“전문용어의바다에서익사하지않으면서
행동후성유전학이왜그토록큰흥분을일으키는지
이해하고싶은독자라면더이상두리번거릴필요가없다.”
-마크블룸버그,아이오와대학교생물학과및심리학과교수
생물학분야의가장뜨거운주제,후성유전학
경험이몸과마음에새겨진다는것을과학으로설명해내다
후성유전은“다양한맥락또는상황에따라유전물질이활성화되거나비활성화되는방식”을일컫는다.즉후성유전은DNA염기서열은바꾸지않고DNA가작동하는방식을바꿈으로써우리의몸과마음에영향을미친다.유전자의활동을켜거나(활성화하거나),끔(침묵시킴)으로써우리의생각과감정,행동을바꿀수있다는말이다.
경험이몸과마음에영향을미친다는말은,언뜻새로울것이없어보인다.우리는스트레스가질병의원인이된다거나우리가먹는것이몸에직접적으로영향을미친다거나생애초기의방임이나학대가성인기의정신건강에악영향을미친다는것을,‘상식’으로받아들인다.그러나실제로우리가한경험이어떻게‘분자수준의생물학적상태’에영향을미치는지는베일에싸여있었다.후성유전학은이과정을과학의영역에서증명해낸다.
스탠퍼드대학교생물학및신경학교수로버트새폴스키에따르면,“후성유전학은생물학분야에서가장뜨거운주제다”.실제로미국국립보건원산하의생명과학,의학,심리학논문검색엔진‘펍메드’에서1964년부터2000년까지36년간‘후성유전’을언급한자료는겨우46건뿐이었다.그런데21세기첫10년동안1,922건의자료에서후성유전을언급했다.40배가넘는수치다.더놀라운것은2013년한해에만2,413편의자료가후성유전학을언급하고있다.
이분야의연구가이렇게급증한이유는후성유전이실제로엄청나게많은현상을설명해주기때문이다.예를들어“정신증,기억과학습,우울증,암,하루주기리듬,비만과당뇨병,자폐,형질유전,동성애,중독,노화,곤충의형태,운동및영양,환경독소……”등등으로목록은얼마든지이어질수있다.후성유전으로설명할수있는삶의영역이이토록다양하기에이책은“후성유전의효과가감정적반응성,기억과학습,정신건강,행동같은심리적과정에영향을미치는방식을연구하는”행동후성유전학에초점을맞춘다.
중요한것은어떤유전자를타고났는지가아니라
‘유전자가무엇을하는지’다
1부‘이것은혁명일까’에서는후성유전이라는학문이왜이토록흥분을일으키는지쟁점을살펴본다.우선생물학의어엿한분야로자리잡은후성유전학이우리의DNA에달라붙은무언가(후성유전적표지)가실제로존재하며이것들이DNA가기능하는방식에결정적인영향을미친다는것을밝혀냈다고짚는다.특히‘경험과우리가처한상황’이후성유전적표지에영향을줄수있다는점에서,후성유전학이‘본성대양육’논쟁을뿌리째뒤흔들었다고말한다.(1장)후성유전은또한DNA에관한우리의고정관념,즉‘타고난유전자가우리의표현형(특징이나성격)을결정한다’는유전자결정론도뒤집는다.책은DNA가우리의그어떤특징도단독으로만들어낼수없다고확언하며,우리형질은‘유전적요인’과‘비유전적요인’의상호작용을통해만들어진다는점을강조한다.유전자의활동정도가경험과환경에따라달라진다는점을감안하면,어떤DNA를가지고있는지가아니라그DNA가어떤일을하는지가중요하다는것이다.(2장)
그렇다면후성유전적표지는어떻게DNA를조절할까?책은유전자를침묵시키거나(DNA메틸화)활성화하는(히스톤아세틸화)후성유전메커니즘에관해서도알기쉽게들려준다.가장대표적인것이DNA메틸화로,마치스파케티접시위에뿌린후추입자가파스타가닥에달라붙는것과비슷하게DNA에메틸기라는분자가달라붙는과정이다(물론파스타의후추보다DNA의메틸기는더욱강력하게달라붙는다).‘DNA메틸화’는유전자를대개침묵시키는(기능하지않도록하는)것으로알려져있다.또다른후성유전메커니즘은DNA가둘둘실패처럼감겨있는‘히스톤’이라는분자에아세틸기가붙으면서일어난다.‘히스톤아세틸화’는DNA메틸화와정반대의효과,즉유전자발현증가(기능하도록)로이어진다.(6장)
경험이유전자의기능을켜거나끌수있다
과연어떻게?
2부‘후성유전학의기본개념들’에서는행동후성유전학의기본이론과유명한연구사례부터다양하고새로운최신의실험까지두루살펴본다.특히할로의‘접촉위안’실험을들어생애초기경험이특정결과를만든다면(생애초기에방임이나학대를당한아이는나중에정신장애를겪을가능성이크다거나조산아에게마사지치료를하면체중이늘고스트레스가감소하며통증반응도줄어든다면),과연그경험이‘어떻게’그결과를만들어내는지중요하다고짚는다.생애초기에한경험이수년후에‘어떤과정을거쳐’영향을주는지그원리를알게된다면,‘자녀를학대하거나방임해서는안된다’며부모를설득하는일이외에다른의지할수단을만들수있기때문이라는것이다.실제로생애초기경험의물리적효과와결과를밝혀낸획기적이고가장대표적인맥길대학교마이클미니와모셰스지프연구팀의어미쥐연구를상세히소개한다.(10장)
그렇다면경험이‘인간(또는영장류)’에게미치는후성유전적영향을알아본연구는없을까?책에는생애초기경험이사람의후성유전적상태와관련이있음을밝혀낸자살자의뇌연구와지배서열이DNA메틸화상태를바꿀수있음을증명한붉은털원숭이의혈액분석연구가실려있다.뿐만아니라혈액연구가인간의후성유전적상태를알아보는‘가능성’을열어주었다며그동안봇물터지듯쏟아져나온인간혈액세포연구들도살펴본다.(12장)
그밖에기억(13장,14장)을만들어내거나저장하는방식에후성유전적메커니즘이관여한다는흥미진진한이야기,영양상태및식습관(15,16장)이유전자발현에주는휴성유전적영향에관한논의등이다채롭게펼쳐진다.특히‘미래에아빠가될사람이무엇을섭취하는가’도이후자녀의특성에영향을줄수있다는사실이드러나기시작했다는대목은,‘후성유전의심리적,생물학적영향’이대물림될수있다는점을분명히한다.
경험이새겨진유전자는대물림된다
과연어떻게?
3부‘대물림의의미와메커니즘’에서는후성유전의효과가실제로어떻게세대에서세대를이어대물림되는지근거를들어설명한다.현대생물학은우리의생식세포(정자와난자)와체세포(나머지모든세포)사이에‘장벽’이있어서로영향을주고받지못하고따라서‘획득된형질은유전될수없다’고여긴다.이‘현대종합설’은유전자만이진화적변화를추동하며,살아가면서하는경험은자손에게아무영향도미치지않는다고본다.
그러나책에따르면후성유전학은‘행동과환경’을통해세대간경험을대물림(17장,18장)할뿐아니라심지어‘생식계열’을통해서도대물림된다(19장)는사실을속속증명하고있다.책은임신한생쥐의먹이가새끼쥐의DNA메틸화(유전자침묵상태)와털색에영향을준다는사실을확인한연구,고지방먹이를먹인수컷쥐의암컷새끼에게나타난변화를알아본연구등을통해후성유전의효과가생식계열을통해대물림된다는사실을짚는다.
조부모(및조상)의영양상태가유전된다는점을밝힌스웨덴외베르칼릭스지역연구(스웨덴연구)는이책에서가장놀랍고도흥미로운대목이다.(20장)스웨덴연구는후성유전학연구의가장대표적연구중하나인‘네덜란드기근연구’에서착안됐다.스웨덴최북단의외베르칼릭스지역에는19~20세기에걸친연간곡물수확량을기록해둔자료가있었다.이자료로과학자라르스올로브뷔그렌과그의동료들은‘특정세대가얻을수있었던식량의양이후손의형질과어떤관계가있는지’알아보는혁신적역학연구를진행할수있었다.연구결과는가히놀랍다.‘특정남성의느린성장기(9~12세)에식량이충분하지않았다면미래그의아들은심혈관질환합병증으로사망할가능성이더낮다’는것을시사하는결과였기때문이다.이영향은아버지와할아버지를통해전달되었으며,그들이과식이나굶주림을겪던당시손자들은배아로든원시생식세포로든전혀존재하지않았다는점에서‘후성유전의효과가생식계열을통해대물림된다’는것을증명한다.
뜨거울수록경계해야할것들,그럼에도희망적인것들
4부‘숨은의미찾기’에서는후성유전학의한계와희망적교훈을살펴본다.우선후성유전학이‘뜨겁고유망하기는하지만’여전히밝혀져야할것들이많기에맹신해서는안된다고꼬집는다.(21장)행동후성유전학의놀라운발견에경도된나머지‘다른형태의결정론’이를테면‘후성유전적결정론’을펼치는일은위험하다는말이다.책은행동후성유전학과관련한연구중몇가지가생애초기경험의장기적영향을강조했다고해서‘아기가초기에한경험이반드시그들의특징에영속적인영향을미친다’고봐서는안된다고지적한다.저자는단호하게말한다.“사람의발달은결정론적으로이루어지는과정이아니”며“삶의초기에어떤식으로든우리의운명이완전히결정된다는것은잘못된가정”이라고.(362쪽)또한후성유전이조상들의심리적기억이전달되는경로일가능성도아주낮다는점도짚고넘어간다.후성유적적표지가우리조상들이지낸역사의어떤‘측면들’을반영하지만(예를들어조상들이생애특정시기에어느정도양의음식을먹었는지),우리유전체에조상이한경험의구체적기억이담겨있다는것은믿기어렵다는것이다.
여전히한계가있지만,그럼에도저자는여태까지과학자들이밝혀낸후성유전학에관한새로운지식이앞으로여러영역에서긍정적이고확실한효과를낼것이라고예측한다.(22장)암과노화,중독과알츠하이머병과외상후스트레스장애같은기억에관한질환,조현병과양극성장애와자폐와우울증같은정신병리에서‘치료효과’를내는약물이나방법을개발하는데토대로활용될수있다는것이다.실제로암에관해서는후성유전약물이개발되어치료에쓰이고있으며,앞으로기억장애와우울증/불안증치료제도개발될가능성이높다고말한다.
행동후성유전학이품고있는핵심적인함의
환경과맥락에따라달라지는유전체에관한후성유전학의놀라운발견들은,생물학의도그마와판도를뒤집었다.DNA가인간의형질을결정한다는‘유전자결정론’뿐아니라‘본성대양육’이라는기존의이분법적사고도무너뜨리는중이다.경험이유전자에끊임없이영향을미친다는믿음은,‘초기경험이미래를결정한다’는명제에도이의를제기한다.책에여러번강조된말처럼“어떤아기가어른이되었을때얼마나똑똑할지알고싶다면,그때까지기다려보는수밖에없다.”이말은아동기에한암담한경험이외상후스트레스장애의원인이되었더라도,이후어떤경험을하느냐에따라미래에그증상을사라지게할수있다는말과같다.
후성유전학의영향력은놀라울정도로방대하고복잡하지만,비과학자인독자가얻어갈수있는메시지는조금식상할수있다.저자는“현재나와있는데이터로부터얻을수있는조언들은,후성유전학에관해전혀몰랐을때도들었을법한조언들과그리다르지않다(423쪽)”고말한다.야채를많이먹고,사회적관계를잘유지하며,독소를피하라는등의조언말이다.아이를주의깊게보살피고,환경을신중하게선택하고구축하며,건강과발달을증진할수있는방식으로살아가야한다는메시지도.
다만후성유전의교훈이식상하다고해서의미없는것은아니다.‘경험과환경’이중요하다는믿음은우리가삶을어떻게살아갈지,또우리곁의사람들을어떻게대할지에지대한영향을미친다.후성유전학은귀찮은운동을굳이시작해야할지고민중인사람,아이를어떻게키워야할지걱정하는부모,약이효과를내는방식을이해하려는의사,국민을환경독소로부터안전하게지킬방법을모색중인정치인등모두에게중요한의미를던져준다.어떤식으로든우리모두에게후성유전학은대단히중요하다.
이제‘어떻게살아가느냐가중요하다’는말은그저구호가아니다.분자수준의과학에서도그말은,증명되고있다.무엇을선택할것인지는,물론우리의몫이다.
