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세포 내 유전자 발현 조절능력 수학모델로 설명한다

중앙대 성재영 교수 "생명기능 조절 연구에 적용…新의료기술 개발 기여"

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 세포 내 많은 환경변수와 상호작용하는 화학반응 과정 등을 고려해 세포의 유전자 발현 조절 능력을 설명하는 새로운 수학적 모델을 개발했다.

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중앙대 화학과 성재영 교수팀은 20일 '역동적 반응 네트워크 모델'이라는 새로운 개념의 반응 네트워크 모델과 이를 기술하는 수학적 방법론을 도입, 세포의 유전자 발현 조절 능력을 정확하게 설명해내는 데 성공했다고 밝혔다.

한국연구재단 중견연구자지원사업 등으로 수행된 이 연구 결과는 복합물리과학 국제학술지 '피지컬 리뷰 엑스'(Physical Review X, 10월 1일자)에 게재됐다.

생명현상을 세포 내 화학 반응 차원에서 이해하려는 시스템 생물학은 플라스크처럼 균일한 환경에서 일어나는 화학반응은 정확하게 설명해주지만 세포처럼 불균일한 환경에는 적용하기 어렵다.

세포 내 화학 반응은 세포 영양상태나 분열주기, 크기, 유전자의 미시적 상태 등 많은 환경 변수 영향으로 세포마다 다르고 시간에 따라 불규칙하게 변해 이를 정확히 설명하는 모델이나 수학 이론을 만드는 것은 사실상 불가능한 것으로 인식돼 왔다.

연구진은 세포 내의 수많은 환경 변수들과 상호작용하는 화학반응 과정을 나타내는 '역동적 반응과정'이라는 개념을 새로 도입하고 역동적 반응과정들로 구성된 네트워크를 정확하게 기술할 수 있는 방정식을 만들었다.

또 이 방식을 실험에 적용한 결과 유전자가 발현돼 생성되는 단백질 수의 평균과 분산 등 실험 관찰량을 정확히 설명하는 것으로 확인됐다.

연구진은 또 특정 화학종의 농도, 온도, 영양상태 등 변수들이 생성되는 단백질 수의 평균과 분산 등에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다며 이는 생명현상을 물리화학적으로 접근해 정량적으로 이해하는 새 패러다임을 제시하는 것이라고 덧붙였다.

연구진은 이 연구가 배아 세포의 분열 시간 조절 원리, 심장세포 박동 시간 조절 현상, 뉴런의 신호 발생·전달 조절과정 등과 같이 다양한 세포 시스템의 '생명조절기능'을 수학적 또는 물리화학적으로 이해하는 데 활용될 것으로 기대하고 있다.

성 교수는 "'역동적 반응 과정' 개념과 '확률적 생체 반응 속도론'은 유전자 발현 조절 현상뿐 아니라 여러 가지 생명체의 다양한 생명기능 조절 현상 연구에도 적용할 수 있다"며 "향후 응용 연구를 통해 세포들의 생체기능 조절능력을 회복시키는 새로운 의료기술 개발에도 기여 할 것으로 기대한다"고 말했다.

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scitech@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2015/11/20 12:00 송고

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