환원주의, 분자생물학 II

생명과학자의 철학

환원주의, 분자생물학 II

[환원주의. 분자생물학 I 을 이어갑니다.]

"수고들 했어.. 귀한 시료를 얻은 만큼, 이번에 OMICS (오믹스,  전체를 의미하는 '옴(-ome)'과 학문을 뜻하는 접미사 '익스(-ics)'가 결합된 단어, 보통 ~체라고 한다. 예, 단백체) 분석으로 전체를 한번 훑고 가자! RNA seq (transcriptomics, 전사체 분석으로 RNA 발현 분석기법), Proteomics (프로테오믹스, 단백체 분석), Metabolomics(메타 볼로 믹스, 대사체 분석)까지.."

이어, "뭐.. Single cell analysis(단일세포 분석, 요즘 핫한 분야)나 exosome (엑소 좀, RNA 및 단백질 등의  물질이 들어있는 작은 크기(30–150nm)의 주머니 같은 소포, 한때 대유행이었다.)까지 하려니까 시간이 없다."

" 네? 교수님! 그거 다 하면 돈이 어마어마하게 들 텐데요? 지난번에 분석회사에 견적 요청해보니까 다하려면 수 천만 원 들겠던데.."

당연한 나의 질문에,

"응, 그래서 우리는 RNA seq 만 하고 나머지는 공동연구 (collaboration)로 해결할 거야. 얼마 전에 OMICS학회에서 만난 분들이 있는데 도와주시기로 했어. 나중에 과제 선정되면 같이 하기로도 했고. 다음 주 저널 클럽 대신에 X대 하고 Z대학에서 두 분 교수님 오셔서  OMICS 강의해주신다니까 잘 듣고 시료 준비 잘해. 그리고 RNA seq데이터 분석은 랩에서 할 거니까 A는 분석 프로그램 쓰는 법 익혀두고."

아니? 내가 박사 4년 차 때 그렇게 OMICS 분석하고 싶다고 할 때는 뭐 그렇게까지 일을 크게 벌일 필요 있냐고, 그냥 실험실에서 줄기차게 나간 COWHITM2(cow hit muscle 2-hind limb, 참조: 소설을 위한 가상의 단백질임) 쪽으로 스토리 만들어서 논문 내자고 하셨는데..

그런데, 교수님 오피스를 나서는 A는 정작 좋아하는 느낌보다는 오히려 고민이 있는 듯이 보였다.

"야~우리 A는 좋겠네~ 비싼 실험도 (박사) 일 년 차 때 다해보고. 라테는~.." 시전 하려다 아무래도 A 표정이 썩 밝지 않아 뭔 개인적인 일이 있나 하고 자연스럽게 내 자리로 돌아가려는데 A가 잠깐 시간 내서 차 한 잔만 하자고 했다.

"선배님 그런데요.. 이 연구 주제가 뼈로 전이되는 폐암과 일반 폐암의 차이를 보는 건데 생각해보니까 우리는 그냥 폐암 조직을 뗀 거잖아요. 뼈로 전이된 암 조직을 뗀 것도 아니고.."

"!!!"

뼈 때리는 한 마디에 순간 놀랐지만 뜨거운 라떼 담긴 컵을 최대한 얼굴 쪽으로 기울이며 안 들키려 애썼다.

"음" 나간 입천장의 고통을 최대한 고뇌하는 얼굴로 승화시키고 있는데,

"그런데, 그냥 OMICS 분석으로 크게 가는 게 맞나 생각이 들어서요.."

"씁.. 그러네.. 나도 그런 생각이 살짝 들었는데, 내가 교수님께 여쭤볼게. 와 우리 A 학부 때부터 울 실험실 생활 몇 년 하더니  박사 해도 되겠네!!"

불현듯 실험 진행이 주제와 어긋나 돌이킬 수 없게 전개된 것에 힘들어하다 랩 (lab, 실험실) 생활을 그만둔 P양과 J군이 떠올랐다.

결국, 여러 미팅에 걸쳐 '뼈로 전이되는 폐암과 전이되지 않는 폐암의 차이를 이용한 신약 개발'에서

'뼈 전이 폐암 환자 유래 암세포의 OMIS분석 기반 폐암 신약 발굴'로 시료 맞춤 현실형 주제로 바꿨다. 뼈의 골수까지 전이된 암 조직을 떼내어 분석하는 것은 사실상 불가능했으므로..

뭐, 안 그랬던 적이 있나?

분명 논문 나갈 땐 또 제목이 확 바뀔걸..

A야 놀라지 마라..

3개월 후 이래 저래 OMICS 데이터들이 모이기 시작했다. OMICS 공동연구는 첨이라 별별 일들이 다 있었는데 시간상 생략..

졸업논문 정리하랴 졸업 후 어디로 갈지 고민되어 브릭 (BRIC 생물학연구정보센터, 대부분의 생명과학 관련 연구자 및 종사자들이 애용하는 웹) 이랑 하이 브레인넷 (HiBrain.net, 석박사급 채용 정보 커뮤니티) 서치 하느라 바쁜데 그래도 혹여 포스닥 때 쓰일까 해서 A와 RNA seq 데이터 분석을 하고 있던 어느 날,

"선배님~교수님 긴급 미팅 호출요! A랑 노트북 들고 오랍니다."

"RNA seq 결과 분석 끝났어?"

의자를 막 댕겨 앉으려는데 다급히 물으셨다.

A가 엉거주춤 노트북을 펴며,

"데이터는 대충 봤는데요.." 말 끝이 흐려지며 PPT자료 (파워포인트로 만든 프레젠테이션 자료)를 열심히 찾고 있다.

 "교수님 데이터를 확인해보니까, 암세포 이동 관련된 유전자들이랑 세포 구조 관련 그리고 면역 관련 유전자들이  유의미하게 (significantly) 변화가 있긴 한데, 한 두 개씩 튀는 ('눈에 띄는'의 은어적 표현) 애들 말고는 드라마틱 (dramatic)하게  증가하는 유전자 그룹은 안 보이네요.

A야 분석 차트 보여드려."

그때서야, 교수님 방에 비치된 모니터에 연결을 마친 A가 정리한 데이터 분석표들을 보여드렸다.

"음, 그렇네.. 약물 반응이나 저항성과 관련된 유전자 변화들은 어때?

"네, 그게 아까 선배가 말씀드린 튀는 애들입니다."

A의 대답에 교수님은 생각에 잠긴 듯하다 이내 USB를 하나 내어주시며,

"단백체 하고 대사체 분석 결과받았는데 같이 한 번 보자."

DEP (differentially expressed proteins, 발현이 다른 단백질들) 리스트나 QMA(quantitative metabolomic analysis, 대사체들의 양적인 변화 분석) 결과에서도 뭔가 딱히 결정적인 그룹들은 보이지 않았다..

"문제는 튀는 애들끼리 상관관계 (correlation)는 어떻게든 엮을 수 있겠는데 인과관계(causation 혹은 cause and effect)를 설명할 작용 메커니즘(mechanism  of action, 혹은 작용기작이라고 함)을 전혀 모르겠는데.."

"안되겠다. 미국 MIT에 생물정보센터 (bioinfomatics center)에 지인이 있는데 그쪽으로, 데이터들 보내서 분석 좀 해달라고 하자. 자료랑 실험 주제 내용 요약해서 나한테 보내줘."

A가 노트북 등 정리하는 동안, 난 머릿속으로 저자들의 수를 헤아려 봤다. 일단 흉부외과, 단백체 그리고 대사체 분석 및 미국 교수님들(4분의 공동 교신저자 후보)과 그 제자 혹은 연구원들 (4분의 공동 주저자 혹은 공동연구원)  A (주저자)와 나(?) 그리고 우리 실험실 연구원 2명 (공동 연구원)에다, 마지막으로 지도 교수님까지(교신저자이자 연구책임자).. 와 벌써 저자만 13명!  이제 겨우 시작 단계. 끝까지 도와주는 사람은 없을 텐데  A는 힘들겠다..

두 달 후면, 나는 미국의 시골 작은 랩으로 포스닥을 간다. 저 프로젝트가 완성될 무렵 논문에서 내 이름은 중간 뒤쯤에 실리겠네.. 내가 없다는 걸 알게 되면 힘들어할 것 같아 미뤘는데  A에게 오늘은 알려줘야겠지?

"A야.."

그날 저녁 우연히 다른 실험실 친구랑 연구교수님이랑  술 마시는 A를 보고, 빙 둘러서 집으로 갔다.

한 달 뒤, 교수님이 미국서 보내준 데이터 결과를 보여주셨는데, 화려하면서 복잡한, 마치 그물망 같은 네트워크 분석 (network analysis) 데이터를 보니 '아니, 저 실험실로 보내 달라고 떼쓸 걸.' 하는 후회가 막 생길 찰나,

"화려하지? 유전체, 단백체 그리고 대사체를 3개 층으로 구분하고 데이터베이스 이용해서 상호관계 네트워크 분석을 하고 화살표로 어떻게 영향을 줄 수 있는지도 같이 포함되어 있어.."

인간은 원래 한눈에 헤아릴 수 없는 몇십 개의 물건을 봐도 '많다'라고 생각하는데, 몇 백 개 이상의 네트워크는 그냥 머리가 정지되는 듯했다.

"그런데, 또 문제가 있어.."

제발 마지막 문제이길 바라는 A의 눈빛..

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"잘 알겠지만 우리 프로젝트의 최종 목표는 전이 폐암을 억제하는 신약개발인데, 약물 타깃(drug target, 표적 이라고도 함)이 없잖아.. 타깃이.."

"교수님, 미국에서 네트워크 분석해서 보내주셨잖아요. 그중에서 선택하면 안 되나요?"  

A의 질문에 교수님은,

"나도 약물 타깃 선정해야 하니 고려해서 분석해달라고 했지. 그런데, pathway enrichment analysis (획득한  데이터들이 기존에 알려진 어떠한 신호전달 경로를 경유하는지 비교해서 분석) 한 결과를 보면 이미 유명한 단백질들이거나, 벌써 전이 폐암 치료 타깃 중심으로  네트워크가 형성되어 있어서 신규성(novelty) 없다."

문득 다른 암으로 비슷한 프로젝트 경험했다던 옆 실험실 연구교수님이 말씀하셨던 것이 떠올랐다. "아무리 OMICS전문가여도 그 연구의 책임자가 아닌 이상 그 누구도 딱 이거다 하고 짚어서 얘기 안 해줘요. 아니, 못해! 만약, 주관하는 연구실에서 철석같이 믿고 후속 연구 열심히 진행했는데 그 타깃이 아니면 어떻게 해요? 뭔가 확신할 만큼 분석 데이터가 엄청 많은 것도 아니고.. "

그럼 연구교수님은 어떻게 극복(?)하셨는지 여쭈니,

"일단, 유전적 배경이 비슷하니 뭐 크게 다르겠어요? 그렇지만, 세포 배양하다 보면 분명 차이가 나는 반응이 있고 그 부분을 집중 공략해서 근근이  유의미한(significant) 정도 차이나는 상황을 드라마틱(dramatic, 두드러지게)하게 차이나는 자극으로 유도해서, 다시 타깃을 찾아들어 갔었죠."

를 상기하며,

"교수님, A랑 같이 세포 배양하면서 몇 가지 자극을 테스트해봤는데 두 그룹 간에 조금씩 차이가 나더라고요. 약물에 대한 저항성(drug resistance)도 그렇고 전이 세포로 촉진하는 사이토카인(cytokine,  면역세포 분비 단백질)에 대한 분화 마커들도 차이가 있고.."

나갈 때가 되어서 그런지 '괴수님'이었던 분의 눈빛이 그렇게 그윽할 수가!

"응? 그래? 테스트는 언제 해봤대? 암튼, 그래서?"

"제 생각에는, 암 전이를 유도하는 사이토카인 자극 후에 분화 마커들 확인하고 핵 (nucleus)이나 크로마틴(chromatin, DNA와 히스톤 (histone)등  단백체로 구성된 복합체) 분리해서, 한번 더 DEP (변화된 단백질 프로파일링)를 뽑아 보는 게 어떨까요?"

"그래. 실험 조건이 한 번 더 들어가면 원래 목적에서 조금 멀어지지만, 지금은 딱히 다른 방법이 없으니 해보자! A는 선배 나가기 전에 요 실험은 꼭 완료하도록 해라."

그럼 그렇지.. 내가 사골이었음을 순간 잊었었네.

"A야, 미안한데 내가 나갈 준비할 게 많아서 일찍 랩을 뜰 것 같아. 그전에 했던 프로토콜이랑 관련 논문 보내줄 테니 실험하다 잘 모르겠거든 연락해~"

"선배님  아닙니다. 오히려 감사해요. 전 어떻게 할지 막막했는데 디자인해주신 데로 한 번 해볼게요."

"응, 넌 센스 있어서 잘할 거야. 그리고 지난번 단백체 분석해 주신 교수님 랩 학생이 그러던데, 그 랩에서 분석해 준 데이터 안 쓰고 미국서 새로 분석한 거 논문에 들어가는 거 아시면 화 많이 내실 거래. 이번에 새로 진행하는 건이라도 잘 쓰이게 해 봐."

그때 B가 컴퓨터 정리(개인정보 지우기)하고 있는 내게 물었다.

"선배님, 내일 노벨 수상자 후보 골든 라이언 박사님 특별 초빙 강연 있대요. 가실 거죠?"

"누구? 골 빈 아이언.."

시답지 않은 농담에 등 뒤에서 째려보는 느낌.

"맨.. 응.. 몇 시야? 랩 뜨기 전 마지막 강연인데 가야지."

농담과 달리 뇌가 꽉 찬 듯한 백발 과학자 할아버지가 단상 옆에 둔 지팡이를 어루만지며 말씀을 이어가셨다.

"좀 전에 보여드렸던 여러 가지 예들처럼, 아마도 초기의 환원주의를 생명과학에 적용했던 과학자들은 마치 멋진 그림 하나를 천 개의 조각 퍼즐로 나누고 각각의 조각들을 정성껏 닦아 광을 내어 다시 퍼즐을 맞추면 반짝반짝 빛나는 더 멋진 그림으로 완성될 꺼라 믿었을 겁니다. 그런데 새로운 분석 기술의 끊임없는 발전과  COVID19 같은 대유행이 각 퍼즐들의 크기와 모양을 제각기 달리 만들어버리거나 혹은(도태되어) 잃어버려서, 원래의 그림을 도저히 복구할 수 없는 상황이 되었어요.

결국 해체하고 분해해서 얻어낸 정보들은 통찰력(insight)을 높이는 대신 복잡성(complexity)만 더해갔는데, 이는 마치 분해한 자동차 부품들을 제각기 업그레이드한 후 한 컨테이너에 넣고 이리저리 흔들어 마침내 완성된 멋진 차가 튀어나오길 기대하는 것과 같다고 할 수 있어요.."

교수님은 밤새 논문 쓰셨는지 맨 앞줄에서 전혀 그런 멘트가 아닌 상황에서 끄덕이고 계셨다.. 누가 쫌.. 깨워드려..

"보고된 수많은 연구결과 내에서 참과 거짓을 구분해내고, 부풀어진 성과의 거품을 걷어내면서 외면했던 다른 영역을 끌어올려 데이터의 균형을 잡는 것은 이제 여러분의 몫입니다. 환원주의적 관점을 벗어나 새로운 해석을 도출하는 것도 역시 젊은 여러분의 사명입니다. 여기 까집니다."

지팡이를 들며 나지막이 한 마디 하셨다.

"AI (artificial intelligence, 인공지능)가 다해줄 거라 믿지 말고.."

좋은 말씀이었다. 그러나 좋을 수만은 없는 현실이기에 유학 가기 전 크리스퍼 유전자 가위 (CRISPR-Cas9 nucleases), 단일세포 분석 (single cell analysis)이나 오가노이드 (organoid, 신체 장기를 모방한 마이크로 조직).. 특히, AI기반 딥러닝(deep learning)/머신러닝(machine learning) 등등 유학 갈 때 알아두면 좋을 것 같은 기술들에 대해 열심히 조사했다.

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그로부터 1년 뒤, 한국의 뉴스를 보는데 뭔가 익숙한 사람이 보였다..'교수님!' '인터뷰?'

밑에 자막으로 '쥐를 잡던 소 뒷다리 이제 암정복'이라며..

깨톡 보이스톡으로 A에게 연락했다.

"A야 뉴스 뭐야? 뒷다리는 뭐고?"

"선배님 메일 안 보셨어요? 저희 논문  XX 임상저널에 게재되었어요!"

아뿔싸! 일반적으로는 저널 투고하면 공동연구자들 동의를 받기에 어차피 알게 될 거라 잊고 있었는데 아직 동의 구하지 않는 기초연구나 임상저널들이 여전히 몇몇 있다는 걸 간과했다. 뭐, 미국 생활 적응하느라 바쁘기도 했고.. 아마도 IF(impact factor, 인용지수)가 높은 걸로 봐서 게재 승인은 임상 쪽 흉부외과 교수님의 네임밸류(name value) 덕인가 본데..

얼른 Pubmed를 검색했더니, 논문 제목이..

 COWHITM2 (가상실험  III 내용 참조) controls lung cancer bone metastasis through a novel nuclear function

(COWHITM2ㅡ는 새로운 핵 내 기능으로 뼈 전이 폐암을 조절한다)

"A야 어찌 된 거니? COWHITM2가 왜 거기서 나와?"

"선배님 제안대로 전이 유도하고 핵 단백체 분석했는데 COWHITM2가 드라마틱하진 않는데 어느 정도 유의미하게  나왔어요. 교수님이 부리나케 지난 논문에 썼던 방식대로 쭉쭉 밀어주셔서 빨리 정리됐어요. 저도 정신없어서 미리 연락드리지 못해 죄송합니다."

"참, 논문 보시면 저랑 흉부외과 교수님의 제자 선생님이랑 선배님이 공동 주저자로 되어 있어요. 교수님께서 선배님 덕분에 잘 넘겼다고 뒤에서 앞으로 옮기셨어요. 그리고, 인터뷰 덕분에 '뉴 노멀 암 끝장 사업'과제에 참여할 가능성이 높아졌어요."

"와우 땡큐 굿! A덕분에 내가 큰 선물 얻었네. 그리고 진심으로 축하해! 고생했어.. 교수님께는 따로 연락드릴게. 그럼 이제 랩 연구비 걱정 안 해도 되겠구나?"

"네, 그리고 국립 축산 과기원이랑 농촌진흥발전청이랑 과학기술 생체정보통신 부랑 실험동물보건복지부.. 맞나(?) 암튼 여러 기관들이 참여하는 큰 프로젝트를  맡게 되셨다던데요."

"프로젝트명이 뭔데?"

"차세대 혁신형 스마트 인공지능 소 뒷다리 헬스 IOT (사물 인터넷) 융복합 7G 사업이래요."

"무슨 김수한무 거북이..처럼 좋은 건 다 붙였네. 드론은 안 넣는데?"

"오.. 어떻게 알았어요? 역시 선배님.."

"..."

그래..

늘 희한하다고 생각한 것은 개인 연구비 같은 상대적으로 적은 연구비를 수주할 때는 그렇게 연구내용이 중요한 것처럼 느껴지는데, 대형과제는 늘 뭔가 과장되고 실현 가능성이 희박한 주제를 부풀려서 연구비를 받을 그릇의 크기를 임의로 늘린다는 느낌을 지울 수가 없다.

Goldenlion 선배님이 남긴 메시지와 숙제를 생각하며 한 숨 푹 자야겠다..