생쥐, 햄스터 같은 설치류는 유난히 앞니가 크고 계속 자란다. 딱딱한 표면에 이빨을 규칙적으로 갈아내지 못하면 이빨이 커져 제자리를 벗어나고 먹이 섭취에 지장을 주며, 심할 경우 사망에 이르게 할 수도 있다. 생물학자들은 설치류들의 갉아먹는 행동이 눈 깜빡임처럼 자동적 반사작용의 형태일 수 있다고 여겨왔다. 미국 미시간대 분자·세포·발달 생물학과, 치과대 생체재료학과, 생명과학 연구소, 분자·통합 생리학과, 기계공학과 공동 연구팀은 생쥐 같은 설치류가 계속 갉아먹는 이유가 단순히 이빨을 최상의 상태로 유지하기 위한 것이 아니라 쾌감을 느끼기 위해서일 수 있다고 18일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 3월 11일 자에 실렸다. 연구팀은 실험용 생쥐 중 일부가 다른 생쥐들과 똑같은 먹이를 먹었음에도 유독 앞니가 긴 것을 발견하고 궁금증을 품었다. 이들은 신경계의 문제 때문에 갉아먹는 행동을 하지 않게 됐을 것이라고 보고 신경계 특정 부위가 독소에 취약하게 유전적으로 변형한 생쥐로 실험했다. 이어 특정 신경세포만 정확하게 파괴되는 독소로 신경세포를 하나씩 차단하면서 그 영향을 관찰했다. 그 결과, 생쥐 치아에 있는 촉각에 민감한 신경세포(뉴런)가 두 종류의 신경 회로와 연결돼 있다는 것을 발견했다. 하나는 턱을 정렬하고 닫는 데 관여하고, 다른 하나는 도파민을 분비하는 뇌의 일부와 연결돼 있다. 도파민은 잘 알려져 있다시피 쾌감을 주는 화학물질로, 특정 행동에 즐거움을 부여하고 동기를 조절하는 역할을 한다. 연구팀에 따르면 생쥐가 뭔가 갉아먹을 때 느껴지는 감각은 이빨에서 뇌로 전달돼 뇌의 도파민 중추를 자극한다. 이 회로를 차단하면 생쥐는 갉아먹는 행동을 멈추면서 이빨이 길어지는 것이 확인됐다. 이를 통해 설치류의 갉아먹는 행동은 쾌감이라는 긍정적 보상을 만들어 반복하게 한다는 설명이다. 사람은 불안, 우울증, 자폐 스펙트럼 장애 등 도파민 회로와 연관된 신경정신질환이 있는 사람들이 일반인보다 이갈이 같은 반복적 구강 행동을 자주 보이고, 턱 장애, 치아 부정교합 등이 더 많은 것으로 알려졌다. 연구를 이끈 보 듀안 미시간대 교수는 “인간의 구강 행동이나 생쥐의 갉아먹기 행동은 치아와 뇌를 연결하는 도파민 기반 회로의 교란으로 인해 발생하는 것으로 보이는 만큼 동물의 반복적 구강 행동 동기를 파악하기 위한 추가 연구를 할 것”이라고 밝혔다.

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.

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.

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.

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.

전기밥솥 내솥에 직접 쌀을 씻으면 치매 위험이 높아진다는 경고가 나왔다. 지난 8일 유튜브 채널 ‘의사친’에 출연한 강상욱 상명대 화학에너지공학과 교수는 “알루미늄 소재로 제작된 내솥은 코팅이 벗겨질 경우 밥을 지을 때 미세한 알루미늄 조각이 용출돼 밥과 함께 섭취하게 된다”라고 말했다. 강 교수는 “알루미늄은 섭취하더라도 대부분 신장을 통해 배출돼 문제가 없지만, 신장 기능이 떨어지면 체내에 돌다가 서서히 축적된다”며 “특히 뇌에 축적될 경우 치매와도 관련이 있다는 연구 결과가 있다”고 설명했다. 그는 “식약처에서도 알루미늄 식기를 통해 알루미늄에 노출되지 않도록 산도가 높은 음식은 보관하지 말 것을 권고하고 있다”고 덧붙였다. 실제 여러 연구에서 알루미늄 과다 노출이 뇌 건강에 악영향을 미칠 수 있다는 근거가 제시됐다. 영국 킬대학교 연구팀은 알루미늄에 자주 노출되는 근무 환경에서 일한 사람들의 경우 알츠하이머성 치매 발병률이 상대적으로 높다고 밝혔다. 또 독일연방위해평가원(BfR)은 동물실험 결과 알루미늄이 생쥐의 두뇌 발달에 악영향을 미쳤다고 발표했다. 최근에는 전기밥솥 내솥으로 알루미늄 대신 스테인리스 소재를 코팅 처리해 쓰는 경우가 많다. 다만 강 교수는 “스테인리스 제품이라고 안심할 수 있는 것은 아니다”라며 “코팅이 벗겨지면 스테인리스가 노출되는데 이 상태에서 요리하면 니켈, 크롬이 나올 수 있다”고 설명했다. 그러면서 “내솥에서 쌀을 씻는 행위는 코팅이 빨리 벗겨지게 하는 지름길”이라고 강조했다. 강 교수는 “스테인리스 제품의 경우 붉은색을 띠면 부식된 것”이라며 “스테인리스 제품은 세척 후 완전히 건조해서 사용하고 붉은색이 보이면 미련 없이 교체하는 것을 추천한다”고 말했다. 전기밥솥 내솥은 일반적으로 3~4년마다 교체하는 것이 적절하다. 내솥 코팅이 손상되지 않도록 하려면 쌀은 별도의 그릇에서 씻은 뒤 옮겨 담고, 금속 주걱이나 철 수세미 사용은 피하는 것이 좋다. 또 세척 후에는 완전히 건조해야 부식을 예방할 수 있다.

“당신 노벨상 받았대!” 지난 6일(현지시간) 2025년 노벨 생리의학상 공동수상자로 선정된 미국의 면역학자 프레드 램즈델(64)은 한동안 ‘연락 두절’ 상태였다. 노벨위원회와 그의 지인들이 애타게 연락을 시도하는 동안, 램즈델은 휴대전화를 비행기 모드로 둔 채 로키산맥 일대에서 ‘최고의 삶’을 즐기고 있었다. 자초지종은 이랬다. 노벨위원회가 노벨 생리의학상을 발표한 이날 오전, 램즈델은 아내 로라 오닐, 반려견 두 마리와 함께 로키산맥 일대에서 캠핑과 하이킹을 하고 있었다. 램즈델은 이날 오후 옐로스톤 국립공원 근처에 있는 미국 몬태나주의 한 캠핑장에 들렀다. 이때 통화 가능 지역으로 들어오면서 아내의 휴대전화에는 축하 메시지가 쏟아졌다. 문자를 본 아내는 충격과 기쁨에 비명을 질렀다. “당신, 노벨상 받았어!” 아내가 소리치자 깜짝 놀란 램즈델은 “아닌데, 안 받았는데”라고 대꾸했다. 램즈델은 언론을 통해 “아내가 소리를 질러서 근처에 곰이라도 나타난 줄 알았다”라고 당시를 회상했다. 아내가 “당신이 (노벨상) 받았다는 문자메시지가 200개 와 있다”고 하자 램즈델은 그제야 자신이 노벨상을 받았다는 사실을 깨달았다. 휴가중 ‘디지털 디톡스’…20시간만에 연결램즈델은 휴가기간에는 전화기를 꺼놓거나 비행기 모드로 해놓고 ‘디지털 디톡스’를 즐긴다. 때문에 수상을 전혀 예상하지 못했던 것이다. 그는 새벽 2시부터 노벨위원회 측에서 수상 소식을 알리려는 전화가 여러 차례 걸려 왔다는 것도 뒤늦게 알아차렸다. 앞서 그의 소속 기관인 샌프란시스코 소재 소노마 바이오테라퓨틱스의 공보담당자는 램즈델에게 아직 노벨상 소식을 전하지 못했다며 “그가 전기, 통신이 연결되지 않은 곳으로 하이킹을 떠나 최고의 삶을 즐기고 있다”고 기자들에게 설명해둔 상태였다. 램즈델은 남겨져 있던 전화번호로 연락을 시도했으나, 미국 시간으로는 낮이었던 당시 노벨위원회가 있는 스웨덴의 시간은 밤 11시여서 토마스 페를만 노벨 위원회 사무총장은 이미 잠자리에 든 상태였다. 결국 이들의 통화는 페를만 사무총장이 처음으로 연락을 시도한 지 20시간이 지난 후에야 연결됐다. 페를만 사무총장은 자신이 2016년 이 자리를 맡은 후 이번이 수상자에게 연락하는 데에 가장 어려움을 크게 겪었던 사례라고 전하기도 했다. 램즈델은 “노벨상을 받을 거라고는 전혀 예상하지 못했다. 생각해본 적도 없다”라며 “상을 받게 되어 감사하고 영광스럽다. 제 업적이 인정받아서 정말 기쁘고, 동료들과도 이 상을 공유할 수 있기를 기대하고 있다”고 소감을 밝혔다. 美·日 과학자 공동수상…‘말초 면역관용’ 연구 올해 노벨 생리의학상은 램즈델을 포함해 메리 E. 브렁코(64·미국), 사카구치 시몬(74·일본) 등 세 과학자가 공동 수상했다. 이들은 릴레이식으로 업적을 쌓아 인간 면역체계의 경비병 역할을 하는 ‘조절 T세포’의 비밀을 밝혀냈다. 1995년 사카구치는 정상 생쥐의 면역세포 중 일부가 다른 면역세포의 활동을 억제한다는 사실을 발견하고, 이를 ‘조절 T세포’라고 이름 붙였다. 이후 2001년 브렁코와 램즈델은 쥐 실험에서 특정 유전자(FOXP3)에 돌연변이가 있는 경우 조절 T세포가 정상적으로 만들어지지 않고 자가면역질환에 취약해진다는 사실을 발견했다. FOXP3 유전자가 자가면역질환 발병을 결정하는 스위치 역할을 한다는 걸 알아낸 것이다. 이 연구를 토대로 암과 자가면역질환의 치료법 개발이 촉진되고 있다. 장기이식 성공률을 높이는 데에도 이 연구가 활용될 수 있다. 한편 노벨위원회는 램즈델과 함께 상을 받은 브렁코와도 전화 연결을 시도했으나 한때 통화가 되지 않아 음성 메시지를 남겼다. 이후 브렁코는 스웨덴에서 온 번호가 전화기에 찍힌 것을 보고 스팸 전화라고 생각해 무시했다고 언론에 밝혔다.

2025년 노벨 생리·의학상은 말초 면역 관용 현상을 연구한 미국과 일본 과학자 3명에게 돌아갔다. 스웨덴 카롤린스카연구소 노벨위원회는 6일(현지시간) 올해 노벨 생리·의학상 수상자로 메리 브런코(64) 미국 시스템 생물학 연구소 박사와 프레더릭 램스델(65) 소노마 바이오테라퓨틱스 박사, 시몬 사카구치(74) 일본 오사카대 교수가 선정됐다고 밝혔다. 노벨위원회는 “수상자 3인은 면역 체계가 자기 자신을 공격하지 않도록 조절되는 원리인 ‘말초 면역 관용’(peripheral immune tolerance)을 발견한 공로가 인정됐다”고 밝혔다. 한편, 사카구치 교수의 수상으로 일본 출신 노벨과학상 수상자는 모두 28명이 됐다. 면역 관용은 면역 반응을 끌어낼 수 있는 능력이 있는 물질이나 조직에 대한 면역계의 무반응 상태를 말한다. 특정 항원에 대해 사전에 노출됐을 때 유도되는 면역 관용은 외부에서 항원이 들어왔을 때 면역으로 제거되는 면역 반응과는 다르다. 면역 관용은 가슴샘과 골수인지, 다른 조직과 림프조직인지에 따라 중추 면역 관용, 말초 면역 관용으로 분류된다. 면역 관용 발생 메커니즘은 다르지만, 결과적으로 나타나는 효과는 유사하다. 우리 몸의 강력한 면역 체계는 잘 조절되지 않으면, 신체의 장기를 공격할 수 있다. 면역 관용은 바로 이런 문제를 해결해 정상적인 상태를 유지하게 해준다. 중추 관용은 자기와 비자기를 구별하고, 말초 관용은 다양한 환경 물질에 대한 면역계의 과민 반응을 예방한다. 특히 이번 수상자들이 발견한 말초 관용은 일상을 살아가는 데 매우 중요하다. 체내에 침투하려는 수많은 미생물이 모습은 모두 다르지만, 인간 세포와 유사하게 진화한 것들도 많다. 그래서 인체 면역 체계가 무엇을 공격하고 무엇을 보호해야 할지 판단하는 것은 중요하다. 이번 수상자들은 말초 면역 관용에 있어서 면역 체계의 경비원이라고 할 수 있는 ‘조절 T 세포’를 발견했다. 이전까지는 해로운 면역 세포들이 ‘가슴샘’(흉선·thymus)에 의해 제거되는 중추 면역 관용을 주로 생각했지만, 1995년 사카구치 교수는 면역 체계가 이보다 훨씬 복잡하다는 점을 규명했다. 그는 이전에 알려지지 않았던 새로운 종류의 면역 세포를 발견하고, 이것이 인체를 자가면역 질환으로부터 보호하는 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 2001년 메리 브런코 박사와 프레드릭 램스델 박사는 동물 실험을 통해 ‘Foxp3’라는 유전자에 돌연변이가 생긴 생쥐들이 자가면역 질환에 취약하다는 사실을 발견했다. 사람에게도 같은 유전자에 돌연변이가 생기면 ‘IPEX’라는 자가면역 질환이 발생한다는 것을 밝혀냈다. IPEX는 X-연관 열성 유전질환으로 주로 남자아이에게서 발생하는데 설사, 제1형 당뇨, 갑상선 질환, 아토피성 피부염 등 다양한 내분비, 소화기, 피부 질환이 발생한다. 이후 2003년 사카구치 박사는 Foxp3 유전자가 자신이 1995년 발견한 면역 세포 발달 조절에 핵심 역할을 한다는 점을 밝혀냈고, 조절 T세포라는 이름을 붙였다. 이 조절 T세포는 다른 면역 세포들을 감시하고 우리 면역 체계가 자기 조직을 해치지 않고 ‘관용’하도록 지켜주는 역할을 한다는 점을 규명했다. 램스델 박사와 사카구치 교수는 알렉산더 루덴스키 미국 메모리얼 슬론 케터링 암센터 박사와 함께 2017년에 ‘관절염 및 기타 자가면역 질환에서 해로운 면역 반응에 대응하는 조절 T 세포와 관련된 발견’ 공로로 ‘크라포르드 상’(The Crafoord Prize)을 수상하기도 했다. 크라포르드 상은 인공신장의 발명가로 유명한 스웨덴 홀게르 크라포르드가 1980년 개인재산을 털어 기부금으로 운영되는 상으로 ‘노벨상 외전’으로 불리기도 한다. 실제로 노벨과학상을 주관하는 스웨덴 왕립 과학원에서 주관하며 노벨과학상의 수상 영역 바깥에 놓여있는 수학, 지구과학, 생태학, 진화학, 천문학 등 기초 과학 분야들에 중요한 연구 업적을 남긴 사람들에게 수여하고 있다. 노벨 위원회는 “이들이 발견한 말초 면역 관용 현상은 우리 인체의 면역 체계가 어떻게 기능하는지, 그리고 많은 사람이 심각한 자가면역 질환에 걸리지 않는 이유를 이해하는 데 결정적 역할을 했다”며 “이 연구 결과는 암과 자가면역 질환을 치료하기 위한 의학 기술 개발은 물론 장기 이식의 성공률을 높이는 데도 이바지할 것으로 기대되며 실제로 다양한 치료의 임상 시험 단계에 있다”고 설명했다. 이번 노벨 생리의학상 수상자들은 1100만 스웨덴크로나(16억 5440만 원)를 3분의1 씩 나눠 갖게 된다. 노벨재단은 7일 물리학상, 9일 화학상 수상자를 발표할 예정이다.

흔히 눈 건강에 좋은 것으로 알려져 눈 건강 영양제 성분으로 널리 쓰이는 제아잔틴이 면역 체계를 강화해 암세포 증식을 막는 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 시카고 대학교 연구진은 셀 리포트 메디신에 지난달 게재한 논문에서 제아잔틴이 생쥐 실험에서 이른바 ‘킬러 T세포’로 알려진 CD8+ T세포의 종양 세포 공격 및 파괴 능력을 강화한다고 밝혔다. CD8+ T세포란? 우리 몸의 면역 시스템에서 암세포를 직접 찾아내고 파괴하는 ‘킬러 T세포’ 역할을 하는 중요한 면역 세포다. 제아잔틴이란? 제아잔틴은 식물성 영양소이자 카로티노이드계 색소의 일종으로, 옥수수나 케일, 시금치 같은 녹색 잎채소와 달걀 노른자 등에서 흔히 발견된다. 기존에 알려진 제아잔틴의 효능은? 제아잔틴은 주로 눈 건강을 보호하는 역할을 하는 것으로 알려져 있었다. 특히 망막에서 청색광을 걸러내고 항산화 기능을 하는 것으로 알려졌다. 실험으로 밝혀진 것은? 흑색종(피부암) 종양이 있는 생쥐에게 제아잔틴을 매일 경구 투여했을 때 투여하지 않은 생쥐에 비해 종양 성장이 둔화됐다. 결장암에도 비슷한 효과가 나타났다. 제아잔틴의 T세포 강화 작용 과정은? CD8+ T세포가 암세포를 더 잘 공격하도록 훈련시킨 결과였다. 제아잔틴은 CD8+ T세포 표면의 T세포 수용체(TCR) 자극을 촉진했다. TCR은 T세포 표면에서 ‘안테나’ 또는 ‘스위치’ 역할을 하는데, T세포가 암세포를 인식하면 TCR 복합체가 형성되고, 이것이 T세포에게 암세포를 공격하라는 신호를 보내 T세포는 면역물질(사이토카인)을 생성한다. 제아잔틴은 TCR 복합체와 상호작용해 T세포가 암세포를 인식했을 때 ‘공격 신호’를 빠르고 강력하게 보내도록 도왔다. 이번 연구의 의미: 항암 치료와의 시너지 효과 제아잔틴의 이러한 작용을 발견한 것이 의미 있는 이유는 현재 가장 각광받는 면역항암 치료의 효과를 극대화할 잠재력을 지니고 있기 때문이다. 한편 제아잔틴과 함께 대표적인 눈 건강 영양제로 꼽히는 루테인의 경우엔 이러한 작용이 나타나지 않았다. 따라서 제아잔틴의 암세포 관련 효능은 카로티노이드의 일반적인 항산화 성질보다는 제아잔틴 고유의 분자 구조에 기인하는 것으로 연구진은 추측했다. 연구진이 구조적으로 유사한 여러 화합물을 시험한 결과 제아잔틴 외에 해조류에서 추출한 또다른 카로티노이드인 푸코잔틴만이 T세포 활성을 유의미하게 증가시키는 것으로 나타났다. 연구의 한계점 다만 아직 사람을 대상으로 한 실험이 아니기 때문에 임상 적용은 더 많은 연구와 시험이 필요하다. 또 이번 생쥐 실험에서 투여된 제아잔틴의 양은 사람의 보통 복용량(2~10㎎)보다 훨씬 높은 체중 1㎏당 500㎎이었다. 따라서 일반적인 식단 섭취량이나 영양제 복용량이 사람에게 비슷한 효과를 나타낼지는 미지수다.

‘세포 공장’으로 알려진 세포 소기관인 미토콘드리아가 오염된 DNA를 배출하면서 노화가 촉진된다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 독일 막스 플랑크 노화 생물학 연구소, 프라이부르크대 의대 외과 병리학 연구소, 쾰른대, 스웨덴 예테보리대 생물의학 연구소, 카롤린스카 연구소 의생명화학, 생물물리학과, 영국 케임브리지대 미토콘드리아 생물학 연구실 공동 연구팀은 생쥐 실험을 통해 미토콘드리아가 유해 성분으로 오염된 DNA를 배출함으로써 염증과 노화를 촉진할 수 있다고 3일 밝혔다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 9월 25일 자에 실렸다. 학창 시절 생물 시간에 배운 것처럼 미토콘드리아는 자체적으로 유전체를 가진 에너지 생성 소기관이다. 미토콘드리아 DNA(mtDNA)가 손상되거나 파괴되면 이를 세포질로 배출한다. 미토콘드리아가 외부 스트레스를 받거나 특정 약물에 의해 핵산 불균형이 발생하면 mtDNA 오염물질을 배출하거나 염증 반응을 유발하는 것으로 알려졌다. 연구팀은 나이가 들면 MGME1이라는 효소가 결핍돼 신장에 염증이 발생하도록 유전자 변형을 한 생쥐로 실험했다. 그 결과, 신장염에 걸린 늙은 생쥐의 세포에서 mtDNA 가닥에 DNA를 손상할 수 있는 특정 유형의 핵산이 과도하게 포함된 것을 발견했다. 이런 과잉은 미토콘드리아가 비정상적인 유전자 조각을 세포질로 배출하도록 하고, 세포질에서 자유롭게 떠다니면서 노화와 관련된 핵심 염증 경로를 활성화한다는 사실을 확인했다. 이를 통해 MGME1이 결핍된 상황에서 방출된 mtDNA 조각은 노화와 관련된 이 염증의 주요 원인이라는 점을 보여준다. 미토콘드리아가 mtDNA를 배출하는 원인은 명확하지 않았지만, 유전자조작 생쥐의 신장 세포를 자세히 관찰한 결과, 세포에는 dNTP라고 불리는 DNA 구성 요소의 양이 상대적으로 적은 것으로 확인됐다. 이는 mtDNA가 자기 복제를 하는 동안 비정상적으로 많은 양의 RNA 구성요소인 rNMP를 통합하게 했다. 잘못된 구성 요소가 과잉 공급되면서 DNA 복제가 방해되고, MGME1 결핍은 이런 과정을 더욱 악화한다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 토마스 랑거 막스 플랑크 노화 생물학 연구소 교수는 “이번 연구는 노화 촉진의 새로운 원인으로 미토콘드리아의 mtDNA 세포질 배출이라는 사실을 실험적으로 확인했다는 점에 의미가 크다”며 “이번에 밝혀낸 폐기된 mtDNA가 세포 노화와 염증에 이바지하는 메커니즘이 노화 과정의 자연스러운 현상인지 특정 조건에서 발생하는지 추가로 확인할 예정”이라고 말했다.

세계보건기구(WHO)가 2023년 발표한 보고서에 따르면, 전 세계 성인 인구의 약 17.5%가 불임 또는 난임을 경험하며, 이는 6명 중 1명꼴이다. 불임은 수정란을 만들기 위해 필요한 생식 세포인 난자와 정자 중 하나의 기능 장애나 부재로 인해 발생한다. 일부 경우는 시험관 수정으로 불리는 체외수정(IVF)이 효과적이지 않을 수 있다. 그래서, 다양한 연구가 이뤄지고 있다. 이런 상황에서 미국 오리건 보건·과학대 배아 세포·유전자 치료 센터, 산부인과, 한국 차의과대학 차 종합연구원, 중국 안후이 의과대 제1 부속병원 공동 연구팀은 인간 피부 세포를 이용해 수정할 수 있는 난자를 만들 수 있다고 밝혔다. 임상 시험이 필요하지만, 일단 세포 재프로그래밍 기술을 활용해 불임을 해결하기 위한 실행 가능한 방법을 확보한 것이라고 연구팀은 설명했다. 이 연구 결과는 기초 과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 10월 1일 자에 실렸다. 체외수정(IVF)에 실패한 사람들을 위해 환자의 피부 세포 같은 체세포 중 하나에서 핵을 떼어 낸 뒤, 핵이 제거된 공여 난자 세포가 이식해 기능적인 난자로 분화할 수 있게 한 체세포 핵 이식법이 개발됐다. 표준 생식 세포는 일반적인 염색체 수의 절반(23개)을 가지지만, 체세포 핵 이식으로 생성된 세포는 염색체 46개를 포함한다. 이 때문에 추가된 염색체를 제거하는 방법을 개발해 생쥐 실험에서는 성공했지만, 인간 세포에서는 입증되지는 않았다. 연구팀은 체세포인 피부 세포의 핵을 제거하고 핵이 제거된 공여 난자에 이를 삽입했다. 연구팀은 자연적 세포 분열을 모사한 다음 염색체 한 세트(23개)를 해소하는 과정을 유도하는 데 성공했다. ‘미토마이오시스’라고 이름 붙인 이 과정을 이용해 연구팀은 82개의 기능적 난자를 만들었고, 실험실에서 수정하는 데 성공했다. 이렇게 만든 수정란 중 9% 정도는 수정 후 6일째 배아 발달의 포배 단계까지 진행했다. 그러나, 어떤 포배도 배양되지 않았는데, 이는 보통 IVF 시술에서 자궁으로 이식되는 시점과 일치한다. 연구를 이끈 파울라 아마토 오리건 보건·과학대 교수는 “이번 연구는 인간 세포에서 잠재적으로 실현할 수 있음을 보여주는 만큼 해당 기술을 실제 적용할 수 있게 하기 위한 추가 연구가 필요하다”고 말했다.

중국에서 부러진 뼛조각을 단 3분 만에 붙일 수 있는 의료용 뼈 접착제를 개발했다고 지난 12일 중국 공산당 기관지 광명일보, 관영 중국중앙(CC)TV 등이 전했다. 보도에 따르면 저장대 의대 부속 샤오이푸 병원 연구팀은 독자적으로 개발한 뼈 접착제가 인체 혈액 환경에서 즉각적이고 강력한 접착력을 발휘해 분쇄 골절 접착 치료 다기관, 무작위 대조 임상 연구에 성공적으로 등록됐다고 밝혔다. ‘본(bone·뼈)-02’라고 이름 지어진 뼈 접착제는 굴이 수중 다리에 단단히 매달려 있는 것에서 착안했다. 인체 내 습한 환경에서 유사한 원리로 작용하는 뼈 접착제를 개발한다는 아이디어였다. 2016년 처음 떠올린 아이디어로 이후 연구를 이끌어온 판슌우 교수는 “골절 치료에서의 전통적인 금속 고정 방식은 해부학적으로 완벽한 뼈 맞춤이 어렵고, 작은 뼛조각을 고정하는 과정에 시간과 노력이 많이 들 뿐 아니라 밀착해서 이어 붙이기 힘들었다”며 “또 이 과정에서 뼛조각이 유실되거나 흡수돼 골량이 회복 불가능하게 줄어들고, 결국 환자 삶의 질에 악영향을 미쳤다”고 지적했다. 연구팀은 50회 이상의 제형 변경, 수백회의 테스트, 그리고 생쥐·토끼·개 등에 대한 동물 실험을 거쳐 소재의 생체 독성, 혈액 환경 내 접착성, 수술 현장 적용 편의성 등의 난제를 모두 극복했다. 실험 결과 본-02의 최대 접착 인장력은 약 200kg 이상으로, 기존에 활용되고 있는 금속 고정장치를 대체할 수 있는 잠재력을 보였다고 연구팀은 자평했다. 이 접착제는 혈액이 풍부한 환경에서 2~3분 안에 정밀한 고정을 달성할 수 있다고 덧붙였다. 또 본-02를 이용하면 금속 이물 반응과 감염 위험을 크게 줄이고 수술 효율을 향상해 수술 중 외상도 최소화할 수 있을 것으로 전망된다고 설명했다. 아울러 뼈가 치유되는 과정에서 체내에 자연적으로 흡수돼 금속 고정장치 제거를 위한 재수술도 필요 없다고 부연했다.