Ocean Genome Atlas Project(OGAP)는 바다의 ‘유전자 지도’를 만들고 이를 통해 인간의 생리, 기억, 뇌 신호 전달과의 진화적 유사성을 밝혀낸 혁신적인 프로젝트이다. 2017년경 미국 플로리다 대학교 신경과학, 유전학, 생물학 및 화학 교수인 Leonid Moroz와 항해사 Peter Molnar의 협업으로 시작된 유전체 탐험에서 이들은 플랑크톤과 해양 생물을 채집하고, 현장에서 곧바로 유전자 분석을 시도했다. OGAP의 핵심 기술은 바로 현장(선상) 시퀀싱과 이를 즉시 분석하는 AI 기반 데이터 처리 시스템이었다. 지난 7년 동안 북극, 파타고니아, 북태평양, 대서양 등 15,000km 이상을 항해하며, 80% 이상의 해양 미소 생물 종을 대상으로 3D 유전체 지도를 구축한 OGAP의 연구 성과를 살펴보도록 하자.

인간과의 진화적 연결고리 찾기

2017년 대형 연구선 대신 소형 돛단배에 유전체 분석 장비를 실은 Leonid Moroz 교수와 항해사 Peter Molnar는 북태평양과 북극해를 항해하며 플랑크톤과 해양 생물을 채집하고, 현장에서 곧바로 유전자 분석을 시도했다.
이 돛단배 연구소는 단순한 ‘저비용 실험실’이 아니었다. 선박 안에는 나노포어 시퀀서, 냉동 보관 장비, 위성 통신 장비(Starlink)와 컴퓨터가 설치되어 있어, 시료를 채취한 즉시 DNA·RNA를 분석하고, 그 결과를 AI가 실시간으로 해석할 수 있었다. 이 시스템 덕분에 ‘죽은 샘플’이 아니라 살아 있는 생명체의 유전자 활동, 생식, 노화, 회복 과정을 직접 추적할 수 있게 되었다.
프로젝트의 궁극적인 목표는, 바다 생명체—특히 단세포 플랑크톤, 해파리, 말미잘, 군소 등 무척추동물—의 유전체에서 인간과의 진화적 연결고리를 찾는 것이었다. 예를 들어 군소(Aplysia)의 뉴런은 학습 자극을 받은 후 단 2시간 내에 유전자 발현과 크로마틴 구조가 변화했고, 이는 인간의 기억 형성과 유사한 메커니즘이 단순한 바다생물에서도 작동함을 의미하는 것이었다. 더불어 알츠하이머병이나 신경퇴행성 질환 연구에 직접적인 단서를 제공하기도 했다. 일부 플랑크톤은 암에 걸리지 않거나, 자가회복 능력이 뛰어난 유전자를 가지고 있었다. 해면동물과 해파리는 인간의 심장 박동 회복 기술 개발에 응용된 사례도 있다. OGAP는 이와 같은 생물의 유전 정보를 통해, 기억의 생성, 뇌 신호 전달, 세포 회복 메커니즘 등 인간 생명과학에 기여할 수 있는 핵심 단서를 찾고자 했다.

자가회복 메커니즘의 탐색

OGAP가 수집한 수많은 플랑크톤 및 해양 생물 중에는 암에 걸리지 않는 종, 신체 일부를 재생하는 능력을 가진 생물, 심지어 노화를 거의 겪지 않는 생명체도 포함되어 있다.
이들은 세포 수명 조절 유전자, 손상 DNA 복구 효소, 세포 분화 억제·촉진 인자 등 인간에게도 적용 가능한 회복 메커니즘을 보여주고 있으며, 이러한 유전자는 OGAP가 실시간 시퀀싱을 통해 직접 채취하고 분석하고 있는 중요한 정보이며 핵심이다.
자가회복 및 재생 유전자는 미래의 재생의학, 조직공학, 노화 억제 기술 개발에 중요한 유전자 자원이 될 수 있다.

신약 후보 물질의 발굴

OGAP는 이미 다양한 해양 생물의 유전자에서 미지의 단백질 및 대사물질 경로를 수천 건 이상 발굴했다. 이 중 일부는 항생, 항바이러스, 면역 조절 기능이 있는 것으로 확인되었으며, 이를 기반으로 새로운 항암제·항염증제 후보군을 발굴하고 있다.
바다 말미잘이나 해파리 등은 자연 상태에서 강력한 독성과 재생 능력을 가지는데, 이들이 가진 세포 투과성 단백질이나 신호 전달 물질은 인간에게도 치료 효과를 발휘할 가능성을 가지고 있다. 또, 단세포 플랑크톤은 단백질 합성과 에너지 대사 조절에 관여하는 유전자를 다양하게 가지고 있어, 향후 대사질환이나 신경계 질환 치료제 개발에도 큰 기여를 할 것이라 본다.

지구 생명 다양성 보존

현재 전 세계 해양 미생물의 70% 이상은 학문적으로 미기록 상태이며, 많은 종이 기후 변화와 환경 오염으로 멸종 위기에 놓여 있다. OGAP는 이들의 유전체를 빠르게 기록하고, 이를 세계 누구나 접근할 수 있는 공공 데이터베이스(NCBI, PANGAEA 등)에 등록함으로써, 지속 가능한 해양 생태계 관리와 복원, 국제 생물주권 확보에 기여하고 있다.
이러한 데이터는 해양 보호구역 설계, 기후 예측 모델, 생태계 복원 전략 수립에 있어 과학적 기반이 되며, 동시에 바이오디지털 문화유산으로서의 가치도 지닌다.

OGAP는 이러한 연구를 하는 이유에 대해 다음과 같이 말했다.

“우리는 지구상의 생명체를 위한 중요한 시점에 있습니다. 우리는 가장 강력한 세포별 및 통합 유전체 기술, AI의 향상된 슈퍼컴퓨팅 능력, 첨단 선박 설계 및 제작을 결합하여 35억 년에 걸친 네이처의 독특한 실험에서 얻은 유전체 데이터를 수집하고자 합니다. 우리는 지구상의 바다와 생명체를 진정으로 이해하고 이 중요한 정보와 행성 유산을 앞으로 세대에 걸쳐 보존하는 것을 목표로 합니다.”

Ocean Genome Atlas Project(OGAP)는 신약 개발과 지구 생물 다양성 보존에까지 영향을 미치는 다학제적 플랫폼으로 진화하고 있다. 플랑크톤처럼 작디작은 생명체의 유전체를 통해 인간 생명의 가장 깊은 비밀에 다가가고 있으며, 생명의 미래를 해석하고 설계하는 인프라를 구축해 생물학, 의학, 환경과학, 신약 개발, 심지어 인문학까지도 확대해 나가고 있다.
기억은 어떻게 생기는가? 우리는 어떻게 회복하고 치유하는가? 새로운 치료제는 어디에서 오는가? 우리는 어떤 생명들과 함께 지구를 공유하고 있는가? 이 모든 질문에 OGAP는 바다를 통해 답하고 있는 것이다.

참고자료
OGAP 공식 홈페이지: https://ogapvoyage.org
관련 보도: The Guardian “Inside the boat decoding the ocean’s DNA”
NCBI: Ocean Microbiome & Plankton Genome Database
논문: “Expanding the eukaryotic marine gene catalog through transcriptome sequencing of plankton communities” (2023, Tara Oceans Consortium)