한국과학기술원(KAIST) 바이오·뇌공학과 조광현 교수연구팀은 정상세포가 암세포로 변하는 '임계전이'(臨界轉移, critical transition) 순간을 포착해 암세포를 다시 정상세포로 되돌리는 '분자스위치'를 찾아냈다고 5일 밝혔다.
'임계전이'는 물이 100℃에서 갑자기 기화되는 것처럼 시스템이 특정 임계점을 넘어서며 급격한 상태 변화를 보이는 현상이다. 임계전이를 겪은 후에는 원래 상태로 되돌아가지 못하며, 임계점에 가까워질수록 기존 상태와 새로운 상태가 공존하는 불안정한 상태가 된다.
이번 연구에서는 암세포 발생 과정에서 일어나는 임계전이 순간을 주목했다. 정상세포와 암세포가 불안정하게 공존하는 상태를 정밀하게 분석해 암세포를 정상세포로 되돌릴 수 있음을 실험적으로 증명한 것이다.
연구팀은 앞선 연구에서 디지털트윈(가상모형)을 통해 암의 악성을 억제하고 정상세포와 유사한 상태로 되돌려 부작용 없이 치료할 수 있는 가역 치료의 이론적 가설을 제시한 바 있다.
하지만 디지털트윈 모델을 이용해 전통적인 실험 방식으로는 접근이 어려운 생명현상을 탐구할 수 없었다. 이에 연구팀은 단일세포 전사체 데이터를 활용해 정상세포의 임계전이를 관장하는 핵심 유전자 네트워크를 추론, 시스템생물학 연구방법을 통해 암세포를 정상세포 상태로 되돌릴 수 있는 분자스위치를 발굴할 수 있었다.
시스템생물학은 정보기술(IT)의 수학 모델링, 컴퓨터 시뮬레이션과 생명공학 기술(BT)의 분자세포생물학 실험을 융합해 접근하는 연구방법이다. 실제로 이 기술은 대장암세포에 적용, 정상 대장세포의 특성을 회복할 수 있음을 분자세포실험을 통해 확인했다. 조광현 교수는 "암세포 상태로 변화되기 직전의 임계전이 순간을 포착해 암세포의 운명을 되돌릴 수 있음을 입증했다"고 밝혔다.
이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science) 1월 22일자 온라인에 실렸다.
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