사전 데이터 없는 동물에도 적용 가능…국제 학술지에 게재
김양수 기자 = 한국원자력연구원은 첨단방사선연구소가 '방사선 DNA 손상 정밀 예측 모델'을 국내에서는 처음으로 개발했다고 1일 밝혔다.
방사선 선량에 따라 생물체 DNA가 얼마나 손상되는지를 정밀하게 예측하면 방사선 치료 시 인체 영향 등을 사전에 평가·대비할 수 있어 미국항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)를 중심으로 관련 연구가 활발하다.
이에 따라 원자력연구원도 지난해부터 DNA, 단백질 등 몸속 물질의 방사선 손상을 예측할 수 있는 모델 개발에 착수했다.
이를 위해 연구진은 복잡한 DNA 구조를 '굵은 알갱이 모형(Coarse Grained)'으로 변환했다. 실제 DNA 구조는 개별 원자들로 표현되는 반면 굵은 알갱이 모형은 더 큰 단위로 묶여있는 형태로, 굵은 알갱이 모형을 이용하면 각 원자 사이의 여백 공간에 미치는 방사선량까지 포함할 수 있다.
이를 이용해 DNA가 외부로부터 영향 받은 방사선량을 정밀하게 계산한다.
또 연구진은 같은 DNA 내에서도 원자별로 손상되기 시작하는 방사선량이 다르기 때문에 DNA를 구성하는 여러 종류의 원자들이 각각 어느 시점에 손상되는지를 파악했다.
이를 통해 연구진은 원자 간 결합이 끊어지는 순간 등을 기준으로 삼고 해당 데이터를 토대로 방사선에 의한 DNA 손상 정도를 모사하는 '시뮬레이션 코드'를 완성했다.
연구진에 따르면 기존 기술은 추적 연구를 통한 데이터를 기반으로 통계적으로 예측하지만 이번에 개발한 모델은 사전 데이터가 없는 동물에도 적용할 수 있고 DNA 뿐만 아니라 아미노산, 단백질 구조의 손상도 예측할 수 있다.
특히 원자별 손상 값을 독립적으로 계산하기 때문에 기존 대비 방사선 손상 위치와 종류까지 정밀하게 판별가능하다.
원자력연구원은 개발한 모델은 DNA 수준에서 손상 정도를 예측할 수 있어 이번 DNA 모델을 시작으로 개체 전체에 대한 방사선 손상 시뮬레이션이 가능한 원천기술을 확보한다는 방침이다.
연구 결과는 권위있는 국제 학술지인 네이처 자매지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 온라인판에 지난 5일자로 게재됐다.(논문명:New damage model for simulating radiation-induced direct damage to biomolecular systems and experimental validation using pBR322 plasmid)
원자력연구원 박원석 원장은 "방사선 손상 시뮬레이션은 원자력 외에도 우주, 의료 등 다양한 산업에 활용 가능하다"며 "국제적으로 새롭게 부상한 방사선 M&S 기술 분야에서도 연구원의 우수성을 발휘하겠다"고 밝혔다.
