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암 유전체학 노트, 암과 유전자, 그리고 싱글셀 분석, 박웅양 저자(글), 바이오스펙테이터 · 2022년 10월 19일

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싱글셀(signle cell) 분석으로, 암 환자에게 최적화된 치료제를 찾아내는 연구에 빠진 의사면서 과학자인 저자는, 암과 유전체학을 이해하기 위해 기초가 되는 설명부터, 환자 맞춤형 암 치료제 처방을 위한 첨단 연구까지를 한 호흡으로 설명한다.

작가정보

저자(글) 박웅양

인물정보

대학/대학원 교수 의학자/의학박사

현 (주)지니너스 대표이사. 삼성서울병원 미래의학연구원 유전체연구 소장. 성균관대학교 의과대학 분자세포생물학교실 교수.

서울대학교 의과대학 의학사. 서울대학교 대학원 의학과 생화학 전공 의학박사. 미국 록펠러대학교 분자신경종양연구실 박사 후 연구원.

목차

프롤로그 007

어쨌건 고민은 암이며 009 / 환자도 알아야 한다 010 / 내가 해왔던 연구는 012

EXPLANATION I. 암과 유전자 019

암을 이해하기 위해 필요한 몇 가지 유전학적 개념들 021 / 유전자, 유전체, 생식세포 돌연변이, 체세포 돌연변이 026 / 암 유전체 검사 032 / 질문 1. 암과 유전자? 036 / 답변 1. 암과 유전자! 038 / 질문 2. 이득이 있나? 057 / 답변 2. 가치는 있다! 058 / 질문 3. 가족력? 072 / 답변 3. 치료법! 073 / 질문 4. 그래도 아직은? 098 / 답변 4. 그럼에도! 099

PRESENTATION II. 암 유전체학 연구 109

확률 게임 111 / 무모한 과학자들 118 / TCGA 125 / 연구의 가치 129

VISION III. 싱글셀 133

과학자들의 다음 기획 135 / HCA 138 / 이제 조금씩 암을 읽을 수 있다 142 / 싱글셀과 항암제 146 / 어떻게 151 / 암 조직을 CT 수준으로 들여다보기 157 / 즐거운 상상 162

에필로그 169

호기심 171 / 왜 낯설까 173 / 판단과 선택의 기준 176 / 곧 다가올 미래 179

주석 185

책 속으로

사람과 사람 사이의 DNA 염기서열 차이는 0.1% 정도다. 30억 개 염기서열 가운데 300만 개 정도의 차이다. 이 0.1%의 차이는 염기서열의 특정 구간에서 집중적으로 나타난다. 예를 들어 특정 부위의 염기서열이 A이거나 G일 수 있다면, 인구집단에서는 A인 사람이 20%이고 G인 사람이 80% 정도 된다. 이런 곳이 300만 개 정도 되는데, 이것이 바로 생물학적으로 나타나는 다양성(polymorphism)을 이룬다. 왼손잡이와 오른손잡이가 있고, 살구색 피부와 검은색 피부가 있는 이유다.

_본문 44쪽

마블 코믹스(Marvel Comics)의 세계관으로 가보자. 마블 코믹스의 〈엑스맨〉 시리즈는 돌연변이로 인해 초능력을 갖게 된 이들의 이야기다. 영화 〈엑스맨〉 시리즈에 나오는 초능력자들이 태어날 때부터 돌연변이를 갖고 있었다는 점만 놓고 본다면, 우리는 모두 엑스맨이다. 왜냐면, 우리 모두는 부모님에게 물려받은 유전자와 다른 60여 개의 새로운 변이, 즉 신생 돌연변이를 가지고 있기 때문이다.

_본문 45쪽

암 환자 가운데 자녀에게 미안한 마음을 갖는 경우를 볼 때가 있다. 암이 DNA 질병이고, DNA는 유전되는 것이니, 자녀에게 암을 물려주었다는 생각에서다. 그러나 부모로부터 암을 물려받는 경우는 드물다. 대부분의 암은 부모와 관계가 없다.

_본문 55쪽

암은 부모로부터 물려받는 것이 아니라, 인간이라는 전체 종(種)의 범주 안에서 생각해야 한다. 인간이라는 종이 DNA라는 시스템으로 운용되고 있고, 이 때문에 외부 자극에 의해 발생하는 돌연변이에 의해 생기는 ‘확률의 질병’이 암이다. 이 확률에는 분명 유전이 있지만 외부 자극이라는 요소가 더 크게 작용한다. 외부 자극에 의한 DNA 염기서열 내 돌연변이, 즉 DNA와 외부 환경 사이의 관계가 더 중요한 질병이라는 것이다. ‘가족’이라는 프레임을 ‘종’이라는 프레임으로 옮기면, 암을 좀더 정확하게 이해할 수 있다.

_본문 55쪽

세포분열 과정에서 발생하는 오류는 누구에게나 일어날 수 있는 일이다. 통계적으로 보면 분석 단위가 되는 인구집단이 확률을 공유하고 있는 셈이다. 나를 포함한 전체 인구 가운데 누군가는 반드시 암에 걸리게 되어 있다는 뜻이다. 따라서 암을 가족력 프레임에 가두는 것은 적당하지 않고, 사회가 암이라는 문제를 함께 고민하는 것이 옳다. 암은 가족력이라기보다는 사회력에 가깝다.

_본문 75쪽

환자에 따라 암 유전체 변이는 다르다. 이런 이유로 같은 치료법을 써도 환자마다 치료 효과가 다르다. 그러니 암 유전체가 다르다는 것을 전제로 암 유전체 검사를 하고, 환자의 몸에서 벌어지고 있는 암의 양상에 따라 최적화된 치료제를 처방할 수 있다면 더 많은 암 환자를 살릴 수 있을 것이다. 물론 암 유전체 데이터, 치료제와 치료 효과에 대한 데이터가 많이 쌓이면 쌓일수록 더 정확한 처방을 내릴 수 있을 것이다.

_본문 88쪽

과학자의 상상은 여기서 끝나지 않는다. 새로운 환자의 치료 데이터는 다시 연구 데이터로 활용되며 정보는 점점 더 정교해질 것이다. 이는 치료제 개발에도 적용될 수 있는데, 환자 개개인의 특별한 암 환경에 특화된 치료제 개발도 가능해질 것이다. 당뇨나 고혈압처럼 암도 개인별로 관리 가능한 질병으로 그 위치를 바꾸는 것이다.

_본문 98쪽

출판사 서평

암세포 한 개에서 암이 시작한다

암(cancer)은 우리 몸속 한 개의 세포에서 시작한다. 어떤 이유에선가 세포 안에 있는 DNA에 돌연변이가 생기고, 우연히 해당 DNA 돌연변이가 암과 관계된 것이었고, DNA 돌연변이가 생긴 세포가 무한하게 분열해나가기 시작하면서, 암이 시작된다. 암이 세포의 질병이고, 하나의 세포에서 시작하는 질병이고, 세포 안에 있는 DNA의 질병이라면, 하나의 세포와 그 세포에 있는 각각의 DNA를 살펴봐야 하지 않을까? 〈〈암 유전체학 노트-암과 유전자, 그리고 싱글셀 분석〉〉은 이런 질문에서 시작한다.

암과 싱글셀 분석

저자는 의사면서 과학자다. 삼성서울병원 미래의학연구원 유전체연구소 소장으로 있으면서 암 유전체학을 연구한다. 그의 주된 관심은 싱글셀(single cell) 분석이다.

암이라고 부르는 부위는 암세포만으로 이루어져 있지 않다. 암세포가 자라는 데 필요한 산소와 영양분을 공급받기 위해 새로 만든 혈관 세포, 암세포를 없애기 위해 올려온 면역세포 등 여러 종류의 세포들이 한데 엉켜 있다. 게다가 암세포 스스로 끊임없이 변이를 계속하기 때문에 암세포 또한 한 가지 종류만 있다고 단정할 수 없다.

따라서 암을 정확하게 이해하고, 최적화된 암 치료제를 처방하기 위해서는, 암 조직을 개별 세포 수준에서 분석할 필요가 있다. 그런데 이런 식의 분석은, 암이 세포 속 DNA의 변이로 인한 질병이므로, 각 세포 안에 있는 DNA를 각각 분석할 때 가장 정확할 것이다. 의사면서 유전체학을 연구하는 과학자인 저자는 암 조직을 이루는 개별 세포 속 DNA를 분석해, 환자에게 가장 최적화된 암 치료제를 골라내고, 재발과 전이라는 문제에 답을 찾기 위해, 싱글셀 연구를 하고 있다.

〈〈암 유전체학 노트-암과 유전자, 그리고 싱글셀 분석〉〉은 암이라는 질병을 이해하는 데 필요한 유전체학 정보를 정리하는 것으로 시작한다. 본인이나 사랑하는 사람이 암에 걸려 고통 받는 상황에 놓인 사람, 최신 유전체학 연구를 접할 기회를 마련하지 못했던 암 치료 현장의 의료진, 그리고 유전체학과 암을 이해해보고 싶은 독자를 위해, 가장 기본적인 것을 바탕으로 하되 최신의 연구 결과까지 더해 설명을 이어간다. 생명과학과 유전체학, 암과 첨단 신약이라는 방대한 지식과 정보 가운데 꼭 필요한 것만 골라내고, 비전문가가 이해할 수 있도록 풀어준다.

의사인 과학자가 설명해주는

암과 유전체학

저자는 과학자면서 의사다. 임상에서 환자를 직접 보는 의사는 아니지만, 암 치료 현장과 가까운 곳에서 환자와 의료진을 만난다. 그리고 암이라는 상황에서 궁금한 것이 늘어난 환자와, 답할 수 있는 시간이 부족한 의료진의 어려움 또한 알고 있다. 〈〈암 유전체학 노트-암과 유전자, 그리고 싱글셀 분석〉〉은 어려움을 겪고 있는 환자와 의료진에게 차분하게 설명을 들려주는 일 또한 맡기로 했다.

책은 실제 암 치료 과정에서 환자가 겪게 되는 일을 보여주고, 그때그때 환자에게 생겨나는 궁금증을 풀어준다. 물론 암 치료라는 방대한 프로세스 전체를 설명하는 것은 아니다. 암 유전체 검사라는 주제를 중심으로 암 발생과 치료 일반에 대한 궁금증부터, 암 유전체 검사와 암 치료법 연구라는 첨단 분야에 대한 설명까지, 꼭 필요한 것들을 다룬다.

그리고 암 유전체학 연구의 발전과 이를 바탕으로 한 환자 맞춤형 치료법 개발이라는, 정밀의학의 발전에 환자가 자신의 암 유전체 정보를 공유하는 참여가 얼마나 중요한지 설득한다. 모든 차량의 운행 데이터가 실시간으로 모이는 방식의 길 안내 내비게이션 방식이 목적지까지 가장 빠르고 정확한 길을 안내하듯이, 개별 암 환자의 유전체 정보 데이터와 치료제 처방 및 효과에 대한 데이터도 많이 모이면 모일수록 좀더 정확하게 효과적인 환자 맞춤형 치료법 개발이 가능해질 것이다. 책은 암 환자가 이제 더이상 단순한 치료의 대상이 아니라 암 유전체학 연구라는 첨단 분야에 한 주체로 참여하고 있다는 점을 소개한다.

의학, 과학, 그리고 기업

〈〈암 유전체학 노트-암과 유전자, 그리고 싱글셀 분석〉〉에는 유전체학 분야가 어떻게 발전되어 왔는지에 대한 이야기도 담겨 있다. 저자는 사람의 DNA 염기서열 전체를 읽어내려는 과학자들의 도전인 ‘인간 지놈 프로젝트(Human Genome Project, HGP)’부터 소개한다. 그리고 이것을 가능하게 해준 ‘생어 시퀀싱(Sanger Sequencing)’ 기술을 설명한다. 표적항암제라는 혁신적인 암 치료제 개발을 가능하게 해준 ‘암 유전체 분석계획(The Cancer Genome Atlas, TCGA)’을 설명하면서는 차세대 염기서열분석(Next Generation Sequencing, NGS) 기술을 설명한다. 싱글셀 분석을 위한 ‘인간 싱글셀 분석 프로젝트(Human Cell Atlas, HCA)’ 소개하면서는 현재 사용하고 있는 최신 기술에 대한 소개도 빼놓지 않는다. 여기에 화학항암제, 표적항암제, 면역항암제가 암을 치료하는 메커니즘이나 임상 현장에서 각각의 첨단 기술들이 어떻게 적용되는지에 대한 소개도 더해졌다.

첨단 기술의 개발, 그것의 상용화에 대한 소개가 빠지지 않는 이유는 결국 환자를 치료하는 것이 중요하기 때문이다. 세포 1개에 들어 있는 DNA를 연구하는 싱글셀 분석에 대한 아이디어는 이미 2000년대 초반에 제안되었다. 그러나 당시에는 실제 이를 구현할 수 있는 분석 기술이 개발되지 못했다. 가설이 검증되고 다시 현장에 적용되어 문제를 해결할 수 있게 되려면, 결국 기술의 발전이 따라와야 한다.

의사이면서 과학자인 저자가 창업을 한 것도 비슷한 이유에서다. 저자는 싱글셀 분석으로 환자에게 최적화된 암 치료제를 찾아내는 진단법을 상용화하는 바이오테크를 창업해 경영하고 있다. 의과학자의 연구와 노력도 결국 상용화라는 과정을 거치지 않으면 실질적인 암 환자 치료에 도움을 주기 어렵다는 판단에서였다. 가설이 과학으로 입증되고, 과학이 임상에서 암 환자를 치료해내려면 언젠가는 거쳐야 할 기업의 상용화 과정에 참여하는 것. 저자가 전하는 암 유전체학과 싱글셀 분석 이야기는 암이라는 거대한 문제 앞에 선 의사이면서 과학자이고, 과학자이면서 기업가가 가진 고민을 보여준다.

우리 삶의 문제를 풀어내고 있는, 여섯 번째 과학자의 글쓰기

‘과학자의 글쓰기’는 실험실에서 우리 삶의 문제를 풀어내고 있는 과학자들의 목소리를 듣는 프로젝트다. 생명과학 분야 전문 매체 「바이오스펙테이터」는 ‘과학자의 글쓰기’라는 프로젝트로 신약개발을 비롯한 생명과학 분야 첨단 연구 현장의 한복판에 있는 과학자들의 목소리를 독자들에게 전하는 작업을 이어가고 있다.

식물로 항체의약품 만들기에 도전하는 식물학자, 면역항암제의 개념과 쟁점을 풀어주는 공학 교수, 2019년 한국에서도 발견되어 2022년 현재까지 돼지 농가를 위협하고 있는 아프리카돼지열병을 설명하는 수의학자, 더 빠르고 정확하게 암을 찾아서 그 자체로 암 치료의 열쇠가 되어 줄 암 진단 분야의 연구를 조망하는 바이오·제약 전문기자, 긴박한 수혈 현장을 보여주고 실전 사례를 매뉴얼로 정리한 진단검사의학 전문의가 그들이다.

‘과학자의 글쓰기 시리즈’는 첨단과학과 정밀의학, 병의 진단과 치료 사이를 연결하고, 이를 독자들에게 알기 쉽게 전달하는 프로젝트다. 암 유전체학을 연구하는 의과학자가 여섯 번째로 프로젝트의 배턴을 이어받았다. 의사이자 과학자인 저자는 암과 유전 사이의 오해를 풀고, 암 치료의 첨단의학이 일하는 현장으로 안내했다.