후성유전학이 우리 삶을 바꾸는 방법

경험은 어떻게 유전자에 새겨지는가 - 환경과 맥락에 따라 달라지는 유전체에 관한 행동 후성유전학의 놀라운 발견
데이비드 무어 지음, 정지인 옮김 / 아몬드 / 2023년 9월

‘후성유전학’은 머지않아 일상적인 단어가 될 것입니다. 행동 후성유전학은 우리의 경험이 어떻게 우리의 피부 속으로 들어가 유전자 활동에 영향을 미치는지 설명하기 때문에 중요합니다. 이 분야의 획기적인 발전으로 인해 이제 우리는 우리가 타고난 유전자가 우리가 쉽게 스트레스를 받을지, 암에 걸릴 가능성이 있는지, 강력한 지능을 보유할지 여부를 결정하지 않는다는 것을 알고 있습니다. 대신, 중요한 것은 우리의 유전자가 하는 일입니다. 그리고 행동 후성유전학에 대한 연구를 통해 우리의 경험이 유전자의 기능에 영향을 미치는 것으로 나타났기 때문에 이 연구는 과학자들이 자연, 양육 및 인간 발달에 대해 생각하는 방식을 변화시켰습니다. 식단, 환경 독소, 육아 스타일 및 기타 환경 요인은 모두 후성적 메커니즘을 통해 유전적 활동에 영향을 미칩니다. 이 발견은 의사가 질병을 치료하는 방법과 정신 건강 전문가가 정신분열증에서 외상후 스트레스 장애에 이르는 상태를 치료하는 방법을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 발전은 또한 20세기 생물학을 지배했던 진화론을 재작업하도록 강요할 수 있으며 심지어 인간 본성 자체에 대해 우리가 생각하는 방식을 바꿀 수도 있습니다. 이 연구의 중요성에도 불구하고 행동 후성유전학은 아직 생물학자가 아닌 사람들에게는 상대적으로 잘 알려져 있지 않습니다.

이 책은 후성유전학의 중요성을 강조하며, 우리의 경험이 어떻게 우리의 유전자 활동에 영향을 미치는지 설명합니다. 이 책은 또한, 우리의 유전자가 우리의 특성을 결정하지 않음을 강조하며, 이는 우리가 어떤 맥락에서 살아가는지가 삶에서 어떤 결과가 생길지에 항상 일부 역할을 담당하므로, 유전자만으로는 어떤 일이 일어난다고 단언할 수 없다고 말합니다.

p51 진화적 요인이나 유전적 요인만으로는 형질의 기원을 설명하기에 결코 충분치 않다. 과학자들이 이 사실을 항상 유념한다면, 사람들의 특징이 어떻게 발달하는지 알아냄으로써 사람들을 도울 방법을 찾고자 하는 실질적인 목표에 계속 초점을 맞출 수 있을 것이다.

자연에 대한 전과학적인 사고방식

1859년 이전에는 자연에 대해 대략적으로 생각하는 방식은 단 하나뿐이었습니다. 모든 종은 그들이 사는 환경에 잘 적응하는 방식으로 '창조자'에 의해 만들어졌습니다. 그러나 대략 200년 전부터 사람들은 자연에 대해 진지하고 대안적인 사고 방식을 개발하기 시작했습니다. 1809년에 라마르크는 유기체가 환경에 왜 그렇게 잘 적응하는지 설명하는 가설을 발표했습니다. 많이 사용하는 신체 부위가 그로 인해 더 강해지고 커질 것이라고 생각했습니다. 게다가 그는 유기체가 일생 동안 획득한 특성이 자손에게 전달될 것이라고 생각했습니다.

다윈의 진화론

1859년 찰스 다윈은 수십 년간의 연구 끝에 진화론을 발표했습니다. 그의 아이디어는 수년간의 관찰에 기초한 동시에 지질학, 고생물학, 경제학과 같은 다른 분야의 아이디어에서 영감을 받았습니다. 다윈은 한 개체군에 속한 개체들이 서로 다른 유전적 특성을 갖고 있으며 일반적으로 환경이 감당할 수 있는 것보다 더 많은 자손을 낳는다는 사실을 관찰했습니다. 그는 특성으로 인해 환경에 잘 적응한 개체는 일반적으로 더 많은 자손을 생산한다고 주장했습니다. 알려지지 않은 유전 과정으로 인해 이 자손도 이러한 특성을 가질 가능성이 더 높습니다. 이는 시간이 지남에 따라 이러한 환경에서 이점을 제공하는 특성이 시간이 지남에 따라 빈도가 증가하는 이유를 설명합니다. 다윈은 이 메커니즘을 자연 선택에 의한 수정을 통한 하강이라고 불렀습니다.

다윈은 진화가 일어난다는 것을 보여주었지만 진화의 기초가 되는 메커니즘이 무엇인지는 거의 알지 못했습니다. 예를 들어, 그는 DNA에 대해 아무것도 몰랐습니다.

신다윈주의적 종합: 다윈과 유전학의 결합

20세기에는 유전학 분야에서 지식이 폭발적으로 증가했습니다. 게오르그 멘델의 연구를 바탕으로 과학자들은 유전적 요인을 찾아 나섰습니다. 1950년에는 염색체가 주로 DNA로 구성되어 있다는 사실이 알려졌습니다.

유전학에 대한 지식이 늘어남에 따라 진화가 어떻게 일어나는지에 대한 더욱 명확한 그림을 얻을 수 있게 되었습니다. 다윈의 진화론과 유전학의 결합을 신다윈주의 종합이라 부릅니다. 오늘날 그것은 진화에 대해 생각하는 지배적인 방식입니다.

이 이론은 유전자가 진화의 유일한 기초를 형성하고 유전 물질은 환경의 영향을 받아 변하지 않으며 획득한 특성은 자손에게 전달될 수 없다고 말했습니다. 다윈은 라마르크의 사상을 완전히 거부하지 않았지만 신다윈주의는 그렇습니다. 이 패러다임에서는 환경이 개인의 발달 방식에 일정한 영향을 미친다는 것이 인정됩니다. 이러한 견해는 소위 본성 대 양육 논쟁(유전자의 영향 대 환경의 영향)에 반영됩니다. 쌍둥이 연구를 통해 과학자들은 개인의 다양한 특성(예: 지능)에 대한 두 요소의 상대적인 영향을 확인하려고 노력했습니다.

p321 후성유전적 대물림에 관한 연구들은 후성유전적 표지들이 때로는 생식계열을 통해서도 대물림될 수 있음을 증명했다. 나아가 획득 형질의 유전에 관한 연구들은 경험에서 영향을 받은 후성유전적 표지들이 생식계열을 통해 대물림될 수 있음을 시사했다. 생물학자들이 그런 일은 불가능하다고 주장했던 것이 그리 오래전 일이 아닌데 말이다.

수십 년 전부터 신다윈주의에 작은 균열이 생기기 시작했고, 그 균열은 점점 더 커졌습니다. 이제는 너무 커서 패러다임을 수정해야 합니다. 이러한 균열을 일으킨 것은 후성유전학이라고 불리는 패러다임입니다.

후성유전학의 세부 사항은 분자 생물학의 매우 복잡한 분야에 관한 것입니다. 공간과 지식이 부족하기 때문에 나는 알려진 것의 베일의 아주 작은 끝만 들어 올릴 수 있습니다. 간단히 말해서, 환경적 요인은 DNA에 후성유전학적 표시(분자 형태)를 남겨 DNA가 어떻게 기능하고 발달하는지에 중요한 영향을 미칩니다. 가장 중요한 두 가지 후성유전적 메커니즘은 메틸화와 아세틸화입니다. 이를 설명하기 위해 먼저 DNA에 대해 알아야 합니다.

p295 인간의 언어 능력이 등장하는 이유는 이어지는 매 세대가 그 능력을 발달시키는 데 필요한 DNA와 사회적 요인 모두를 정상적으로 제공받기 때문이다. 이렇듯 우리의 언어 능력은 모든 세대에 걸쳐 한결같이 나타나므로, 적응에 유리한 다른 특징들과 마찬가지로 세대 간 대물림이 가능하다고 할 수 있다.

DNA는 우리 세포의 핵에 있는 염색체에서 발견됩니다. 두 개의 긴 가닥이 이중 나선으로 서로 얽혀 있습니다. 유전자는 단백질이 만들어지는 기초 정보를 담고 있는 DNA의 한 부분입니다. 특정 특성에 따라 이 단백질은 우리 몸에서 많은 기능을 수행합니다. DNA는 세포의 핵에 위치하지만 단백질은 핵 밖에서 생성됩니다. 분자 RNA는 DNA에 필요한 정보를 복사하고(이를 전사라고 함) 단백질이 생성될 때 이를 핵 외부로 운반합니다. 염색체에는 DNA뿐만 아니라 히스톤이라는 특정 단백질도 포함되어 있습니다. 긴 DNA 분자가 이 히스톤 주위에 감겨 있습니다.

메틸화 및 아세틸화

위에서 언급한 첫 번째 후성유전적 메커니즘은 메틸화입니다. 이는 메틸 분자가 DNA 분자에 부착된다는 것을 의미합니다. 이로 인해 해당 위치의 유전 정보는 더 이상 RNA에 의해 읽혀지거나 복사될 수 없습니다. 따라서 메틸화는 특정 유전자를 비활성화시킵니다. 두 번째 메커니즘은 아세틸화인데, 이는 아세틸 분자가 히스톤에 부착된다는 것을 의미합니다. 이로 인해 DNA가 히스톤 주위에 덜 단단히 감겨 있게 됩니다. 촘촘하게 감겨 있으면 유전자를 읽는 것이 어려워지므로 아세틸화가 더 쉬워집니다.

DNA 메틸화는 유전자를 비활성화시키고, 아세틸화는 유전자를 활성화시킵니다. 되돌릴 수는 없지만 메틸화 효과는 매우 안정적입니다. 어린 시절 특정 유전자의 비활성화는 발달에 장기간 지속되거나 심지어 영구적인 영향을 미칠 수 있습니다. 아세틸화는 덜 안정적입니다. 유전자 활성화 및 비활성화, 즉 유전자 조절은 우리 삶 전반에 걸쳐 계속되는 과정입니다. DNA에 있는 모든 후성유전학적 표지의 총합을 후성유전체라고 합니다. 후성유전체는 광범위하고 장기적인 방식으로 우리의 발달에 영향을 미칩니다. 이러한 영향은 미묘하고 작은 특성뿐만 아니라 큰 물리적 특성에도 영향을 미칩니다.

후성적 특성은 개인의 발달에만 영향을 미치는 것이 아닙니다. 세대에 걸쳐 후성적 영향도 있습니다. 논란의 여지가 있지만 특정 후성유전적 특성이 직접적으로 유전된다는 증거가 늘어나고 있습니다.

p366 우리의 생각과 태도가 몸이 기능하는 방식에 영향을 주는 건 맞지만, 현존하는 후성유전학 데이터를 사람들이 의도적으로 후성유전에 영향을 주어 암이나 기타 질병을 치료할 수 있다는 뜻으로 보는 것은 분명 과도한 해석일 것이다.

후성유전학으로 무엇을 할 수 있나요?

현재로서는 후성유전학적 지식 체계의 성장이 주로 과학적 관심의 대상입니다. 이러한 지식을 바탕으로 할 수 있는 명확하고 실용적인 권장 사항은 없습니다. 그렇지 않은 척하는 출판물은 불신하는 것이 현명한 것 같습니다. 그러나 지식이 계속해서 늘어남에 따라 이러한 실용적인 응용 프로그램도 등장하게 될 것입니다. 과학자들은 질병의 발달을 더 잘 이해하고 후성유전체에 직접적으로 개입하는 더 나은 치료법을 개발할 수 있습니다.

마찬가지로 중요한 것은 우리 자신에 대한 견해를 바꿔야 할 수도 있다는 것입니다. 유전자가 우리 형질의 청사진이라는 유전적 결정론은 너무 단순합니다. 우리는 생물학의 노예가 아닙니다. 신체적, 심리적으로 우리의 모든 특성은 DNA와 환경 사이의 상호 작용의 결과로 발전합니다. 우리의 환경은 후성유전체를 통해 피부 아래로 들어갈 수 있습니다. 우리가 하는 일과 우리가 참여하는 상황은 우리의 DNA가 기능하는 방식에 계속 영향을 미칠 것입니다.

후성유전학은 단순히 과학적 개념을 넘어 우리 삶과 세상을 바라보는 새로운 시각을 제시합니다. 유전자가 우리 운명을 결정하는 유일한 요소가 아니라는 사실은 개인의 책임과 능동성을 강조합니다. 우리는 자신의 환경과 경험을 통해 유전자 발현을 조절하고 삶의 방향을 스스로 만들어갈 수 있다는 희망을 가져다줍니다.

후성유전학 연구는 아직 초기 단계이지만, 의학, 심리학, 교육 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 잠재력을 지닙니다. 질병의 예방과 치료, 인간 발달 이해, 개인 맞춤형 교육 프로그램 개발 등에 활용될 수 있을 것입니다. 또한, 사회 정의와 평등에 대한 논쟁에도 영향을 미칠 수 있습니다.

후성유전학은 우리가 세상과 소통하는 방식을 변화시킬 것입니다. 우리는 더 이상 유전자에 의해 결정되는 피동적인 존재가 아닌, 자신의 삶을 주도적으로 만들어가는 능동적인 존재임을 깨닫게 될 것입니다. 이는 개인과 사회 모두에게 긍정적인 변화를 가져올 것입니다.