 방법이 개선될 거라고 봅니다. 전 세계에는 RNA에 관심 있는 연구실이 많고, RNA를 회수하는 훨씬 더 나은 방법들이 개발될 거라고 확신합니다."

달렌은 이 접근법이 더 광범위하게 적용될 수 있다면, 코로나19를 유발하는 바이러스처럼 RNA 형태로만 존재하는 고대 바이러스 진화를 연구할 방법을 제공할 것이라고 말했다.

고대 박테리아 DNA를 시퀀싱함으로써 과학자들은 전염병이나 매독과 같은 박테리아 병원균의 유전적 기원과 진화를 연구할 수 있었다. 

텍사스에 본사를 둔 생명공학 회사 콜로설 바이오사이언스Colossal Biosciences 과학 고문인 달렌Dalén은 이 접근법이 어떤 형태로든 멸종된 동물을 되살리는 노력에도 적용될 수 있다고 말했다.

콜로설 바이오사이언스는 매머드, 도도새, 태즈메이니아 호랑이 등을 가장 가까운 친척 유전체를 편집하여 "부활"시키는 것을 목표로 한다.

그렇게 되면 멸종된 종과 시각적으로 구별할 수 없는 잡종 동물이 탄생하게 된다.

그는 "원칙적으로, 여기서 사용된 방법은 콜로설을 비롯한 연구자들이 편집할 유전자의 범위를 좁히는 데 도움이 될 수 있는 도구가 될 수 있다"고 말했다.

매머드 RNA는 과학자들이 지금까지 발견한 것 중 가장 오래된 것이지만, 최초는 아니다.

2023년, 마르몰 산체스Mármol Sánchez는 스톡홀름에 있는 스웨덴 자연사 박물관에서 130년 된 태즈메이니아 호랑이Tasmanian tiger (thylacine이라고도 함)의 RNA를 시퀀싱하는 연구를 이끌었다.

2019년에는 한 팀이 영구동토층에 보존된 14,300년 된 늑대 피부에서 RNA를 시퀀싱했다.

과학자들은 알프스 산맥에서 얼어붙은 채 발견된 5,300년 된 미라, 외치 아이스맨 조직에서도 RNA를 발견했다.

매머드 유해를 연구한 에이든은 이 논문이 "상당한 진전"이라고 했지만, 이 분야 전환점이 될지, 아니면 RNA가 DNA처럼 멸종된 유기체에 대한 중요한 정보 저장소가 될지는 아직 확실하지 않다고 말했다.

그는 마치 결혼식에 하객으로 초대되어 결혼 생활이 얼마나 행복할지 묻는 것과 같다고 덧붙였다.

에이든은 "이런 순간들은 판단하기 좀 어렵다"고 말했다.