돌연변이는 중립적이지 않다 : 침묵 돌연변이도 해롭다는 것이 밝혀졌다.

미디어위원회

진화론-돌연변이

2022-06-19

돌연변이는 중립적이지 않다

: 침묵 돌연변이도 해롭다는 것이 밝혀졌다.

(Mutations Are Not Neutral)

David F. Coppedge

무작위적 실수가 좋지 않다는 것은 명백하다.

새로운 연구는 이러한 사실을 확인시켜 준다.

총으로 컴퓨터를 쏘면, 극히 우연히 컴퓨터의 기능이 더 좋아질 수 있을까? 본론으로 들어가서, 미시간 대학의 연구자들은 돌연변이에 대해 다시 생각해 볼 만한 중요한 발표를 하였다.

유전자에서 발생하는 대부분의 '침묵(silent)' 돌연변이는 중립적이지 않고, 해롭다. (University of Michigan News, 2022. 6. 8.). 신다윈주의 진화론에 의하면, 무기물에서 우연히 자연발생한 단세포 생물에서 돌연변이들이 지속적으로 일어나 사람으로 변했다는 것이다. 새로운 연구의 의미를 알아보기 전에, 몇 가지 용어를 살펴보자.

유전자 암호에는 간혹 ‘점 돌연변이(point mutations)’로 알려진 단일 철자 오타가 발생한다. 이 결과로 단백질 서열을 변화시키는 점 돌연변이는 ‘비동의 돌연변이(nonsynonymous mutations)’라 불려진다. 반면에 단백질 서열을 변화시키지 않는 돌연변이는 ‘동의 돌연변이(synonymous mutations)’ 또는 ‘침묵 돌연변이(silent mutations)’라고 불려진다.

진화론자들도 대부분의 돌연변이가 해롭다는 것을 인정하고 있다. 하지만 때때로 유익한 돌연변이(beneficial mutation)가 일어나서 단세포 생물을 인간으로 진화시켰다는 것이다. 좋은 돌연변이와 나쁜 돌연변이 사이에는 단백질을 변화시키지는 않는, 많은 수의 "침묵" 또는 중립 돌연변이가 존재한다. 이것들은 진화라는 요술봉 가게에서 변화를 일으킬 수 있는 기회를 기다리고 있다. 그리고 충분한 양의 침묵 돌연변이들이 모이면, 우연히 어떤 새로운 것을 만들 수 있다고 그들은 생각한다. 그러한 혁신은 진화론적 진보의 원천이 된다. 해면동물에서부터 삼엽충, 공룡, 소나무, 장미, 독수리, 코끼리까지 모든 생물들이 이러한 방식으로 생겨났다는 것이다. 그렇게 진화 이야기는 이어진다.

전 코넬대학의 유전학자인 존 샌포드(John Sanford) 박사와 같은 많은 과학자들은 중립 돌연변이가 유전체(genome, 게놈)에 부담을 준다고(짐이 된다고) 주장했다. 그것들은 책에 오타처럼 쌓인다. 책은 약간의 오타가 있어도 여전히 읽을 수 있지만, 결국 그 책은 읽을 수 없게 된다. 시간이 지남에 따라, 이 "유전적 엔트로피(genetic entropy)"는 개체 집단을 멸종으로 이끌어 간다. 중립 돌연변이가 어떤 좋은 일을 하기를 기대하는 것은 잘못된 희망이라고 그는 말한다. 그는 '유전적 엔트로피'라는 책에서 인간은 한 세대당 약 100개의 돌연변이가 축적된다고 말했다. 현대 의학은 일부 유전적 오류의 영향을 극복하는 데 도움을 줄 수 있지만, 돌연변이 부하의 걷잡을 수 없는 과정은 멈출 수 없다. 그것은 호모 사피엔스(인간)를 멸종시킬 것이라고 샌포드는 주장했다.

.샌포드 박사의 책 "유전적 엔트로피(genetic entropy)"는 보이지 않는 거의 중립적인 돌연변이들의 영향을 조사하였다.

이제, 미시간 대학의 과학자들은 샌포드의 예측이 정확했음을 가리키고 있었다!

단백질 암호 DNA 염기서열에서 점 돌연변이의 1/4과 1/3은 침묵 돌연변이들이다. 유전적 암호가 깨졌지만, 이러한 돌연변이는 일반적으로 중립적이거나, 거의 그렇다고 가정되어 왔다.

그러나 이제 Nature 지(2022. 6. 8)에 게재된, 실험실에서 효모 세포(yeast cells)의 유전자 조작과 관련된 한 연구에서, 미시간 대학의 생물학자들은 대부분의 침묵 돌연변이가 매우 해롭다는(strongly harmful) 것을 보여주었다.

잘 들으셨는가? 해로울 뿐만 아니라. 매우 해롭다는 것이다.

대부분의 침묵 돌연변이들이 중립적이지 않고 매우 해롭다는 발견은 (다른 유전자와 다른 생물에 대해서도 이것이 사실인 것으로 밝혀진다면), 인간의 질병 메커니즘, 인구와 보존 생물학, 진화 생물학의 연구에 큰 영향을 미칠 것이다.

그러한 사실이 진화 생물학에 어떤 영향을 미칠 수 있을까? 그걸 알아내는 것은 어렵지 않다. 침묵 돌연변이 또는 동의 돌연변이는 "일반적으로 양성(benign)으로 여겨져 왔다"고 Nature 지 논문의 저자인 조지 장(George Zhang)은 말한다. "우리는 이제 이러한 믿음이 틀렸다는 것을 보여주었다." 장은 분명하게 말하고 있었다. 침묵 돌연변이는 양성이 아니다. 그러한 믿음은 거짓이었다.

<출처 : Shen, Song, Li and Zhang: Synonymous mutations in representative yeast genes are mostly strongly non-neutral(대표적 효모 유전자의 동의(침묵) 돌연변이는 대부분 전혀 중립적이지 않다), Nature, 8 June 2022.>

논문에서 저자들은 돌연변이의 영향을 어떻게 평가했는지를 설명하고 있었다. 연구실에서 쉽게 자라고 번식하는 효모(yeast)를 사용하여, "그들은 CRISPR/Cas9 게놈 편집을 사용하여 8,000개 이상의 돌연변이 효모 균주들을 구축했다. 각 균주들은 연구자들이 목표로 삼은 21개의 유전자 중 하나에 동의, 비동의, 또는 넌센스 돌연변이(nonsense mutation)를 운반하고 있었다"고 보도 자료는 설명하고 있었다.

그리고 나서 그들은 각 돌연변이 균주의 "적합성(fitness)"을 비돌연변이 균주에 비해 얼마나 빨리 번식하는지를 측정함으로써 정량화했다. 간단히 말해서 진화론적 적합성은 한 개체가 가지는 자손의 수로 나타내진다고 보았다. 이 경우에 효모 균주의 번식 속도를 측정하면, 돌연변이가 유익한지, 유해한지, 중립적인지를 확인할 수 있다.

놀랍게도, 연구자들은 동의(침묵) 돌연변이의 75.9%가 상당히 해로웠으며, 반면에 1.3%는 상당히 유익하다는 것을 발견했다.

.돌연변이는 유전병을 유발하고, 궁극적으로 유전체의 멜트다운을 초래한다.(Illustra Media)

(이러한 기준에 대한 반응은 아래 설명을 참조하라). 그들이 발견한 한 가지는 동의(침묵) 돌연변이는 유전자 발현 수준을 변화시킨다는 것이다. 이전의 연구들은 동의 돌연변이가 유전자의 발현을 미세 조정하기 위한 가감저항기(rheostats, 저항값을 임의로 바꾸어 사용할 수 있는 저항기) 역할을 할 수 있다는 것을 보여주었다. 그런 점에서 동의 돌연변이는 기능을 할 수 있다. 하지만 모든 것이 동일하여 초기 효모 세포가 건강하다면, 돌연변이 효모 균주에 의해 생산된 자손의 수는 돌연변이의 결과에 의한 건강 정도를 측정할 수 있게 할 것이다.

충격적인 결과

네 명의 과학자들은 이러한 결과를 예상했을까? 그들은 다른 연구들로부터 동의 돌연변이로 알려진 소위 "중립적" 돌연변이는 부정적인 쪽으로 기울고 있다는 것을 알았다.

"우리는 그러한 많은 수의 돌연변이에 충격을 받았다"라고 그가 말했다. "우리의 결과는 동의(침묵) 돌연변이가 질병을 일으키는데 있어서 비동의 돌연변이만큼 중요하다는 것을 암시하며, 병원성 동의 돌연변이를 예측하고 식별하기 위한 노력을 강화해야 한다."

보도 자료는 이 발견이 진화론에 대해 의미하는 것을 논하지 않았다. Nature 지의 논문은 그것을 완전히 무시했다. Nature 지의 같은 이슈에서, 나다니엘 샤프(Nathaniel Sharp)는 "단백질이 그대로 유지된다 하더라도, 돌연변이는 중요하다"라는 헤드라인을 내보냈다.

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여기 이 연구의 진화론적 의미가 하나 있다 : 그것은 대부분의 "중립" 돌연변이들을 "도움이 될 수도 있는" 칸에서, "유해한" 칸으로 옮겨졌다는 것이다. 다윈은 그의 공상적 우연 게임에서, 이제 한 무더기의 주사위들을 잃어버렸다.

그리고 우리가 자주 말했듯이, 번식 수를 가지고 적합도를 측정하는 것은 일종의 동어반복(tautology)이다.(see “Fitness for Dummies,” 19 June 2014). 어떤 효모 세포가 "적합"한지를 결정하기 위해서, 효모 세포들이 얼마나 많이 분열하는지를 측정하는 것은 모호한 결과를 나타낼 수 있다. 만약 초기 균주가 정상적으로 어떤 속도로 세포분열을 하고, 돌연변이 균주들의 번식 속도가 모두 느려졌다면, 75.9%가 상당히 해로웠다는 그들이 평가도 1차 추정에 불과할 수 있다.

1.3%가 "상당히 유익했다"는 주장도 정밀 조사가 필요하다. 더 많은 세포분열이 반드시 더 나은 것은 아니다(예: 암세포). 돌연변이 자손들은 모두 결함을 갖고 있다. 그것은 번식률을 증가시켰을 수도 있지만, 다른 방법으로 해를 끼친다. 따라서 진화론자들은 돌연변이의 모든 생리학적 결과에 대한 신중한 분석 없이 1.3%를 혁신과 진보를 위한 공급원으로 바라봐서는 안 될 것이다.

이제 막 다윈의 자연선택 이론은 거대한 타격을 받았다.

*참조 : 유전적 엔트로피 : 조용한 킬러

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사람 유전자는 쇠퇴되고 있다고 유명한 유전학자는 말한다.

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무작위적 돌연변이의 실체가 드러나다.

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돌연변이 : 진화의 원료?

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돌연변이는 진화론을 파괴한다.

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