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[IT뉴스][사이언스샷] 배아에서 장기까지, DNA 타자기로 발생 역사 기록

온카뱅크관리자

2026-10-09 06:07:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 세포 분열할 때마다 DNA 바코드 입력 2주간 장기 형성까지 세포 계통 추적 선천성 기형, 유전질환, 암 연구에 도움 
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 <img alt="미국 과학자들이 DNA 타자기로 생쥐의 배아가 발생하는 과정을 마치 비행기 블랙박스처럼 기록하고 해독하는 데 성공했다./챗GPT 생성 이미지" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/09/chosunbiz/20261009060250598zjkp.jpg" data-org-width="1448" dmcf-mid="84fpnbIkga" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/09/chosunbiz/20261009060250598zjkp.jpg" width="658">
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 미국 과학자들이 DNA 타자기로 생쥐의 배아가 발생하는 과정을 마치 비행기 블랙박스처럼 기록하고 해독하는 데 성공했다./챗GPT 생성 이미지
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 정자와 난자가 만나 수정된 배아에서 복잡한 장기가 형성될 때까지 세포 발생 과정을 기록한 ‘블랙박스’가 나왔다. 세포가 분열할 때마다 일종의 인식표를 다는 DNA 타자기 기술이 만든 성과이다. 조상이 누구이고 어느 단계에서 다른 경로로 발생했는지 세포들의 족보를 확인한 셈이다.
 제이 쉔두리(Jay Shendure) 미국 워싱턴대 의대 교수 연구진은 “DNA 타자기로 세포에 DNA 인식표를 달아 2주간 생쥐 배아가 자라며 늘어난 세포 128만개의 발생 계통을 기록했다”고 8일 국제 학술지 ‘사이언스’에 발표했다. 세포 계통을 밝히면 언제 어떻게 선천성 기형이나 유전 질환, 암이 생기는지 밝힐 수 있다고 연구진은 밝혔다.
 ◇DNA에 세포 분열 이력 입력
 DNA 타자기는 이 테이프에 일종의 인식표인 DNA 바코드를 삽입하는 기술이다. 2022년 쉔두리 교수와 최준홍 박사후연구원은 ‘네이처’에 실험실에서 배양한 세포에 DNA 타자기로 3가지 문구를 기록하고 해독했다고 발표했다. 1844년 모스가 처음으로 무선 전송한 구약성서 구절과 1876년 벨이 세계 최초로 한 전화 통화, 방탄소년단의 노래 ‘DNA’의 한 구절이었다.
 이번 연구진은 먼저 생쥐 배아가 두 세포로 분열하기 전에 정보를 기록할 테이프를 붙였다. 테이프는 인공 합성한 DNA이다. 컴퓨터는 정보를 0과 1의 이진법으로 기록한다. DNA는 4가지 염기로 유전정보를 기록한다. 그렇다면 두 자리 이진수를 염기 하나에 대응하면 어떤 디지털 정보라도 DNA에 담을 수 있다.
 DNA 타자기는 유전자 교정 기술로 정보를 담은 DNA 조각을 테이프에 삽입했다. 유전자 교정은 DNA에서 문제가 되는 곳을 잘라내고 정상 부분으로 대체하는 방법이다. 같은 방법으로 DNA 바코드를 테이프에 삽입할 수 있다. 논문 공동 제1 저자인 김해동 박사는 “DNA 타자기는 종이 대신 DNA에 염기서열이라는 글자를 찍는 것과 같다”며 “세포가 분열할 때마다 테이프 다음 칸에 글자를 순서대로 채우기 때문에 그 자체가 분열 이력을 보여준다”고 설명했다.
 세포가 분열해 둘로 나뉘면 앞서 테이프에 넣은 DNA 인식표도 복제돼 딸세포들이 물려받는다. 나중에 수많은 세포에서 테이프를 해독하면, 공통 조상을 가졌는지 언제부터 계통이 갈렸는지 알 수 있다. 인식표 앞 부분이 같으면 조상이 같고, 달라진 부분부터 각자 달리 발생했다고 볼 수 있다.
 연구진은 생쥐 배아 100개에 DNA 타자기를 주입했다. 그중 한 배아에서 기록 시스템이 뚜렷하게 작동했다. 분석 결과 2주간 생긴 모든 세포가 맨 처음 배아가 분열한 두 세포 중 하나의 후손임을 확인할 수 있었다. 또 서로 다른 세포 유형이 언제 독자적인 경로로 발생했는지도 알아냈다. 혈액과 망막 세포는 일찍부터 다른 경로로 발생했고, 피부 맨 바깥 세포는 다른 곳보다 훨씬 뒤에 운명이 결정됐다.
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 <img alt="NA 타자기로 알아낸 세포 발생 계통도./자료 미 워싱턴대" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/09/chosunbiz/20261009060251968cgpq.jpg" data-org-width="1492" dmcf-mid="PpY7g2lwgo" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/09/chosunbiz/20261009060251968cgpq.jpg" width="658">
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 NA 타자기로 알아낸 세포 발생 계통도./자료 미 워싱턴대
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 ◇차세대 교정 기술 적용, 질병 연구에 적합
 DNA 타자기는 무작위로 테이프에 정보를 삽입한다. 누가 정보를 입력하는 시점이나 정보를 지정하는 것도 아니다. 그럼에도 세포의 분열 이력을 추적하는 데 문제가 없었다. 차세대 유전자 교정 기술을 썼기 때문이다. 유전자 교정은 크리스퍼 유전자 가위가 대표적인 예이다. 크리스퍼는 교정 과정에서 DNA 두 가닥을 모두 잘라내 오류가 생길 수 있다.
 연구진은 한 가닥만 잘라내는 프라임 교정이란 차세대 유전자 교정 기술을 사용했다. 과학자들은 기존 유전자 교정이 수정할 부분을 가위로 잘라내고 지우개로 지우는 수준이었다면, 프라임 교정은 원하는 부분을 찾아 복사했다가 다른 곳에 붙이는 워드프로세서와 같다고 평가한다.
 테이프 한 칸에 기록이 끝나면 그 칸은 더 이상 교정되지 못하고 다음 칸이 교정을 할 수 있게 활성화된다. 타자기로 왼쪽에서 오른쪽으로 글자를 입력하듯 DNA 인식표도 시간 순서대로 차례차례 추가되는 셈이다. 김예동 박사는 “DNA 타자기에서 입력은 절반”이라며 “나중에 각 세포에서 DNA 인식표를 쉽게 읽을 수 있도록 테이프도 새로 설계했다”고 말했다.
 이번 연구진은 처음으로 실제 동물의 배아에 DNA 타자기를 적용해 한 세포가 어떻게 온전한 몸이 되는지 보여주는 발생 지도를 만들었다. 김 박사는 “장기가 어떻게 형성되는지, 그 과정이 어긋나면 어떻게 선천성 기형이 생기는지 이해하는 데 도움이 된다”며 “암 발생도 같은 방법으로 추적하면 앞으로 치료용 세포를 설계하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
 김 박사는 서울대 김빛내리 교수의 지도로 2022년 박사 학위를 받고 워싱턴대에서 박사후연구원으로 일하고 있다. 이번 논문 공동 저자인 최준홍 박사는 중학교 때 유학을 가서 스탠퍼드대에서 박사 학위를 받았다. 워싱턴대를 거쳐 현재 메모리얼 슬론 케터링 암센터에서 교수로 재직 중이다.
 최 교수는 이날 쉔두리 교수와 함께 국제 학술지 ‘셀’에도 같은 방법으로 생쥐 배아 줄기세포가 배아 오가노이드로 분화하는 과정을 밝힌 논문을 발표했다. 오가노이드는 인체의 모든 세포로 자라는 줄기세포를 장기(臟器)와 유사한 3차원(입체) 구조로 배양한 것이다. 최 교수는 최근 연세대 의대 김형범 교수와 DNA 타자기로 암이 생쥐 폐에서 간으로 이전되는 과정을 추적했다고 밝혔다.
 참고 자료
 Science(2026), DOI: <a href="https://doi.org/10.1126/science.ael0508" rel="" target="_blank" title="https://doi.org/10.1126/science.ael0508">https://doi.org/10.1126/science.ael0508</a>
 Cell(2026), DOI: <a href="https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.09.057" rel="" target="_blank" title="https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.09.057">https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.09.057</a>
 bioRxiv(2026), DOI: <a href="https://doi.org/10.64898/2026.08.10.744013" rel="" target="_blank" title="https://doi.org/10.64898/2026.08.10.744013">https://doi.org/10.64898/2026.08.10.744013</a>
 Nature(2024), DOI: <a href="https://doi.org/10.1038/s41586-024-07706-4" rel="noreferrer" target="_blank" title="https://doi.org/10.1038/s41586-024-07706-4">https://doi.org/10.1038/s41586-024-07706-4</a>
 Nature(2022), DOI: <a href="https://doi.org/10.1038/s41586-022-04922-8" rel="" target="_blank" title="https://doi.org/10.1038/s41586-022-04922-8">https://doi.org/10.1038/s41586-022-04922-8</a>
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