자꾸 똥구멍으로 시스템 생물학 거리면서 한의학이랑 같은 취급 할려는 사람이 있어서 글 씁니다.

어차피 그 사람이 이걸 보고 이해할 거라는 기대는 1%도 안하지만 (아니 읽을 것이라고 기대도 안합니다. 어차피 뭘 배우려고 갤질하는게 아닌 거 같으니), 다른 분들 읽어보시라고 어느 정도만 쓰겠습니다.

1. 시스템 생물학이라는 하나의 트렌드가 나오게 된 배경이 환원주의(reductionism) 바탕의 생물학에 어떤 한계를 느낀 것은 맞는 말입니다.

환원주의(reductionism)이라는 것은 어떤 개체(entity)를 설명함에 있어서, 그 개체를 이루는 더 작은 부품들로 나누어 보여주는 것을 뜻합니다. 예를 들면 생물은 세포로 이루어져있다는 것이 발견되었고, 세포는 다시 세포막과, 세포질, 핵으로, 세포질은 미토콘드리아, 골지체, 리소좀 등등 으로.., 또 핵 안에는 염색체가, 염색체는 DNA 가닥으로, DNA는 뉴클레오티드.. 이런식의 연구가 생물학에서 중요한 역할을 해 왔습니다. 광학/전자 현미경의 발전, 세포/분자의 염색 기술 등이 큰 역할을 해 왔죠.

2. 그런데 이러한 환원주의를 적용하다 보면 결국 분자->원자->핵/전자->쿼크 테크를 타게 됩니다.

세포는 생명체라고 볼만한데, 원자나 쿼크는 어느 순간 생명이 아니죠. 그렇다면 어디까지 환원주의를 적용하여 파헤쳐 갈 것이며, 어디서부터 그만 적용해야 할 것인지가 애매해집니다. 결국 우리가 관찰하는 생명현상이라는 것이 어떤 특별한 물질로 이루어진 것 때문이 아니라, 모든 사물을 구성하는 똑같은 원소들이 서로 어떻게 상관관계 (relationship 또는 interaction)를 가지고 있느냐로 기술되어야 한다고 생각하게 됩니다. 따라서 관찰 대상을 하나의 유기적으로 동작하는 계(system)으로 보고, 그 안의 부품들이 서로 어떤게 상호관계를 맺으며 그 계의 특성을 설명하는지에 관심을 기울이게 됩니다. 이것이 시스템 생물학 (systems biology)입니다.

2* 여기서 흔히 착각할 수 있는 부분이, 현재의 상관관계 분석이 주로 분자단위에서 이루어지므로, 원자나 쿼크 단위에서는 절대 볼수 없다고 생각할 수 있는데, 그것은 현재 사용할 수 있는 알고리즘과 계산능력상 분자 정도의 단계를 관찰하는 것이 가장 효율적이기 때문입니다.
그리고 최종적으로 보고자하는 계(system)의 특성에 따라 적용하는 개체(entity)의 수준도 달라지게 됩니다. 세포를 단위로 하여 세포간의 상관관계를 분석하기도 하고, 한 세포내의 단백질이나 대사체를 단위로 하기도 합니다. 미세한 영역에서는 원자단위로 분석해 볼 수도 있습니다. 정리하자면, 환원주의 자체가 틀렸다는 것이 아니라 환원주의가 제공한 정보를 기준으로 가장 적합하고 효율적인 수준으로 기술하는 것입니다.

3. 그렇다면 시스템 생물학을 하기 위해서는 어떤 정보들이 필요한가요? 두 가지 필수적인 것이 전제되어야 합니다.
하나는, 그 시스템을 구성하고 있는 단위 개체이고, 하나는 그 부품들이 연결되어 있는 상태를 기술하는 상호작용 정보 입니다. 쉽게 말해서, 전자는 부품, 후자는 설계도입니다. 대상 시스템이 하나의 세포라고 한다면, 단위 부품은 세포 내에 존재하는 단백질, mRNA, 대사체 (metabolite) 등을 사용할 수 있고, 설계도로서는 각 단백질간의 상호작용 (protein-protein interaction) 정보나, 각 대사 과정의 rate, 또는 효소의 촉진 정도 등이 있을 수 있습니다. 따라서 사용할 설계도가 완성이 되면 첨부한 그림과 같은 개체와, 상호작용이 정리된 하나의 backbone 가지게 됩니다.

4. 이렇게 완성된 하나의 backbone을 가지고 어떻게 대상 시스템의 특성을 분석하고 유용하고 사용할까요?

예를 들어 어떤 미생물이 산업적/의학적으로 매우 유용한 단백질을 생산한다고 가정합니다. 먼저 그 미생물을 구성하고 있는 개체(entity)를 알아야겠죠? 게놈 시퀀싱, 단백질/mRNA 프로파일링 등을 통해 유전자, 단백질, 대사체 등의 정보를 알아냅니다. 그리고 여러가지 실험을 통해 그 개체들이 어떠한 관계를 가지는지를 알아냅니다. 예를 들어 단백질 A를 반으로 줄였더니, 단백질 B와 C는 없어지고, 단백질 D와 E는 100배 늘어나더라. 같은 정량적인 관측치 들의 모임입니다. 이러한 정보를 가지고 역시 첨부된 그림과 같은 backbone을 얻은 후에, 각 단백질 양을 변수로 하는 미분방정식을 세우고 풉니다. (미분방정식은 한 가지 방법이며 다른 수많은 방법들이 있습니다). 최종적으로 얻는 단백질이 어떤 단백질의 양에 관계하는지 비선형적인 식이 나오면 그 양을 조절하기 위해서 다른 부분들을 건드려볼 수 있겠죠? 이것은 하나의 일례이고, 목적과 시스템에 따라 훨씬 다양한 연구들이 존재합니다.

5. 한의학이 시스템 생물학과 다른 점은?

한의학이 시스템 생물학을 따라 하기 위해서는 아래와 같은 것들이 필요합니다.
a. 한의학에서 다루는 대상에 따른 명확한 개체 (entity)의 정의
b. 각 개체간의 정량적인 상호작용 정보
c. 여러 개체를 통합 분석했을 때의 대상 시스템의 특성에 대한 정량적 측정
현재 abc 모두 되어 있는게 없지요. 화(火)기 10과 수(水)기 10이 만나면 무엇이 생기는지 모르고, 알 생각도 안합니다 (b가 없다는 듯이죠...) 아니 애초에 화기가 있다,없다,많다, 적다를 하는데 그 누가 측정해도 같게 나올만한 정량적 측정치 자체가 없습니다. 그러고보니 인체나 인체기관을 구성하는 기본 단위가 무엇인지도 정의되어 있지 않군요 (a도 없네요). 그러니 그 뒷부분은 안봐도 비디오가 됩니다 (c는 꿈도 못꿉니다)

이런글 써도 어차피 그 사람은 읽지도 않을 것이고 깨닫는 것도 없을 것이지만 최소한 시스템 생물학이 전일적이라서 한의학처럼 어쩌고 저쩌고 쓰지는 맙시다. 읽는 사람만 오염됩니다.