세포 유전자 발현 조절 능력…수학으로 풀다

성재영 중앙대 교수팀, 역동적 반응 네트워크 모델 신개념 도입
물리과학 학술지 '피지컬리뷰엑스'에 게재…새로운 의료기술 개발 기여

세포 환경 하에서의 역동적 반응 과정의 개념도.<자료=한국연구재단 제공>
국내 연구진이 세포의 유전자 발현 조절 능력을 수학적으로 풀어냈다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 성재영 중앙대 교수 연구팀이 '역동적 반응 네트워크 모델' 및 '수학적 방법론'을 도입해 생명 현상의 근간이 되는 세포 유전자 발현 조절 능력을 세계 최초로 설명해냈다고 22일 밝혔다.

생명현상을 세포 내 화학 반응 차원에서 이해하려는 시스템 생물학에서는 파울리가 1928년 개발한 마스터 방정식 접근법이 오랫동안 사용해 왔다. 그러나 이 방법은 플라스크처럼 균일한 환경에서 일어나는 화학반응에 대해서는 정확히 설명하지만 세포처럼 불균일한 환경에서는 불가능한 한계가 있었다.

세포 안에서 일어나는 화학 반응은 수많은 세포 환경 변수의 영향으로 반응성이 세포마다 다르고 시간에 따라서도 불규칙하게 변하기 때문이다.

이에 연구팀은 세포 내 많은 환경 변수들과 상호작용하는 화학반응 과정을 나타낸 '역동적 반응 과정' 개념을 도입하고 역동적 반응과정들로 구성된 네트워크를 정확하게 기술할 수 있는 방정식을 수립했다.

연구팀은 이를 통해 유전자 발현 결과물인 단백질 개수의 평균과 분산 등 실험 관찰량에 관한 간단한 수학적 결과를 얻어냈다. 

이번 연구를 통해 배아 세포의 분열 시간 조절 원리, 심장세포 박동 시간 조절 현상 등 다양한 세포 시스템의 생명조절기능을 수학적으로 이해하는 데 활용할 수 있다고 연구팀은 전했다.

성재영 교수는 "이번 연구를 통해 세포들의 생체기능 조절능력을 회복시키는 방향의 새로운 의료기술 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 물리과학분야의 권위 있는 학술지인 '피지컬리뷰엑스' 10월 1일자 온라인판에 게재됐다.

 
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