생명과학적 복잡계: 네트워크 생물학 #1

생물학 • 2021년 05월 31일

복잡계란

복잡계(Complex system)란 완전한 질서체계와 완전한 무질서체계의 중간에 위치해 있는 시스템으로, 복잡한 요소들 간의 상호작용을 통해 계의 특성이 나타나는 것을 의미한다.

생명과학적 복잡계

생명현상 역시 복잡계임을 생명체의 '창발적 특성(Emergent property)'을 통해 설명할 수 있다. 창발적 특성은 하위계층에서는 없었으나 구성요소가 모인 상위계층에서 나타나는 특성을 말한다.
2000년대 초 진행된 인간게놈프로젝트(Human Genome Project, HGP)를 통해 유전자 염기서열의 해독이 가속화되며 생명과학을 하나의 시스템으로 이해하려는 시각이 도입되었으며, 이 때 나타난 것이 네트워크 생물학(Network biology)이다. 이제 네트워크 생물학 안에 어떤 생물학적 네트워크(생명과학적 복잡계)들이 있는지 그 종류에 대해 알아볼 것이다.

단백질-단백질 상호작용 네트워크(protein-protein interaction network)

단백질은 생명체 내 대부분의 세포대사경로(cellular metabolic pathway)의 화학반응들을 수행하므로 네트워크화하는 것이 유용하다. 단백질-단백질 상호작용 네트워크에서 각 점은 단백질, 그리고 두 점 사이를 잇는 선은 단백질들 간의 물리적 접촉(physical contact)을 표현하고 있다.

유전자 상호작용 네트워크(genetic interaction network)

유전자와 유전자산물(단백질 또는 RNA)사이 또는 이들과 저분자물질과의 상호작용 체계를 말한다. 이러한 상호작용 중 유전자의 발현과 기능조절에 관계된 것은 유전자조절 네트워크(gene regulatory network)로, 유전자의 발현조절에 주목하는 경우는 전사조절 네트워크(transcriptional regulatory network)로 분류된다.

질병 유전자 지도

2017년 9월 석경호 경북대 교수팀은 난치성 질병에 대한 후보 유전자들을 찾고 질병 유전자 지도의 초안을 완성했다. 어떤 유전자의 돌연변이가 어떤 단백질의 형성에 영향을 미쳐 질병을 유발하는지, 복잡한 인간 질병 유전자의 상호작용의 빅데이터를 유전자 네트워크를 활용하여 지도로 나타낸 것이다. 다음 글에서는 생명과학적 네트워크의 의학적 활용에 대해 좀 더 알아보도록 하겠다.