[IF] 과학자 '유전자 붓'을 쥐다

크리스퍼 유전자 가위는 실제 가위가 아니라 편집하려는 DNA에 달라붙는 유전물질과 그 부분을 잘라내는 효소 단백질을 결합시킨 형태다. 나비의 알에 유전자 가위를 넣자 윈트A 유전자만 잘라냈다. 나중에 고치에서 나온 나비는 날개에서 굵은 선들이 달라졌다.

한 예로 황제나비의 날개는 테두리에 굵은 검은색이 있고 중간중간 오렌지색으로 칠해져 있다. 윈트A 유전자가 차단되자 테두리 검은색이 하얗게 변했다. 날개에 있던 독특한 점 무늬들도 사라지고, 날개를 이루는 네 개의 주요 띠도 모양이 달라졌다. 사람으로 치면 얼굴 윤곽이 변한 셈이다.

◇노란색이 푸른 금속 광택으로 돌변

코넬대의 로버트 리드 교수 연구진은 날개의 색에 주목했다. 크리스퍼 유전자 가위로 역시 네발나빗과 4종에서 '옵틱스(optix)' 유전자를 잘라냈다. 이 유전자는 나비 날개에서 색소(色素)와 관련이 깊은 것으로 알려져 있다. 유전자 편집 결과, 4종 모두에서 붉은색과 오렌지색 색소가 검은색 색소로 대체됐다.

색만 변한 게 아니다. 공작나비는 옵틱스 유전자가 차단되자 갈색과 노란색이 사라지면서 파란색 광택을 띠기 시작했다. 파란 색소가 생긴 게 아니다. 바로 구조색이 변한 것이다.

색소는 특정 빛을 반사하고 나머지는 흡수해 열로 소멸시킨다. 그런데 광택이 나는 파란색으로 유명한 모포나비의 날개에는 파란색 색소가 없다. 대신 날개에 덮여 있는 비늘 표면에 크리스마스트리처럼 잔가지들이 나있는 광결정(光結晶) 구조가 있다. 모포나비의 광결정은 파란색 파장의 빛만 반사시켜 우리 눈에 보이게 하고, 나머지 파장의 빛은 그대로 통과시킨다. 광결정의 구조가 색을 결정한다고 해서 구조색이라고 한다.

결국 옵틱스 유전자는 색소와 광결정 모두에 영향을 미친다는 말이다. 리드 교수는 옵틱스 유전자를 '그림 붓(paintbrush) 유전자'라고 불렀다.

나비는 6000만년 동안 진화를 거치면서 다양한 날개 무늬를 만들어냈다. 과학자들은 이 과정에서 붓 역할을 한 유전자들을 찾아낸 것이다. 조지 워싱턴대 마틴 교수는 "크리스퍼 유전자 가위를 이용하면 6000만년에 걸친 나비 진화에서 언제 어디서 서로 다른 무늬와 색의 나비들이 나타났는지 살펴볼 수 있다"고 말했다. 진화 과정을 재구성할 수 있다는 말이다.