밀 알레르기 없이… 짜장면-빵 마음껏 먹자!

3대 곡물 ‘밀’ 게놈 완전 해독

밀 알레르기가 있어 칼국수나 짜장면이 ‘그림의 떡’이었던 사람들도 이제는 맘 편히 먹을 수 있는 날이 머지않았다. 옥수수, 벼와 함께 전 세계에서 가장 중요한 식량으로 꼽히는 밀의 전체 게놈(유전체, 생물이 지닌 모든 DNA 서열)이 처음으로 정밀 해독됐기 때문이다. 밀 알레르기와 관련된 유전자와 그 특성도 상세히 밝혀졌다.

17일 학술지 ‘사이언스’와 ‘사이언스 어드밴시스’에 따르면 밀 전체의 게놈을 95% 이상 해독한, 현재까지 나온 가장 정밀한 밀 게놈이 완성됐다. 한국 등 68개국 과학자 2400여 명이 참여한 공동연구단인 국제밀게놈해독컨소시엄(EWGSC)이 2005년부터 연구한 끝에 13년 만에 이룩한 성과다.

밀은 열량을 기준으로 전 세계 식량의 20%를 공급할 만큼 중요한 작물이다. 하지만 다른 작물에 비해 유독 거대하고 복잡한 게놈을 지니고 있어 해독에 오랜 시간이 걸렸다. 밀 게놈의 DNA 수는 160억 쌍으로 벼(4억3000만 쌍), 옥수수(24억 쌍)에 비해 압도적이다. 사람(30억 쌍)보다도 5배 가까이 많다. 벼와 옥수수의 게놈 초안이 각각 2002년, 2009년, 보다 정밀한 게놈은 각각 2005년, 2017년에 해독된 데 비해 밀 게놈 해독이 늦어진 이유다.

숫자도 많은데 복잡하게 꼬인 ‘족보’도 해독을 어렵게 한 요인이었던 것으로 밝혀졌다. 밀은 진화 과정에서 서로 다른 종끼리 교잡을 반복했다. 그 과정에서 원래 한 쌍씩 존재하던 염색체들이 세 배로 불어났고, 그 결과 불필요하게 중복된 염기서열이 많아졌다. 비유해 보면 오늘자 ‘동아일보’를 인쇄하는 도중 전날 동아일보가 여기저기 잘못 섞여 들어가 인쇄된 것과 비슷하다. 처음 32쪽이던 신문이 64쪽이 되고 기사 순서와 날짜는 뒤죽박죽이 된다. 이와 비슷한 일이 밀 게놈에 일어났다.

이번에 밀 게놈이 정체를 드러내면서 여러 가지 의문이 한꺼번에 풀릴 것으로 기대된다. 10만 개가 넘는 유전자의 존재는 물론이고 그중 일부는 기능까지 밝혀졌다. 연구팀은 유전자 전체를 목록으로 만들었다. 또 변이가 생길 경우 기능이나 형태에 변화가 일어나는 DNA 염기를 400만 개나 찾아 목록으로 만들었다. 이들 정보는 나중에 유전자 가위인 ‘크리스퍼’를 이용해 유전자를 교정해 원하는 특징을 가진 밀을 만들 때 유용하게 쓰일 것으로 전망된다.

특히 이번 연구는 건강상의 이유로 밀을 먹을 수 없었던 사람에게 가장 기쁜 소식이 될 것으로 보인다. 소화를 방해하거나 알레르기를 유발하는 유전자를 확인했기 때문이다. 밀은 글루티닌과 글리아딘이라는 단백질이 다른 곡물보다 풍부하다. 밀가루를 반죽하는 과정에서 이 두 단백질이 결합하면 글루텐이라는 단백질이 된다. 밀가루를 길게 늘여 국수를 만들거나 쫄깃한 빵을 만들 수 있는 것은 글루텐이 탄력을 지닌 사슬 또는 막 구조를 만들 수 있기 때문이다. 하지만 일부 사람은 글루텐을 소화시키지 못하는 병(셀리악병)이나 심한 경우 과민성 쇼크(WDEIA) 및 알레르기를 일으킨다. 일부 천식도 글루텐이 원인으로 꼽힌다.

이번 연구에서는 이런 증상을 일으키는 데 관여하는 것으로 추정되는 유전자를 828개 찾아 분석했다. 이 덕분에 천식을 일으키는 데 관여하는 ‘범인’을 특정하게 됐고 글루텐 소화를 방해하는 유전자와 과민성 쇼크를 일으키는 유전자가 밀의 배젖(곡식에서 껍질과 눈 부분을 제외한 나머지 전분 부분)에서 활성화된다는 사실도 알아냈다. 밀을 재배할 때 온도에 따라 과민성 쇼크나 밀 소화 장애를 일으키는 유전자의 활성이 달라질 수 있다는 사실도 새롭게 밝혀졌다.

글루텐 관련 유전자 연구를 이끈 앙헬라 후하스 호주 머독대 수의생명과학과 연구원은 “밀을 아예 먹지 못하는 사람을 위해 안전하고 건강한 대안을 마련할 계기가 마련됐다”고 의의를 밝혔다.

윤신영 동아사이언스 기자 ashilla@donga.com