인트론은 진화론자들에게 또 하나의 미스터리가 되고 있다.

미디어위원회

2023-01-04

인트론은 진화론자들에게 또 하나의 미스터리가 되고 있다.

(What Are Introns For?)

by Jerry Bergman, PhD

인트론의 기원은 진화론자들에게 수수께끼이다.

그들은 그것을 "진화적 폭발"이라고 부르며, 다윈의 마법을 사용한다.

가설적인 최초 원시세포는 인트론(introns, DNA에서 단백질 유전 암호가 들어있지 않은 염기서열)이라 불리는 염색체의 중요한 부분을 갖고 있지 않았기 때문에, 진화론자들의 관심사는 이 미스터리한 부분들의 기원을 설명하는 것이다.[1] 이 사실은 진화론자들의 예측과 어긋난다. (introns 과 exons에 관한 이미지는 여기를 클릭)

인트론 발견의 역사

인트론은 1977년 단백질 암호에 사용되는 mRNA가 전사된 DNA보다 거의 항상 짧다는 관찰 결과로부터, 처음 발견되었다.[2] 따라서 RNA로 번역되기 전에, 무언가가 제거되었다는 것을 깨달았다. 인트론 기능에 대한 초기 통찰력은 이러한 비암호 DNA 인트론 시퀀스 중 많은 수가 무작위적 염기쌍이 아니라, 인간 언어와 공통된 어떤 특성을 갖고 있다는 것이었다.

인트론이 인간의 언어에서 발견되는 것과 동일한 복잡한 의사소통 패턴을 나타낸다는 발견은, 인트론이 중요한 기능적 정보를 갖고 있다는 추정을 뒷받침한다. 특히 복잡한 인트론 접합 메커니즘(intron-splicing mechanism)에 많은 양의 세포 자원과 에너지가 이러한 구조에 투자된다는 사실은 이 단백질 비암호 DNA가 유전자 다양화를 촉진하는 수단을 포함하여, 중요한 생물학적 기능을 갖고 있음을 가리켰다.[3]

인트론이 수행하는 일은?

인트론의 많은 중요한 기능은 유전체 조절(genomic regulation)을 포함하며, mRNA 방출과 같은 유전자 발현 조절에 필수적인 역할을 하며, 대체접합(alternative splicing)을 가능하게 하여, 단일 유전자에서 여러 개의 단백질들을 생성하는 것을 가능하게 한다. 일부 인트론은 접합된 후 추가 처리를 통해, 기능적 RNA 분자를 암호화한다.

인트론의 역할 중 하나는 유전자 데이터가 올바르게 처리되도록 돕는 것일 수 있다.[4] 이 이론은 인간 게놈 프로젝트(genome project)에서 얻은 수천 개의 DNA 염기서열에 대한 셰퍼드(Shepherd)의 분석에 의해 뒷받침되었다. 그는 핵에 있는 효소들이 원래의 DNA 템플릿( template, 주형)에서 메신저 RNA를 구성할 때, 엑손과 인트론을 구별(차별)하지 않는다는 것을 관찰했다.[5]

인트론을 식별하는(identifying) 문제는 인트론이 엑손(exons)으로 기능하는 유전자 코드의 대체 판독(readings)이 존재한다는 발견으로 인해 복잡해졌다.[6] 일부 DNA 부분은 한 경로에 의해 발현될 때, 엑손으로 작용하지만, 다른 경로에 의해 발현될 때는 인트론으로 작용한다. 두 경로 모두 동시에 작동할 수 있으므로, 단백질의 다양성이 증가한다.[7] 인트론이 세포에서 다른 무엇보다 중요한 역할을 하고 있기 때문에, 그것의 진화를 설명하는 것은 매우 중요하다. 허프 등(Huff et al.)은 다음 사항을 기록했다.

40년 전 인트론의 발견은 분자생물학에서 가장 예상치 못한 발견 중 하나였다... 이들 유전체를 비교해보면, 인트론이 거의 없었던 긴 진화기의 역사가 드러나고, 빠르고 광범위한 획득이 일어난 사건들이 간헐적으로 나타난다... 이러한 일시적인 인트론 생성을 위한 몇 가지 세부적인 메커니즘이 제안되었지만, 유전체 규모에서 경험적으로 뒷받침된 것은 없다."[8]

인트론의 기원

인트론은 생명체의 역사 초기에 등장하며, 진화의 증거는 발견되지 않는다. 진화론자들은 "인트론은 진핵생물 유전체의 중요한 부분이지만, 그 기원은 잘 알려져있지 않다"고 인정하고 있다.[9] 처음에 과학자들은 다음과 같은 일을 수행했다.

약 1,500쌍의 생쥐-인간 오솔로그(orthologs, 한 조상에서 진화한 같은 기능의 유전자 집단)의 인트론 획득에 대한 최초의 대규모 탐색에서, 그 결과는 매우 놀라웠다 : 8천만 년 동안 두 종 모두에서 인트론이 생성되었다는 증거는 발견되지 않았고, 이 결론은 나중에 전체 유전체로 확장되었다. 후속 연구들은 생물학적 계통발생적으로 다양한 진핵생물 계통에서, 관련 종들 사이에서 인트론 생성이 유사하게 결핍되어 있다는 것을 발견했다.[10]

인트론들은 역사상 거의 같은 시기에 만들어진 것으로 보이기 때문에, 새로운 이론은 진화론적 관점에서 그들의 기원을 설명하려고 시도했다. 이 설명은 이론적으로 "인트론 창조자"인 인트로너(introners, 인트론제작자)를 가리키고 있으며, 여기에는 유전체 전체를 가로질러 많은 유전자들 안으로 삽입된, 자신의 복제물을 만드는 유전적 요소의 종류가 포함된다.

생물 종들을 가로질러 존재하는 대부분의 인트론의 기원에 대한 한 설명으로, 인트론의 생성을 위해 제안된 몇 가지 메커니즘 중 하나가 2009년에 발견되었다. 연구자들은 수천 개의 인트론들이 한꺼번에 유전체에 나타나는 인트론 폭발 사건(intron burst events)에 대해서 인트로너는 유일한 가능성 있는 설명이라고 믿고 있으며, 그들은 진화계통나무를 가로지르며 생물 종들에서 존재하는 이것에 대한 증거를 발견했다...

"... [이 연구는] 막대한 수의 인트론의 기원에 대한 그럴듯한 설명을 제공한다"라고 이 연구의 수석저자이자, 생체분자공학 부교수인 러셀 코벳-드티그(Russell Corbett-Detig)는 말했다. 다른 메커니즘들도 있지만, 유전체에서 수백만 개의 인트론들을 동시에 생성할 수 있는 것은 이것뿐이다. 만약 이것이 사실이라면, 이것은 우리가 진핵생물의 유전체에 대해 정말로 특별한 무언가를 추진하는 핵심 과정을 발견했다는 것을 암시한다. 우리는 이들 인트론을 갖고 있고, 그 결과, 우리는 복잡한 유전체를 갖고 있다.[11]

이 메커니즘은 유전체의 임의적 장소에 인트론을 임의로 심는 것을 의미한다. "진핵생물 유전체 전체에 걸쳐 인트론 수에 큰 변동이 존재하지만, 진화하는 동안 인트론 함량의 주요 동인(drivers)은 여전히 파악하기 어렵다"고 러셀 등은 덧붙였다 :

몇몇 계통에서 인트론의 빠른 소실과 획득은 다른 계통에서 장기적인 진화적 정지(stasis)와 대조된다. 우연한 인트론 획득은 최근 발견된 인트로너(introners)라 불리는, 특수한 트랜스포존(transposons, 전이인자, 전이성 유전인자, 점핑유전자 - 염색체 내에서 위치를 바꿀 수 있는 DNA 서열로서 유전체의 여러 장소를 돌아다니는 DNA 조각)으로 설명될 수 있지만, 지금까지 인트론은 소수의 종에서만 알려져 있다. 여기서 우리는 3,325 개의 진핵생물 유전체에 걸쳐 체계적인 검색을 수행했고, 175개의 유전체(5.2%)에서 27,563개의 인트로너-유도 인트론들을 식별했다. 인트로너들을 가진 생물 종들은 동물에서부터 원생생물에 이르기까지, 놀라운 계통발생학적 다양성을 갖고 있으며, 이는 17억 년 이상 전으로 거슬러 올라가는, 마지막 공통조상의 계통을 나타낸다. 수생생물은 육상생물보다 인트로너를 포함할 가능성이 6.5배 높았다.[12]

수렴진화와 정크 이론

진화론자들은 인트론너들이 자율적이지 않은 전이 가능한 인자들로부터 수백 번 수렴적으로 진화했다고 가정한다. 전이 가능한 인자들과 수생 분류군들은 높은 율로 수평적 유전자 이동(horizontal gene transfer)과 관련이 있으며, 이 요인들의 조합이 인트로너를 포함하는 종들의 단속적이고 편향된 다양성을 설명할 수 있을 것이라고 제안한다. 보다 일반적으로, 인트로너들은 진핵생물의 진화계통나무를 가로질러 인트론 획득의 일시적인 특성을 설명할 수도 있다는 것이다.

인트론은 단백질 암호를 갖고 있지 않은 코드화된 DNA로, 진화론자들은 한때 기능을 했던 유전자의 유물이거나, 쓸모없는 "정크" DNA로서, 설계를 부정하는 것이라고 강하게 주장했었다. 일반적으로 mRNA(messenger RNA), rRNA(ribosomal RNA), tRNA(transfer RNA)가 세포 기능을 수행할 수 있도록, 스플라이싱(splicing, 접합) 효소에 의해서 RNA를 만들 때 인트론은 제거된다. 유전체가 파괴하는 것을 방지하기 위해서, 그들이 유전체 안에서 접합되는 곳은 고도로 조절되어야 한다.

진화론의 예측과 어긋난 관측

인트로너 이론은 진화의 한 시점에서 인트로너가 진화하여, 초기 전구체 유기체로부터 진화한 모든 생명체들로 전파되었다고 가정한다. 인트로너 이론의 한 주요 문제는 인트론이 진핵생물에서 매우 흔하며, 심지어 고세균(archaebacteria)인 진정세균(eubacteria)에서도 발견된다는 것이다. 인트론은 심지어 프로테오박테리아(proteobacteria)에서도 발견되며, 특히 광합성을 하는 남세균(cyanobacteria)의 여러 종에서도 발견된다. 몇몇 인트론은 심지어 동물 바이러스, 미토콘드리아 DNA(mitochondrial DNA), 엽록체 DNA(chloroplast DNA)에서도 발견되었다. 어떠한 진화적 패턴도 생명체들에 있는 그들의 존재를 설명하지 못한다. 고등생물의 유전체와는 대조적으로, 바이러스와 박테리아는 모두 비교적 적은 인트론을 가진, 어디에나 있는 유전자들로 구성되어 있다. 박테리아의 인트론과 이동하는 인트론 모두 자가 접합되는(self-splicing) 경향이 있어서, 진핵생물이 사용하는 복잡한 접합 기계가 필요 없다. 게다가 진핵생물에서 코드화되지 않은 DNA의 양은 매우 차이가 크다. 어떤 새들은 인간보다 20배 더 많은 이러한 DNA를 가지고 있고, 어떤 양치류들은 50배 더 많은 DNA를 가지고 있고, 몇몇 아메바들은 인간보다 200배 더 많은 이러한 DNA를 가지고 있다.[13]

인트론의 염기쌍 패턴과 크기는 매우 다양하며, 밀접하게 관련된 많은 유기체의 인트론은 유전자에서 동일한 위치를 차지한다는 사실 이상으로 서로 거의 닮지 않았다.[14] 다른 종들을 비교한 결과, 인트론들은, 심지어 밀접하게 관련된(친척인) 생물체의 인트론들도 "종종 서로 매우 다르다". 그러나 엑손은 종종 "매우 유사하다"는 것이 밝혀졌다.[15] 이러한 발견은 진화론에 커다란 문제를 야기시킨다.

결론

캘리포니아 산타크루즈 대학의 새로운 연구에 의하면, 일부 인트론들은 숙주를 죽이지 않고, 스스로 번식할 수 있음을 암시한다. 이 인트론들은 유전체를 가로질러 많은 유전자들 안으로 삽입되는 자신들의 복제품을 만든다. 이 무계획적인 과정은 그들의 이식(implantation)을 조절하는 어떤 시스템이 존재하지 않는 한, 세포를 손상시켜 파괴할 것이다. 고자스티(Gozashti et al.) 등의 이 견해는, 진화가 생물체의 유전자 전달 능력을 촉진하는 경우를 제외하고는, 무작위적이고 목적 없는 과정이라는 입장을 지지한다. 생물학자 어슐러 굿이너프(Ursula Goodenough)의 결론에 의하면, 일부 인트론들은 의미없는 염기서열의 바다에 떠다니는 조절 모듈(regulatory modules)이라는 것이다.[16] 레이모(Raymo) 교수는 이 구조는 "지적 설계자에게 예상되는 것이 아니라… 진화에서 예상되는 것“이라고 결론짓고 있었다. 다시 말해, 유전체는 모든 "정크(junk, 쓰레기)" 또는 쓸모없는 염기쌍이기 때문에, 지적 설계가 아닌 우연에 의한 진화의 증거를 보여준다는 것이다. 그러나 인트론에서 중요한 기능이 발견되면서, 쓸모없는 잔재라고 주장했던 진화론자들은 당혹스럽게 되었다.

인트론이 유전체의 진화적 기원을 지지한다는 그 어떠한 증거도 아직 존재하지 않는다. 이제 시스템에 돌연변이나 다른 손상이 발생할 때, 비코딩 DNA에도 문제가 발생하는 것으로 보인다. 우리는 이제 DNA 염기서열이 단백질을 만들기 위한 정보를 전달할 뿐만 아니라, 단백질 안으로 아미노산들의 조립을 돕거나 rRNA를 제조하는 것을 포함하여, 많은 보조적인 역할을 한다는 것을 알고 있다.

.폐차장에 토네이도가 분다고, 기능적인 복잡한 시스템이 우연히 만들어지지 않는다. <Graphic drawn for Creation-Evolution Headlines by J. Beverly Greene>

과거에 진화 유전학자들은 여분의 DNA가 무엇을 하는지 잘 몰랐고, 따라서 인트론과 다른 코딩되지 않은 DNA를 "정크(쓰레기)"라고 불렀다. 이제 DNA의 대부분이 정크가 아니라, 오히려 생명체에 중요하다는 증거들이 축적되고 있다. 만약 코드화되지 않은 DNA의 대부분 또는 전부가 기능이 있다는 것이 발견된다면, 진화론은 진화를 위해 선택될 수 있는, 돌연변이로 새로운 유전자를 생산하는데 필요한 원료가 없어지는 것이다. 게다가, 유전체의 복잡성에 대한 이 새로운 연구들의 대부분은, 지적설계(intelligent design)와 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducible complexity, 환원 불가능한 복잡성)’의 개념에 대한 강력한 증거들을 제공하고 있는 것이다.

References

[1] Roy, Scott. Genome Evolution: Where Do New Introns Come From? Current Biology 22(13):R529-R531, 2012, p. R529.

[2] Watson, J.C., Gilman, M., Witkowski, J., and Zoller, M. Recombinant DNA. W.A. Freeman and Company, New York, 1992.

[3] Raymo, Chet. “Intelligent design does not compute.” The Boston Globe 19 June 2001.

[4] Coghlan, A. Science: The cryptographer who took a crack at ‘junk’ DNA. New Scientist, Issue 1879, p. 15, 26 June 1993.

[5] Coghlan, 1993, p. 15.

[6] Sica, A., Tse-Hua, T., Rice, N., Kretzchmar, M., Ghosh, P., and Young, H.A. The C-rel proto-oncogene product C-rel but not NF-kappa-B binds to the intronic region of the human interferon-gamma gene at a site related to an interferon-stimutable response element. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States 89(5):1740-1744, 1992.

[7] Malkinson, Alvin, and You, M. The Intronic Structure of Cancer Related Genes Regulates Susceptibility to Cancer. Molecular Carcinogenesis 10:61-65, 1994.

[8] Huff, Jason, et al. Mechanism for DNA transposons to generate introns on genomic scales. Nature 538(7626):533–536, 2016.

[9] Gozashti, Landen, et al. Transposable elements drive intron gain in diverse eukaryotes. PNAS 119(48):e2209766119. https://doi.org/10.1073/pnas.2209766119, 2022.

[10] Roy, 2012, p. R529.

[11] University of California – Santa Cruz. Long-standing genomic mystery about the origins of introns explained in new study. https://phys.org/news/2022-11-long-standing-genomic-mystery-introns.html, 2022. Emphasis added.

[12] Gozashti, Landen, et al. Transposable elements drive intron gain in diverse eukaryotes. PNAS 119(48): e2209766119, 2022.

[13] Clark, David, and Russell, Lonnie. Molecular Biology. Cache River Press, Vienna, Illinois, p. 229, 1997.

[14] Wills, C. Exons, Introns, and Talking Genes; The Science Behind the Human Genome Project. Basic Books, New York, p. 178, 1991.

[15] Wills, 1991, p. 191.

[16] Quoted in Raymo, 2001; see Ref. 3.

*Dr. Jerry Bergman has taught biology, genetics, chemistry, biochemistry, anthropology, geology, and microbiology for over 40 years at several colleges and universities including Bowling Green State University, Medical College of Ohio where he was a research associate in experimental pathology, and The University of Toledo. He is a graduate of the Medical College of Ohio, Wayne State University in Detroit, the University of Toledo, and Bowling Green State University. He has over 1,300 publications in 12 languages and 40 books and monographs. His books and textbooks that include chapters that he authored are in over 1,800 college libraries in 27 countries. So far over 80,000 copies of the 60 books and monographs that he has authored or co-authored are in print. For more articles by Dr Bergman, see his Author Profile.

*참조 : ‘정크 DNA’ : 진화론자들의 무지와 오만

http://creation.kr/LIfe/?idx=4598034&bmode=view

엔코드’ 연구로 밝혀진 유전체의 초고도 복잡성 : ‘정크 DNA’ 개념의 완전한 몰락

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DNA의 놀라운 복잡성이 밝혀지다 : '정크 DNA(쓰레기 DNA)'는 없었다.

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‘정크 DNA’ 개념의 사망

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비암호화된 DNA는 상상했던 것보다 훨씬 더 복잡했다.

http://creation.kr/IntelligentDesign/?idx=1291616&bmode=view

정크 DNA에서 더 많은 중요한 역할들이 발견되었다.

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