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Wired AI • 46일 전

AI로 풀어내는 조현병의 복잡한 유전적 퍼즐

IMP
8/10
핵심 요약

국제 연구진이 AI 기반 연산 모델을 활용해 10만 명 이상의 유전 데이터를 분석, 조현병과 관련된 766개의 유전자를 새롭게 규명했습니다. 이번 연구는 수많은 유전 변이가 개별적으로 작용하는 것이 아니라 거대한 생물학적 네트워크를 형성하여 질환 발생 위험을 공동으로 높인다는 사실을 밝혀냈다는 점에서 큰 의의가 있습니다. 이는 향후 조현병의 정확한 원인 규명과 표적 치료제 개발을 위한 핵심적인 유전적 지도를 제공합니다.

번역된 본문

현대 유전학이 안고 있는 가장 큰 과제 중 하나는 조현병(정신분열증)입니다. 단일 돌연변이로 인해 발생하는 질병과 달리, 이 질환은 수백 개의 유전 변이(genetic variants)가 복합적으로 작용하여 발생하는 것으로 보입니다. 각 변이는 뇌의 다양한 과정에 미세한 영향을 미칩니다. 일부는 신경 발달에 영향을 미치고, 다른 일부는 뉴런 간의 의사소통이나 뇌 연결망의 구성을 변화시킵니다. 이들이 모여 질환 발생 위험을 높이는 것입니다. 이러한 복잡한 유전적 구조를 이해하기 위해서는 단일 근본 원인을 파악하는 것 이상의 접근이 필요합니다. 과학자들은 유전자들이 서로 어떻게 상호작용하는지, 그리고 위험을 증폭시킬 수 있는 생물학적 네트워크를 형성하는지를 이해해야 합니다. 이 질문에 답하기 위해 연구진은 AI 기반 연산 모델을 사용하여 인간 뇌 내 수천 개의 유전자가 어떻게 조화롭게 활동하는지 재구성해야만 했습니다.

이제, 《네이처 제네틱스(Nature Genetics)》에 발표된 한 연구가 현재까지 가장 상세한 유전자 지도를 제공했습니다. 연구팀은 조현병과 관련된 766개의 유전자를 식별해냈으며, 이 중 641개는 이전의 전사체(transcriptomic) 분석에서는 나타나지 않았던 새로운 유전자입니다. 이 유전자들 중 다수는 장거리 유전자 조절 신호(long-range genetic regulatory signals)를 통해 식별되었습니다. 이는 질환에 관여하는 유전자들이 고립된 요소가 아니라 서로 연결된 네트워크로 기능한다는 생각을 강화해 주는 증거입니다. 연구진은 이 발견을 어두운 동네 전체에 불을 켠 것에 비유했습니다. 지금까지는 불이 켜진 몇 채의 집만 관찰할 수 있었지만, 이제는 질병의 유전자 지도에서 훨씬 더 큰 부분을 확인할 수 있게 된 것입니다. 유전 변이들은 개별적으로 작용하는 대신, 서로 긴밀히 조율하며 조현병 발병 위험에 집단적으로 기여하는 것으로 보입니다. 이제 기초적인 윤곽이 어느 정도 드러났으므로, 과학자들은 질병의 행동 방식과 잠재적 치료법을 훨씬 더 정확하게 조사할 수 있게 되었습니다.

이 연구는 102,000명 이상의 유전 데이터와, 수백 명의 기증자에게서 얻은 6개 뇌 영역의 뇌 조직 샘플을 분석했습니다. 리버 뇌 발달 연구소(Lieber Institute for Brain Development), 바리 대학교(University of Bari), 그리고 여러 국가의 수십 개 정신의료 센터 소속 연구자들이 이 프로젝트에 참여했습니다. 세계보건기구(WHO)의 추정에 따르면 전 세계적으로 약 2,300만 명(약 345명 중 1명꼴)이 조현병의 영향을 받고 있습니다. 비록 전문가들은 오래전부터 유전학의 중요성을 인식해 왔지만, 이 질환에 영향을 미치는 수많은 생물학적 요인들이 어떻게 상호작용하는지는 여전히 완전히 알지 못합니다. 가족력이 있으면 발병 위험은 높아지지만, 이것이 발병을 결정짓지는 않습니다. 이 질환을 앓는 가까운 친척이 있는데도 병에 걸리지 않는 사람들이 있는가 하면, 알려진 가족력이 전혀 없음에도 진단을 받는 사람들도 있습니다. 이 질환은 사람의 현실 인식을 변화시키며, 일반적으로 환각과 망상을 통해 나타납니다. 또한 사회적 고립, 무기력증, 주의력 문제, 기억력 장애 및 사고 장애를 유발할 수 있습니다. 많은 연구자들에게 이러한 다양한 증상의 존재야말로 이 질환의 기저에 있는 생물학적 메커니즘의 복잡성을 정확히 보여줍니다. 이 질환을 유발하는 단일 유전자가 존재하는 것이 아니라, 상호작용하는 방대한 과정들의 네트워크가 존재하는 것입니다. (이 기사는 원래 와이어드 스페인어판(WIRED en Español)에 게재되었으며, 스페인어에서 번역되었습니다.)

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Comment Loader Save Story Save this story Comment Loader Save Story Save this story One of the greatest challenges in modern genetics is schizophrenia . Unlike diseases caused by a single mutation, this disorder appears to arise from a combination of hundreds of genetic variants , each with small effects on different brain processes. Some influence neural development, while others alter communication between neurons or the organization of brain connections. Together, they contribute to the risk of developing the disease. Understanding this complex genetic architecture requires more than just identifying a single root cause of the problem. Scientists also need to understand how genes interact with one another and whether they form biological networks capable of amplifying the risk. To answer that question, they must use AI-based computational models to reconstruct the coordinated activity of thousands of genes within the human brain. Now, a study published in Nature Genetics provides one of the most detailed pictures to date. The team identified 766 genes associated with schizophrenia, including 641 that had not appeared in previous transcriptomic analyses. Many of these genes were identified thanks to long-range genetic regulatory signals—evidence that reinforces the idea that the genes involved in the disease function as an interconnected network rather than as isolated elements. The researchers compare the finding to turning on the lights in an entire neighborhood. Until now, they could only observe a few lit houses, but now they can make out a much larger portion of the disease’s genetic map. Rather than acting separately, the variants appear to coordinate and collectively contribute to the risk of developing schizophrenia. With part of the foundation now revealed, scientists can more precisely investigate the behavior of the disease and its potential treatments. The study analyzed genetic data from more than 102,000 people, as well as brain tissue samples from six brain regions obtained from hundreds of donors. Researchers from the Lieber Institute for Brain Development, the University of Bari, and dozens of psychiatric centers in various countries participated in the project. The World Health Organization estimates that schizophrenia affects about 23 million people worldwide—approximately one in every 345. Although specialists have long recognized the importance of genetics, they still do not know how the numerous biological factors that contribute to the disorder interact. Having a family history increases the risk, but does not determine it. Some people with close relatives who have the condition never develop the disease, while others are diagnosed without any known family history. The disease alters one’s perception of reality and typically manifests through hallucinations and delusions. It can also lead to social isolation, lack of motivation, attention problems , memory difficulties, and thought disorders. For many researchers, this diversity of symptoms precisely reflects the complexity of the biological mechanisms underlying the disorder. There does not appear to be a single gene responsible, but rather an extensive network of interacting processes. This story originally appeared on WIRED en Español and has been translated from Spanish.