제 6 장 치매 치료법 - 1. 의학연구 방법론
치매 치료법을 설명하기 전에 의학연구 방법론을 살펴보겠습니다. 과거로 부터 인체를 대상으로 하는 의학의 연구는 크게 전체론, 환원론, 시스템이론의 3종이 있어 왔습니다. 각각의 특징을 살펴보면 다음과 같습니다.
전체론(全體論, Holism)은 생명 현상의 전체성을 강조하고, 전체는 단순한 부분의 총합으로 설명될 수 없다는 이론입니다. 전체는 부분에 선행하기 때문에 부분이 전체의 동작을 결정하는 것이 아니라 전체가 부분의 동작을 결정한다는 이론입니다.
전체론에 반대되는 개념은 환원론(還元論, reductionism)입니다. 환원론에서 전체는 부분으로 구성되며 전체의 성능은 반드시 부분의 성능으로 해석됨을 강조합니다. 분석적 방법이란 어떤 대상을 작은 부분으로 계속 쪼개서 환원하여 대상의 속성을 가장 단순한 상태에서 연구한 후 다시 종합하여 전체의 성격을 이해하는 것입니다. 근대에 등장한 환원론은 자연과학 부분에서 뚜렷한 성과를 나타냈습니다. 특히 분자생물학의 이론과 방법을 이용하여 새로운 성과를 만들었습니다. 이는 분자유전학, 분자면역학, 분자병리학, 분자약리학 등으로 발전했습니다.
환원론은 근대과학의 도움으로 직관성, 모호함, 사변성을 극복하였습니다. 그러나 여기에도 한계가 나타났습니다. 생명체를 이루는 물질을 잘게 쪼개다 보면 단백질에 이릅니다. 하지만 생명체에서 발견되는 모든 단백질을 플라스크에 넣고 섞는다고 생명체가 탄생할 수는 없는 것입니다. 단백질을 이해했다고 생명체 전체를 이해하지는 못하기 때문입니다. 나무를 보되 숲은 보지 못한 것입니다. 따라서 전체론과 환원론의 장점을 결합한 연구 방식은 좀 더 대상을 잘 파악할 수 있습니다. 이것이 바로 시스템이론입니다.
시스템이론(system theory)은 1945년 발표된 오스트리아의 생물학자 칼 루드비히 폰 베르탈란피(L. von Bertalanffy, 1901년 9월 19일 ~ 1972년 6월 12일)에 의해 창시되었습니다. 베르탈란피는 1930년대 생물학에 대하여 연구 중 기존의 분석적 접근법에 한계를 느끼고 새로운 방법의 필요성을 느끼게 되었습니다. 생물유기체는 각각의 부분들의 단순한 집합이 아니고 서로 복잡하게 관계된 통합된 전체로 생각되어야 한다고 했습니다. 그의 저서 ‘일반시스템이론’에서는 조직을 하나의 살아 있는 유기체로 보며, 조직을 환경과 끊임없이 상호 작용하는 개방체계로 그 하위시스템과 상호 의존성을 지닌다고 봅니다. 생명체는 독립적인 요소들의 단순한 집합이 아니라 서로 긴밀하게 상호작용하는 복잡한 네트워크에 의해 유지됩니다. 유전자, 세포(cell), 조직(tissue), 기관(organ), 기관계(organ system)의 요소들이 모여서 하나의 생물(organism)을 만듭니다. 이것은 계층적 구조로 존재하며 이들은 시공간의 변화에 따른 동적인 메커니즘이 존재합니다. 단계(수준)를 올라갈 때마다 구성요소들이 상호작용을 하여 이전 단계에서는 볼 수 없었던 새로운 특성이 나타납니다. 이것을 창발적 속성(emergent property)이라고 합니다. 이 창발적 속성은 생명의 고유한 특징이며 이것을 탐구하는 것이 시스템생물학의 목적이 됩니다.
시스템생물학의 연구방법은 크게 두 가지로 구분될 수 있습니다. 오믹스 데이터에서 상관성 위주의 패턴을 찾는 하향식 접근법(top-down approach)과, 세부적인 실험 데이터로부터 기전 중심의 모델을 구성하는 상향식 접근법(bottom-up approach)입니다. 하향식 접근법은 빅데이터를 이용한 방법으로 대용량의 데이터에 네트워크 분석, 통계학, 머신러닝 등의 방법을 적용하여 패턴과 상관성을 찾아냅니다. 상향식 접근법은 개별적 실험 데이터를 모아서 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 전체적인 수준을 분석 예측합니다.