영국 총리 관저의 진짜 ‘실세’인 고양이 래리가 공식 임명된 지 15주년을 맞았다. 지난 15일(현지시간) AP통신 등 외신은 영국 총리 관저의 ‘수렵보좌관’이라는 어엿한 직함을 가진 래리가 다우닝가 10번지에 등장한 지 15년이 됐다고 보도했다. 동물 보호소 출신인 래리가 영국 총리 관저에 처음 자리를 잡은 것은 지난 2011년 2월 15일. 당시 총리였던 데이비드 캐머런은 관저 내 쥐가 들끓자 이를 해결하기 위해 래리를 총리 관저 수렵보좌관이라는 정식 직함을 주고 쥐를 잡으라고 공식 임명했다. 그러나 래리의 활동은 애초의 기대와 달랐다. 과거 업무 평가에 따르면 래리는 임명 이후 쥐를 잡은 기록이 거의 없으며 생쥐와 놀고 있는 장면이 주요 성과였다. 특히 가장 큰 업무는 낮잠 자기와 사람들과 사진 찍는 것으로 바뀐 지 오래인데, 이 덕분에 사진기자들의 관심을 독차지하면서 인기가 치솟았다. 결국 래리는 무려 6명의 총리가 바뀌는 과정에서도 살아남아 영국 권력의 중심지인 다우닝가 10번지의 터줏대감이 됐다. 특히 래리는 임기 중 전 세계 각국 정상들을 만났는데, 특히 2019년 도널드 트럼프 미국 대통령이 방문했을 때는 전용 리무진인 ‘비스트’ 밑으로 들어가 비를 피하며 낮잠을 자는 모습이 포착되기도 했다. 이에 당시 워싱턴포스트는 ‘래리가 트럼프 리무진 아래에서 외교적 그늘을 드리웠다’는 제목의 기사를 보도하기도 했다. 프리랜서 사진기자인 저스틴 응은 “래리는 사진에 불쑥 끼어드는 데 정말 탁월하다”면서 “외국 정상이 방문해 만남이 시작되려는 바로 그 순간 나타나리라는 것을 다들 알고 있다”며 웃었다. AP통신은 “래리의 나이는 18~19세로 지금은 움직임이 둔해졌지만 여전히 지역을 순찰하며 다우닝가 10번지 문 바로 안쪽에 있는 라디에이터 위 창틀에서 잠을 잔다”고 전했다.

뇌 면역세포 ‘미세아교세포’ 열쇠활동 억제하면 기억력 유지 확인“기억상실, 공통된 메커니즘 시사” “오랫동안 나는 내가 태어났을 때의 광경을 보았다고 주장해 왔다…나는 분명히 보았다. 내가 갓 태어나 첫 목욕을 하던 새로 만든 나무 대야의 가장자리, 거기서 반짝이던 햇빛의 눈부심을.” 전후 일본 문학을 대표하는 탐미주의 작가 미시마 유키오의 자전적 소설 ‘가면의 고백’ 도입부다. 현대 과학의 측면에서 보자면 태어났을 때를 기억한다는 것은 불가능하다. 사람을 포함해 모든 포유류 아기들은 영유아기 시절 기억을 빠르게 잊어버리기 때문이다. ‘유아기 기억상실증’이라고 부르는 이 현상은 과학자들의 오랜 연구 대상이었다. 아일랜드 더블린 트리니티 칼리지(TCD) 생화학·면역학부, 신경과학 연구소, 독일 막스 플랑크 인간 발달 연구소 생애 심리학 연구센터, 호주 멜버른대 신경과학·정신보건 연구소, 캐나다 토론토 국립 고등과학 연구소(CIFAR) 아동 및 뇌 발달 연구 프로그램 공동 연구팀은 미세아교세포라는 뇌 면역세포가 유아기 기억상실증의 열쇠를 쥐고 있다고 28일 밝혔다. 이 연구 결과는 의학 분야 국제 학술지 ‘플로스 생물학’ 1월 21일 자에 실렸다. 미시마의 소설처럼 유아기를 기억한다고 주장하는 사람들은 거의 전부 부모나 친지들을 통해 들은 이야기를 자기 기억으로 착각하는 경우다. 연구팀은 유아기 기억상실증의 작동 원리를 규명하기 위해 갓 태어난 생쥐에서 뇌의 면역세포인 미세아교세포 활동을 억제하고, 공포 경험을 얼마나 잘 기억하는지 관찰했다. 또 기억 형성과 학습에 중요한 해마의 치아이랑과 편도체에서 미세아교세포의 변화를 조사했다. 그 결과 미세아교세포 활동이 억제되었을 때 어린 생쥐들이 공포 경험에 대한 기억을 깊게 형성한다는 사실을 확인했다. 또 발광 표지를 이용해 기억 형성과 연관된 신경세포인 기억 형성세포를 구분했다. 갓 태어난 어린 생쥐에서 미세아교세포를 억제하면 기억 형성세포가 활성화돼 기억 회상 능력도 향상될 수 있다는 것을 의미한다고 연구팀은 설명했다. 이전 연구들에서도 과학자들은 면역 체계가 활성화된 어미에게서 태어난 쥐는 유아기 기억상실증을 보이지 않는 것으로 나타났다. 어미의 면역 체계가 강해 새끼 스스로 면역 시스템을 작동시킬 필요가 없기 때문이다. 또 유아기 기억상실증이 없는 생쥐 자손들의 미세아교세포 활동을 억제하면 역시 유아기 기억상실증이 사라지는 것으로 알려졌다. 연구팀에 따르면 중추신경계의 상주 면역세포인 미세아교세포가 뇌의 ‘기억 관리자’ 역할을 한다. 연구를 이끈 토마스 라이언 아일랜드 TCD 교수는 “유아기 기억상실은 인류의 가장 보편적이고 공통적인 기억상실 형태이며, 너무나 당연하다고 생각돼 지금까지 기억 연구에서 간과됐다”며 “이번 연구 결과는 유아기 기억상실이 일상생활이나 질병에서 나타나는 다양한 기억상실과 공통된 메커니즘을 갖고 있을 것이라는 점을 시사한다”고 말했다.

화학에서 이성질체는 원자의 종류와 개수가 같아 똑같은 분자식을 갖지만, 결합 방식이나 3차원 공간에서 배열이 달라 서로 다른 물리적, 화학적 성질을 나타내는 화합물을 말한다. 결합 방식이 다른 구조 이성질체와 공간 배열이 다른 입체 이성질체로 나뉜다. 국내 과학자들이 구조 이성질체의 하나인 위치 이성질체를 이용한 알츠하이머 치료 가능성을 규명해 주목받고 있다. 카이스트 화학과, 전남대 화학과, 한국생명공학연구원 국가바이오인프라사업본부, 실험동물자원센터 공동 연구팀은 똑같은 분자라도 구조가 다를 경우 알츠하이머에 작용하는 방식이 달라질 수 있다는 사실을 분자 수준에서 규명했다고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 ‘미국 화학회지’ 1월 14일 자에 실렸다. 알츠하이머는 아밀로이드 베타, 타우 단백질, 금속 이온, 활성 산소종 등 여러 원인이 서로 영향을 미치며 질병을 악화시킨다. 금속 이온은 아밀로이드 베타와 결합해 독성을 키우고, 이 과정에서 활성 산소종 생성이 증가해 뇌신경 세포 손상은 심해진다. 그래서, 알츠하이머를 효과적으로 치료, 완화하기 위해서는 여러 원인을 동시에 다룰 수 있어야 한다. 그렇지만, 지금까지 연구되는 알츠하이머 치료법은 아밀로이드 베타, 타우 단백질, 활성 산소종 등 한 가지 원인에만 초점을 맞췄다. 이에 연구팀은 약물 후보 물질 분자의 구조 배치만 바꾼 위치 이성질체로 알츠하이머를 악화하는 여러 원인을 한 번에 조절할 수 있을 것이라는 아이디어에서 출발했다. 연구팀은 구조가 조금씩 다른 세 가지 위치 이성질체를 비교 분석한 결과, 미세한 구조 차이만으로도 활성 산소를 줄이는 능력, 아밀로이드 베타와 결합 방식, 금속과 상호 작용 특성이 크게 달라진다는 점을 밝혀냈다. 분자 배치를 바꾸는 것만으로 알츠하이머 주요 원인을 서로 다른 방식으로 동시에 조절할 수 있다는 것이다. 실제로 연구팀은 사람의 치매 유전자를 이식한 알츠하이머 생쥐 실험에서 특정 구조를 가진 화합물이 활성 산소종, 아밀로이드 베타, 금속-아밀로이드 베타 복합체를 한 번에 조절하는 것을 관찰했다. 이 화합물은 기억을 담당하는 뇌 해마 부위 신경 세포 손상을 줄이고, 아밀로이드 베타 플라크 축적을 줄이면서, 저하된 기억력과 인지 기능을 유의미하게 개선하는 것이 확인됐다. 연구를 주도한 임미희 카이스트 화학과 교수는 “이번 연구는 분자 구성 성분은 그대로 놔두고 구조 배치만 조절해 여러 알츠하이머 발병 원인에 작용할 수 있다는 사실을 보여줬다”며 “알츠하이머처럼 발병, 악화 요인이 복잡하게 얽힌 질병을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 치료 전략이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

새해가 되면서 “또 이렇게 나이가 드는구나”하는 생각하는 이들이 있다. 그런데, 한 살 더 먹을 때마다 체력이 예전 같지 않다는 느낌을 받기도 한다. 실제로 나이가 면역 반응에도 상당한 영향을 미친다는 연구가 나왔다. 미국 소크 생물학 연구소 분자·시스템 생리학 연구실, 하워드 휴스 의학 연구소, 통합 유전학·바이오인포메틱스 실험실, 시애틀 워싱턴대 의대 비교의학과 공동 연구팀은 나이에 따라 동물이 감염에 반응하는 방식을 바꾼다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 1월 15일 자에 실렸다. 면역 체계는 감염에 대한 신체의 첫 번째 방어선이다. 신체는 최소한의 손상으로 감염과 싸우기 위해 면역 반응을 조절하기도 한다. 그러나, 생애 초기에는 잠재적으로 유익한 염증 반응도 나이가 들수록 만성 염증, 자가 면역 질환, 조직 손상을 유발할 수 있다. 이를 ‘적대적 다중 반응’(antagonistic pleiotropy)이라고 부른다. 연구팀은 나이가 질병 내성에 미치는 영향을 이해하기 위해 젊은 생쥐와 나이 든 생쥐에게 인간 패혈증의 주요 원인균인 두 가지 세균으로 감염시키는 다중 미생물 패혈증 실험을 했다. 그 결과, 같은 감염량을 투여했음에도 생쥐들은 나이에 따라 서로 다른 질병 경로를 보였다. 젊은 쥐는 심장 비대, 다기관 울혈 증상이 많이 나타났지만, 나이 든 생쥐는 반대 현상을 나타내며 심장이 더 작아지는 증상이 나타났다. 분자 분석 결과, 젊은 생쥐에서 심장을 패혈증 유발 손상으로부터 보호하는 단백질인 ‘FoxO1’과 ‘MuRF1’이 나이 든 생쥐에게서는 오히려 결과를 악화시키는 것으로 나타났다. 연구팀이 해당 단백질들을 차단하자 노령 생쥐의 생존율은 향상됐지만 젊은 생쥐들에게는 건강을 악화시키는 요인으로 작용했다. 연구를 이끈 자넬 아이레스 소크 생물학 연구소 교수는 “이번 연구는 인체 면역 시스템이 나이별로 복잡하게 반응한다는 사실을 보여준다”며 “현재 패혈증 치료는 주로 면역 활성 억제를 목표로 하고 있는데, 이는 노년층 환자에게는 이점이 될 수 있지만 젊은 층에는 해로울 수도 있는 만큼 새로운 나이 맞춤형 치료법을 개발할 필요가 있다”고 말했다.

정신건강 질환 중 유병률이 가장 높다는 우울증. 주요 우울 장애를 비롯해 우울 관련 질환은 설문과 면담을 통해 진단한다. 문제는 우울감은 복합적이고 모호해서 진단이 쉽지 않다는 점이다. 이런 상황에서 국내 연구팀이 인공지능(AI)으로 일상 행동을 분석해 우울증을 객관적으로 진단하고 치료 효과를 평가하는 기술을 개발해 눈길을 끈다. 카이스트 생명과학과 허원도 석좌교수팀은 동물 모델을 이용해 일상적 행동 패턴을 분석할 수 있는 AI를 개발하고, 이를 통해 일상 행동 속에서 성별과 중증도에 따른 우울증 증상을 탐지할 수 있다고 13일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 연구팀은 우울증 환자의 팔다리 움직임, 자세, 표정 등 신체 운동 양상이 일반인과 다르다는 점에 주목했다. 이들은 감정과 정서가 행동으로 나타나는 ‘정신운동’ 현상을 파악하기 위해 생쥐를 이용해 자세와 움직임을 3차원으로 분석하고 우울 상태에 따른 미세한 행동 변화를 자동으로 포착할 수 있는 AI ‘클로저’(CLOSER, 행동 도표 표현을 위한 관찰자 없는 자발적 행동의 대조 학습 기반 분석 틀)를 개발했다. 클로저는 자기 지도 학습이라는 인공지능 알고리즘을 활용해 행동을 아주 작은 단위로 나눠 분석함으로써 사람이 인식하기 어려운 미세한 행동 변화까지 정확히 구분할 수 있다. 연구팀은 이번 기술을 활용해 사람의 우울증과 유사한 만성 예측 불가능 스트레스 생쥐 모델을 만들고, 행동만으로 일상의 우울 상태를 구별할 수 있는지 검증했다. 그 결과, 클로저는 성별과 증상의 심한 정도에 따라 달라지는 우울 상태를 정확히 구분했다. 또 스트레스는 운동 능력 자체가 아닌 행동의 빈도와 행동 패턴을 바꾸는 데 더 큰 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다. 특히 우울증 모델 생쥐에서 스트레스로 인한 행동 변화는 성별에 따라 뚜렷한 차이를 보였다. 수컷 생쥐는 주변을 탐색하거나 회전하는 행동이 감소했지만, 암컷 생쥐에게서는 이런 행동들이 오히려 증가했다. 이러한 일상 행동 변화는 스트레스 노출 기간이 길어질수록 더욱 두드러졌다. 연구팀은 항우울제가 우울증 행동에 미치는 영향을 분석한 결과, 스트레스로 인해 변했던 기본적 행동 단위나 행동의 흐름, 패턴이 부분적으로 회복되는 것이 관찰됐다고 밝혔다. 또 항우울제 종류별로 행동 회복 방식이 다르다는 점도 발견했다. 연구를 이끈 허원도 석좌교수는 “이번 연구 결과는 인공지능 기반 일상 행동 분석 플랫폼을 우울증 진단에 접목해 우울장애의 맞춤형 진단과 치료 평가를 가능하게 했다는 점에서 의미가 크다”며 “행동만 살펴봐도 어떤 항우울제가 필요한지 구분할 수 있는 행동 지문도 찾아낸 만큼, 앞으로 환자 맞춤형 치료 및 약물 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다”고 설명했다.

연말이 되면 사람들을 많이 만나고, 덩달아 기름진 음식을 많이 섭취한다. 고지방 음식은 풍부하고 만족스러운 맛을 제공해 식욕을 증가시킨다. 이는 과식을 유발하고 건강에 악영향을 미친다. 그런데 고지방 음식을 즐겨 먹으면 간암에 걸리기 쉽다는 연구 결과가 나왔다. 미국 매사추세츠 공과대학교(MIT), 하버드-MIT 브로드 연구소, 매사추세츠 종합병원, 브리검 여성병원 공동 연구팀은 고지방 식단이 간세포를 재구성해 암으로 변이될 가능성을 높인다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀’에 실렸다. 고지방 식단은 체내 염증과 간에 지방을 축적해 지방간을 만든다. 과음같이 장기적 대사 스트레스에 의해 발생하는 지방간은 간경변, 간부전, 결국 간암으로 이어지기 쉽다. 연구팀은 고지방 식단에 노출된 간세포 내에서 정확히 어떤 일이 발생하는지, 간이 이런 장기적 스트레스에 반응하면서 어떤 유전자가 활성화 또는 비활성화되는지 주목했다. 이를 위해 연구팀은 생쥐에게 고지방 식단을 섭취하게 한 다음 간 질환이 진행되는 주요 시점마다 간세포의 ‘단일 세포 RNA 시퀀싱’을 했다. 연구팀은 이를 통해 생쥐가 간에서 염증과 조직 상처가 발생하고, 결국 암으로 진행하는 과정에서 발생하는 유전자 발현 변화를 관찰했다. 그 결과, 정상 간세포가 지속해서 스트레스를 겪으면서 변하는 진행 과정의 초기 단계에서 스트레스 환경에 생존하는 데 도움이 되는 유전자들을 활성화하도록 유도하는 것으로 밝혀졌다. 여기에는 세포 사멸에 대한 저항성을 높이고 증식 가능성을 높이는 유전자들이 포함된다. 동시에 이 세포들은 대사 효소 및 분비 단백질과 같이 정상 간세포 기능에 필수적인 일부 유전자 발현을 억제한다. 연구팀은 고지방 식단을 섭취한 생쥐들에게 간암이 발생한 시점은 차이를 보였지만, 실험 종료 시점에는 대부분의 생쥐에게 간암이 생겼다고 밝혔다. 연구팀은 세포가 덜 성숙한 상태일 때 돌연변이가 발생하면 암으로 발생할 가능성이 크다는 사실을 확인했다. 연구팀은 간 질환을 앓는 사람도 생쥐 실험에서처럼 비슷한 현상이 나타나는지 확인하기 위해 간 질환의 다양한 단계에 있는 환자에게서 채취한 간 조직 표본 데이터를 분석했다. 그 결과, 연구팀은 생쥐에게 관찰된 것과 비슷한 패턴을 관찰했다. 연구팀은 이번 연구에서 밝혀진 역전 현상을 제어할 수 있다면 고위험군 환자에서 종양 발생을 예방하는 데 도움이 될 수 있는 약물을 만드는 데 도움이 될 것이라고 설명했다. 연구를 이끈 알렉스 살렉 MIT 교수는 “세포가 고지방 식단 같은 스트레스 요인에 반복적으로 노출되면 생존을 위해 특정 행동을 취하는데, 이는 종양 발생 위험을 높인다”라며 “세포가 고지방 식단에 반응해 발생하는 변화 도중 정상 식단으로 돌아가거나 GLP-1 작용제 같은 체중 감량 약물을 복용하면 원상 복구되는지 추가 연구할 계획”이라고 밝혔다.

임신 중 고지방 음식의 냄새를 자주 맡는 것만으로도 태어날 아이가 비만이나 대사 질환에 걸릴 위험이 커진다는 연구 결과가 나와 충격을 주고 있다. 지난 1일(현지시간) 독일 막스플랑크 대사연구소 연구진은 임신부가 맡는 음식 향이 태아의 대사 건강에 미치는 영향을 분석한 연구 결과를 국제 학술지 ‘네이처 메타볼리즘’을 통해 발표했다. 연구진은 임신한 생쥐에게 지방 함량은 낮은 건강식 사료를 먹이되, 베이컨 향 등 고지방 음식의 ‘향기’를 첨가해 노출시켰다. 그 결과 어미 쥐의 체중이나 신진대사에는 큰 변화가 없었지만, 태어난 새끼들은 고지방 식이를 할 경우 비만 및 인슐린 저항성이 뚜렷하게 증가했다. 연구진은 원인이 새끼 쥐들의 뇌 구조의 변화 때문이라고 추정했다. 새끼 쥐의 뇌를 분석한 결과 배고픔과 대사를 조절하는 뉴런과 보상·동기와 관련된 도파민 시스템이 고지방 음식에 과민 반응하도록 변화돼있었다. 논문의 공동 제1저자인 로라 카사누에바 레이몬 연구원은 “어미는 건강한 음식을 먹었지만, 기름진 냄새 때문에 새끼의 뇌가 마치 ‘비만 쥐’의 뇌처럼 변했다”고 설명했다. 연구진은 이러한 결과가 “태아기와 신생아 초기의 감각 경험이 평생의 대사 건강 궤적에 영향을 미칠 수 있다”는 점을 보여준다고 평가했다. 기존에는 임신 중 산모의 영양 섭취가 자녀 비만에 미치는 영향이 주로 논의돼 왔지만, 이번 연구는 향기라는 비(非)영양학적 요소도 잠재적 위험 요인이 될 수 있음을 시사한다. 연구를 주도한 소피 스테큘로럼 박사는 “지금까지는 임신부의 과도한 지방 섭취가 아이에게 미치는 악영향에만 주목했지만, 이번 결과는 냄새만으로도 태아의 대사 건강을 해칠 수 있음을 보여준다”며 “임신과 수유 기간 중 무분별한 향료 첨가물 섭취에 대해 주의가 필요하다”고 강조했다. 다만 연구진은 이번 실험이 생쥐를 대상으로 한 것이기에 이를 그대로 인간에게 적용하기에는 한계가 있다고 밝혔다. 향기의 강도, 노출 시기, 빈도나 지속 시간 등 조건이 다를 수 있기 때문이다. 따라서 향후에는 사람을 대상으로 한 후속 연구가 필요하다고 연구진은 전했다. 부모가 비만일 경우 자녀 비만 위험 최대 4배까지 증가앞선 여러 연구를 통해 부모가 비만일 경우 자녀도 비만일 확률이 크다는 사실은 여러 차례 확인된 바 있다. 영국 킹스 칼리지 런던 등 유럽 연구진이 수행한 대규모 쌍둥이·가족 기반 연구에 따르면 비만의 유전적 기여도는 약 40~70%로 추정된다. 이는 체중 조절, 식욕, 에너지 대사에 관련된 다수의 유전자 변이가 부모로부터 자녀에게 이어지기 때문이다. 미국 NIH(National Institutes of Health)는 부모 중 한 명이 비만일 경우 자녀의 비만 위험이 2~3배, 양쪽 부모 모두 비만일 경우 최대 4배까지 증가한다고 분석했다. 이러한 영향에 대해 가족 내 식습관, 신체활동 패턴, 음식 환경이 공유되는 데서 비롯되는 것으로 분석했다. 최근에는 부모의 영양 상태나 체중이 태아의 유전자 발현 방식에 영향을 미치는 후성유전학 연구도 주목받고 있다. 이는 부모의 대사 상태가 실제 유전정보 자체가 아니라 유전자 ‘스위치’를 조절함으로써 자녀의 대사 질환 취약성을 높일 수 있음을 시사한다.

엄마들이 임신 중에 즐겨 먹었던 음식이나 피했던 음식들에 대해서는 신기하게도 아이들도 비슷한 식습관을 보인다. 실제로 독일 막스 플랑크 대사 연구소, 쾰른대, 막스 플랑크 화학 생태학 연구소 진화 신경 동물학과, 막스 플랑크 노화 생물학 연구소, 국립 당뇨 연구센터(DZD), 코스타리카대 열대병 연구센터 공동 연구팀은 모체의 식습관 중 특정 감각 성분이 자녀의 대사 과정에 영향을 미칠 수 있다고 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 메타볼리즘’ 12월 2일 자에 게재됐다. 모체의 고지방 식습관은 자손의 비만 위험 증가와 연관돼 있다고 알려졌다. 일반적으로 임신 중 열량과 영양성분이 태아로 전달되면서 나타나는 현상으로 여겨졌다. 음식에는 양수와 모유를 통해 태아와 신생아에게 전달될 수 있는 휘발성 화합물들도 있다. 이런 감각 신호를 통해 자손의 음식 선호도를 형성하고 비만에도 영향을 미친다고 알려졌지만, 정확한 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 영양 성분과 무관하게 지방 관련 냄새의 영향을 살펴보기 위한 실험을 했다. 연구팀은 임신한 생쥐를 두 집단으로 나눠 한쪽에는 일반 사료를 다른 한쪽에는 일반 사료와 같은 영양가를 가지고 있지만 베이컨 냄새가 나는 사료를 먹였다. 그 결과, 연구팀은 두 식사 모두 어미의 체중과 태아의 체중 증가가 동일하게 나타났다. 그렇지만, 베이컨 향 음식을 먹은 어미를 둔 새끼들은 자라서 고지방 사료를 먹을 때 일반 사료를 먹은 어미의 새끼보다 체지방 축적과 인슐린 저항성이 더 빠르게 증가했고, 에너지 소비는 적은 것으로 나타났다. 이는 모체의 건강 상태나 모유 성분과는 무관한 것으로 확인됐다. 연구팀은 새끼들의 뇌 활동을 분석한 결과, 베이컨 향 사료를 먹은 어미의 새끼들 뇌 속 보상 회로와 배고픔 관련 신경세포(뉴런) 활동이 변한 것으로 나타났다. 이들은 비만 동물에서 흔히 관찰되는 뇌 활동과 유사한 것으로 나타났다. 즉, 태아 발달 단계에서 베이컨처럼 지방이 많은 음식과 연관된 냄새에 자주 노출되기만 해도 뇌가 음식에 반응하는 방식이 변하고 이후 비만 위험이 증가할 수 있다는 것이다. 연구를 이끈 소피 스테쿨로룸 막스 플랑크 대사 연구소 교수는 “이번 연구 결과는 생애 초기 감각 경험이 장기적 대사 건강에 영향을 미칠 수 있고, 흔히 만성질환으로 불리는 대사질환에 영향을 미치는 결정적 시기가 존재할 수 있음을 보여준다”며 “생쥐에게서 나타난 연관성이 인간에게도 적용될 수 있는지 추가 연구를 진행할 것”이라고 설명했다.

세균(박테리아)이나 곰팡이라고 하면 질병을 일으키는 해로운 생물이라고만 생각한다. 그런데, 세균이나 곰팡이로 고기를 대체할 수 있고, 건강 검진도 불편함 없이 받을 수 있다면 믿을 수 있을까. 네덜란드 바헤닝언대, 중국 장난대 공동 연구팀은 3세대 유전자 편집 기술인 ‘크리스퍼 유전자 가위’로 특정 곰팡이를 편집해 고기와 똑같은 맛과 식감을 가진 단백질 식품을 만드는 데 성공했다고 26일 밝혔다. 연구팀에 따르면 유전자 편집을 통해 곰팡이의 생산 효율성도 높이고, 단백질 식품 생산 과정에서 발생하는 환경 영향도 진짜 고기 생산과 비교해 최대 61% 줄일 수 있다. 이번 연구 결과는 세계적인 생명과학 저널들을 출간하는 ‘셀 프레스’에서 발행한 생명공학 분야 국제 학술지 ‘생명공학의 경향’(Trends in Biotechnology) 11월 20일 자에 실렸다. 최근 환경 문제와 식량 위기에 관한 우려가 커지면서 기존 축산업이 환경에 미치는 부담을 줄이면서 충분한 단백질을 공급할 수 있는 ‘대체육’ 개발 연구가 활발하다. 그중 곰팡이도 대체 단백질 소재로 주목받고 있다. ‘푸사리움 베네나툼’이라는 곰팡이는 닭고기와 비슷한 식감과 풍미를 갖고 있어 영국, 미국, 중국 등 여러 나라 식품 당국이 식품으로 사용할 수 있도록 승인했다. 문제는 푸사리움 베네나툼 곰팡이는 세포벽이 두꺼워 사람이 먹었을 때 영양분을 소화·흡수하기가 어렵고, 대량 생산이 쉽지 않다는 점이다. 이에 연구팀은 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 곰팡이 내부의 키틴 합성 효소와 피루브산 디카르복실화 효소와 관련된 유전자 두 개를 제거했다. 키틴 합성 효소 유전자 제거로 곰팡이 세포벽은 얇아져 세포내 단백질이 소화하기 쉬운 형태로 변했다. 또 피루브산 디카르복실화 효소 유전자를 없애자 곰팡이의 신진대사 조절이 쉬워지면서 단백질 생산에 필요한 영양분 투입은 줄이고 생산량은 늘릴 수 있었다. ‘FCPD’라는 이름이 붙여진 새로운 곰팡이 균주는 기존 균주와 같은 양의 단백질을 생산하는 데 당분 투입량을 44% 줄였고, 생산 속도는 88% 빨라졌다. 또, 연구팀은 FCPD 곰팡이 생산이 동물 단백질 생산에 필요한 자원 투입량과 환경 영향을 시뮬레이션했다. 조사 결과, FCPD 생산 전 과정에서 온실가스 배출량은 기존 육류 생산보다 최대 60% 줄일 수 있고, 담수 오염 위험도 78%를 줄이는 것으로 나타났다. 그런가 하면, 중국 상하이 화둥이공대, 저장 공과대 공동 연구팀은 장내 이상을 감지할 수 있는 박테리아를 개발하고, 이를 캡슐 형태로 담은 센서를 개발했다고 26일 밝혔다. 이번에 개발된 생물학적 센서는 위장은 물론 소장, 대장 등 장내 이상을 빠르게 감지할 수 있는 장점이 있다. 이 연구 결과는 미국 화학회에서 발행하는 국제 학술지 ‘ACS 센서스’ 11월 19일 자에 실렸다. 한국에서는 대장암 환자가 매년 증가하는 추세를 보인다. 특히 20~40대의 젊은 층에서도 환자가 늘어나고 있다. 대장암 역시 조기 발견이 중요한데, 이를 위해서는 내시경 검사가 필수적이다. 문제는 대장 내시경 검사 준비 과정이 번거롭고 검사 방법에 대해서도 거부감을 가진 이들이 적지 않다는 점이다. 연구팀은 대장암이나 대장염 감지 주요 표지자 중 하나로 적혈구 구성 성분인 ‘헴’에 주목했다. 연구팀은 헴을 감지하면 빛을 내는 박테리아와 자성 입자를 식품에 사용하는 증점제(점도 높이는 물질)인 ‘알긴산나트륨’ 덩어리 안에 캡슐화하는 기술을 개발했다. 이렇게 만들어진 생체 마이크로구슬 센서는 산도가 높은 위장에서도 분해되지 않고, 장까지 쉽게 이동하고 체외에서 자석을 이용해 쉽게 제거할 수 있다는 점을 확인했다. 실제로 대장암을 일으킨 생쥐에게 실험한 결과, 장내 출혈과 이상 신호를 분석하는 데 25분밖에 걸리지 않았고, 신체에도 이상이 없는 것으로 나타났다. 센서가 방출하는 빛의 강도에 따라 대장암이나 대장염 진행 정도를 파악할 수 있다는 장점도 있다. 연구팀은 유전자 편집으로 박테리아를 변형시킨다면 다른 장 질환 검진도 빠르고 손쉽게 할 수 있을 것으로 기대한다.

지난해 기준 65세 이상 고령 인구가 한국 전체 인구의 20% 이상에 이르며 초고령사회에 진입했다. 2050년이면 인구의 40%가 65세 이상일 것으로 예상된다. 고령 인구의 증가로 이상지질혈증, 당뇨, 고혈압 같은 대사증후군 같은 만성질환 유병률도 증가하고 있다. 이 때문에 대사증후군 예방과 치료를 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. 이런 가운데 미국 캘리포니아 시더스-시나이 의대와 부설 메디컬 센터 공동 연구팀은 대사 질환의 핵심 원인은 혈관 세포의 노화라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 메타볼리즘’ 11월 21일 자에 게재됐다. 대사증후군의 원인으로 꼽히는 비만은 세포 분열은 멈췄지만 죽지 않는 ‘노쇠 세포’(senescent cells)가 여러 장기와 조직에 축적되는 현상이다. 노쇠 세포는 노화에 따라 성장과 분열이 중지된 세포로 기원 세포 형태나 질병 등 다양한 요인으로 발생하는 만큼 형태도 다양하다. 일부 노쇠 세포는 상처 치유에 도움을 주기도 하지만, 대부분의 노쇠 세포는 인체에 유해하며, 노화 관련 질병 원인으로 알려져 있다. 연구팀은 앞선 연구에서 ‘세놀리틱스’라는 약물로 노쇠 세포를 제거하면 신체의 신진대사 기능이 향상되는 것을 확인했다. 연구팀은 이번 연구에서 혈관의 노쇠 세포에 주목했다. 연구팀은 비만을 일으킨 생쥐에게서 혈관 노쇠 세포를 선택적으로 제거하고 관찰한 결과, 쥐들의 염증과 체지방 감소, 혈당 수치 개선 등을 확인할 수 있었다. 반면 연구팀은 노쇠 혈관 세포를 마르고 건강한 생쥐에게 이식하자, 지방 조직에 염증이 생기고 대사 기능 장애를 겪는 것을 발견했다. 이에 대해 연구팀은 노쇠 혈관 세포가 고농도의 염증성 분자를 방출하기 때문으로 분석했다. 연구팀은 비만 생쥐와 노쇠 혈관 세포가 이식된 생쥐에게 자연 발생 세놀리틱 화합물인 ‘파세틴’을 투입하자, 쥐들의 노쇠 혈관 세포 수가 줄어들고 당뇨 증상이 개선되는 것을 발견했다. 연구팀은 인간 비만 환자의 조직 표본에 파세틴을 주입했을 때도 노쇠 혈관 세포가 급속히 감소하는 것을 확인했다. 연구를 이끈 마사요시 스다 시더스-시나이 의대 교수는 “사람에게서 노화 세포를 효과적으로 제거하거나 줄일 수 있다면 당뇨는 물론 광범위한 노화 관련 질환을 손쉽게 해결할 수 있을 것”이라며 “이번 연구 결과는 대사증후군과 관련 복합 질환에 대한 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다”고 설명했다.

공연을 좋아하고 발레를 사랑하는 이들은 마치 의식처럼, 또는 아이들을 위한 연말 선물로, 12월이면 ‘호두까기인형’을 찾는다. 올해도 어김없이 국립발레단과 유니버설발레단이 다른 매력의 ‘호두까기인형’을 들고 왔다. 발레리노 김용걸 전 한국예술종합학교 교수가 새롭게 안무한 ‘호두까기인형’이 가세했다. 표트르 일리치 차이콥스키가 작곡한 2막 발레 ‘호두까기인형’은 1892년 러시아 상트페테르부르크 마린스키 극장에서 초연했다. 독일의 대문호 에른스트 테어도어 빌헬름 호프만의 단편 ‘호두까기인형과 쥐의 왕’(1816)을 재해석한 알렉상드르 뒤마의 소설(1844)을 바탕으로 한다. 호두까기인형을 선물받은 마리(또는 클라라)가 왕자로 변한 인형과 환상적인 나라를 여행하는 이야기다. 안무는 차이콥스키와 ‘잠자는 숲속의 미녀’(1890)로 성공을 거뒀던 마리우스 프티파가 맡다가 레프 이바노프가 바통을 넘겨받아 완성했다. 이후 게오르게 발란친의 뉴욕시티발레단, 루돌프 누레예프의 로열발레단, 유리 그리고로비치의 볼쇼이발레단, 미하일 바리시니코프의 아메리칸발레시어터(ABT) 등 세계적인 안무가 버전들이 태어났지만 아름다운 장면은 그대로다. 1막은 이야기를 중심으로 크리스마스 판타지를 그려내고 2막은 테크닉으로 무장해 발레의 모든 것을 한자리에서 만날 수 있다. 러시아, 스페인, 아라비아, 중국, 프랑스 등 각국의 특징을 담은 2막 디베르티스망(무용 모음)은 흥미로운 볼거리다. ●국립발레단, 그리고로비치의 원전 국립발레단은 13~25일 서울 예술의전당 오페라극장에서 ‘호두까기인형’을 공연한다. 러시아의 전설적인 안무가 그리고로비치 버전으로 2000년 처음 선보인 뒤 꾸준히 이 버전을 유지하고 있다. 국립발레단만의 특징은 호두까기인형을 어린 무용수가 직접 연기한다는 점이다. 발레단 부설 발레아카데미 학생들이 오디션을 보고 연말 무대에 오른다. 인형처럼 움직이는 귀여운 무용수는 커튼콜에서 주역만큼 큰 박수를 받으며 이날의 스타로 떠오른다. 극의 화자 역할을 하는 드로셀마이어 역시 그리고로비치 버전의 특별함이다. 24명의 무용수가 하늘에서 떨어지는 눈꽃송이를 표현하며 춤추는 1막 피날레 ‘눈송이 왈츠’, 극의 대미를 장식하는 마리와 왕자의 결혼식 그랑 파드되(2인무)는 아름다운 음악과 어우러져 환상적인 장면을 만들어 낸다. 마리 역은 박슬기·조연재 등 수석무용수부터 김별·엄나윤·안수연 등 코드르발레(군무 담당 무용수)까지 폭넓게 캐스팅됐다. 엄나윤과 안수연은 이 작품으로 주역 데뷔를 한다. ●유니버설발레단, 마린스키 버전의 각색 유니버설발레단의 ‘호두까기인형’은 17~28일 서울 세종문화회관 대극장에 오른다. 마린스키발레단의 바실리 바이노넨 버전에 각색을 더해 이해하기 쉽게 만들었다. 유니버설발레단의 재미는 ‘생쥐군단’과 ‘양치기 소녀의 춤’이다. 1막에선 생쥐들이 익살스러운 애드리브로 관객들에게 재미를 준다. 2막 ‘양치기 소녀의 춤’에서는 어린 무용수들이 양 의상을 입고 등장해 귀엽고 사랑스러운 퍼포먼스로 무대를 채운다. 완성도 높은 군무로 인정받는 유니버설발레단의 강점은 1막 ‘눈송이 왈츠’와 2막 ‘로즈 왈츠’에서 빛을 발한다. 강미선·콘스탄틴 노보셀로프, 홍향기·이현준 등 베테랑 조합부터 이유림·이고르 콘타레프, 전여진·임선우 등 신예 커플까지 다양하게 꾸렸다. 장지윤은 이 작품으로 주역 데뷔를 한다. 서울 공연에 앞서 익산예술의전당(11월 22일), 천안예술의전당(11월 28~29일), 이천아트홀(12월 5~6일), 인천문화예술회관(12~13일)에서도 공연을 올린다. ●김용걸, 춤에 집중한 ‘해설 있는 발레’ 아트앤아티스트는 ‘호두까기 인형: 해설이 있는 명품 발레’를 5~13일 서울 이화여대 ECC삼성홀에서 공연한다. 파리오페라발레단에서 활약한 스타 발레리노 김용걸 전 교수가 안무와 연출을 맡아 작품의 흐름과 무대를 자연스럽게 이해하도록 구성했다. 김 전 교수는 “이야기의 맥락과 감정은 드로셀마이어가 전달하고, 작품의 핵심인 춤에 집중해 새롭게 꾸몄다”고 설명했다. 무대 장치 대신 발광다이오드(LED) 영상으로 만든 미디어아트를 적극 활용해 환상적인 겨울 왕국을 펼친다. 엠넷 ‘스테이지 파이터’에서 준우승한 발레리노 강경호가 5일 무대에서 2막 그랑 파드되를 선보인다. 유니버설발레단과 뉴질랜드발레단에서 솔리스트로 활약한 리앙 시후아이, 런던시티발레단 단원 김지민 등 특별출연진도 눈에 띈다.

이미 알고 있는 정보에서 논리적 결론을 도출하는 사고 과정을 ‘추론’이라고 한다. 추론이나 추리는 인간의 고유한 특징이라고 생각하기 쉽지만, 동물도 변화가 빠르고 예측이 어려운 상황에 놓이면 단순히 새로운 환경에 반응하는 것을 넘어, 사람처럼 추론을 통해 생존을 도모한다. 예를 들어 다람쥐는 특정 새소리가 포식자의 소리인지를 지금까지 관찰했던 것을 바탕으로 판단하고, 다음에 비슷한 상황에 놓였을 때 대응 방식을 결정한다. 문제는 동물의 뇌가 이런 추론을 어떤 과정을 거쳐 형성하는지 명확하지 않다는 점이다. 이에 미국 뉴욕대 신경과학센터 연구팀은 동물이 추론할 때 활성화되는 ‘추론 엔진’ 역할을 하는 뇌 부위를 발견했다고 20일 밝혔다. 연구팀이 발견한 부위는 안와전두피질(OFC)로, 동물들이 변하는 상황에 따라 주변 환경에 대한 이해를 할 수 있도록 정보를 축적하고 판단하게 한다. 이번 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 11월 18일 자에 실렸다. 연구팀은 생쥐에게 소리나 빛 신호를 조절하며 보상 존재와 양을 인식하도록 훈련한 다음, 특정 행동을 하면 물을 마실 수 있도록 급수구가 열리는 실험을 했다. 급수구에서 나오는 물의 양은 5~80㎕(마이크로리터)로 개별적으로 공급되는 양은 다양했지만, 물이 나오는 정도에 따라 낮음, 높음, 그리고 매번 달라지는 혼합 상태로 나뉘었다. 물이 나오는 양은 급수구마다 달랐지만, 일부 물의 양은 공통적이었다. 낮은 상태와 혼합 상태 모두 10㎕가 나왔고, 낮은 상태, 혼합 상태, 높은 상태 모두 20㎕의 물이 나왔다. 연구팀은 어떤 상황에서 어느 정도 물이 나오는지를 숨겨놓고, 동물들이 일련의 시도를 통해 추론할 수 있는지 확인할 수 있게 설계했다. 연구팀은 경제학의 ‘지불 의사’ 과제를 본떠서 만들었다. 사람들이 특정 물품을 얻는데 얼마를 지불할 의사가 있는지 묻는 것으로 이번 연구에서는 쥐들이 시간을 대가로 지불하도록 한 것이다. 쥐들이 추론 능력이 있다면 낮은 상태의 급수구에서 20㎕의 물이 나오는 것을 기다리는 시간보다 높은 상태 급수구에서 같은 양의 물이 나오는 것을 기다리는 시간이 더 짧을 것이라고 연구팀은 가정했다. 그 결과, 쥐들은 적은 양의 물이 필요할 때는 낮은 상태의 급수구를 이용했고, 더 많은 물을 빨리 마셔야 할 때는 높은 상태의 급수구를 이용하는 것이 관찰됐다. 혼합 상태의 급수구는 생쥐들이 한쪽 급수구에 몰린다든지 하는 특수한 상황이 아니면 거의 이용하지 않았다. 같은 양의 물이라도 기다릴 가치가 크거나 적다는 것을 파악한 것이다. 그렇지만, 훈련받지 않은 일반 생쥐는 이런 추론에 이르지 못했다. 그렇지만, 훈련받은 생쥐들도 안와전두피질을 제거하거나, 신호 전달을 차단할 경우 사용할 수 있는 보상을 판단하지 못하는 것이 관찰됐다. 연구팀은 생쥐들의 1만 개 이상의 뉴런 기록을 분석해 안와전두피질이 추론에 직접적으로 관여한다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구를 이끈 크리스틴 콘스탄티노플 교수(신경과학)는 “동물들도 단순히 주변 환경에 반응하는 것만으로는 생존이 쉽지 않다”며 “상황을 객관적으로 보고, 추론해야 하는 것은 신경계가 수행하는 가장 중요하고 복잡한 인지 과정 중 하나로 이번 연구를 통해 동물들도 이 기능을 수행하는 뇌 부위가 있다는 것을 확인했다”고 설명했다. 콘스탄티노플 교수는 “이번 연구 결과는 추론 능력이 저하되는 양극성 장애나 조현병 같은 신경정신 질환의 본질에 접근하는 데 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.

인슐린을 스스로 만들 수 없는 제1형 당뇨(선천성 당뇨) 환자들은 인슐린 공급을 위해 주사를 맞는다. 성인 당뇨라는 제2형 당뇨 환자 중에서도 경구용 약으로 조절이 안 되는 경우 주사 요법을 쓴다. 문제는 매일 주사를 맞는 것이 번거로울 뿐만 아니라 환자에게 상당한 스트레스 요인이라는 점이다. 이런 상황에서 주사 대신 파스처럼 붙이는 것으로도 당뇨를 효과적으로 관리할 수 있는 방법이 개발돼 눈길을 끈다. 중국 저장대 화학·생물공학과, 계량생물학연구소, 영국 임페리얼 칼리지 런던(ICL) 화학공학과 공동 연구팀은 인슐린을 피부를 통해 체내로 전달할 수 있는 화합물을 개발해 생쥐와 미니 돼지를 대상으로 한 실험에 성공했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 11월 20일 자에 게재됐다. 연구팀은 ‘폴리[2-(N-옥사이드-N, N-다이메틸아미노)에틸 메타크릴레이트]’, 일명 OP라는 화합물을 합성했다. OP는 피부의 산도(pH) 변화에 맞춰 피부 여러 층을 빠르게 통과할 수 있는 특징을 가진 고분자다. 연구팀은 OP와 인슐린을 결합해서 피부를 통해 전신 혈액 순환계로 인슐린이 운반되는 것을 돕고, 간이나 골격근과 같이 혈당을 조절하는 주요 조직에 인슐린이 축적되도록 했다. 연구팀은 당뇨를 일으킨 생쥐와 미니 돼지의 피부에 OP-인슐린을 바르자 1~2시간 이내에 혈당 수치가 정상 범위로 낮아지는 것을 관찰했다. 이는 인슐린 주사를 맞은 것과 비슷한 효과라고 연구팀은 설명했다. 또 조절된 혈당 수치는 최대 12시간 동안 정상 수치로 유지됐다. 이와 함께 피부세포, 혈액세포는 물론 간과 신장을 포함한 장기에서도 부작용은 관찰되지 않았다.

성인 기준으로 1.4㎏에 불과한 인간의 뇌는 수천억 개의 신경세포(뉴런)가 시냅스라는 특수한 연결 구조로 소통하고 정보를 처리하며 기억을 저장한다. 시냅스의 신호를 보내는 쪽(시냅스 전 말단)과 받는 쪽(시냅스 후 말단)이 나노미터(㎚) 수준에서 정교하게 정렬되어야 정확한 신호전달이 가능해진다. 고도로 정밀한 신호 전달 시스템을 유지할 수 있게 돕는 뇌 속의 ‘마에스트로’ 단백질이 처음 발견돼 주목받는다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단, 충남대 의대 공동 연구팀은 뇌 속 신경세포 간 정교한 신호전달과 기억 형성에 핵심적 역할을 하는 단백질 ‘카스킨2’(CASKIN2)의 기능을 처음으로 규명했다고 17일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 11월 12일 자에 실렸다. 연구팀은 시냅스 전 말단에 있는 ‘카스킨2 단백질’이 흥분성 시냅스의 기능과 강도를 조절하는 핵심 인자라는 것을 확인했다. 카스킨2와 구조가 유사한 카스킨1 단백질은 이런 기능을 수행하지 못하는 점도 밝혀냈다. 특히카스킨2 단백질이 신호를 보내는 신경세포에서만 작동하는 것이 아니라, 신호를 받는 세포의 기능까지 직접 조절하는 것을 확인했다. 카스킨2는 시냅스 사이의 공간을 가로질러 두 신경세포 간 소통 전체를 조율하는 ‘지휘자’(마에스트로) 역할을 한다. 연구팀은 카스킨2 단백질이 ‘PTPσ’라는 단백질과 상호작용을 통해 이 기능을 수행한다는 점도 확인했다. PTPσ가 카스킨2의 특정 부위를 탈인산화하면, 카스킨2가 시냅스 전 말단의 세포 골격 구조를 재배열해 신호를 안정적으로 보낼 수 있게 만든다. 그 결과, 신호를 받는 시냅스 후 말단의 신호 수용체(NMDA 수용체) 기능이 강화돼 신경세포 간 정보 전달이 원활해진다. 연구팀은 이런 단백질의 상호작용이 실제 학습과 기억 형성에도 직접 영향을 미친다는 점을 생쥐 모델 실험으로 확인했다. 기억에 관여하는 뇌 부위인 해마의 신경회로에서 카스킨2나 PTPσ의 기능을 제거한 생쥐는 새로운 장소를 기억하는 ‘공간 인지 기억’ 능력이 뚜렷하게 저하되는 것을 연구팀은 확인했다. 연구팀에 따르면 분자 수준의 단백질 기능이 고등 인지 기능인 학습과 기억의 토대가 된다는 사실을 명확히 보여주는 결과다. 연구를 이끈 고재원 DGIST 교수는 “이번 연구 결과는 시냅스 기능 이상으로 발생하는 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애 등 다양한 뇌 질환의 원인 규명과 새로운 치료 전략 개발에 중요한 과학적 단서를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.

미국 스탠퍼드대 의대 영상의학과, 신경과, 신경과학과, 신경외과, 정신과 및 행동과학과, 발달생물학과, 생물물리학과, 재료과학과 공동 연구팀은 뇌출혈로 발생한 신경 독성 잔해물을 저강도 초음파 치료로 효과적으로 제거할 수 있다고 12일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 11월 11일 자에 실렸다. 혈액세포나 각종 체내 노폐물이 뇌에 축적되면 염증을 유발하고 신경세포를 손상할 수 있다. 이런 신경 독성 잔해물의 축적은 뇌졸중, 뇌진탕, 치매 같은 질병과도 밀접하게 연관된다. 연구팀은 생쥐에게 뇌출혈과 뇌졸중을 유발한 뒤 저강도 초음파 시술을 했다. 그 결과 초음파 치료를 받은 쥐들은 치료받지 않은 쥐들보다 뇌 염증과 신경세포 손상이 눈에 띄게 줄었다. 특히 뇌내출혈을 일으킨 생쥐 중 초음파 치료를 받은 생쥐들은 생존율, 증상 완화, 행동 테스트 등에서 더 나은 결과를 보였다. 또 초음파 치료를 받은 생쥐들이 더 오래 살았고 뇌부종이 줄었으며 체중 회복도 좋았고 방향 전환 능력, 근력 테스트에서도 높은 점수를 보였다.

러닝 등 지구력 운동보다 근력 운동이 비만과 당뇨병을 막는 데 더 효과적일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 버지니아공과대 카릴리온의대 프랄린 생의학연구소 연구팀은 고지방식으로 비만과 당뇨병을 유도한 생쥐를 활용해 달리기와 근력 운동이 대사 건강에 미치는 영향을 직접 비교했다. 그 결과, 두 운동 모두 혈당을 낮추고 체지방을 줄였지만 근력 운동을 한 그룹에서 그 효과가 두드러졌다. 특히 복부 지방과 피하 지방이 더 많이 감소했고, 혈당을 세포로 전달하는 능력(인슐린 감수성)이 향상됐다. 인슐린 감수성이 높아지면 적은 인슐린으로도 혈당을 잘 조절할 수 있다. 흥미로운 점은 이러한 효과가 근육량의 증가나 운동 능력 향상과는 무관하다는 것이다. 연구팀은 아직 밝혀지지 않은 새로운 대사 경로가 근력 운동 중에 활성화되면서 혈당 조절 능력이 개선된 것으로 추정했다. 연구진은 “근력 운동은 혈류 개선, 염증 억제, 근육 세포의 포도당 이용 능력 향상 등을 통해 당 대사를 정상화하는 것으로 보인다”라고 분석했다. 이번 연구 결과는 다양한 이유로 지구력 운동이 쉽지 않은 비만인이나 중장년층에게 현실적인 대안을 제시해준다. 무릎 관절이 약해 달리기 같은 운동이 어렵더라도 가벼운 아령 들기, 팔굽혀펴기, 벽 스쿼트와 같은 간단한 근력 운동만으로도 충분한 대사 개선 효과를 기대할 수 있다. 연구팀은 “근력운동의 당뇨병 예방 효과는 달리기와 동등하거나 더 우수하다”고 설명했다. 연구를 이끈 젠 얀 교수는 “모든 운동이 도움이 되지만, 근력 운동은 특히 당뇨병 예방과 체지방 감소에 더 강력한 효과를 보였다”며 “운동량보다 중요한 것은 몸을 꾸준히 움직이는 습관을 만드는 것”이라고 강조했다. 해당 연구 결과는 지난달 30일 국제학술지 ‘스포츠 및 건강 과학 저널(Journal of Sport and Health Science)’에 게재됐다. 한편 세계보건기구(WHO)와 미국 질병통제예방센터(CDC)는 성인에게 주 150분 이상의 중강도 유산소 운동 또는 주 75분 이상의 고강도 유산소 운동을 하되 주 2회 이상 근력 운동을 병행할 것을 권장하고 있다.

핵심 역할하는 ‘가바 억제성 뉴런’ 뇌세포 데이터 활용 ‘계통도’ 구축청소년기까지의 뇌세포 발달 확인조현병 등 치료법 개발에 도움 기대 의학자, 뇌과학자, 생물학자 등으로 구성된 대형 연구 컨소시엄이 지금까지 나온 것 중 가장 상세한 포유류 뇌 ‘발달 지도’ 초안을 만드는 데 성공했다. 미국 앨런뇌과학연구소와 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 의대 신경외과를 중심으로 30여개 대학과 연구기관으로 구성된 ‘뇌 이니셔티브 세포 지도 네트워크’(BICAN)는 인간과 포유류의 발달 중인 뇌에 대한 지도 초안을 과학 저널 ‘네이처’ 11월 6일 자에 6편의 논문으로 공개했다. 이번에 공개된 지도 초안은 단일 세포 및 공간 기술을 결합해 발달 중인 뇌세포 유형이 어떻게 출현하고 다양화하며 조직화하는지를 추적할 수 있게 한다. 이번 연구 결과는 특정 신경 발달 및 정신 질환의 기원을 이해하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. 인간 뇌는 인체의 중추신경계를 관장하는 가장 복잡하고 중요한 기관이며 수천 가지 서로 다른 세포로 구성된다. 성인 뇌 무게는 1.4~1.6㎏으로 전체 몸무게의 2~3%에 불과하다. 뇌는 신체가 휴식 상태일 때도 전체 에너지 소비량의 20~25%를 사용하는 것으로 알려졌다. 전 세계 아동·청소년의 15%가 인지, 의사소통, 행동, 정신 기능에 심각한 문제를 일으키는 신경발달장애의 영향을 받는다. 실제로 최근 자폐 스펙트럼 장애와 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD) 진단도 늘어나고 있다. 인간은 다른 동물들과 비교해 뇌 발달 초기 단계가 유독 길다. 따라서 문제가 발생할 수 있는 이 단계를 이해하는 것은 뇌 장애에 대한 이해와 치료에 필수적이다. 뇌세포는 발달 초기 단계에 급속히 변하기 때문에 연구가 쉽지 않다. 그러나 최근 단일 세포 유전체학과 이미징 분야의 발전으로 인해 더 높은 해상도로 이런 역학을 포착할 수 있게 됐다. 우선 BICAN 연구팀은 생쥐의 뇌에서 ‘가바’(GABA) 억제성 신경세포(뉴런)로 불리는 특별한 뇌세포 집단에 초점을 맞췄다. GABA 억제성 뉴런은 뇌에서 브레이크 역할을 해 과도한 활동을 진정시키고 서로 다른 뇌 영역 간 원활한 소통을 돕는다. 사람의 경우는 이 뉴런들이 운동과 기억, 감정 조절에 이르기까지 모든 행동에 핵심 역할을 한다. 연구팀은 120만개 이상 뇌세포 데이터를 활용해 이 세포들이 어떻게 발달하고, 퍼져 나가며, 다른 하위 유형으로 분화하는지에 관한 ‘계통도’를 구축했다. 그 결과 GABA 억제성 뉴런들은 생성된 곳에서 계속 발달하는 것이 아니라 뇌 영역 전체를 가로질러 이동하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 학습, 의사결정, 감정을 담당하는 뇌 영역에서 일부 뉴런이 생성 이후 오랫동안 발달한다는 사실을 발견했다. 발달장애가 있는 아동을 포함해 사람의 뇌는 스스로 재구성되는 기간이 이전에 알려진 것보다 더 길다는 점도 밝혀졌다. 또 다른 연구에서 연구팀은 시각 정보를 처리하는 뇌 영역인 시각 피질에 주목하고, 생쥐 뇌 발달 초기부터 청년기까지 77만개 이상의 개별 세포를 추적해 시각 피질 내 모든 세포 유형의 발달 경로 지도를 만들었다. 그 결과 뇌세포는 기존에 생각했던 것처럼 출생 직후나 유아기에 발달이 완료되는 것이 아니라 청소년기까지 지속적으로 형성되며 발달한다는 사실을 확인했다. 연구팀은 출생 이후의 경험이 뇌 발달을 촉진한다고 설명했다. 뇌가 오랫동안 회로를 구축하고 정교화하기 때문에 출생 후에도 발달장애 치료가 가능할 수 있다는 것을 의미한다. 연구를 이끈 홍쿠이 젱 앨런연구소 뇌과학 총괄 책임자는 “이번 연구 결과는 다양한 뇌세포 유형이 시간에 따라 어떻게 출현하고 성숙하는지에 대한 상세한 청사진을 제공한다”며 “발달 과정에서 중요한 유전자가 언제, 어디서 활성화되는지 이해함으로써 그 과정의 장애가 자폐 스펙트럼이나 조현병으로 이어지게 되는 메커니즘을 밝혀 낼 수 있을 것”이라고 설명했다.

인체 유해 물질이 증가하면서 생기는 생화학적 불균형 상태인 ‘산화 스트레스’는 단백질, 지질, DNA 등 세포 주요 분자와 반응해 손상을 일으킨다. 대사성 질환, 심혈관 질환, 신경계 질환은 물론 노화 현상도 산화 스트레스의 결과다. 미국 스탠퍼드대 의대 비교의학과와 정신의학 및 행동과학과, 미시간 앤아버대 신경과학과, 하버드대 의대 공동 연구팀은 비정상적 반복 행동인 ‘정형행동’이 산화 스트레스 때문이라는 사실을 생쥐 실험으로 규명했다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 11월 6일 자에 실렸다. 정형행동은 반복적이고 비정상적이며 겉보기에는 뚜렷한 목적이나 기능이 없어 보이는 행동을 일컫는다. 이 행동은 환경적 요인이나 심리적 스트레스에 대한 반응으로 나타나는 경우가 많다. 틱 장애가 대표적이다. 실험 동물, 동물원 동물, 가축을 포함한 거의 모든 사육동물은 물론 신경발달장애가 있는 사람에게서 흔히 관찰된다. 그러나 정형행동이 어떻게 나타나게 되는지 원인은 여전히 불분명하다. 연구팀은 생쥐의 정형행동 심각도와 산화환원 불균형 사이에 연관이 있는지 확인하기 위해 산화환원 불균형의 표준 생체 지표인 항산화 글루타치온의 혈중 농도를 측정했다. 그 결과 연구팀은 산화환원 불균형 관련 단백질과 글루타치온 수치, 정형행동 심각도 간에 강한 연관성이 있음을 관찰했다. 재미있는 점은 어린 생쥐에게서는 글루타치온 수치가 정형행동 심각도와 양(+)의 상관관계를 보였지만, 나이 든 생쥐에게서는 상관관계가 관찰되지 않았다는 것이다. 연구팀이 최신 단백질체학(프로테오믹스) 접근법을 활용해 정형행동과 관련한 바이오마커를 조사한 결과, 모든 종의 생쥐가 관련 단백질을 갖고 있음이 확인됐다. 연구를 이끈 조지프 가너 스탠퍼드대 의대 교수(비교의학)는 “이번 연구 결과에서 발견된 많은 단백질은 신경 발달 및 정신 질환과도 연관돼 있어 반복 행동을 수반하는 신경 장애에 대한 새로운 진단법과 치료법을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

2026년은 미국과 중국의 우주전쟁이 불꽃을 튀기는 한 해가 될 예정이다. 미국 항공우주국(NASA)은 일찌감치 ‘아르테미스Ⅱ’ 프로젝트를 시작해 아폴로 17호 이후 54년 만인 내년 4월 우주인을 달에 보낼 예정이다. 나사는 유인 달 탐사 임무를 애초 지난 9월에 실시할 예정이었으나 안전 문제와 기술적 점검을 이유로 2026년 4월로 연기했다. 4명의 우주비행사가 탑승해 지구를 두 번 공전한 뒤 달 궤도에 접근할 예정이며 리드 와이즈먼, 빅터 글로버, 크리스티나 쿡, 캐나다 우주국의 제레미 한센이 달 탐사를 맡는다. 특히 아르테미스 2호에 탑승하는 쿡은 탐사 업무가 성공한다면 역사상 최초로 지구 궤도를 벗어난 여성 우주비행사가 된다. 그동안 왕야핑, 왕하오쩌 등 중국 여성 우주비행사들도 우주에 다녀왔지만, 모두 지구 표면에서 약 160~2000㎞ 사이의 저궤도에서 활동했다. 중국 유인우주국(CMSA)은 1일 중국판 카카오톡인 위챗 공식 계정을 통해 2026년 예정인 4개의 우주 비행 임무를 공개했다. 특히 선저우 22호 승무원 중 한 명의 우주인은 무려 1년 이상 장기간 우주 궤도에서 체류할 예정이다. 중국이 내년에 발사하는 4개의 주요 우주선은 천저우 10호, 선저우 22호와 선저우 23호 그리고 멍저우 1호다. 선저우 22호 승무원 중 한 명은 중국의 우주정거장 톈궁에 1년 이상 남아 우주 유영, 화물을 위한 에어록 작업, 우주 과학 실험 및 기술 테스트 등을 수행한다. 선저우 22호와 23호는 중국 북서부 간쑤성의 주취안 위성 발사 센터에서 발사된다. 선저우호에는 우주인이 각각 3명씩 탑승한다. 멍저우호는 선저우 유인 우주선을 전면적으로 개량한 차세대 유인 우주선이다. 귀환 캡슐과 서비스 캡슐로 구성된 모듈형 설계를 채택했으며, 지구와 우주 정거장 간 운송을 담당한다. 멍저우 1호 유인 우주선은 하이난성 남부에 위치한 원창 우주발사기지에서 장정-10A 운반 로켓에 실려 첫 비행을 한 뒤 톈궁 우주 정거장과 서로 연결될 예정이다. 중국은 우주인이 달에 착륙하는 미션을 2030년에 실행한다는 계획이다. 최초 중국의 우주인은 멍저우호를 타고 달에 착륙할 예정이며 현재 멍저우호는 열 시험 및 최대 동적 압력 탈출 시험 등을 앞두고 있다. 달에 발자국을 남기는 첫 중국 우주인의 역사를 쓰기 위해 지난 31일 발사된 선저우 21호의 승무원들은 중국 우주정거장에 체류하는 동안 생쥐를 활용한 궤도 내 과학 실험을 수행한다. 수컷 2마리와 암컷 2마리인 생쥐 4마리가 선저우 21호 우주선을 통해 우주정거장으로 운송되어 우주궤도 안에서 사육될 예정이다. 유인우주국 측은 “중국이 설치류 포유동물을 대상으로 우주에서 과학 실험을 수행하는 첫 사례”라면서 “미세중력과 밀폐된 공간 등 우주 환경이 생쥐의 행동에 미치는 영향을 관찰, 연구한다”고 설명했다.

나이가 들면 자연스레 늘어나는 흰머리가 단순히 노화의 징후가 아니라, 우리 몸이 암으로부터 자신을 지키려는 ‘방어 전략’일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 27일 마이니치신문 등에 따르면 도쿄대 의학과학연구소의 니시무라 에미 교수 연구팀은 흰머리가 나는 현상이 피부암의 일종인 ‘악성 흑색종’ 발생 위험을 낮추는 중요한 메커니즘이라는 사실을 밝혀냈다. 이 같은 연구 결과는 이달 6일 영국 과학 학술지 ‘네이처 셀 바이올로지’(Nature Cell Biology)에 게재됐다. 이 연구는 흑색종 발생 메커니즘을 이해하는 데 중요한 성과로 평가된다. 연구팀은 모낭 속에서 멜라닌 색소를 만들어내는 ‘멜라닌 줄기세포’(McSC)가 다양한 유형의 DNA 손상에 어떻게 반응하는지 생쥐 실험을 진행했다. 그 결과 이 줄기세포들이 스트레스에 매우 다른 방식으로 반응한다는 사실을 발견했다. 주변 환경에 따라 이 세포들은 죽어버려 머리가 희어질 수도 있고, 반대로 살아남아 증식하면서 흑색종을 유발할 수도 있다는 것이다. 먼저 연구팀이 자외선 노출을 모방하는 화학 물질 등 DNA를 손상시키는 스트레스에 이 세포들을 노출시키자, 일부 세포는 스스로를 ‘암 위험 세포’라고 인식하고 자가 재생 과정을 멈췄다. 이로 인해 머리카락은 원래의 색을 잃고 흰머리가 나왔다. 이는 우리 몸이 흰머리를 대가로 잠재적인 암 위험 세포를 성공적으로 청소해 흑색종 위험을 낮춘 방어 전략을 선택했음을 보여준다. 반면 연구진이 세포의 생존을 촉진하도록 주변 조직 환경을 바꾸자, 손상된 줄기세포들이 기능을 멈추는 대신 다시 분열을 시작했다. 흰머리는 나지 않았지만, 제거되지 않고 남아있던 손상된 세포들이 결국 흑색종으로 변이하면서 암 발생 위험이 급격히 높아진 것으로 나타났다. 추가 실험을 통해 같은 종류의 세포라도 주변 조직이 보내는 신호에 따라 해롭지 않게 사라질 수도 있고, 흑색종의 씨앗이 될 수 있다는 사실도 밝혀냈다. 연구팀은 “흰머리가 암을 직접적으로 예방한다는 의미는 아니다”라면서도 “자연적인 보호 기전으로, 색소 생산 기능을 잃는 메커니즘이 작동하지 않으면 암 발병 위험이 커질 수 있다”고 설명했다. 니시무라 교수는 “흰머리는 아무 이유 없이 생기는 것이 아니라, 손상된 세포가 선택적으로 사라지는 현상”이라며 “세포가 올바르게 노화하고 제거되는 것이 중요하며, 안전성이나 과학적 근거가 확립되지 않은 시술이나 외용제는 위험할 수 있으므로 주의해 달라”고 말했다.