충북대학교는 생물학과 조성진 교수가 공동교신저자로 참여한 국제 공동연구팀이 바다 모래 속에 사는 작은 해양생물인 창고기의 유전체를 해독해 인간을 포함한 척추동물의 기원을 이해하는 열쇠이자 미래 해양 바이오소재 산업의 가능성을 제시했다고 3일 밝혔다.

이번 연구는 'Insights into cephalochordate genome and gene evolution from the early-diverging amphioxus'라는 제목으로 국제저명학술지 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences, IF: 9.1)에 지난달 24일자로 게재됐으며, 생물학연구정보센터(BRIC)의 '한국을 빛내는 사람들(한빛사)'에 선정됐다.

연구팀은 "인간을 포함한 척추동물은 어디에서 시작되었을까?"라는 질문에 대해 창고기(Asymmetron lucayanum)의 유전체를 염색체 수준에서 분석해 척삭동물 조상의 유전자 구조를 복원했다. 창고기는 약 5억 년 전 척추동물과 공통 조상에서 갈라진 생물로 형태와 유전체 변화 속도가 느려 '살아있는 화석'으로 불린다.

기존 연구는 대부분 'Branchiostoma' 속 종에 집중되어 있었다. 이번 연구는 가장 먼저 분기한 'Asymmetron' 계통의 유전체를 세계 최초로 완성했다는 점에서 의미가 크다. 이를 기존 창고기 유전체와 비교한 결과, 오랜 진화에도 불구하고 유전자 배열 구조가 매우 높은 수준으로 보존되어 있음이 확인됐다.

연구진은 몸 구조를 결정하는 핵심 유전자군인 혹스 유전자(Hox genes)의 진화도 분석했다. 그 결과 창고기의 혹스 유전자 클러스터는 오래된 조상 구조를 유지하면서도 일부 종에서는 유전자 배열 역위와 전이인자 침입 등 다양한 변화가 나타났다.

또한 면역 관련 유전자 분석에서 톨 유사 수용체(Toll-like receptor)와 'NOD-like receptor' 유전자군의 원형이 이미 창고기에서 존재함을 확인했다. 이는 복잡한 면역 시스템이 등장하기 이전에 기본적인 면역 유전자 네트워크가 형성되어 있었음을 의미한다.

이번 연구는 진화 연구를 넘어 해양생물 유래 유용물질 개발 가능성도 제시한다. 창고기와 같은 원시 해양생물은 독특한 면역 반응, 환경 적응 능력, 특이 단백질 및 대사 경로를 지니고 있어 신약 및 바이오소재 개발의 잠재적 원천으로 주목받는다. 특히 항염·면역조절 물질, 기능성 소재, 생체 조절 물질 개발 가능성이 기대된다.

조 교수는 "이번 연구가 척삭동물 조상의 유전체 구조를 복원하는 기준점을 제시했다"며 "작은 해양생물이 인간 진화를 이해하는 데 중요한 열쇠가 될 수 있음을 보여준다"고 밝혔다. 또한 해당 유전체 데이터가 향후 진화발생생물학 연구와 바이오소재 개발의 기초 자료로 활용될 것으로 기대했다.