생체 내 생명조절기능 수학적 방법으로 풀어

중앙대 성재영 교수팀 세포반응 방정식 도입

국내 연구진이 생체 내 생명조절의 기능을 수학적으로 설명하는데 성공했다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 중앙대학교 성재영 교수 연구팀이 '역동적 반응 네트워크 모델'을 도입해 생명현상의 근간이 되는 세포의 유전자 발현 조절 능력을 기술하는 수학적 방법론을 제시했다고 22일 밝혔다.

지금까지 생명현상을 세포 내 화학반응 차원에서 이해하려는 시스템 생학에서는 대부분 파울리의 마스터 방정식(Wolfgang Ernst Pauli, 1928)이 이용됐다. 이 방정식은 플라스크처럼 균일한 환경에서의 화학반응을 정확하게 설명했지만 분균일한 환경에서는 한계가 있었다. 세포 내 화학 반응은 세포의 영양상태, 분열 주기, 세포의 크기, 유전자의 미시적 상태 등 환경 변수에 따라, 시간에 따라 불규칙하게 변화하기 때문이었다. 따라서 이를 정확하게 묘사할 모델과 수학적 이론은 존재 하지 않았다.

성 교수 연구팀은 한계를 극복하기 위해 세포 내 수없이 많은 환경 변수들과 상호작용해 화학반응 과정을 나타내는 '역동적 반응 과정'이라는 개념을 새롭게 도입했으며 결과적으로 일련의 역동적 반응과정을 구성된 네트워크를 정확하게 기술할 수 있는 방정식을 수립했다.

유전자 발현 반응 네트워크는 DNA로부터 메신저 RNA가 만들어지고, 메신저 RNA로부터 실제 생체기능을 담당하는 단백질이 생성되는 일련의 과정이 이루는 네트워크다. 적정 개수의 단백질을 유지하도록 조절하는 능력이 적정 수준의 생체 기능 유지와 직결되는 것이다.

성 교수 연구팀은 세포의 유전자 발현 과정을 역동적 유전자 발현 반응 네트워크로 모델화 해 이를 정확히 기술하는 방정식을 수립했다. 이로 유전자 발현 결과물인 단백질 개수의 평균과 분산 등 실험 관찰량들에 관한 간단한 수학적 결과를 얻어낼 수 있었다고 성 교수 연구팀은 설명했다.

최소망 기자 somangchoi@