유전체는 4차원적 설계를 보여준다. : 창조 설계-생명 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2026-01-21

유전체는 4차원적 설계를 보여준다.

(Genome Shows Design in 4 Dimensions)

By John Wise, PhD

생명의 기원이 1차원적 불가능성이라면, 유전체는 4차원적 불가능성으로 여겨진다.

유전체의 구조와 그것이 의미하는 것은?

수십 년 동안 진화생물학은 DNA가 본질적으로 선형 코드, 즉 돌연변이와 자연선택에 의해 형성된 긴 화학적 염기서열이라고 확신시켜 주었다. 염기서열이 중요했고, 나머지는 부차적인 것이었으며, 그중 상당 부분은 수억 수천만 년에 걸친 진화 과정에서 남겨진 쓸모없는 "쓰레기(junk)"라고 주장해왔다. 그러나 이 그림은 조용하지만 치명적으로 무너져 내렸다.

노스웨스턴 대학(Northwestern University)의 새로운 보고를 요약한 ScienceDaily(2026. 1. 8) 지의 "DNA 내부의 숨겨진 세계가 마침내 밝혀졌다“ 기사는 다음과 같이 전하고 있었다 :

과학자들은 살아있는 세포 안에서 인간 DNA가 어떻게 접히고, 고리를 만들고, 이동되는지에 대한 가장 상세한 지도를 만들었으며, 이를 통해 숨겨진 유전적 조절 메커니즘을 밝혀냈다.

미국 국립보건원(NIH)의 4D 뉴클레옴 프로젝트(4D Nucleome Project)의 일환으로 연구자들은 DNA가 단순히 문자열이 아니라, 시간이 지남에 따라 모양이 변하는, 정밀하게 경계가 정해진 영역에서 접히는, 역동적인 종이접기 같은 구조라는 사실을 발견하였다.

이는 단순한 정밀함이 아니다. 예측과 설명이 실패하고 있는, 예측보다 훨씬 복잡한 개념적 확장이다. DNA 염기서열을 읽는 것만으로는 충분하지 않았다. 더 심오한 무엇인가를, 즉 유전정보 서열을 기능하게 만드는 4차원적 구조를 파악해야 했다.

.단백질들은 DNA의 "철자"인 A, C, T, G로 이루어진 3중 코돈(codons)에 의해 코딩되어 있다. (Illustra Media)

DNA는 단지 1차원적 코드가 아닌, 3차원적 구조이다.

이번 새로운 연구 결과가 왜 중요한지 이해하려면, DNA를 단순히 긴 염기서열로만 보는 익숙한 이미지를 버리고, 좀 더 현실적인 이미지로 바꿔 생각하는 것이 도움이 된다.

DNA 분자는 공장과 매우 비슷하다. 더 정확히 말하면, 작고 중첩된 모듈형 작업장들이 모여 이루어진 거대한 공장이다. 제대로 기능하는 공장에서는 원자재, 기계, 작업 공간, 제어실 등이 3차원 공간에 배치되어야 한다. 벽도 중요하고, 문도 중요하며, 경계도 중요하다. 벽을 없애거나, 방을 허물면, 생산의 설계도 역할을 하는 벽이 무용지물이 되기 때문이다.

현대 유전체학(genomics)은 DNA가 이런 식으로 작동한다는 것을 알려주고 있었다. ScienceDaily 지의 보도에서 설명하는 바와 같이,

세포 안의 DNA는 선형 가닥으로 존재하지 않는다. 오히려 고리(loops) 안으로 구부러져 세포핵 내부에 여러 구획들을 형성한다.

이러한 구획들은 흔히 위상적 연관 도메인(topologically associating domains, TADs)이라고 불리며, 공장에서 방(rooms)들과 같은 역할을 한다. 특정 방 안에 있는 유전자들은 서로 상호작용하는 경향이 있지만, 방 밖의 활동으로부터는 격리되어 있다. 이러한 구조는 단순히 겉모습에 불과한 것이 아니라, 조절 기능을 한다.

경첩, 못, 하중 지지 구조

이러한 유전체 "공간"들은 어떻게 만들어져있는가? 연구자들은 짧은 DNA 서열이 경첩(hinges)럼 작용하여, DNA 케이블이 접힐 수 있도록 하고, 특수 결합 부위는 못(studs, 징) 또는 닻(anchors)처럼 작용하여, 이러한 접힘을 제자리에 고정시킨다는 사실을 발견했다. 경첩과 못은 함께 각 도메인의 경계를 규정한다.

이제 우리는 이러한 유전체 구조의 하위 구성 요소들의 이름을 알게 되었다. 유전자 공간의 경계를 정하는 '못(studs)'은 주로 CTCF라 불리는 단백질로, DNA를 정확한 좌표에 고정시켜 준다. '경첩(hinges)'과 '모터(motors)'는 코헤신 복합체(Cohesin complex)의 일부인데, 이 분자기계는 "루프 압출(loop extrusion)“이라는 과정을 통해 DNA를 고리(loops, 루프) 안으로 당겨준다. 만약 CTCF '못'의 방향이 잘못되어, 단 몇 도라도 어긋나면, 코헤신 모터가 제 위치에서 멈추지 않는다. 고리가 과도하게 늘어나고, '공간'이 무너지면서, 마치 작업장의 바닥처럼 신호 오작동이 난무하게 된다. 이 두 가지 서로 다른 시스템, 즉 DNA 서열(설계도)과 단백질 모터(조립자)가 4차원 공간에서 정밀하게 협력하기 위해 요구되는 이러한 정확성은 통합된 기능적 복잡성(integrated functional complexity)을 보여주는 놀라운 사례이다.

이는 유전체(genome)가 단순히 읽히는 것이 아님을 의미한다. 유전체는 그 물리적 실체들에 따라 구축되어있다! 유전자들은 이러한 영역 내에서 특정 위치에 자리 잡고 있으며, 이러한 위치에 따라 접근, 활성화, 또는 비활성화될 수 있다. DNA 서열은 지침(instructions)을 제공하지만, 구조는 이러한 지침이 실행될 수 있는지 여부를 결정한다.

경첩 하나를 떼어내거나, 못의 위치를 바꾸거나, 경계를 무너뜨리면, 방은 무너진다. 그리고 방이 무너지면, 그 방과 관련된 유전적 조절 체계도 함께 무너진다. 이 시스템은 너무나 세밀하고 복잡해서, 단 하나의 변화만으로도 치명적일 수 있다. 물론 이야기는 여기서 끝나지 않는다.

결정적으로, 이 공장은 정적인 구조물이 아니라, 능동적이고, 스스로 오류를 수정하는 기계라는 것이다. 공학적 관점에서 볼 때, 유전체는 거대한 장애 허용(fault tolerance) 시스템이라는 것이다. 유전체는 3차원 구조에서 구조적 붕괴를 감지하는 일련의 '청소 및 유지보수(janitorial)' 단백질을 활용한다. '못'이 파손되거나, '벽'에 균열이 생기면, 시스템은 복구 프로토콜을 작동시켜 해당 영역의 결손을 복원한다. 이러한 '자가 치유' 특성은 공학 기술이 단순히 염기서열 배열만이 아니라, 전체적인 관리 구조에도 들어가 있음을 시사한다. 스스로의 결함을 인식하고, 수정할 수 있는 시스템은 단순한 염기서열 기반의 진화로는 구축될 수 없는 수준의 메타 정보를 필요로 한다.

DNA 모양이 어떻게 DNA 의미를 통제하는가?

이러한 건축학적 관점은 유전학의 오랜 수수께끼, 즉 유전자 바깥에 있는 쓸모없는 '정크' DNA 서열의 돌연변이가 왜 치명적인 질병을 일으킬 수 있는지를 설명해 준다. 만약 DNA가 단순히 선형적 문자라면, 유전자 외부의 변화는 무해해야 한다. 하지만 실제로는 많은 암과 발달 장애가 비코딩 영역의 교란으로 인해 발생한다. 이 새로운 연구는 그 이유를 설명한다.

단 하나의 염기서열 변화만으로도 도메인 경계가 약화되어, 조절 신호가 잘못된 유전체 방으로 잘못 들어갈 수 있다. 엄격하게 조절되어야 할 유전자들이 갑자기 부적절한 증강자(enhancers)에 노출되는 것이다. 그 결과는 단순한 변화가 아니라, 시스템 전체에 걸친 오작동으로 이어진다. 건축학적 관점에서 보면, 이것은 오타가 아니다. 구조물의 붕괴이다.

그렇기 때문에, 미국국립보건원(NIH)의 4D 뉴클레옴 프로젝트(4D Nucleome Project)에 참여하고 있는 과학자들은 현재 다음과 같은 점을 강조하고 있었다.

… DNA 염기서열을 읽는 것만으로는 충분하지 않다. 유전체의 물리적 형태 또한 중요한 역할을 한다.

유전체는 단순히 정보를 저장하는 데 그치지 않는다. 유전체는 정보를 강제하고, 질서를 부여하고, 분류하고, 통제한다.

암호화된 구조물이지, 우연히 발생한 것이 아니다.

여기서 더 심오한 의미가 드러난다. 알마살하(Almassalha)와 그의 동료들이 Advanced Science(2025. 10. 27) 지에 발표한 "인간 유전체에서 인트론, 유전자간 서열, 엑손의 기하학적으로 인코딩된 위치 지정"이라는 최근 연구는 단순히 유전체 접힘을 매핑하는 것을 넘어섰다. 그들은 유전자, 인트론, 유전자간 서열의 위치 자체가 유전체 구조 자체를 인코딩한다고 제안한다. 다시 말해, 유전체는 단순히 도메인으로 접히는 것이 아니라, 올바르게 접히도록 특정 방식으로 쓰여져 있다는 것이다. 나는 이미 위의 설명에서 이 논문의 내용을 많이 인용했다.

공학적인 관점에서 보면 이는 당연한 결과이다. 하중을 지탱하는 벽은 건물이 완공된 후에 추가되는 것이 아니라, 설계도에 처음부터 포함되어 있다.

하지만 진화론적 관점에서 볼 때, 이러한 상황은 매우 불편하다. 고전적 진화론은 점진적 축적, 기능적 중복성, 그리고 오류에 대한 견고성을 전제로 한다. 수많은 시행착오들을 통해 구축된 시스템은 그 과정에서 많은 실패를 견뎌낼 수밖에 없다.

현대 유전체학이 밝혀낸 것은 오류의 여지가 거의 없는 시스템, 즉 전체 영역에서 제약이 있고, 긴밀하게 통합되어 있으며, 작은 변화에도 매우 취약한 시스템이다. 구조를 조금만 바꿔도 시스템은 적응하지 못하고, 붕괴한다.

유전체는 기능을 하지만, 좁은 구조적 경계 내에서만 작동하고 있는 것이다.

생물학은 다윈의 진화론을 넘어서야 한다.

4차원 유전체 지도 작성 기술의 발전은 진화론에 치명적인 결정타가 되고 있다. 4차원 유전체는 진화론으로는 도저히 설명할 수 없는 것이다. 그것은 연구자들이 세포에서 실제로 발견하고 있는 것이다.

염기 순서에 기반한 모델은 다음과 같은 것들을 설명할 수 없다 :

⦁ 멀리 떨어진 DNA 영역들이 안정적으로 상호작용하는 이유는 무엇일까?

⦁ 유전자 조절이 공간적 근접성(spatial proximity)에 의존하는 이유는 무엇일까?

⦁ 작은 돌연변이가 커다란 구조적 변화를 일으키는 이유는 무엇일까?

⦁ 또는 조절이 도메인-수준의 단위로 작동되고 있는 이유는 무엇일까?

이러한 것들을 설명하기 위해서, 생물학은 단순히 염기서열 분석을 넘어 그 구조를 파악해야 했다. 이러한 움직임은 악의적인 의도가 아니라, 진화론적 예측 및 설명의 실패에서 비롯된 개념적 진보를 의미한다.

결론 : 유전체에 대한 배심원들의 평결

유전체 시대가 시작될 무렵, 우리는 DNA의 염기서열만 해독할 수 있다면, 나머지는 저절로 따라올 것이라는 말을 들었다. 형태, 구조, 조절 기능은 점진적인 진화적 조정을 통해 자연스럽게 나타날 것이라고 예상됐었다. 이제 우리는 유전체에 대해 더 잘 알게 되었다.

현대 유전체학이 밝혀내고 있는 것은 유연한 실타래가 아니라는 것이다. 세포가 기능을 하고 건강하게 유지되려면, RNA-매개 단백질 생성물들처럼, DNA도 공간과 시간 속에서 정확하게 접혀야 하는 엄격하게 제약을 받는 구조라는 점이다. 단 하나의 변화라도 영역 경계를 무너뜨리고, 조절 신호의 경로를 잘못되게 하며, 질병을 유발할 수 있다. 결국 생명체의 한계는 단순히 유전적인 것만이 아니라는 사실이 드러났다.

유전체는 건축학적 특성을 지니고 있으며, 놀라울 정도로 정교하고, 정확하게 조율되어 있었다. 그러한 깨달음이 바로 4D 뉴클레옴(4D Nucleome)과 같은 프로젝트가 존재하는 이유를 설명해 준다. 이러한 프로젝트들은 진화론이라는 낡은 이론의 승리가 아닌 실패에 대한 반응이다. 진화론은 견고성과 점진적인 변화를 예측하고 있지만, 데이터들은 오히려 연약함(fragility, 깨지기 쉬움), 정밀성, 전반적인 제약을 드러낸다.

우리는 100여 년 전에 현대 종합생물학을 시작하여, 유전체 혁명으로 나아왔지만, 다윈주의적 진화 과정의 승리처럼 보였던 것들이 이제는 그 프로젝트 전체를 우스꽝스럽게 만들어버렸다. DNA는 단순히 기록되어 있는 것이 아니었다. 그것은 공학적으로 설계되어있었고, 구축되어있는 것이었다. 이제 생물학이 직면해야 할 질문은 그러한 구조가 느리고 점진적인 과정을 통해 어떻게 변형될 수 있는가가 아니라, 애초에 어떻게 그러한 구조가 생겨날 수 있었는가 하는 것이다.

생명의 기원이 아래에서 바라본 일차원적인 불가능성이라면, 유전체는 위에서 바라본 4차원적인 불가능성으로 여겨진다.

진화론은 죽었다. 유전체가 진화론의 사형을 집행했다.

*참조 : 4차원으로 작동되고 있는 사람 유전체 : 유전체의 슈퍼-초고도 복잡성은 자연주의적 설명을 거부한다.

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