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유전체는 무엇을 하나요? 유기체의 청사진이라고 들었을 수도 있습니다. 또는 조리법과 비슷하다고 들었을 수도 있습니다. 하지만 유기체를 만드는 것은 집을 짓거나 케이크를 굽는 것보다 훨씬 더 복잡합니다.
이번 주에 저는 게놈에 대한 새로운 사고방식에 대한 아이디어를 접했습니다. 이는 게놈 분야에서 차용한 것입니다. 인공지능. 두 연구자는 이를 새로운 것을 만들어낼 수 있는 AI의 한 형태인 생성 모델과 비슷하게 생각해야 한다고 주장합니다.
이러한 AI 도구에 대해 알고 계실 수도 있습니다. 이러한 도구는 다음을 생성할 수 있습니다. 텍스트, 이미지또는 영화 다양한 프롬프트에서. 우리의 유전체는 정말 같은 방식으로 작동할까요? 흥미로운 아이디어입니다. 탐구해 봅시다.
제가 학교에 다닐 때 배운 것은 유전체란 본질적으로 유기체의 코드라는 것입니다. 여기에는 세포와 조직을 만들고 작동시키는 데 필요한 다양한 단백질을 만드는 데 필요한 지침이 들어 있습니다. 인간 게놈을 인간을 위한 프로그램과 같은 것으로 생각하는 것이 나에게는 합리적이었습니다.
아일랜드 더블린에 있는 트리니티 칼리지의 신경유전학자인 케빈 미첼은 유전체의 작동 방식에 대해 오랜 시간 연구해 왔으며, 이 은유는 조금만 깊이 파고들면 무너진다고 말합니다.
컴퓨터 프로그램은 본질적으로 일련의 단계로 구성되어 있으며, 각 단계는 개발의 특정 부분을 제어합니다. 인간의 관점에서 보면, 이것은 뇌를 먼저 만들고, 그 다음 머리를 만들고, 그 다음 목을 만드는 일련의 지시를 갖는 것과 같을 것입니다. 그것은 사물이 작동하는 방식이 아닙니다.
또 다른 인기 있는 은유는 게놈을 신체의 청사진에 비유합니다. 하지만 청사진은 본질적으로 구조가 완전히 만들어졌을 때 어떤 모습이어야 하는지에 대한 계획이며, 다이어그램의 각 부분은 최종 제품의 일부를 나타냅니다. 우리의 게놈도 이런 방식으로 작동하지 않습니다.
팔꿈치 유전자와 눈썹 유전자가 따로 있는 것은 아닙니다. 여러 유전자는 여러 신체 부위의 발달에 관여합니다. 유전자의 기능은 겹칠 수 있으며, 같은 유전자라도 언제, 어디에서 활동하는지에 따라 다르게 작동할 수 있습니다. 청사진보다 훨씬 더 복잡합니다.
그리고 레시피 은유가 있습니다. 어떤 면에서는 청사진이나 프로그램의 비유보다 더 정확합니다. 유전자를 재료와 지침의 집합으로 생각하고, 최종 제품은 예를 들어 오븐의 온도나 사용된 베이킹 접시의 유형의 변화에도 영향을 받는다는 점을 명심하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 결국 일란성 쌍둥이는 같은 DNA로 태어나지만, 성인이 될 무렵에는 종종 상당히 다릅니다.
하지만 미첼은 레시피에 대한 은유가 너무 모호하다고 말합니다. 대신 그와 버몬트 대학의 동료 닉 체니는 AI에서 개념을 빌려 게놈이 하는 일을 포착하고 있습니다. 미첼은 Midjourney와 DALL-E와 같은 생성 AI 모델을 지적하는데, 둘 다 텍스트 프롬프트에서 이미지를 생성할 수 있습니다. 이러한 모델은 기존 이미지의 요소를 캡처하여 새로운 이미지를 만드는 방식으로 작동합니다.
말 이미지에 대한 프롬프트를 작성한다고 가정해 보겠습니다. 모델은 말의 엄청난 수의 이미지로 훈련되었으며, 이러한 이미지는 본질적으로 모델이 “말다움”이라고 부를 수 있는 것의 특정 요소를 포착할 수 있도록 압축됩니다. 그런 다음 AI는 이러한 요소가 포함된 새 이미지를 구성할 수 있습니다.
비슷한 방식으로 유전적 데이터에 대해서도 생각해 볼 수 있습니다. 이 모델에 따르면, 우리는 진화를 훈련 데이터로 간주할 수 있습니다. 게놈은 압축된 데이터입니다. 즉, 새로운 유기체를 만드는 데 사용할 수 있는 정보 집합입니다. 여기에는 필요한 요소가 포함되어 있지만, 변형의 여지가 많습니다. (모델의 다양한 측면에 대한 자세한 내용은 다음에서 찾을 수 있습니다. 종이(아직 심사를 거치지 않은)
미첼은 유전체에 관해 생각할 때 은유를 순서대로 정리하는 것이 중요하다고 생각합니다. 새로운 기술 덕분에 과학자들은 우리 유전자와 그들이 하는 역할을 더욱 깊이 파고들 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 그들은 이제 모든 유전자가 단일 세포에서 어떻게 발현되는지, 그리고 이것이 배아의 모든 세포에서 어떻게 달라지는지 연구할 수 있습니다.
“우리는 그것을 이해할 수 있는 개념적 틀이 필요합니다.” 미첼은 말한다. 그는 이 개념이 유전자와 유전자가 결국 일부가 되는 유기체 간의 복잡한 관계를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있는 수학적 모델의 개발에 도움이 되기를 바란다. 다시 말해, 우리 게놈의 구성 요소가 우리의 발달에 어떻게 기여하는지 정확히 알 수 있기를 바란다.
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