나이 들면 면역세포도 노화100세부터 인체 면역계 재편‘CD4 CTL’이 지친 세포 깨워 이웃 나라 일본은 기대수명도 높고 100세 이상 초고령자의 숫자도 많은 대표적인 ‘장수 국가’다. 흔히 장수의 비결을 식단이나 체계적 의료 시스템에서 찾지만 과학적으로 명확한 근거를 가진다고 보기는 어려운 부분이 있다. 이런 상황에서 일본 오사카대 단백질 연구소, 이화학연구소(리켄) 통합 의과학 센터, 게이오대 의대 미생물·면역학과, 초(超)장수자 의학 연구센터, 이탈리아 휴먼 테크노폴 공동 연구팀은 110세 이상의 초장수자 혈액을 분석한 결과 인체 면역계가 재편되는 것이 관찰됐다고 밝혔다. 나이가 들수록 면역계가 약해진다는 오랜 전제를 다시 보게 하는 결과다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’ 8월 20일 자에 실렸다. 연구팀은 70세 이상 일본인 남녀 28명의 T세포 4만 3584개를 세포 단위로 분석했다. 실험에 참가한 이들은 70~90대 8명, 100~109세 10명, 110세 이상 초장수자 10명이었다. 분석 결과, 독특한 것이 관찰됐다. 전체 T세포 중 ‘CD4 세포독성 T림프구’ (CD4 CTL)가 100세 무렵부터 급증한다는 점이다. T세포는 면역을 지휘하는 CD4와 감염되거나 돌연변이 세포를 직접 파괴하는 CD8로 나뉜다. 그런데 CD4 CTL는 면역을 지휘하는 동시에 직접 처리에도 나서는 독특한 세포다. 전체 T세포 중 CD4 CTL 비율의 중앙값이 각각 4%, 9.6%, 17.6%로 연령에 따라 계단식으로 상승하는 것이 발견됐다. 초장수자는 T세포 다섯 개 중 하나꼴로 나타난 것이다. 이런 경향은 0세부터 110세 이상까지 1512개 시료, 500만개 이상의 면역 세포를 담은 자료를 인공지능으로 재분석했을 때도 똑같이 확인됐다. 지금까지 나이가 들수록 면역세포들도 노화해 ‘소진’ 상태가 될 것으로 여겨져 왔다. 세포가 힘이 빠진 소진 상태인지는 PD-1이라는 물질을 관찰하면 쉽게 알 수 있다. PD-1이 켜져 있으면 지친 세포라는 의미다. 면역항암제는 바로 이 표식을 건드려 지친 면역 세포를 다시 깨우는 역할을 한다. 그런데 110세 이상 노인들의 CD4 CTL에서는 PD-1의 발현도가 낮은 것으로 나타났다. 고도로 분화했지만 지치지 않은 ‘현역’ 상태였다는 것이다. 면역계는 젊을 때는 밖에서 침입하는 다양한 세균이나 바이러스에 대응하도록 작동하지만 나이가 들면 T세포를 만드는 흉선이 줄어들면서 외부 침입자보다는 노화 세포나 암과 같은 이상 증식 세포, 잠복해 있다가 다시 활동하는 바이러스 같은 몸속에서 생겨나는 것들에 대응하게 된다고 연구팀은 설명했다. 실제로 초장수자들의 CD4 CTL 수용체 서열을 대규모 데이터베이스와 대조하자 비소세포폐암, 유방암, 간세포암 환자에게서 발견된 것과 동일한 서열들이 확인됐다. 그런데 정작 이들 중 해당 암을 앓은 사람은 없었다. 겉으로 드러나기 전 단계의 이상 세포에 CD4 CTL이 대응해 온 흔적일 수 있다는 것이 연구팀의 추정이다. 연구를 이끈 하시모토 고스케 오사카대 교수는 “면역 노화는 낡아서 망가지는 과정이 아니다”라며 “초고령자에게서 나타나는 면역 변화는 그저 낡아가는 것이 아니라 면역계가 스스로를 재조직하는 과정으로 이해해야 할 것”이라고 설명했다.

외로움과 고립, 고독은 혼재돼 사용되는 경우가 많지만 명백히 다른 개념이다. 외로움은 다른 사람과 함께 있을 때도 느낄 수 있는 주관적 감정 상태이며 고립은 상호 작용할 사람이 거의 없는 객관적 상태를 말한다. 고독은 자발적으로 선택한 혼자 있음 상태다. 한국뇌연구원 정서·인지질환 연구그룹, 강원대 생물공학전공 공동 연구팀은 단 하루의 사회적 고립만으로도 뇌를 변화시킨다고 6일 밝혔다. 연구팀에 따르면 짧은 시간의 사회적 고립만으로도 뇌 속 특정 세로토닌 수용체가 증가하고 이 변화가 사회적 대상에 대한 가치 판단을 바꿔 익숙한 개체를 더 선호하게 만든다. 이같은 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’에 실렸다. 외로움과 사회적 고립은 우울증, 불안장애 같은 다양한 정신질환의 주요 위험요인으로 알려져 있다. 그렇지만 짧은 기간의 고립이 사회적 의사결정에 어떤 영향을 미치고 그런 변화가 뇌에서 어떻게 발생하는지는 명확히 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 생쥐를 24시간 동안 홀로 격리해 가둔 뒤 익숙한 개체와 새로운 개체를 동시에 만나게 했다. 보통 생쥐는 새로운 개체에 더 많은 관심을 보이지만 사회적으로 고립된 생쥐는 익숙한 개체에게 더 많이 접근하는 행동을 보였다. 연구팀은 사회적 고립이 단순히 사회성을 변화시키는 것이 아니라 사회적 대상의 가치를 평가하는 기준 자체를 변화시킬 수 있음을 의미한다고 설명했다. 사회적으로 고립된 생쥐의 뇌를 분석한 결과 외측고삐핵에서 세로토닌 수용체 중 하나인 ‘5-HT4R’ 발현이 정상 생쥐보다 2.5배 이상 증가한 것으로 확인됐다. 세로토닌은 감정과 기분 조절에 중요한 역할을 하는 신경전달물질이다. 또 사회적 고립 상태에서는 외측고삐핵으로 전달되는 세로토닌 신호가 줄었고 증가한 5-HT4R은 줄어든 세로토닌 신호를 보완하기 위한 뇌의 적응적 반응이라는 점을 밝혀냈다. 연구팀은 5-HT4R을 활성화하는 약물로 처리하고 살펴본 결과 사회적 고립으로 손상된 신경세포 간 연결 조절 기능이 회복되고 과도하게 증가한 신경세포의 흥분성도 정상 수준으로 회복되는 것으로 나타났다. 살아 있는 생쥐의 외측고삐핵에 동일한 약물을 투여하면 고립 이후 나타났던 익숙한 개체 선호 현상 역시 정상적인 사회적 선호 패턴으로 회복됐다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 우울증과 불안장애 등 사회적 고립과 관련된 질환의 새로운 치료 전략 개발에 도움을 줄 것으로 보고 있다. 연구를 이끈 김정연 한국뇌연구원 박사는 “사람 역시 누구나 짧은 기간의 고립만으로도 사회적 관계를 바라보는 방식이 달라질 수 있다”며 “이번 연구가 외로움과 사회적 고립으로 인한 정신건강 문제를 이해하고 치료하는 데 새로운 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

고령화 사회가 되면서 많은 사람은 건강하게 오래 사는 무병장수를 꿈꾼다. 이를 위해 건강한 음식과 건강보조식품 등을 찾는다. 과학계와 의학계에서도 건강한 삶을 위한 다양한 방법을 연구하고 있다. 이런 상황에서 아일랜드 트리니티 칼리지 더블린(TCD) 생화학·면역학과, 기계·공정·의생명 공학과 공동 연구팀은 신체 면역계의 핵심 구성 중 하나인 대식세포를 전기적으로 자극하면, 면역계가 재프로그래밍해 염증이 줄고 질병과 손상에서 더 빠르고 효과적으로 치유될 수 있다고 4일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠 물질과학’ (Cell Reports Physical Science) 9월 3일 자에 실렸다. 대식세포는 혈액 내 단핵구 형태로 존재하는 선천 면역을 담당하는 핵심 세포다. 대식세포는 몸 속에서 세균과 바이러스를 탐지하고, 다른 면역세포를 자극해 죽거나 손상된 세포를 처리한다. 그러나, 대식세포는 체내 국소 염증을 촉발하기도 하고, 통제가 쉽지 않아 더 심한 손상을 일으킬 수 있다. 그러나, 연구팀은 면역계가 인체 손상을 복구하는 데 필수적이고, 대식세포가 감염과 싸우고 조직 수복을 이끄는 데 중심적 역할을 한다는 점에 주목했다. 연구팀은 아일랜드 혈액원과 세인트 제임스 병원을 통해 건강한 공여자의 혈액에서 인간 대식세포를 분리한 뒤, 맞춤형 바이오리액터로 전류를 가해 대식세포를 자극하고 어떤 변화가 일어나는지 측정했다. 그 결과, 미세 전기 자극이 대식세포를 항염증 상태로 전환해 더 빠른 조직 수복을 돕고, 염증성 신호 활동이 감소하며, 신생혈관 형성을 촉진하는 유전자 발현을 증가하고, 상처 부위로 줄기세포 유입을 증가하는 것으로 나타났다. 질병에서 더 빠르고 효과적 치유를 유도하고, 과도한 염증으로 인해 바람직하지 않은 부작용을 줄이기 위해 대식세포를 재프로그래밍하는 방법으로 전기 자극이 상처 치유 동안 다양한 세포 행동을 조절할 수 있음을 보여주는 결과로 연구팀은 설명했다. 아이슬링 던 교수(분자 면역학)는 “이번 연구 결과는 추가 연구가 필요하지만, 잠재적으로 강력한 새로운 치료 옵션이 될 수 있을 것”이라며 “염증세포에 보다 정밀하고 지속적인 효과를 내기 위한 고도화된 전기 자극 방법을 탐색하고 전기장을 전달하는 새로운 소재와 방식을 찾을 것”이라고 말했다.

얼마 전 끝난 드라마 ‘폭싹 속았수다’는 제주를 배경으로 하고 있다. 그러다 보니, 주인공의 어머니와 주변 인물 중에는 해녀들도 등장한다. 그런데, 과학자들이 제주 해녀들이 잠수에 적합하게 유전자가 변이됐다는 재미있는 연구 결과를 내놨다. 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 생태·진화 생물학과, UC버클리 전산 생물학 연구센터, 코넬대 인간 중심 디자인학과, 유타대 의생명 정보학과, 의대 소아 청소년학과, 심혈관 연구소, 덴마크 코펜하겐대 영양·훈련·스포츠학과, 한국 서울대 생활과학연구소, 수원 차세대융합기술연구원 공동 연구팀은 꾸준한 훈련과 추위 내성과 혈압 감소와 관련된 유전적 적응 덕분이라고 밝혔다. 해녀들은 잠수할 때 심박수가 눈에 띄게 느려지는 뚜렷한 서맥(심박수 저하) 현상을 보이는데, 이 특성은 유전적 요인보다는 평생에 걸친 훈련에 기인한다고 덧붙였다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’ 5월 3일 자에 실렸다. 한국 제주도 출신 여성 잠수부인 해녀들은 임신 중에도 호흡 장비 없이 차가운 바닷물 속에 잠수하는 놀라운 능력을 갖춘 것으로 유명하다. 제주 해녀 문화는 2016년 ‘유네스코 인류무형문화유산 대표목록’에 등재됐다. 이들은 어려서부터 바다에서 헤엄치기와 무자맥질을 배우다가 15~16세에 독립된 해녀로 활동하기 시작해, 평생을 이어간다. 연구팀은 해녀들의 놀라운 잠수 능력에 영감을 받아 잠수의 부담을 견디는 데 도움이 되는 독특한 생리적 특성을 파악하고, 이런 특성이 유전적인지 훈련에 의한 것인지 알아내기 위해 연구를 시작했다. 이를 위해 해녀 30명과 제주도 출신의 비 해녀 30명, 한반도 내륙의 31명의 생리적 특성과 유전체를 비교했다. 해녀들의 나이에 맞추기 위해 실험 참가자의 평균 연령은 65세로 했다. 연구팀은 참가자들의 휴식기 심박수와 혈압, 참가자들이 차가운 물에 얼굴을 담그고 숨을 참는 모의 잠수 중 심박수와 혈압을 비교했다. 숨을 참고 차가운 물이 담긴 그릇에 얼굴을 넣으면, 인체는 잠수하는 것처럼 반응하는데 이는 잠수 경험이 없는 사람도 실험에 포함하기 위해서다. 실험 결과, 해녀와 비 해녀를 포함한 제주도 주민들은 한반도 내륙 주민들과 구별되는 독특한 유전적 특징을 가진 것으로 나타났다. 유전체 분석에 따르면 해녀들에게는 잠수의 압박을 견디는 데 도움을 주는 두 가지 유전적 변이가 있었다. 해녀들에게는 추위 내성 유전자가 있어 잠수했을 때 저체온증에 덜 취약하게 만들고, 또 다른 유전자는 이완기 혈압 감소와 관련된 것이었다. 이들 변이는 제주도 실험 참가자의 33%에서 발견됐지만, 내륙 주민들에게는 7%만 발견됐다. 또 모의 잠수 실험에서 모든 참가자의 심박수가 감소했지만, 해녀의 심박수는 비 해녀나 내륙 주민보다 더 크게 줄었다. 해녀의 평균 심박수는 분당 18.8회 줄었지만, 비 해녀 제주민은 평균 12.6회 감소했다. 잠수 중 떨어진 심박수는 에너지를 절약하고 산소를 보존하기 때문에 잠수에 유리하다. 유전체 분석에 따르면 해녀나 비 해녀 주민 모두 유전적으로 같은 집단이기 때문에, 이런 차이는 오랫동안 해녀 생활을 하면서 얻은 훈련 때문으로 결론 내렸다. 연구팀에 따르면 실제로 한 해녀는 15초 이내에 심박수가 분당 40회 이상 줄었다. 연구를 이끈 유전학자 멜리사 일라르도 유타대 교수는 “전통적 잠수 집단을 통한 유전적 변화가 제주도 전체 주민 건강에 어떤 영향을 미치는지 알아내기 위한 연구도 진행할 예정”이라며 “이번 연구 결과를 통해 임신성 고혈압 장애나 뇌졸중 같은 다양한 질환을 치료하는 방법 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다.

체중 감량과 건강 유지를 위해 ‘간헐적 단식’이 유행이다. 간헐적 단식은 일정 시간 식사를 제한하거나 금식하는 방식으로, 하루 16시간 동안 금식하고 8시간은 식사를 하는 방식이다. 금식 시간에 신체가 지방을 에너지원으로 사용하기 때문에 체중 감소에 도움이 되고 체내 염증을 줄여 대사질환 예방에도 도움이 되는 것으로 알려져 있다. 그렇지만, 독일 헬름홀츠 당뇨·암 연구소(IDC), 뮌헨 루트비히-막시밀리안대 의대, 하이델베르크 대학병원, 독일 당뇨 연구센터, 헬름홀츠 당뇨·재생 연구소, 뮌헨 기술대(TUM) 의대, 뮌헨대 공동 연구팀은 청소년이 간헐적 단식을 하는 것은 신진대사에 부정적 영향을 미칠 수 있다고 17일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명 과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’ 2월 14일 자에 실렸다. 연구팀은 청소년기, 성인기, 노년기의 생쥐들을 대상으로 실험했다. 연구팀은 생쥐들에게 하루 동안 먹이를 주지 않고, 이틀 동안은 정상적으로 먹이를 먹이는 방식으로 간헐적 단식을 시켰다. 10주 후, 성체 쥐와 노령 생쥐는 모두 인슐린 감수성이 개선된 것이 관찰됐다. 이는 췌장에서 생성되는 인슐린에 대한 신진대사가 더 잘 반응한다는 것을 의미한다. 즉, 혈당 조절이 잘 돼 성인 당뇨로 알려진 제2형 당뇨와 같은 질환 예방에 도움이 된다는 말이다. 그렇지만, 청소년기 생쥐는 췌장의 인슐린 생산 세포인 베타 세포 기능이 심각하게 떨어진 것이 확인됐다. 간헐적 단식은 일반적으로 베타 세포에 도움이 되는 것으로 알려져 있었는데, 어린 생쥐는 기존에 알려진 것과 달리 간헐적 단식 후 인슐린 생산이 심각하게 떨어진 것이 관찰됐다. 인슐린 생산 능력 저하는 당뇨와 신진대사 장애를 일으키는데, 간헐적 단식으로 결함이 발생한 청소년기 생쥐의 베타 세포는 제1형 당뇨 환자와 유사한 것으로 관찰됐다. 연구팀은 베타 세포 손상 원인을 밝히기 위해 단일 세포 시퀀싱 기술로 분석했다. 그 결과, 간헐적 단식을 한 어린 생쥐의 베타 세포는 발달을 멈춰 인슐린 생산을 제대로 하지 못한 것으로 확인됐다. 그렇지만 간헐적 단식을 하기 전에 베타 세포가 이미 성숙한 나이 든 생쥐들은 영향을 받지 않았다는 것이다. 연구팀은 생쥐 실험 결과를 인간 세포와 비교한 결과, 베타 세포가 자가 면역 반응으로 파괴되는 제1형 당뇨 환자도 간헐적 단식을 한 어린 생쥐의 베타 세포와 비슷한 세포 성숙 장애 상태라는 것을 확인했다. 이는 생쥐 실험 결과가 인간에게도 적용될 수 있음을 의미하며, 간헐적 단식의 결과는 나이가 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다고 설명했다. 이에 관해 연구를 이끈 스테판 헤르지그 TUM 교수는 “간헐적 단식이 신진대사를 촉진하고 체중 감량과 심장병에 도움이 되는 등 이점만 알려져 있고 잠재적 부작용에 대해 잘 알려지지 않았다”라며 “이번 연구는 간헐적 단식이 성인에게는 유익하지만 어린이와 청소년에게는 위험 요소가 크다는 점을 보여준다”라고 말했다.

2000년대 중반 미국 작가 존 그레이가 쓴 ‘화성에서 온 남자 금성에서 온 여자’라는 책이 인기를 끌었던 적이 있다. 남자는 화성인이고, 여자는 금성인이기 때문에 서로의 언어와 사고방식은 전혀 다르다는 전제하에 남녀 사이 갈등을 해결하는 방법을 제시해 독자들이 열광했다. 그렇지만, 많은 연구자는 책에서 이야기된 것처럼 생물학적으로 남녀 간 차이가 있는 것은 아니라는 연구 결과를 내놓기도 했다. 그런데, 뇌 면역 세포만은 남녀가 화성인과 금성인처럼 다를 수 있다는 분석이 나와 눈길을 끈다. 미국 로체스터대 신경과학 연구소, 백신 생물학 및 면역학 연구센터, 환경의학과, 의과학 교육센터, 시각 과학 연구센터 공동 연구팀은 중추 신경계의 면역 세포인 ‘미세아교세포’가 성별에 따라 차이가 있다고 30일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명 과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’ 1월 21일 자에 실렸다. 일반적으로 뇌진탕처럼 뇌에 손상이 가해지면 뇌 속 면역세포인 미세아교세포는 손상된 조직을 제거하고, 복구하는 기능을 한다. 뇌와 중추신경계에서 발생한 독소를 제거해 신경세포 기능을 유지하는 데 필수적인 역할을 하는 것이 미세아교세포다. 그렇지만, 미세아교세포가 과다 발현될 경우 알츠하이머나 파킨슨병 같은 퇴행성 신경질환이 발생하기도 한다. 연구팀은 알츠하이머는 여성에게, 파킨슨병은 남성에게 더 많이 발생한다는 사실에 주목했다. 퇴행성 뇌신경 질환의 발병률에 차이를 나타내는 원인을 찾아 나선 것이다. 뇌신경 과학자들은 성장 과정에서 미세아교세포가 기능하는 방식에는 성별에 따른 차이가 있을 수 있지만, 성인이 된 뒤에는 차이가 없다고 인식해왔다. 연구팀은 과다하게 활성화된 미세아교세포를 제거하는 데 사용되는 효소 억제제인 펙사티닙(PLX3397)으로 생쥐 실험을 했다. 펙시다티닙은 뇌 건강과 기능, 질병에서 미세아교세포의 역할을 이해하는 데 사용되기도 하지만, 손가락 관절의 건초 부위에 종양이 빠르게 자라는 희소 질환 ‘건초 거대 세포종’(TGCT)을 치료하는 데 이용되기도 한다. 연구팀은 수컷과 암컷에서 미세아교세포가 약물에 어떻게 반응하는지 살펴봤다. 그 결과 수컷 쥐에서는 PLX3397이 미세아교세포 수용체를 차단하고 미세야교세포를 고갈시키는 등 예상했던 반응을 보이지만, 암컷 쥐에서는 수컷과 전혀 다른 반응을 보인다는 것을 확인했다. 암컷은 약물을 투여했을 때, 다른 신호를 보내 미세야교세포 생존율이 늘어나는 것이 관찰됐다. 연구를 이끈 안나 마제프스키 로체스터대 의대 교수는 “이번 연구 결과는 미세아교세포의 기능이 성별에 따라 차이를 보인다는 점을 알려준다”라며 “이번 연구를 바탕으로 알츠하이머나 파킨슨병 진단과 치료, 예방에 새로운 전략을 세울 수 있을 것”이라고 말했다.

1990년대 초~2000년대 중반에 ‘모차르트 효과’, ‘바로크 효과’가 학부모들 사이에서 유행했다. 모차르트 음악이나 바로크 음악을 들으면 뇌 활동이 활발해져 학습능률과 성적을 높일 수 있다는 주장 때문이었다. 사실 클래식 음악이 마음을 안정시키고 집중력을 높이는 데 도움을 주지만, 지능이나 성적 향상에 정말 도움을 주는지 여전히 논란이 있다. 이런 상황에서 중국 상하이 교통대 의대, 푸단대 신경·지능공학 연구센터, 영국 케임브리지대 부설 애든브룩스 병원 공동 연구팀은 클래식 음악이 개인의 기분에 영향을 미칠 수 있으며 뇌에 긍정적 영향을 미친다는 사실을 확인했다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’ 8월 10일 자에 실렸다. 바흐, 베토벤, 모차르트 같은 작곡가들이 만든 음악이 개인의 기분에 영향을 미칠 수 있다는 것은 익히 알려져 있다. 연구팀은 심부 뇌 자극을 위한 전극 이식 수술을 받은 18~65세의 치료 저항성 우울증 환자 13명을 대상으로 음악을 들려주면서 뇌파를 측정하고 뇌신경 활동을 촬영했다. 뇌 전극은 전두엽의 영역인 분계선조침대핵(BNST)과 그 핵심 부위인 측좌핵(NAc)를 연결하는 부위에 이식됐다. 연구팀은 환자를 두 그룹으로 나눠 한쪽은 일반 음악, 다른 쪽은 클래식 음악을 들려줬다. 연구팀은 친숙한 음악을 들었을 때 발생할 수 있는 간섭 효과를 막기 위해, 일반 음악이나 클래식 음악 모두 잘 알려지지 않은 곡들을 골랐다. 연구 결과, 클래식 음악을 들은 집단이 일반 음악을 들은 그룹보다 더 뚜렷한 신경 동기화를 보였으며, 항우울 효과도 더 큰 것으로 확인됐다. 음악이 감각 정보를 처리하는 청각 피질과 감정 정보를 처리하는 보상 회로 간 신경 진동을 동기화해 항우울 효과를 만든다고 연구팀은 설명했다. BNST-NAc 회로는 ‘확장된 편도체’ 일부로 감정 정보 처리의 중심 구조인 편도체 간의 밀접한 관계를 맺고 있다. 음악이 청각 동기화를 통해 피질-BNST-NAc 회로의 신경 진동을 일치시킨다는 것이다. 연구를 이끈 발레리 분 영국 케임브리지대 교수(신경정신과학)는 “이번 연구를 바탕으로 스마트폰 애플리케이션이나 웨어러블 장치를 이용한 음악 치료법을 개발할 수 있을 것”이라며 “이런 기술은 감정을 관리하고 일상생활에서 신경정신과적 증상을 개선하기 위한 편리하고 효과적인 도구가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

중국 연구진이 극저온에서 냉동시킨 인간의 뇌를 해동한 뒤에도 뇌세포의 유지와 성장을 가능케 하는 연구에서 유의미한 성공을 거뒀다고 밝혔다. 뉴사이언티스트 등 과학전문매체의 15일(이하 현지시간) 보도에 따르면, 중국 푸단대학의 샤오즈청 박사 연구진은 인간 배아 줄기세포를 이용해 오가노이드라고 불리는 뇌 조직 샘플을 제작했다. 오가노이드는 줄기세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합해 만든 장기 유사체로, 미니 장기‧ 유사 장기‧인공 장기 등으로 불린다. 연구진은 해당 뇌 오가노이드의 냉동과 해동 전, 오가노이드를 담고 있을 특정 화합물들을 선별했다. 여기에는 설탕물부터 부동액, 다양한 화학물질을 섞어 만든 혼합물 등이 포함돼 있었다. 각각의 화합물들에 뇌 오가노이드 조직 샘플을 담근 뒤 액체질소에서 최소 24시간 보관한 뒤 해동했고, 이후 2주 동안 ㅗ니세포의 사멸 또는 신경세포의 성장 등을 관찰했다. 그 결과 특정 화학 혼합물에서 세포 사멸이 최소화되고 동시에 세포 성장이 최대치를 기록하는 것으로 확인됐다. 해당 화합물은 메틸셀룰로오스, 에틸렌 글리콜, 다이메틸설폭사이드(DMSO), 산화질소의 활동을 억제하는 약물인 ROCK 저해제 ‘Y27632’ 등이 특정 비율로 배합된 것으로, 연구진은 이를 ‘메디’(MEDY)로 명명했다. 연구진은 해당 화합물이 해동된 뇌세포를 사멸로 이끄는 과정을 막는데 도움을 주는 것으로 추정했다.일반적으로 뇌세포의 80%는 물로 이뤄져 있으며, 냉동 과정에서 얼음 결정으로 인한 손상을 입을 수 있다. 이러한 세포 손상은 해동 후에도 기능상의 문제를 일으킨다. 그러나 샤오 교수 연구진이 만든 ‘메디’에 뇌조직을 넣고 냉동 및 해동 과정을 거친 결과, 해동된 오가노이드의 외관과 성장 및 세포 기능이 냉동된 적이 없는 오가노이드와 매우 유사하다는 사실이 확인됐다. 더불어 연구진은 간질이 있는 생후 9개월 아기의 뇌 조직을 소량 채취해 ‘메디’에 담근 상태로 냉동 및 해동하는 실험을 진행했다. 그 결과 실제 아기의 뇌 조직은 동결 전 구조를 유지했고, 최소 2주 동안 실험실 배양에서 활성 상태를 유지했다. 이번 연구는 ‘메디’라는 화학적 혼합물이 조직의 손상 없이 동결과 해동을 가능케 한다는 점에 초점이 맞춰져 있다. 해당 연구결과를 확인한 영국 서리대학의 로만 바우어 박사는 “인간 뇌 조직의 동결‧해동이 가능해지면 뇌 발달에 대한 더 나은 조사가 이뤄질 수 있을 것”이라고 기대했다. 영국 버빙엄대학의 노화 분야 전문가인 주앙 페드로 드 마갈량 교수는 “이번 연구가 성공적으로 세포 사멸을 예방하고 기능을 보존한다는 것에 깊은 인상을 받았다”면서 “훨씬 더 많은 연구와 더 큰 조직을 이용한 실험을 통해 언젠가는 뇌 전체를 동결시킬 수 있을 것”이라고 전했다. 이어 “앞으로는 수십 년 또는 수백 년 후를 생각해 환자가 불치병에 걸렸을 때 냉동 보존되거나, 우주비행사가 다른 항성계로 여행하기 위해 냉동 보존되는 것을 상상할 수 있을 것”이라면서 “‘메디’는 그 목표를 향한 ‘작은 한 걸음’이 될 수 있다”고 호평했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 셀 리포츠 메소드(Cell Reports Methods) 최신호에 실렸다.

뇌에 생기는 암인 뇌종양은 흔히 치료가 어려운 것으로 알려져 있다. 그중 교모세포종은 가장 흔한 악성 뇌종양으로 외과수술, 화학요법, 방사선요법을 모두 사용해도 평균 생존 기간이 15개월 정도에 불과할 정도로 치료가 어렵다. 그런데 비교적 간단한 방법으로 뇌종양 성장을 억제하고 치료 효과를 높일 수 있다는 사실을 국내 연구진이 밝혀냈다. 카이스트 의과학대학원 연구팀은 고함량 포도당 음료 보충으로 뇌종양 성장을 억제한다는 사실을 확인했다고 16일 밝혔다. 또 이런 효과는 장내 미생물의 특정 균주 변화로 암세포 증식을 억제하는 항종양 면역반응이 나타났기 때문이라는 것도 확인했다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’에 실렸다. 최근 많은 연구에서 장내 미생물은 인체와 밀접한 관련이 있으며 악성종양에 대한 항종양 면역반응을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려졌다. 실제로 흑색종 같은 암종에서는 효과에서 확인됐지만 뇌종양에서는 이번 처음 확인됐다. 연구팀은 교모세포종 뇌종양을 일으킨 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한쪽에는 고함량 포도당 음료를 공급하고 다른 쪽에는 물만 먹이고 생존율을 비교했다. 그 결과 고 포도당 음료를 마신 생쥐가 더 오래 살았다. 연구팀은 또 장내 미생물을 완전히 제거한 무균 생쥐로 똑같은 실험을 진행한 결과 생존율에서 차이를 보이지 않는다는 점을 발견했다. 장내 미생물이 뇌종양 억제에 영향을 미친다는 점을 확인한 것이다. 분석 결과 장내 미생물 중 디설포비브리오나세(Desulfovibrionaceae)가 고 포도당 음료 복용으로 증가하고 이것이 뇌종양 생쥐의 수명을 늘린다는 것이다. 특히 PD-1 항체 물질을 함께 투여할 경우 상승작용이 나타나 암세포에 독으로 작용하는 유전자를 발현시킨다는 말이다.교모세포종 치료에서 면역관문억제제 효과가 미미했던 것을 장내 미생물과 장내 미생물 유래 대사체, 균주 유래 물질의 복합 처리를 통해 항종양 면역기능을 높이고 이를 통해 뇌종양 치료가 가능하다는 것을 보여준 연구라고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 김재호 카이스트 박사는 “이번 연구는 그동안 알려지지 않은 장내 미생물 분석으로 뇌종양 성장을 억제할 수 있는 균주를 확보했다는 데 의미가 크다”라면서 “면역관문 치료제와 장내 미생물 균주의 복합 치료로 뇌종양 억제 가능성을 확인한 만큼 추가 연구를 통해 새로운 항암제 치료제 개발 가능성도 커졌다”라고 말했다.

주어진 사물의 숫자를 비교하는 능력은 동물이나 인간의 생존에 있어서 필수적이다. 동물 집단 간 다툼, 사냥, 먹이 수집 등 여러 상황에서 주어진 변수의 수량 비율이나 차이에 따라 의사결정과 행동이 달라져야 하기 때문이다. 카이스트 뇌인지과학과, 미국 뉴욕대 공동 연구팀은 사람이나 동물의 뇌에서 발견되는 선천적 수량 비교 능력이 자발적으로 만들어지는 원리를 규명했다고 7일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’에 실렸다. 학습이나 훈련을 거치지 않은 어린 개체들의 행동 관찰을 통해 수량 비교 능력은 뇌의 선천적 기능이라는 가능성이 제기됐지만 원리에 대해서는 명확히 밝혀진 적이 없다. 연구팀은 뇌 모사 인공신경망 모델을 활용해 학습이 전혀 되지 않은 심층신경망 구조에서 시각적 수량 비율과 차이에 선택적으로 반응하는 개별 신경세포가 자발적으로 발생하는 것을 발견했다. 또 초기화된 심층신경망에서 다양한 비율과 차이를 갖는 시각적 수량 정보가 주어질 때 선택적으로 반응하는 신경세포들이 다수 발견됐다. 이는 실제 동물 실험에서 관찰된 신경 활동 특성과 유사하다는 사실을 확인했다. 연구팀은 전혀 학습되지 않은 신경망에서 두 수량의 비율과 차이에 선택적으로 반응하는 개별 신경세포가 자발적으로 생기는 것을 발견했다. 또 수량 비교 기능 신경세포 회로 구조 발생 원리를 계산신경과학적 모델을 통해 검증했다. 이를 통해 수량 비율과 차이라는 서로 다른 정보를 비교하는 기능이 공통적인 발생 원리에서 파생될 수 있다고 설명했다. 연구를 이끈 백세범 카이스트 교수는 “이번 연구는 상당한 정도의 학습 과정이 필요할 것이라고 여겨지던 뇌의 수량 인지 및 비교, 연산 기능이 전혀 학습이 이뤄지지 않던 초기 뇌 구조에서 자발적으로 발생할 수 있음을 보여준다”라고 설명했다. 백 교수는 “발생 초기 신경망의 구조적, 물리적 특성에서 다양한 선천적 고등 인지 기능이 발생할 수 있다는 것을 확인한 만큼 뇌신경과학 연구에 의미 있는 방향을 제시할 것으로 기대한다”라고 덧붙였다.

국내 연구진이 한국인 대장암 환자의 3차원 게놈 지도를 처음으로 만들었다. 카이스트 생명과학과, 서울대 암연구소 공동 연구팀은 한국인 대장암 환자의 암세포와 정상 세포를 비교 분석해 3차원 게놈 지도를 완성하고 이를 통해 국내 대장암 환자의 발병 특이성을 규명했다고 24일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’에 실렸다. 지금까지 게놈 서열 분석은 1차원적에 머물러 종양 유전자의 과발현 메커니즘을 규명하는 것에는 한계가 있었다. 반면 3차원 게놈 구조 연구는 공간상 게놈이 어떻게 배열되는지를 보기 때문에 이런 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 이에 연구팀은 지금까지 대장암 게놈 연구에서는 최대 규모인 환자 40명의 종양 조직과 인접한 정상 대장 조직을 분석해 3차원 게놈 지도를 작성했다. 이번 연구에서는 게놈 간 공간상 상호작용을 측정할 수 있는 ‘대용량 염색체 구조 포착 Hi-C’ 기법과 대장암 특이적 3차원 게놈 변화를 환자 개인별로 분석할 수 있는 인공지능 기반 알고리즘을 개발해 활용했다.그 결과, 암 특이적 3차원 게놈 구조의 변화로 인한 종양 유전자 활성 메커니즘을 명확히 밝혀냈으며 이로 인한 환자 예후와 약물 반응 등 임상적 특성과 연관성을 예측하기도 했다. 연구팀에 따르면 정상 세포에서는 존재하지 않는 암세포 특이적 염색질 고리 구조가 유전자 발현 촉진 인자인 인핸서와 종양 유전자 사이의 상호작용을 형성해 비정상적 유전자의 과발현을 유도한다는 점을 찾아냈다. 연구를 이끈 정인경 카이스트 생명과학과 교수는 “이번에 작성된 3차원 게놈 지도는 한국인의 대장암 조직에 대해서 처음 시도됐다는 점에서 의미가 크다”라며 “기존 점돌연변이, 유전체 변이만으로는 설명이 어려운 암 유전체를 3차원 게놈 구조 관점으로 재해석하고 신규 암 표적을 발굴할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다”라고 설명했다. 김태유 서울대병원 혈액종양내과 교수도 “이번 연구 결과는 개별 암 환자마다 다르게 나타나는 종양 이질성을 이해하는 데 매우 중요한 요소로 환자 맞춤형 치료 연구의 시발점이 될 것”이라고 말했다.

수만년 전 아메리카 원주민의 조상이 중국에서 건너간 것으로 보인다는 중국 연구진의 연구결과가 나왔다고 사이언스데일리 등 과학전문매체가 9일(이하 현지시간) 보도했다.  중국과학원 분자구조 인류학 연구진은 아시아-아메리카 원주민의 역사를 밝히기 위해 동아시아 구석기 시대 인구와 칠레, 페루, 볼리비아, 브라질, 에콰도르, 멕시코 등과 견관된 조상의 혈통을 추적했다.  유라시아 전역에서 10만 개가 넘는 현대인의 DNA 샘플과 1만 5000개 이상의 고대인류 DNA 샘플을 조사했고, 이중 희귀 혈통에 속하는 것으로 보이는 현대인 216명, 고대인류 39명을 찾아냈다.  연구진은 특히 미토콘드리아 DNA를 분석해 각 개체가 살았던 지리적 위치와 DNA의 돌연변이, 탄소연대 측정 나이 등을 비교하고 혈통의 분기 경로를 추적했다. 미토콘드리아는 에너지를 만들어내는 세포 내 소기관이며, 미토콘드리아 DNA는 세포의 세포질 속 미트콘드리아에 존재하는 DNA를 의미한다.  분석 결과, 중국 북부 해안에서 아메리카 대륙으로 두 번의 이동이 있었으며, 두 경우 모두 당시에는 존재하지 않았던 내륙 대신 태평양 연안을 통해 아메리카 대륙으로 들어간 것으로 추정된다.  두 경우 중 첫 번째 이주는 1만 9500~2만 6000년 전에 발생했다. 이 시기는 빙상의 면적이 가장 넓고, 중국 북부가 인간이 거주하기 힘든 환경이었을 가능성이 높은 것으로 알려졌다.  두 번째 이주는 1만 9000~1만 1500년 전으로, 빙하가 녹았거나 녹기 시작한 시기에 일어났다. 이 시기는 기후가 개선되면서 인류의 수가 급격히 증가했고, 이러한 환경이 다른 지역으로의 이주를 촉진했을 가능성이 있다.  연구진은 또 아메리카 원주민과 일본인 사이의 유전적 연관성을 발견했다. 빙하가 녹는 시기에 또 다른 그룹이 중국 북부 해안에서 흩어져 일본으로 이동했다는 것. 이 가설이 사실이라면 아메리카 원주민과 일본인에게서 공통적인 혈통이 존재한다는 것을 의미한다.  아메리카 대륙의 원주민이 1만5000~5000년 전 여러 차례에 걸쳐 시베리아를 거쳐 베링해를 건넌 아시아인의 자손이라고 알려져 있다. 특히 시베리아 북동부의 경우 수만년 전 살았던 해당 지역의 고대인과 아메리카 원주민의 DNA가 매우 유사하다는 사실도 밝혀졌다. 다만 중국의 특정 지역에서부터 이동이 시작됐다는 주장을 입증하는 결과가 나온 사례는 거의 없다.  연구를 이끈 중국과학원의 리유춘 박사는 “아메리카 원주민의 아시아 조상은 이전에 알려진 것보다 더 복잡하다”면서 “이번 연구는 아메리카 원주민의 유전자 풀(생물의 한 집단에 존재하는 모든 개체가 가진 유전자의 집합)에 시베리아와 오스트레일리아-멜라네시아, 동남아시아뿐만 아니라 중국 북부 해안지역의 선조도 기여했음을 보여준다”고 설명했다.  이어 “아메리카 원주민 조상이라는 퍼즐의 또 다른 조각을 추가했지만 아직도 많은 요소가 불분명하다”면서 “앞으로 더 많은 유라시아 혈통을 수집하고 조사해 아메리카 원주민의 기원에 대한 보다 완전한 그림을 그릴 계획”이라고 덧붙였다.  자세한 연구결과는 국제학술지 셀 리포츠(Cell Reports) 최신호(5월 9일자)에 게재됐다. 한편, 중국의 선사인류와 아메리카 원주민의 오래된 조상과 밀접한 관련이 있다는 주장이 나온 것은 이번이 처음은 아니다.  지난해 7월 역시 중국과학원 연구진은 1989년 중국 윈난성 멍쯔의 선사동굴 ‘마루동’에서 발견한 유골 30여 점과 곰, 멧돼지 등의 동물 화석의 유전 물질을 추출해 게놈을 분석했다.  그 결과 마루동에서 발견된 한 유골의 주인인 ‘여성’은 아메리카 원주민으로 이어진 동아시아인들과 같은 모계 혈통에 속하는 것으로 밝혀졌다.  당시 연구를 이끈 중국과학원 수빙 박사는 “멍쯔에서 발견된 마루동 유골은 고대 아메리카 인디언과 아주 깊은 관계가 있는 것으로 나타났다”면서 “지금으로부터 수만 년 전 동아시아 남부에 살던 일부가 중국 동부 해안과 일본을 거쳐 시베리아에 도착한 뒤 베링해(海)를 건너 미주 대륙의 첫 원주민이 되었을 가능성이 있다”고 말했다.

18세기 프랑스 법률가였던 장 앙텔름 브리야사바랭은 미식가로도 유명했다. 말년에 쓴 ‘미식 예찬’이라는 책에서 “당신이 무엇을 먹는지 말해 보라, 그러면 나는 당신이 누군지 말할 수 있다”라는 유명한 말을 남겼다. 당시에는 단순히 미식 차원에서 한 말이겠지만 현대 과학의 관점으로 보더라도 브리야사바랭의 말은 근거가 있다. 면역체계나 장내 미생물에 따라 선호하는 음식이 달라지고 그 사람의 건강을 파악할 수 있기 때문이다. 따뜻한 기운이 느껴지는 봄이 되면 많은 사람이 맛있는 음식을 찾아 나선다. 다른 사람이 아무리 맛있다고 하더라도 장내 미생물의 영향으로 내 입맛에 맞지 않으면 맛없는 음식일 수밖에 없다. 음식 선호와 건강에 큰 영향을 미치는 장내 미생물에 관한 새로운 연구 결과들이 잇따라 나와 주목받고 있다. 덴마크 코펜하겐대 보건·의학부 연구진을 중심으로 한 프랑스, 스웨덴, 벨기에, 독일, 핀란드, 영국 등 7개국 19개 연구 기관이 참여한 국제 공동 연구팀은 신경성 식욕부진, 흔히 거식증이라고 부르는 섭식 장애가 장내 미생물과 장내 미생물이 만드는 대사 산물과 관련이 있다고 19일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘네이처 미생물학’ 4월 18일자에 실렸다. 소장과 대장에 있는 장내 미생물은 식욕 조절은 물론 뇌에도 영향을 미치는 생리활성 대사산물을 만들어 내는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 덴마크 건강 코호트에서 거식증을 앓고 있는 여성 77명과 건강한 일반 여성 70명을 골라 장내 미생물을 비교했다. 그 결과 거식증 환자의 장내 미생물은 일반인과 비교하면 뇌 기능과 기분에 영향을 미치는 화학물질을 빠르게 분해하고 포만감을 유도하는 것으로 알려진 대사물질을 많이 분비하는 것으로 나타났다. 또 연구팀은 거식증 환자의 장내 미생물을 정상 생쥐에게 이식하는 실험을 한 결과 거식증 환자에게서 나타나는 증상이 그대로 드러나는 것도 확인했다. 그런가 하면 우주 시대를 맞아 장내 미생물이 우주인의 건강에도 중요한 역할을 한다는 연구 결과가 나왔다. 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 치의대, 하버드대 치대 포사이스 연구소를 중심으로 한 미국 17개 연구 기관 연구진이 참여한 공동 연구팀은 우주 공간처럼 거의 중력이 없는 미세 중력 상황에서는 장내 미생물 군집이 변화해 골밀도와 근육 감소에 영향을 미친다는 것을 밝혀냈다. 이번 연구 결과는 생명 과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’ 4월 20일자에 발표됐다. 2016년 12월 과학 저널 ‘사이언스’는 우주여행의 다섯 가지 걸림돌을 제시했는데 그중 하나가 미세중력이다. 미세중력은 우주인의 뼈와 근육을 약화해 각종 디스크 질환을 일으키고 시신경과 안압에도 영향을 미쳐 시력 약화를 가져온다. 연구팀은 미세중력에 장기간 노출되면 장내 미생물 군집이 어떻게 변하는지, 골밀도에는 어떤 영향을 미치는지 조사하기 위해 생쥐 20마리를 국제우주정거장(ISS)에 올려 보냈다. 10마리는 4.5주 후 지구로 돌아왔고 나머지 10마리는 9주 동안 우주에 머문 뒤 귀환했다. 연구팀은 발사 전, ISS 거주 중, 지구 귀환 직후, 귀환 후 일정 시간이 지난 뒤 장내 미생물 군집을 조사했다. 그 결과 장내 미생물의 군집이 지상에 있을 때와 달리 더 많아지고 복잡해진 것으로 확인됐다. 그렇지만 유익한 세균들은 오히려 줄어들고 뼈와 근육을 약화하는 데 영향을 미친 것으로 분석됐다.

중국 칭화대 화학과, 국립방위기술대 고등 무기섬유·화합물연구실 공동 연구팀은 기존 자외선 차단제보다 효과가 높고 환경친화적인 자외선 차단 고분자 물질을 만드는 데 성공했다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠 피지컬 사이언스’ 3월 2일자에 실렸다. 연구팀은 현재 자외선 차단제로 쓰이는 아보벤존과 비슷한 고리 모양 분자구조를 만들었다. 연구팀은 이번에 개발한 자외선 차단 고분자 물질을 생쥐에게 실험해 본 결과 옥시벤존, 아보벤존, 옥틸메톡시신나메이트 같은 기존 자외선 차단제보다 훨씬 효과가 큰 것을 확인했다. 강력한 자외선에 노출되더라도 일광화상을 입지 않았고 피부를 통해 고분자 물질이 흡수되지 않아 염증이나 피부 손상도 발생하지 않은 것이 관찰됐다. 이번에 개발한 물질이 물에 녹았을 때 수중 생물에도 영향을 미치지 않는 것으로 조사됐다.

비만은 암과 고혈압, 고지혈증 등 각종 대사질환을 일으키는 것으로 알려져 있다. 최근에는 비만한 사람이 코로나19 바이러스와 독감 바이러스에 더 쉽게 감염된다는 사실이 밝혀지기도 했다. 그렇지만 일부 질병에서는 비만이 오히려 좋은 영향을 미친다는 ‘비만의 역설’이 종종 보고돼 왔다. 그런데 이번에는 국내 연구진이 비만이 성병 바이러스 감염을 차단해준다는 새로운 ‘비만의 역설’을 발견했다. 카이스트 의과학대학원, 건양대병원 공동 연구팀은 비만이 성병을 유발하는 2형 헤르페스 바이러스 감염에 대해 저항성을 보인다는 사실을 확인하고 그 메커니즘을 규명했다고 6일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’에 실렸다. 2형 헤르페스 바이러스는 성병을 일으키는 바이러스로 여성이 남성보다 더 높은 감염률을 보이는 것으로 알려져 있다. 여성 생식기 내에는 젖산균을 포함한 공생미생물이 서식하고 있는 것으로 알려져 있는데 비만 여성과 마른 여성은 질내 공생미생물 조성이 다른 것으로 알려져 있다. 연구팀은 생쥐 실험을 통해 암컷 생쥐의 생식기 내에는 장에서 유래한 것으로 보이는 미생물들이 섞여 있는 것을 확인했다. 또 장에서 유래된 것으로 보이는 질내 유입균들은 아미노산 일종인 아르기닌을 활발하게 생산하고 있는 것이 관찰됐으며 이것들이 바이러스 초기 감염 예방에 중요한 역할을 한다는 것도 밝혀냈다. 연구팀은 아르기닌이 생식기 내 감마델타 T세포의 항바이러스 면역반응을 강화하고 적응 면역세포가 활성화되는 시기보다 이른 시기에 바이러스 감염과 전파를 억제한다는 사실도 밝혀냈다. 연구팀은 이를 통해 성병 예방을 위한 항바이러스 프로바이오틱스 개발과 아르기닌을 활용해 바이러스 예방을 할 수 있는 보조제 및 치료제 개발 실마리가 될 것으로 기대하고 있다. 연구를 이끈 이흥규 카이스트 교수는 “이번 연구는 비만이 특정 감염성 질병에 도움이 될 수 있다는 사실을 밝혀냈다는데 의미가 크다”며 “이번 연구 결과를 근거로 한 분자 메커니즘을 응용해 항바이러스제 개발에 나설 것”이라고 설명했다.

얼마 전 종영한 ‘이상한 변호사 우영우’ 때문에 자폐스펙트럼증후군에 대한 관심이 높아졌다. 자폐스펙트럼증후군은 질병 이름처럼 증상의 범위가 무척 넓다. 자폐스펙트럼증후군 환자 중에는 드라마 주인공처럼 특정 분야에 재능을 보이는 아스퍼거증후군을 보이는 경우도 있지만 많지 않다. 자폐스펙트럼증후군은 치료가 쉽지 않은 질병으로 알려졌지만 국내 연구진이 유년기에 자폐를 조기 진단하고 집중적 약물 치료를 하면 증상을 완화시킬 수 있다는 가능성을 보이는 연구를 내놨다. 기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환연구단, 카이스트 생명과학과, 경북대 치과대 공동 연구팀은 자폐 조기 진단과 유년기 치료의 중요성을 보이는 연구 결과를 21일 발표했다. 이 같은 연구 결과는 기초과학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’와 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’에 잇따라 실렸다. 자폐스펙트럼장애는 전 세계 인구의 약 2%에서 나타나는 뇌 발달장애 중 하나로 사회적 상호작용 결여, 행동의 강박적 반복 등이 대표적 증상이다. 주로 어린시절 시작돼 성인기까지 이어지는데 원인이나 치료법은 아직 밝혀지지 않았다. 연구팀은 생쥐에게 MYT1L이라는 유전자에 변이를 만들어 자폐를 유발시켰다. MYT1L 유전자가 변이된 생쥐는 다른 생쥐와 교류하지 않고 우리 안에서 이유없이 여기저기 뛰어다니는 등 사람과 비슷한 자폐 증상을 보였다. MYT1L에 문제가 생긴 어린 생쥐는 뇌 전전두엽에서 흥분성 시냅스의 숫자와 신호전달이 눈에 띄게 감소됐다. 시냅스는 흥분성, 억제성 두 가지 종류로 구성돼 있는데 두 시냅스의 균형이 깨지면 뇌에 문제가 발생한다. MYT1L 결손 생쥐는 청소년기에는 자폐 증상이 일시적으로 완화됐다가 성인이 되면서 억제성 시냅스의 숫자와 신호전달이 폭발적으로 증가했다. 유년기와 성년기의 자폐가 다른 메커니즘으로 발생한다는 것이다. 연구팀은 자폐증상을 유발시키는 뇌의 변화가 유년기에 시작된다는 점에 착안해 또 다른 자폐 유발 유전자인 ‘ARID1B’ 단백질 이상으로 자폐증을 유발시킨 어린 생쥐에게 흥분성 시냅스를 억제하는 약물 ‘플루옥세틴’을 생후 3주 동안 투여했다. 그 결과, 유년기에 약물 치료를 받은 돌연변이 생쥐는 성체가 되서도 일반 생쥐와 비슷한 수준의 사회성과 행동을 보이는 것이 관찰됐다. 시냅스의 수와 신호전달 양상도 정상화된 것이 관찰됐다. 연구를 이끈 김은준 IBS 단장은 “이번 두 건의 연구로 성장과정에서 나타나는 자폐 발생 메커니즘을 규명하고 유년기에 집중 약물치료를 받으면 추가로 약물 투여를 않더라도 평생 자폐증상이 완화될 수 있음을 확인했다”며 “자폐증상은 다양한 유전자가 원인이 되는 만큼 다른 유전자로 인한 자폐증도 유년기 진단과 약물치료로 완화될 수 있는지, 사람에게도 적용이 가능한지 후속연구를 진행할 것”이라고 설명했다.

오래된 아파트 같은 공동주택은 물론 새로 지은 집에서도 커다란 바퀴벌레가 튀어나와 깜짝 놀라는 경우가 많다. 약 3억년 전에 지구에 나타난 바퀴벌레는 인류보다 더 오래 존재한 ‘살아있는 화석’이다. 3억년의 시간을 살아남았던 만큼 바퀴벌레를 박멸하는 것은 쉽지 않다. 그런데 최신 생명과학 기술로 주목받고 있는 유전자 가위기술이 새로운 바퀴벌레 퇴치 방법으로 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 일본 교토대 농업대학원, 스페인 바르셀로나 진화생물학연구소 공동 연구팀은 배아 유전자를 편집하는 것이 아닌 난자가 발달하고 있는 암컷 성체에 유전자 가위 물질을 주입하기만 하면 되는 비교적 간단한 방법을 개발했다. ‘DIPA-크리스퍼’라고 이름 붙인 새로운 크리스퍼 유전자 가위기술에 대한 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠 메서드’ 5월 17일자에 실렸다. 곤충 유전자 편집은 배아 초기에 유전자 가위 물질을 미세하게 주입해야 하기 때문에 값비싼 장비와 고도의 숙련된 연구기술 인력이 필요하다. 또 각 곤충별로 실험 설정이 달라지기 때문에 곤충의 유전자 편집은 쉽지 않았다. 더군다나 바퀴벌레는 다른 곤충들과 다른 생식 체계를 갖고 있어 유전자 편집이 더 어려웠다. 바퀴벌레는 불완전변태를 하는 곤충으로 알, 유충을 거쳐 성충으로 성장하는데 성충 암컷은 18~50개의 알이 두 줄로 들어가 있는 충란낭을 낳아 꼬리에 매달고 다니다가 떨어뜨려 산란한다. 알에서 유충이 나오고 6~7회 탈피해 성충이 되는 불완전변태를 하는 것으로 알려져 있다.연구팀은 성체 암컷 바퀴벌레 몸 속에 크리스퍼-캐스9 유전자 가위 중 가위 역할을 하는 캐스9 단백질을 주입하는 실험을 했다. 그 결과 암컷 바퀴벌레 몸 속에 있는 난자를 유전자 편집하는데 성공했고 유전자 편집 성공률이 22%에 이르는 것으로 확인됐다. 연구팀은 쌀벌레 중 하나인 거짓쌀도둑거저리(red flour beetle)라는 곤충에도 이번 기술을 적용한 결과 유전자 편집 효율은 50%를 넘는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 이번 기술은 기존 유전자 가위기술와 달리 단일 유도RNA와 캐스9 단백질 2가지만으로 구성된 물질을 주사하는 것만으로 유전자 편집이 가능해 곤충 같이 작은 생물체 편집에 다양하게 활용할 수 있다. 이번에 직접 실험하지는 않았지만 바퀴벌레의 생식능력을 없애 번식을 차단할 수 있어 ‘바퀴벌레와의 전쟁’에서 승리할 수도 있을 것으로 전망된다. 연구를 이끈 다카키 다이몬 교토대 교수는 “이번 기술은 곤충 게놈을 더 자유롭게 편집할 수 있게 해줄 것으로 보며 실제로 곤충종 90% 이상에 해당하는 약 150만 종의 곤충 게놈편집이 가능해질 것”이라며 “진드기, 바퀴벌레 같은 해충을 없앨 뿐만 아니라 새우, 게 같은 주요 수산자원 양식에도 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

온난화가 지금처럼 계속 이어져 지구 평균기온이 상승하면 많은 생물종이 멸종할 것이라는 예측들이 나오고 있다. 식탁 위 먹을거리들도 점점 줄어들게 될 것이다. 감자도 그 중 하나이다. 신대륙 발견으로 남미가 자생이던 감자가 유럽으로 건너가면서 굶주림으로부터 많은 사람을 구원하기도 했다. 19세기 중반 아일랜드에서 감자 대기근이 발생하면서 많은 사람이 죽었고 미국으로 대규모 이민이 발생하기도 했다. 현대에서도 감자는 고구마와 함께 대표적인 구황작물로 꼽힌다. 과학자들은 감자를 비롯해 많은 식물들이 온도 스트레스에서도 살아남을 수 있는 방법을 찾기 위한 연구를 진행하고 있다. 국내 연구진은 고온에서 감자 수확량이 감소하는 원리를 처음 밝혀내고 높은 온도에서도 수확량을 유지할 수 있는 품종을 개발하는데 도움이 될 것으로 기대된다. 한국생명공학연구원 식물시스템공학연구센터 연구팀은 감자의 생육 시기별로 유전자 분석을 실시해 고온에서 감자 덩어리가 쉽게 형성되지 않는다는 사실을 발견했다고 19일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’ 표지논문으로 실렸다. 감자는 온도가 높아지면 수확량이 감소한다는 사실은 잘 알려져 있다. 국내에서도 감자는 온도가 비교적 낮은 고랭지에서 재배되고 있다. 온도가 올라가면 감자 같은 뿌리식물은 괴경(덩어리) 형성을 유도하는 특정 유전자 기능이 저하되는 것으로 보고되고 있지만 생육 온도와 수확량에 대한 정확한 연구는 없었다. 연구팀은 다양한 온도에서 감자를 재배하고 생육 시기별로 감자의 유전자 변화와 수확량을 분석했다. 그 결과, 고온에서 감자는 환경에 적응하기 위해 괴경 형성을 억제하는데 생육 초기와 후기에 대응 방식이 다른 것으로 확인됐다. 온도가 높아지면 생육 전반에 걸쳐 괴경 형성 유도 유전자를 억제해 수확량을 줄이는데 생육 초기에는 괴경 형성 유도 유전자의 RNA를 조절하지만 후기에는 유전자의 DNA를 조절한다는 것이다. 생육 초기에 괴경 형성 유전자 발현을 촉진시키면 수확량을 회복시킬 수 있지만 후기에는 유전자 발현을 높이더라도 수확량 감소를 막지는 못하는 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 이효준 생명공학연구원 박사는 “온도가 높아지면 생육 부진 때문에 감자 수확량이 줄어드는 것이 아니라 식물 스스로 환경적응을 위해 덩어리 형성을 억제했기 때문이라는 것을 알 수 있었다”며 “이번 연구 결과는 고온 환경에서도 수확량이 높은 감자품종을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

암 발생과 바이러스 감염에 관여하는 면역세포를 조절하는 ‘보이지 않는 손’ 단백질이 발견됐다. 포스텍 생명과학과, 성균관대 의대, 가톨릭대 의대, 캐나다 앨버타대 세포생물학과 공동연구팀은 면역 B 관련 세포를 조절하는 표적단백질 ‘가피쿠아’(CIC)를 발견했다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’에 실렸다. B세포는 독감 바이러스 감염이나 암 발생과 밀접하게 관련된 면역세포이다. 이 세포는 바이러스 감염을 막기 위해 항체를 만들지만 과다하면 오히려 암을 자라게 만든다. B세포는 태아 단계에서 만들어지는 B-1 세포와 태어난 뒤 골수에서 만들어지는 B-2 세포로 구분된다. 특히 B-1은 태어난 뒤에는 더 이상 만들어지지 않는데 그 이유에 대해서는 명확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 가키쿠아 단백질도 B-1세포처럼 태아와 출생 후 변화가 크다는 점에 착안했다. 연구팀은 가키쿠아 단백질을 억제한 생쥐로 실험을 실시한 결과 CIC가 없는 쥐는 정상적인 쥐보다 B-1세포가 B-2보다 더 많은 것이 관찰됐다. 태아 시기에는 적지만 성장 과정에서 늘어나는 CIC가 B세포 형성에 관여하며 두 세포의 균형 유지에 관여한다는 것이다. 이윤태 포스텍 생명과학과 교수는 “B-1 세포는 독감 바이러스나 암 발생과 관련된 세포이기 때문에 이 표적 단백질을 이용하면 감염을 차단하거나 새로운 항암 면역기술을 개발하는데 도움이 될 것”이라고 설명했다.

이유 없는 복통과 설사, 혈변 등이 계속되는 경우 염증성 장질환을 의심한다. 크론병, 궤양성 대장염 같은 염증성 장질환은 장관 내에 비정상적 염증이나 궤양이 호전과 재발을 반복하는 만성 휘귀난치병이다. 불규칙하고 서구화된 식습관으로 주로 젊은 층에서 많이 발생하는 것으로 알려져 있다. 최근에는 아동 청소년에게서도 많이 나타나 영양실조, 성장장애 등 문제가 발생한다. 문제는 명확히 원인이 밝혀지지 않아 치료도 항염증제, 면역조절제 등으로 증상완화에 그치고 있다. 세브란스병원 소화기내과 천재희 교수팀은 이스라엘 벤구리온대 연구팀과 함께 염증성 장질환은 장 미생물에서 만들어지는 대사체인 숙신산이 대장 염증을 일으켜 생긴다고 17일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’에 실렸다. 장내 미생물의 불균형 때문에 병리학적 이상이 생기는데 특히 숙신산이라는 물질이 염증 반응을 촉진하는 대식세포를 활성화해 만성 염증의 원인으로 지목돼 왔지만 정확한 발병 메커니즘이 밝혀지지는 않았다. 연구팀은 다양한 환경에서 대식세포를 배양해 숙신산을 많이 흡수하는 대식세포의 상태와 숙신산이 염증을 일으키는 과정을 연구했다. 대식세포에 염증작용을 일으키는 지질 다당류와 인터페론-감마 처리를 하면 숙신산 흡수가 빨랐고 면역체계를 제어하는 인터루킨-4와 인터루킨-13 처리를 하면 숙신산 흡수가 느린 것이 관찰됐다. 또 숙신산과 함께 배양되는 대식세포는 그렇지 않은 세포보다 숙신산 함유가 2.5배 많아졌다.연구팀은 염증성 장질환을 앓고 있는 환자의 분변과 혈액을 일반인과 비교해 숙신산과 대장 염증의 관계를 조사했다. 그 결과 염증성 장질환 환자의 분변과 혈액에서는 일반인보다 숙신산 농도가 약 4배 높았고 체내에서 숙신산 조절도 안돼 염증이 심해지는 것으로 확인됐다. 이와 함꼐 염증성 장질환 환자의 대장에서는 숙신산을 만드는 장내 미생물이 늘어나고 숙신산을 억제하는 장내 미생물이 적다는 사실도 확인할 수 있었다. 천재희 세브란스병원 교수는 “이번 연구는 발병 원인과 치료법이 명확하지 않았던 염증성 장질환에서 질병 발생 메커니즘을 규명함으로써 신개념 치료제 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다.