유전 규칙은 간단하다. 아빠의 DNA가 엄마의 DNA와 합쳐져 새로운 조합이 탄생한다. 시간이 지남에 따라 무작위 돌연변이는 일부 개인에게 환경에 대한 더 나은 적응성을 제공한다. 돌연변이는 세대를 거쳐 선택되고 종은 더 강해진다.

그러나 그 중심 교리가 그림의 일부일 뿐이라면 어떨까?

자연 면역학(Nature Immunology)의 새로운 연구는 진화를 재 맥락화 한다는 점에서 깃털을 펄럭이고 있다. 치명적이지 않은 양의 박테리아에 감염된 생쥐는 일단 회복되면 DNA 염기서열을 변경하지 않고도 터보 부스트 면역 체계를 자녀와 손자에게 전달할 수 있다. 그 비결은 정자의 후성 유전적 변화, 즉 유전자가 어떻게 켜지거나 꺼지는지에 있는 것 같다. 다시 말해, 수천 년의 진화에 비해 종이 번성하는 더 빠른 경로가 있다. 어떤 개인에게 든 한 번의 생애 동안 생존 가능성과 적응력을 얻을 수 있으며 이러한 변화는 자손에게 전달될 수 있다. 

연구 저자인 라드바우드 대학교 네이메헌 센터의 Jorge Dominguez-Andres 박사는 "자연 선택과 무관하게 다음 세대에 일부 형질의 유전을 관찰할 수 있는지 테스트하고 싶었다.” "후성 유전의 존재는 생물학적으로 가장 중요하지만 포유류에서 발생하는 정도는 아직 많이 알려져 있지 않다."라고 말했다. "그들의 작업은 큰 개념적 도약이다."

스테로이드의 진화

이 논문은 다윈의 독창적인 진화론을 기반으로 하기 때문에 논란의 여지가 있다. 

이 예를 알고 있다. 기린은 더 높은 잎사귀에 도달하기 위해 목을 늘려야 했기 때문에 목이 길지 않다. 오히려 긴 목을 암호화하는 DNA의 무작위 돌연변이가 결국 선택되었는데, 대부분 그 기린이 살아남고 번식한 기린이기 때문이다.

그러나 최근 연구는 종들이 어떻게 적응하는지에 대한 오랜 독단에 쐐기를 박았다. 그 뿌리에는 우리 유전자가 발현되는 방식을 조절하는 DNA "위" 메커니즘인 후성유전학이 있다. DNA를 컴퓨터의 ASCII인 기본 저수준 코드로 생각하면 도움이 된다. 코드를 실행하려면 상위 언어인 단백질로 번역되어야 한다.

프로그래밍 언어와 유사하게 추가 코드 비트로 DNA를 침묵시키는 것이 가능하다. 그것은 우리의 세포가 동일한 DNA를 가지고 있음에도 불구하고 심장, 신장, 뇌와 같은 매우 다른 장기와 신체 부위로 발달하는 방식이다. 이러한 제어 수준을 후성 유전학 또는 "유전학 이상"이라고 한다. DNA를 침묵시키는 가장 일반적인 방법 중 하나는 바퀴 자물쇠처럼 유전자가 단백질을 만들려고 할 때 "고착"되도록 유전자에 화학 그룹을 추가하는 것이다. 이것은 유전자 자체를 손상시키지 않고 유전 암호를 침묵시킨다.

이 화학적 마커는 우리의 유전자를 따라 점재되어 있으며 스트레스에서 암, 자가면역 질환 또는 정신과적 투쟁에 이르기까지 우리의 기본 생물학을 제어하는 강력한 방법을 나타낸다. 그러나 DNA와 달리 화학 태그는 배아에서 완전히 지워져 다음 세대가 새로 시작하기 위한 백지 상태가 되는 것으로 생각된다.

지금은 유명한 연구에 따르면 1944년과 1945년 겨울에 기근이 발생하여 당시 태아가 자라고 있던 아이들의 신진대사가 바뀌었다고 한다. 그 결과 그 아이들은 유전자가 변하지 않았음에도 불구하고 비만과 당뇨병에 더 취약했다. 쥐를 대상으로 한 유사한 연구에 따르면 부모의 두려움과 외상은 강아지와 손자에게 더 쉽게 전달될 수 있으며 일부 유형의 약물 남용은 중독에 대한 강아지의 회복력을 증가시킨다.

긴 이야기를 짧게? DNA 상속은 마을의 유일한 게임이 아니다.

초강력 면역

새로운 연구는 개인의 삶의 경험이 자손의 후성 유전적 구성을 바꿀 수 있다는 유사한 아이디어를 기반으로 한다. 여기에서 저자들은 훈련된 면역에 초점을 맞췄다. 이는 우리가 태어날 때 가지고 있지만 다음 라운드에서 더 잘 싸울 수 있도록 이전 감염을 학습하고 "기억"할 수 있는 면역 체계의 일부이다. 

팀은 감염을 시뮬레이션하기 위해 먼저 성체 쥐를 곰팡이나 효모 입자와 같은 감염 요소에 노출시켰다. 회복된 생쥐는 건강한 생쥐와 교미하여 정상적인 아기 새끼를 낳았다.

그러나 그들 모두에게는 초능력이 있었다. 잠재적인 병원체(예: 박테리아 E. Coli)에 도전했을 때 감염되지 않은 부모를 가진 쥐에 비해 훨씬 더 강한 면역 반응을 보였다. 강아지의 몸은 감염 부위에 면역 세포를 더 잘 모집할 수 있었고, 박테리아 공격자에 대한 더 강력한 면역 반응을 촉발했다. 비록 이것이 이러한 병원체와의 첫 만남이었음에도 불구하고 말이다.

더욱 인상적인 것은 이 초면역이 다음 세대에도 계속되었다는 것이다. 원래 감염된 쥐의 손자는 박테리아가 풍부한 환경을 뒤진 후 시스템의 박테리아 수준이 더 낮았다. 그러나 증손자 등 3대째부터는 보호 기능이 줄어들어 모든 것이 만료되는 것으로 나타났다.

새로운 후성 유전학

훈련된 면역은 어떻게 자손에게 전달될 수 있을까? 

첫 번째 문제는 표면적으로 백혈구와 다른 "공격자"가 질병에 저항하는 쥐와 정상 쥐 사이에 별 차이가 없어 보였다는 것이다. 그러나 팀이 면역 세포의 근원인 골수를 살펴보았을 때 그들의 후성 유전적 지형은 크게 달라진 그림을 그렸다.

이전에 감염된 부모나 조부모에게서 태어난 쥐는 더 개방된 후성 유전적 환경을 가지고 있었다. 즉, 면역 세포의 발달과 활성화를 돕는 유전자 중 일부가 더 쉽게 접근할 수 있어 필요할 때 빠르게 켤 수 있었다. 한 유형의 면역 군인은 신진 대사가 증가하고 위협에 대한 반응성이 높아 특히 이 쥐의 행동을 위해 준비되었다.

그러나 부모가 직접 감염을 경험한 적이 없는 상황에서 이러한 변화가 어떻게 다음 세대에 전달될 수 있을까?

한 가지 대답은 정자가 변경된 것 같다. 후성유전학적 환경을 살펴보면서, 팀은 백혈구를 더 잘 프라이밍하여 모든 박테리아로부터 새끼를 보호하는 "지문"을 발견했다. 강화된 정자가 유일한 답은 아니다. 이전에 감염된 엄마에게서 태어난 쥐도 터보 부스트 면역을 가지고 있었지만 그것이 어떻게 작동하는지 미스터리로 남아 있다. 면역 세포 후성 유전학의 변화가 생식 세포로 전달되는 방식 역시 누구나 추측할 수 있지만, 작은 간섭 RNA라고 불리는 떠도는 생체 분자가 메신저일 수 있다.

결론은? 후성 유전적 "부드러운" 유전은 우리가 생각했던 것보다 더 널리 퍼져 있다. 연구가 생쥐를 대상으로 하는 동안 이전 연구에서는 BCG 백신을 접종한 부모의 자녀가 훨씬 더 높은 조기 생존율을 보였다는 것을 보여주었다. 쥐처럼 우리도 부모의 면역을 물려받아 아이들에게 물려줄 수 있다.

그러나 유니콘과 무지개가 전부는 아니다. 강력한 염증 반응은 박테리아 침입자를 효과적으로 물리치면서 죽상동맥경화증, 심장 및 혈관 질환, 심지어는 노화를 촉진할 수도 있다. 팀이 다음으로 답하고자 하는 질문은 유전된 초면역이 예상치 못한 단점을 동반할까?이다.

현재로서는 그 결과가 유전과 관련하여 DNA가 만능이 아니라는 이전의 관찰을 기반으로 다. 한“과학계에서 이 논문을 어떻게 볼지 정말 궁금하다. 나는 비판이 있을 것이라고 확신한다.”라고 Dominguez-Andres가 말했다.

이미지 출처: Pixabay/ Gerd Altmann