실내 온도를 조절하는 장치가 있는 건물에서 온도조절기가 고장 난 상태를 상상해 보자. 무더운 여름에는 에어컨이나 환기 장치가 제대로 작동하지 않아 바깥보다 더 찜통 같은 상태가 될 것이다. 겨울에는 냉동고와 다름 없는 실내가 될 지도 모른다. 그런데 우리 뇌 안에 있는 온도조절기가 고장 나면 어떻게 될까. 스페인 바르셀로나 폼페우 파브라대, 바르셀로나 과학기술연구원, 스위스 바젤대, 포르투갈 상팔리무드 재단, 프랑스 소르본대, 영국 런던대(UCL) 공동 연구팀은 신경 유전자의 아주 작은 조각인 마이크로엑손의 발현 변화가 각성 상태를 조절하는 일종의 뇌 속 온도조절기를 고장 내 불면증, 우울증 등을 유발할 수 있다고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 6월 19일 자에 실렸다. 동물이 생존하기 위해서는 내·외부 자극에 적절하게 반응할 수 있어야 한다. 흔히 각성이라고 부르는 중추신경계의 활성화는 동물계 전반에 걸쳐 고도로 보존된 기능 중 하나다. 적절한 각성 조절은 졸음, 반응성 저하, 불면증, 감각 과민성 사이에서 균형을 유지하도록 해 준다. 이런 기능이 중요한 이유는 스트레스와 신경발달장애와 밀접한 관계가 있기 때문이다. 생물체는 발달 시기와 성체 단계에서 각성을 적절히 조절하기 위해 대체 스플라이싱을 통해 생성되는 매우 다양한 단백질을 필요로 한다. 이 과정은 하나 이상의 마이크로엑손 존재 유무에 따라 아미노산 서열이 유사하지만 동일하지 않은 기능적으로 구분되는 두 가지 단백질을 생성할 수 있는 메커니즘이다. 마이크로엑손은 3~27개의 뉴클레오티드로 이뤄진 매우 짧은 엑손 조각이다. 또 대체 스플라이싱은 전사된 메신저RNA(mRNA)가 여러 방식으로 절단되고 재조합돼 하나의 유전자에서 기능이 다른 여러 단백질이 만들어지는 과정을 말한다. 연구팀은 동물 실험에 많이 쓰이는 제브라피시를 이용해 몇 가지 실험을 했다. 수정 후 5~8일이 지난 유충의 운동량, 수면, 불안과 스트레스 지표인 벽 붙기를 자동 추적하고 고속 영상으로 꼬리 움직임의 종류와 운동역학까지 분석했다. 칼슘 지시자인 GCaMP6s를 모든 뉴런에 발현시킨 뒤 이광자 칼슘 이미징으로 빛·어둠·다가오는 점 자극에 대한 뇌 영역별 신경 활동을 측정했다. 이어 신경세포를 분리해 RNA 시퀀싱으로 어떤 미세엑손이 잘못 됐는지, 어떤 유전자 발현이 바뀌었는지 살폈고, cAMP 신호를 올리거나 내리는 약물을 처리해 행동·전사체가 어떻게 바뀌는지 인과관계를 확인했다. 그 결과, 신경 마이크로엑손 발현 변화는 과각성 상태를 유발해 수영 패턴이 변하고 수면 시간이 감소하는 것으로 나타났다. 행동 변화 외에도 잘못된 스플라이싱이 신경 세포 활동을 조절하는 세포 내 신호물질인 cAMP 수치를 변화시켜 세포의 흥분성을 높이거나 낮춘다는 사실을 발견했다. 화학 억제제로 cAMP를 감소시키면 돌연변이 물고기의 활동이 정상 수준으로 돌아오는 반면 약물로 합성을 유도하거나 분해를 감소시켜 정상 물고기의 cAMP 수치를 높게 유지하면 과각성 행동을 보이는 것으로 나타났다. 즉 cAMP가 각성 행동을 주도하는 핵심 요소임을 확인해 주는 것으로 cAMP가 인체의 각성 상태를 조절하는 온도조절기 역할을 한다는 의미다. 연구를 이끈 마누엘 이리미아 스페인 폼페우 파브라대 교수는 “이번 연구에서 밝혀낸 메커니즘이 인간에게도 똑같이 적용될지는 추가 연구가 필요하지만 수면 장애, 감각 과민성은 자폐스펙트럼증후군이나 조현병 같은 신경학적 장애에서 흔히 나타나며 마이크로엑손 조절에 문제가 생기면서 나타난다고 알려졌다”라고 밝혔다. 이리미아 교수는 “cAMP 매개 각성 경로가 불안증, 우울증과도 연관이 있는 것으로 알려져 있는 만큼 이번 연구로 사람의 각종 신경 장애에 대해서도 새로운 치료법을 발견할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

무설탕·저칼로리 제품에 흔히 사용되는 대체 감미료인 ‘소르비톨’이 간 건강에 악영향을 줄 수 있다는 경고가 나왔다. 27일(현지시간) 영국 데일리메일에 따르면 생명과학 분야 온라인 저널인 ‘사이언스 시그널링(Science Signalling)’에 실린 연구에서 미국 워싱턴 대학 연구진은 “체내에 소르비톨이 축적되면 간에 과도한 양의 지방이 축적돼 대사 기능 장애와 관련된 지방간 질환이 발생할 수 있다”고 밝혔다. 연구진은 제브라피시라는 물고기의 장내 미생물 군집을 조사하고 이 군집이 손상될 경우 제브라피시의 신체가 어떻게 반응하는지 관찰했다. 그 결과 물고기에게 정상적인 먹이를 주었을 때 장내 미생물 군집이 고갈되면 간 질환이 발생한다는 사실을 발견했다. 이는 소화 과정에서 신체가 장에서 포도당을 소르비톨로 전환해 과당으로 전환하기 때문이다. 일반적으로는 미생물 군집 내 박테리아가 소르비톨을 분해하기 때문에 간 질환으로 이어지지 않는다. 그러나 항생제를 사용해 장내 박테리아를 제거하면 소르비톨이 분해되지 않고 축적돼 간으로 이동하게 되고 지방간을 유발한다. 물고기의 먹이에 직접 소르비톨을 추가하는 경우에도 소르비톨이 간에 축적됐다. 반면 소르비톨 생성을 멈추거나 소르비톨을 분해하는 박테리아를 추가하면 간 손상을 예방할 수 있었다. 연구진은 장내 박테리아가 설탕 관련 간 질환을 예방하는 데 도움이 되며, 소르비톨을 직접 섭취하는 것은 지방간의 위험을 증가시킬 수 있다는 결론을 내렸다. 전문가들은 “설탕 대체제를 넣은 ‘무설탕’ 식품이 생각했던 것보다 간 건강에 더 해로울 수 있다”면서 “대체 식품의 역할을 재고해야 한다”고 촉구했다. 연구를 이끈 게리 패티 박사에 따르면 소르비톨은 본질적으로 ‘과당에서 한 단계 더 진화한 것’인데 과당은 암세포를 과도하게 활성화하고 지방간 질환을 유발하는 것으로 나타났다. 패티 박사는 “소르비톨은 체내에서 상당한 수준으로 생성될 수 있지만 적절한 박테리아가 있다면 소르비톨은 문제가 되지 않는다”고 밝혔다. 이어 “그러나 장내 적절한 박테리아가 없으면 소르비톨이 분해되지 않고 간으로 전달된다”면서 “과도한 양의 설탕이나 소르비톨을 섭취하면 이를 분해하는 박테리아가 고갈될 수 있다”고 경고했다. 결국 분해되지 않은 소르비톨이 간으로 들어가면 과당 유도체로 전환돼 장기 내 지방이 증가하게 되는 것이다. 연구진은 “이러한 연구 결과를 종합해보면 장내 소르비톨 분해 박테리아가 지방간 질환을 예방하는 데 도움이 되며, 과도한 소르비톨 섭취는 지방간 발병 위험을 높일 수 있다”고 강조했다. 앞서도 일반 설탕 음료는 물론 대체 감미료를 사용한 무설탕 음료 역시 지방간 등 간 질환 위험과 연관이 있다는 연구가 나온 바 있다. 특히 최근 유럽 대규모 역학연구에서는 무당·저당 음료를 하루 250g 이상 섭취할 경우, 간 질환으로 이어질 위험이 60%까지 높아졌다는 결과가 나와 식음료 소비에 대한 경각심을 높였다.

거리를 다니다 보면 많은 사람이 이어폰이나 헤드폰을 사용하고 있음을 알 수 있다. 그렇지만 음량을 지나치게 높이거나 사용 시간이 길어질 경우 청력이 손상되기 십상이다. 문제는 청력이 한 번 손상되면 원래대로 회복하기가 쉽지 않다는 점이다. 이런 상황에서 미국 서던 캘리포니아대(USC) 의대 줄기세포 연구팀은 물고기와 도마뱀 등 일부 동물들이 청각이 손상됐을 때 자연적으로 청력을 재생할 수 있는 핵심 유전자 조절 인자를 발견했다고 14일 밝혔다. 청력 손실과 청력 이상으로 인한 균형 장애가 있는 환자의 청각 세포 재생에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 12월 9일 자에 실렸다. 내이(內耳)에는 소리를 감지하는 감각 세포와 감각 세포가 활성화될 수 있는 환경을 조성하는 지원 세포, 두 종류의 세포가 있다. 물고기나 도마뱀과 같이 재생 능력이 뛰어난 종은 감각 세포가 손상되면 지원 세포가 대체 감각 세포로 변하는 데, 이는 사람을 비롯한 포유류는 갖지 못한 능력이다. 연구팀은 물고기와 도마뱀의 청각 재생 능력의 비결을 파악하기 위해 제브라 피시와 녹색 아놀 도마뱀의 내이 감각 세포와 지원 세포의 게놈을 정밀 분석해 재생 능력이 없는 생쥐의 유전자와 비교했다. 그 결과, 실험을 통해 손상 후 내이 감각 세포 만드는 데 필요한 유전자를 유도하는 ‘ATOH1’이라는 단백질 생산을 증폭시키는 인헨서라는 DNA 제어 단백질을 발견했다. 연구팀은 유전자 편집 도구인 크리스퍼 유전자 가위를 사용해 제브라피시에서 이런 인헨서 5개를 조절해 감각 청각 세포 손상 후 재생에도 성공했다. 그리고, 생쥐 내이의 감각 및 지원 세포를 생성하는 전구 세포에서 배아 발달 중에 활성화되는 같은 강화 인자를 갖고 있기는 하지만 성체가 된 뒤에는 그런 강화 인자가 드러나지 않는다는 점을 확인했다. 게이지 그럼프 USC 의대 교수는 “이번 연구는 두 종류의 재생 척추동물과 생쥐 같은 비재생 척추동물을 비교함으로써 청력 회복을 위한 감각 세포를 대체할 수 있는 근본적 방법을 발견했다”라고 “사람의 내이에서 이런 인핸서를 활성화하는 표적 전략을 사용해 자연 재생 능력을 높이고 난청을 되돌릴 수 있을 것”이라고 말했다.

중국이 톈궁 우주정거장에 작은 열대어종 제브라피시를 보낼 계획이다. 중국매체 관찰자망은 작고 폐쇄된 생태계에서 물고기와 미생물 사이의 상호작용에 대한 연구의 일환으로 작은 열대어종을 톈궁 우주정거장의 궤도로 보낼 것이라고 보도했다. 이 실험은 또한 우주비행사의 뼈 손실에 대한 연구에도 도움이 될 것으로 보인다. 중국의 유인 우주공학 우주응용 시스템 총사령관의 보좌관인 장 웨이는 지난 10일 베이징에서 열린 우주정거장 과학 및 응용 프로젝트 세미나에서 중국언론에 이 같은 계획에 대해 말했다. 실험 일정과 수중 장비에 대한 추가 정보는 공개되지 않았다.물고기가 우주로 보내진 것은 이번이 처음은 아니다. 미세중력이 해양생물에 미치는 영향을 연구하기 위해 설계된 미 항공우주국(NASA)의 수생 서식지(AQH)가 2012년 국제우주정거장(ISS)으로 보내진 바 있다. AQH는 일본 고유종인 작은 민물고기 메다카의 무리가 서식하는 시설이었다. 다니오 레리오로 불리는 제브라피시는 앞서 1976년 소유즈 21 임무를 통해 소련의 살류트 5 우주정거장으로 보내졌다. 물고기로 실험을 수행한 소련의 우주비행사는 제브라피시가 미세중력에 대한 반응으로 일부 행동을 수정하는 것처럼 보인다는 사실을 발견했다. 

뭔가를 자주 까먹는 사람에게 ‘물고기 머리’ ‘새 대가리’라며 놀리곤 한다. 그러나, 과학자들은 새들이 흔히 알려진 것처럼 머리가 나쁘지 않다는 점을 다양한 연구로 보여줬다. 이번에는 머리 나쁨의 또 다른 대명사인 물고기로 사람의 신경발달 질환을 치료할 수 있다는 연구 결과를 제시했다. 이탈리아 트렌토대 마음·뇌과학 연구센터, 파도바대 일반심리학과, 영국 킹스칼리지런던대 발달신경생물학 연구센터, 퀸메리런던대 생물·행동과학부, 미국 서던캘리포니아대 수렴 생명과학센터 공동 연구팀은 물고기가 숫자를 파악할 때 사용하는 ‘수학’ 유전자를 갖고 있으며, 이를 이용해 신경발달 질환을 치료할 수 있을 것이라고 17일 밝혔다. 이번 연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘최신 신경해부학’ 7월 15일자에 게재됐다. 연구팀은 약 200개의 관련 연구를 메타분석해 어류도 포유류, 조류 같은 고등 동물들처럼 비슷한 뇌 부위를 사용해 양과 수를 인지한다는 점을 파악했다. 연구팀은 생명과학 분야에서 많이 쓰는 제브라피시를 이용해 실험했다. 제브라피시는 성체 크기가 5㎝ 정도의 관상용 열대 어류이다. 얼룩말처럼 무늬가 있지만 몸이 투명해 해부하거나 죽이지 않아도 실험에서 원하는 것을 파악하기 쉽다. 또 어류이지만 폐를 제외한 포유류의 모든 장기를 갖고 있으며 심장도 인간의 것과 공통점이 많다. 인간과 80~90% 가량 유전자를 공유하고 있어 돌연변이 연구로 사람의 다양한 유전질환을 해결할 수 있다. 먹잇감의 양이나 천적의 숫자를 인식하는 것은 제브라피시의 생존에서 매우 중요하다. 기존에는 어류가 양을 어떻게 측정하는지 행동 관찰을 통해 연구했기 때문에 정확한 작동 원리를 파악하기 어려웠다. 연구팀은 제브라피시의 눈동자 움직임 관찰과 전뇌 기능성 영상(Whole-brain functional imaging) 기술로 숫자 파악을 위해 작동하는 뇌 부위를 세포와 유전적 측면에서 측정했다. 그 결과, 물고기도 단순히 표면적, 등고선, 밀도 같은 주변 환경에서 나오는 신호를 기초로 숫자를 생각하는 것이 아니라 사람처럼 추상적인 수에 대한 개념을 갖고 있다는 사실을 확인했다. 양과 숫자 정보를 처리하는 회로가 포유류, 특히 인간과 비슷한 것으로 파악됐다. 연구팀은 수를 처리하는 특정 뉴런(신경세포)를 아직은 명확히 집어낼 수는 없지만 추가 연구로 발견 가능성이 크다고 밝혔다. 연구팀은 제브라피시 연구를 통해 숫자를 인식하고 파악하지 못하는 난수증 환자를 치료할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 글자를 읽기 어려워하는 난독증처럼 난수증도 정확한 통계는 없다. 그렇지만 과학자들은 전 세계적으로 약 6%의 아이들이 난수증에 시달리고 있는 것으로 파악하고 있다. 제브라피시가 계산능력을 손상시키는 신경발달 장애 치료에 도움을 줄 것으로 보인다. 연구를 이끈 이탈리아의 저명한 신경과학자 조르쥬 발로르티가라 트렌토대 교수(인지과학)는 “사람들이 물고기는 수에 대한 개념이 없을 것이라고 생각하지만 수와 양에 대한 일종의 ‘수학적 뇌’를 갖고 있다”며 “물고기의 수 감각에 대한 분자적, 유전적 기반에 대한 연구를 통해 난수증을 치료할 수 있을 것으로 기대한다”고 설명했다.

다문화 학생들의 한국 정착은 보통 어려운 일이 아니다. 말마저 통하지 않는 낯선 환경에서 다문화 학생들은 마음의 문을 닫아걸기 일쑤다. 강원 동춘천초등학교가 묘수를 냈다. 최근 한국으로 유학 온 엄마를 따라 한국에 정착한 3학년 몽골 소년 어치르에게 이미 6년 전 몽골에서 한국으로 이주한 친공을 단짝으로 맺어 준 것이다. 친공은 어치르의 통역사가 돼 수업은 물론 학교생활 전반을 돕고 있다. 두 소년의 ‘우정’이 오랜 시간 이어지기를 기대한다. 미국의 과학저술가 리디아 덴워스는 ‘우정의 과학’에서 “초기 인류가 사회적 필요를 충족하기 위해 직계가족을 벗어나기 시작한 때”부터 “우정은 시작됐다”고 말한다. 저자는 우정이 “선택도 사치도 아니”며 “실제로 죽고 사는 문제”라고 강조한다. 우정이 없었다면 오늘날 우리는 없었다는 말이다. 유유상종(類類相從)은 보통 ‘비슷한 성향’을 이를 때 쓰지만 저자는 이 말이 “어느 정도 유전자와 관련된 현상”임을 분명히 한다. 저자는 우리가 “그저 자신과 닮은 사람을 친구로 삼는 것이 아니”라면서 몇몇 연구 결과를 인용해 “개인이 친구 집단에 연결되는 방식의 차이 거의 절반은 유전적 요인에 기인”한다고 주장한다. 아리스토텔레스는 오래전 이에 대해 “친구는 또 다른 자신”이라고 우리에게 설파한 바 있다는 말도 곁들인다. 그럼에도 우정이 문화적인 산물이라는 주장은 여전히 설득력을 얻고 있다. 이에 대해 저자는 우정을 인간 사회에서만 볼 수 있다면 그렇게 말할 수 있지만 인간은 물론 영장류와 돌고래, 물고기에게도 존재한다는 점을 들어 인간의 DNA에 숨겨진 현상임을 강조한다. 관상어로 사랑받는 제브라피시는 “동료 물고기 떼가 있을 때 친구가 있는 포유동물과 매우 비슷한 뇌 활성화 패턴을 보”인다. 저자는 아프리카 개코원숭이를 관찰한 결과 서열보다 “강력한 사회적 유대”, 즉 우정이 “번식 성공 가능성”을 높인다는 연구 내용도 제시한다. “강력하고 안정적인 관계”가 좋은 결과로 이어지면서 “새끼의 생존율”을 높인다는 것이다. 저자는 책 말미에 우정이 사회적 지지를 강화할 뿐 아니라 면역 체계를 강화하는 효과가 있다고 주장한다. 특히 노인 자원봉사자들의 경우 “공동의 목적을 위해 협력하도록 설계된 뜻깊은 활동에 참여”하는 것만으로도 “건강에 이로”운 결과를 이끌어 냈다. 아울러 저자는 우정을 기반으로 한 삶의 조건을 만들기 위한 사회의 노력을 촉구한다. 진정한 변화를 일으키려면 개개인이 우정을 위한 하루하루를 계획할 뿐 아니라 “지역사회, 기관, 기업이 행동해야”만 하기 때문이다. 출판도시문화재단 사무처장

성범죄에 ‘물뽕’이라는 향정신성 약물을 사용했다는 뉴스를 접할 때가 있다. 물뽕은 감마하이드록시낙산(GHB)라는 마약으로 무색, 무취, 무미의 중추신경 억제제로 물이나 술에 몰래 타서 먹인 뒤 범죄를 저지르는 것으로 알려져 있다. 한국생명공학연구원 감염병연구센터, 안전성평가연구소 예측독성연구본부 공동 연구팀은 GHB에 반응하면 즉시 색이 변하는 인체 무해한 물질을 개발했다고 4일 밝혔다. 상용화되면 마약을 이용한 성범죄로부터 자신을 보호할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 형태의 약물 검출 기기를 만드는데 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 이번 연구 결과는 분석화학 분야 국제학술지 ‘바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스’에 실렸다. GHB는 체내 투여 후 15분 안팎에 몸이 풀리고 환각증세를 동반하는 약물이며 체내에 투입된 뒤 6시간 후면 신체에서 빠져나가 검출이 쉽지 않다. 검출을 위해서는 수사기관이나 전문기관 등에서 특수 장비를 활용해야 하기 때문에 일반인 수준에서는 접근이 쉽지 않고 위험으로부터 자신을 보호하기가 쉽지 않다. 이런 상황에서 연구팀은 복잡한 과정이나 특수 장비 없이 마약 사용여부를 확인할 수 있는 기술을 개발했다. 헤미시아닌이란 염료를 활용해 GHB와 반응하면 노란색 겔이 10초 이내에 빨간색으로 변하도록 한 화합물을 만든 것이다. 이번에 개발한 화합물은 GHB가 인체에 영향을 미치는 1㎖당 1㎛(마이크로그램)의 농도에도 반응한다. 또 주변이 어두워 GHB 색 변화가 쉽지 않을 때는 스마트폰 애플리케이션을 이용해 변색 정도를 파악할 수 있는 기술도 만들었다. 연구팀은 제브라피시를 이용해 젤의 유해성을 확인한 결과 인체에 무해하고 생체 친화적이라는 점을 확인했다. 이번에 개발한 화합물은 화장품이나 다양한 여성용품 등에 코팅해 적용할 수 있고 인체에 발라 사용이 가능해 활용성이 뛰어나다는 장점을 갖고 있다. 연구팀은 국내 화장품 기능성소재 개발 기업에 기술을 이전하고 상품화를 추진 중이다. 연구를 이끈 권오석 생명공학연구원 박사는 “이번에 개발한 색변환 하이드로겔 제조기술은 마약 같은 약물 이용 성범죄 발생을 예방하기 위해 개발된 것”이라며 “범죄 예방 효과는 물론 약물 검출을 위한 진단시장 개척에도 도움이 될 것”이라고 말했다.

올 한 해는 코로나19로 인해 사람들의 이동은 물론 산업활동이 줄면서 오염물질 배출도 적어졌다고 합니다. 평소 맑은 하늘을 보기 어려운 중국과 인도에서 푸른 하늘을 찍은 사진이 화제가 됐던 적도 있습니다. 그렇지만 세계기상기구(WMO)의 ‘2020년 지구기후 잠정 보고서’에 따르면 코로나19에도 불구하고 대기 중 이산화탄소 농도는 계속 상승했으며 올해는 역대 가장 따뜻한 3년 중 하나가 될 것이라고 합니다. 몇 년 전부터 여름 폭염과 겨울 혹한이라는 극한 날씨가 반복되고 있습니다. 바닷물 온도도 높아지면서 태풍, 허리케인 같은 열대저기압 강도는 점점 세지고 발생 횟수도 많아지고 있습니다. 대형 산불과 홍수도 일상화되고 있습니다. 모든 것이 지구온난화 때문입니다. 40도에 육박하는 무더위와 영하 20도 가까이 내려가는 강추위가 지구온난화 때문이라고 말하면 “사람이나 동식물 모두 변하는 환경에 적응해 살아남을 것”이라는 근거 없는 낙관론을 펼치는 이들이 있습니다. 과연 지구에 사는 생물들이 현재와 같은 기후변화 속도에 적응해 살아남을 수 있을까요. 노르웨이 국립과학기술대 생물학과, 생물다양성역학연구센터 공동연구팀이 그에 대한 해답을 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 15일자에 발표했습니다. 결론부터 말하자면 “지구 생태계의 진화는 현재 기후변화 속도를 따라가지 못한다”고 합니다. 연구팀은 생물학 관련 다양한 연구에 많이 사용되는 제브라피시를 이용해 온도적응성과 진화에 대한 실험을 실시했습니다. 제브라피시는 성체가 5㎝ 정도의 열대어로 유전체가 완전히 해독돼 있으며 사람과 70~80% 정도의 연관성을 가진 것으로 밝혀져 환경생태학, 독성학, 동물행동학 등 분야 연구에서 활용되고 있습니다. 연구팀은 4년 동안 6세대에 걸쳐 약 2만 마리의 제브라피시를 키우면서 고온 적응력을 갖게 되는지를 관찰했습니다. 이번 연구는 온도 저항성에 초점을 맞춰 척추동물을 대상으로 한 가장 큰 규모의 인공진화실험입니다. 연구팀은 수온 상승에 잘 견디는 제브라피시를 만들어 수온상승에 대한 진화 적응력을 측정했는데 한 세대당 수온상승 적응한계는 0.04도에 불과한 것으로 나타났습니다. 연구팀에 따르면 현재 지구 온도 상승속도가 지나치게 빨라 한 세대가 3개월 정도인 제브라피시도 적응하지 못하는 상황이라고 지적했습니다. 진화는 주어진 환경에 가장 잘 적응한 개체가 그렇지 못한 개체보다 더 많이 번식하고 세대를 거듭해 나가면서 유전 특성이 변화하는 것을 말합니다. 세대가 짧은 동물도 기후변화에 적응하지 못하는 상황에서 30년이라는 비교적 긴 세대기간을 가진 인간이 기후변화에 적응해 진화한다는 것은 더욱 어려울 수 있다고 해석할 수 있을 것입니다. 현재는 코로나19 대응에 모든 사람의 관심이 쏠려 있습니다. 인류가 당면한 가장 시급한 문제이기 때문에 당연한 일입니다. 백신 접종도 시작되고 치료제까지 나오면 코로나19와의 전투에서 인류는 승리할 것입니다. 그렇지만, 지구온난화라는 더 큰 전쟁이 우리 앞에 있습니다. 지금 당장 행동에 나서지 않으면 전투에서는 이기고 전쟁에서는 패배해 인류가 지구상에서 사라지는 미래가 현실이 되지 않을 것이라고 누가 장담할 수 있을까요. edmondy@seoul.co.kr

지구온난화 진행 속도가 동물의 진화 속도에 비해 너무 빨라 많은 종(種)이 바뀌는 기후에 적응하지 못하고 생존 위기를 맞을 것이라는 경고가 나왔다. 노르웨이과학기술대학교(NTNU) 생물학 부교수 프레드리크 주트펠트 박사 연구팀은 열대어인 제브라피시를 대상으로 4년에 걸쳐 인공 진화 실험을 해 얻은 결과를 미국 국립과학원회보(PNAS) 최신호에 14일(현지시간) 발표했다. 연구팀은 바다에서 잡은 제브라피시를 6세대에 걸쳐 2만 마리 규모로 키우며 고온내성 한계치가 진화하는 과정을 관찰했다. 세대를 내려갈수록 높아지는 수온을 견디는 내열성이 얼마나 커지는지 조사한 것이다. 이번 연구는 내열성에 초점을 맞춰 척추동물을 대상으로 진행한 가장 큰 규모의 인공진화 실험이라고 연구팀은 설명했다. 연구팀이 수온 상승에 더 잘 견딜 수 있는 제브라피시 계통을 만들어 가며 수온 상승에 대한 진화 적응력을 측정한 결과 한 세대당 내열성 진화는 0.04도에 그쳤다. 연구팀은 “이런 진화 속도는 현재 많은 곳에서 물고기가 겪고 있는 수온 상승 속도보다 느리다”고 지적했다. 앞서 1987~2019년 전 세계 해저 2000m 지점의 평균 해수 온도는 4.5배 상승했다는 연구가 있었다. 이 속도가 이어지는 한 열대 어종이 진화를 통해 더 높은 수온에 적응하기보다 멸종될 가능성이 높음을 이번 연구는 시사했다. 주트펠트 박사는 “일부 제브라피시와 다른 열대 어종이 금세기 말 지구가 겪게 될 기온에 대처할 수 있을 가능성은 희박하다”면서 “지구온난화를 멈추는 것이 중요하다”고 말했다. 홍희경 기자 saloo@seoul.co.kr

인간의 발목 관절에 있는 연골은 도마뱀 수준의 재생 능력을 지닌 것으로 밝혀졌다. 미국 듀크대 연구진은 인간의 발목과 무릎 그리고 엉덩이에 있는 관절 연골에서 각기 다른 재생 메커니즘을 발견했다고 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 9일자에 발표했다. 이에 대해 연구 책임저자인 버지니아 바이어스 크라우스 박사(의학·병리학·정형외과 교수)는 “이번 결과는 잠재적으로 세계에서 가장 흔한 관절 장애인 골관절염의 치료제 개발로 이어질 수 있다”고 말했다. 연구진은 연골에 있는 단백질의 나이를 측정하는 방법을 고안했다. 조직에서 새로 생성된 단백질은 오래된 단백질과 반대로 아미노산 변환을 거의 또는 전혀 하지 않는다. 이런 과정을 이해해 연구진은 고감도 질량 분광법으로 콜라겐을 포함한 연골의 주요 단백질의 나이를 구별할 수 있었다. 그 결과, 연골의 나이는 신체 어느 부위에 있느냐에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다. 이를 좀더 자세히 살펴보면 발목의 연골이 가장 젊었으며 그다음은 무릎의 연골이고 엉덩이의 연골이 가장 늙어 있었다는 것이다. 즉 인간 연골의 나이와 신체 부위 사이의 이런 상관관계는 다리나 꼬리 끝 등 사지의 가장 먼 끝 부분을 더 쉽게 재생하는 동물의 능력과 일치한다. 또한 이 결과는 왜 사람들이 무릎 부상과 특히 엉덩이 부상에서 회복하는 데 오랜 시간이 걸리고 종종 관절염으로 발전하는지 그리고 발목 부상은 더 빨리 치유되고 덜 심각한 관절염이 되는지를 설명하는 데 도움이 된다. 연구진은 이런 과정이 마이크로RNA로 불리는 분자들에 의해 조절된다는 사실도 확인했다. 실제로 마이크로RNA는 도롱뇽이나 제브라피시, 또는 도마뱀 등 사지나 지느러미 또는 꼬리 재생 능력을 지닌 동물에게서 더 활발하게 작동한다. 따라서 연골에 있는 마이크로RNA를 활용하면 관절염을 예방하거나 늦추고 심지어 치료하는 약을 개발할 수 있을 것으로 연구진은 보고 있다. 사진=123rf 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

오류 가능성 높여 정신장애 원인되기도신약이나 새로운 물질을 개발할 때는 항상 동물을 이용해 독성이나 부작용을 확인하는 전임상실험을 합니다. 제브라피시나 초파리, 생쥐도 활용되고 있지만 이런 동물들로 실험을 할 경우 사람에게 나타날 수 있는 문제점이 발견되지 않을 가능성이 높습니다. 그렇기 때문에 사람과 유전자 일치도가 93.5%에 이르는 원숭이로 실험을 하곤 합니다. 원숭이는 사람과 유사성 때문에 뇌과학 연구에서도 많이 활용되고 있습니다. 이스라엘 와이즈만 과학연구소, 텔아비브대 의대, 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 신경외과 공동연구팀은 사람과 원숭이의 뇌를 비교 분석해 ‘뇌 소프트웨어’가 서로 다르다는 것을 밝혀냈습니다. 사람의 높은 지능은 물론 각종 정신장애의 원인도 다름 아닌 진화를 통해 장착된 뇌의 소프트웨어 때문이라는 것입니다. 이런 연구 결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 17일자에 실렸습니다. 그동안 많은 연구자들은 사람의 뇌를 이해하기 위해 이들 둘의 해부학적 차이(하드웨어)에만 주목해왔습니다. 그렇지만 이번 연구팀은 하드웨어가 아닌 소프트웨어인 뇌신호에 주목한 것입니다. 연구팀은 편도체와 대상피질에 주목해 비교했습니다. 진화적 관점에서 보면 원시적 영역인 편도체는 정서, 특히 공포감정과 공포기억에 관련돼 있으며 대상피질은 학습 같은 정교한 인지기능과 통제를 담당하는 것으로 알려져 있습니다. 뇌과학 연구의 궁극적 목표는 인간의 뇌에 대해 알고자 하는 것이지만, 사람의 뇌를 직접 연구하는 것은 쉽지 않은 일입니다. 멀쩡한 자신의 뇌를 열어 과학자들에게 공개하겠다고 나서는 사람은 없을테니 말입니다. 보통 뇌전증 환자들을 치료할 때는 뇌에 미세한 전극을 이식한 뒤 전기신호를 모니터링하면서 뇌의 어떤 부위에서 이상신호가 발생해 발작을 일으키는지를 찾습니다. 그 다음 이상신호를 유발시키는 손상된 뇌조직과 전극을 제거하는 수술을 하는 것이지요. 치료를 위해 전극이 심어져 있기 때문에 뇌전증 환자들은 이번처럼 뇌기능 연구에도 자발적으로 참여하기도 합니다. 연구팀 역시 뇌전증 수술을 받기 위해 전극을 이식받은 환자 7명과 원숭이 5마리를 대상으로 편도체와 대상피질의 뉴런 움직임을 비교했습니다. 연구팀은 두 영역에 있는 750여개의 뉴런을 대상으로 강건성(robustness)과 효율성(efficiency)을 분석했습니다. 강건성은 일부 뉴런이나 시냅스의 오작동이 있더라도 전체 시스템의 특성이 변하지 않는 성질을 말합니다. 반면 효율성은 정보처리의 속도를 위해 시스템 안정성을 희생하는 것을 의미합니다. 분석 결과 사람은 편도체나 대상피질 모두에서 강건성보다 효율성이 높은 것으로 나타났다고 합니다. 뇌의 효율성이 높다는 것은 환경에 빠르게 적응하기 위해 신경세포의 활성패턴을 빠르게 전환시킬 수 있다는 말이기도 합니다. 인간이 뇌의 효율적 활용을 위해 강건성을 희생한 것으로 해석할 수 있을 것입니다. 효율성 중심의 패턴 때문에 뛰어난 지적 능력을 발휘할 수 있겠지만 그만큼 오류 가능성도 높아집니다. 바로 이 오류가 정신장애라는 결과로 나타날 수 있다는 것이 연구진의 설명입니다. 연구진이 제시한 ‘강건성-효율성 상충가설’에 대해 많은 신경과학자들은 추가 연구를 통해 검증돼야 할 부분이지만 매우 흥미있는 내용이라고 평가하고 있습니다. 그런데 이번 연구 결과를 보면서 문득 스쳐지나간 생각입니다만, ‘이것이 신이 인간을 창조한 증거’라거나 ‘창조과학을 뒷받침하는 증거’라고 주장하는 사람들은 설마 없겠지요. edmondy@seoul.co.kr

최근 치약, 각질제거를 위한 세안제는 물론 공업용 연마제에 사용되는 미세플라스틱이 생태계에 심각한 영향을 미치고 있어 우려가 커지고 있다. 더군다나 여기저기 버려진 폐플라스틱이 햇빛이나 마모로 서서히 부서져서 만들어지는 것으로 알려져 있다. 바다로 흘러들어간 미세플라스틱을 해양생물들이 먹고 먹이사슬을 따라 최종 소비자는 사람이기 때문에 우리가 알지 못하는 사이에 미세플라스틱이 축적될 가능성도 높다. 문제는 미세플라스틱의 위험성은 알려져 있으나 구체적인 위험에 대해서는 명확히 분석돼 있지 않다. 국내 연구진이 실험동물을 이용해 실험한 결과 미세플라스틱이 세포는 물론 태아에 치명적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 밝혀내 충격을 주고 있다. 한국생명공학연구원 환경질환연구센터와 질환표적구조연구센터 공동연구팀은 5㎜ 이하의 미세플라스틱이나 1㎛(마이크로미터) 이하의 초미세플라스틱(나노플라스틱)이 체내에 흡수될 경우 태아에게까지 전달될 뿐만 아니라 몸 속 세포의 에너지공장인 미토콘드리아에도 문제를 일으킨다는 사실을 확인했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노스케일’ 최신호에 실렸다. 연구팀은 제브라피쉬라는 실험동물에 초미세플라스틱을 흡입하도록 한 다음 형광분석과 전자현미경으로 체내 흡수와 복합독성 영향을 분석했다. 그 결과 초미세플라스틱은 난막을 통과해 제브라피쉬 배아의 체내에 쌓이는 것을 확인했다. 특히 새끼에게 영양을 공급하는 난황에 대부분 축적돼 신경이나 각종 기관으로 확산된 것이 관찰됐다. 미세플라스틱이 체내에 남아 각종 이상을 유발시킬 가능성이 크다는 것을 의미한다.또 연구팀은 전자현미경으로 세포수준에서 관찰한 결과 세포 에너지공장인 미토콘드리아도 손상시킨다는 것을 확인했다. 미토콘드리아가 손상될 경우 약한 독성을 가진 물질이 함께 흡수될 경우 치명적인 급성독성이 나타날 수 있다. 실제로 연구팀은 금이온을 초미세플라스틱과 함께 흡입하도록 한 다음 미토콘드리아를 관찰한 결과 미토콘드리아가 심각하게 깨지거나 망가지는 것으로 나타났다. 정진영 박사는 “초미세플라스틱이 몸 속에 축적될 경우 세포 내 소기관인 미토콘드리아에 영향을 주고 다른 물질에 의한 독성을 증폭시키는 역할을 할 수 있게 된다”며 “이번 연구는 미세플라스틱과 초미세플라스틱의 체내 흡수와 분포, 잠재적으로 심각한 독성 유발 가능성을 보여준 것으로 미세플라스틱 안전성과 관리방안 마련에 중요한 기초자료가 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DNA 데이터 분석으로 40년 만에 연쇄살인범을 검거하고 특정 유전자 기능을 차단해 난치병을 치료하는 RNA 약물의 시판허가, 과학계 ‘미투 운동’ 등이 올해 가장 눈에 띈 과학계 이슈로 선정됐다. 세계적인 과학저널 ‘사이언스’는 편집자와 전문가들이 선정한 이슈와 독자들을 대상으로 한 온라인 투표를 통해 올해 과학계에서 주목받았던 ‘2018 과학 이슈’를 꼽아 21일 발표했다. 특히 눈길을 끄는 부분은 과학계에서도 공공연하게 벌어졌지만 잘 알려지지 않았던 성추행이나 성희롱 문제를 수면 위로 끌어올린 미투 운동이 포함됐다는 점이다. 최근에는 세계적으로 유명한 천체물리학자 닐 디그래스 타이슨 프린스턴대 교수가 성희롱 및 성폭력을 행사했다는 고발이 공개되면서 충격을 주기도 했다. 미투 운동 영향으로 미국 국립과학재단(NSF)은 지난 9월 소속 교수가 성희롱 및 성추행 혐의로 유죄 판결을 받으면 학교에서 반드시 이를 공개하라는 지침을 내리기도 했다. 공개 DNA 데이터베이스를 활용해 1970~1980년대 미국 캘리포니아주에서 발생한 ‘골든스테이트 연쇄살인사건’의 범인을 42년 만에 체포한 것도 중요한 과학계 소식으로 꼽혔다. 미국 공공 DNA 데이터베이스에는 100만명가량의 정보가 저장돼 있어 유럽계 미국인 60%의 유전자를 파악할 수 있다.미국 하버드대 의대 연구진이 제브라피시 배아에서 유전정보를 전달하는 역할을 하는 RNA 전사체 염기와 변화과정을 분석함으로써 배아세포가 어떻게 신체 각 부위로 발달하는지를 밝혀냈다. 과학계는 이 연구가 고등생물의 발달 과정을 이해하는 데 핵심적인 역할을 할 것이라고 평가하고 있다. 전문가들은 물론 사이언스 독자 모두 올해 가장 중요한 과학 뉴스로 선정했다. RNA는 특정 유전자 기능을 차단해 질병을 억제하는 ‘RNA간섭효과’를 갖고 있는데 지난 8월 미국 식품의약국(FDA)이 RNA간섭효과를 이용해 다발성신경증을 유발하는 희귀유전병을 치료할 수 있는 약물을 세계 최초로 시판 허가한 일도 세계 과학계가 주목한 이슈로 꼽혔다. 이 밖에 37억 광년 떨어진 우주에서 날아온 중성미자 포착, 네안데르탈인과 데니소바인의 이종교배 사실 규명, 세포 내 물방울의 역할 규명, 극미 유기화합물의 분자구조 파악 기술 개발, 그린란드 빙하에서 찾은 거대 운석 충돌 흔적 발견 등도 올해 과학계를 흥분시킨 뉴스로 선정됐다. 순위에는 들지 못했지만 브라질 국립박물관 전소, 크리스퍼 유전자 편집 아기 탄생도 주요 뉴스로 꼽혔다. 지난 9월 2일 200년 역사의 브라질 리우데자네이루 국립박물관이 전소되면서 유물 90%를 잃었다. 지난 11월 말에는 중국남방과기대의 허젠쿠이 교수가 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 에이즈에 저항성이 강한 쌍둥이 아기를 탄생시켰다고 발표해 전 세계 과학계를 충격에 빠뜨리고 윤리 논란을 불러일으켰다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“흑삼, 이제 드시지마시고 피부에 양보하세요.” 흑삼이 피부를 맑고 곱게 만들어주는 미백효과가 있다는 것을 국내 연구진이 밝혀냈다. 한국식품연구원 전통식품연구단 임태규 박사는 흑삼에 멜라닌 활성을 억제하는 성분이 포함돼 있어 피부 미백 효과가 뛰어나다는 사실을 규명했다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 식품학 분야 국제학술지 ‘저널 오브 펑서녈 푸드’ 최신호에 실렸다. 흑삼은 수삼이라고 불리는 백삼을 9번 찌고 말리는 과정(9증9포)을 통해 만드는 가공삼으로 색깔이 담흑갈색이나 흑다갈색을 띠는 것이 특징이다. 홍삼과 마찬가지로 95도 이상의 고온에서 3시간 이상 찌고 30도 이상에서 30시간 이상 말리는 과정을 반복하면 색깔이 변하고 고려인삼의 기능성분들이 강화되는 한편 체내 흡수율도 높아지게 된다. 지금까지 홍삼의 여러 효능들은 입증됐지만 흑삼에 대한 효능과 기능에 대해서는 연구가 활발히 이뤄지지 않고 있었다. 연구팀은 이번 연구를 통해 흑삼과 백삼, 홍삼의 차이점과 주요 성분과 기능에 대해 입증하는데 성공한 것이다. 연구팀은 우선 흑삼과 피부미백 효과와 관계를 밝히기 위해 실험지원자들에게 흑삼 추출물 0.05%가 함유된 화장품과 일반 미백 화장품을 6주간 바르도록 한 뒤 피부톤을 조사했다. 그 결과 흑삼 추출물 함유 화장품을 바른 지원자들의 피부가 일반 미백 화장품을 바른 지원자들보다 피부톤이 밝은 것으로 나타났으며 지원자들 스스로도 피부톤이 개선됐다고 인식했다. 또 실험동물인 제브라피시에 흑삼추출물을 바르고 투여한 결과 멜라닌 합성이 감소된다는 사실도 확인했다. 연구팀은 흑삼추출물이 멜라닌 합성에 중요한 효소인 티로시나아제 활성을 억제한다는 사실을 밝혀낸 것이다. 연구팀은 흑삼의 어떤 성분이 미백효과와 관계 있는지 분석한 결과 진세노사이드인 Rg5, Rk1이라는 성분이 관여한다는 사실을 새로 밝혀냈다. 임태규 박사는 “이번 연구를 바탕으로 흑삼추출물의 산업적 이용을 위한 추가 연구를 진행 중에 있다”며 “최근 인삼류 수출이 감소하고 있는 것으로 알려져 있는데 관련 수출 증대에도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

한국 과학자들이 주도한 국제공동연구팀이 생물학 분야 최신기술인 유전자 가위기술과 4차산업혁명에서 주목받고 있는 빅데이터 기법으로 정신질환을 유발시키는 새로운 유전자를 찾아내 주목받고 있다.기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단, 충남대, 서울대를 비롯해 이탈리아, 미국, 브라질, 호주, 캐나다, 뉴질랜드 연구진으로 구성된 국제공동연구팀이 유전자 가위기술과 빅데이터 분석을 통해 자폐증을 유발시키는 새로운 신경계 신호전달물질을 발견했다고 31일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호에 실렸다. 자폐증은 3세를 전후해 언어 표현과 이해, 애책행동, 놀이에 대한 관심이 저조해지는 것을 시작으로 나타나는 발달장애 증상으로 자폐성 장애, 아스퍼거 증후군, 서번트 증후군 등 다양한 형태로 발현된다. 전체적인 뇌의 발달이나 측두엽 이상 또는 비정상적인 신경전달 물질의 발현 등이 원인으로 지목되고 있지만 아직까지 명확한 원인을 발견하지는 못했다. 연구팀은 자폐증과 관련되는 것으로 보이는 새로운 신경계 신호전달물질인 사이토카인 5종을 발견하고 한국식 이름인 ‘삼돌이’라고 이름을 붙였다. 연구팀은 이 유전자들이 신체 어느 부위에서 나타나는지를 추적하는 유전자발현 분석법으로 뇌와 신경조직에서만 나타난다는 것을 확인했다. 연구팀은 유전자 가위기술을 이용해 제브라피시와 생쥐에게서 삼돌이 유전자를 제거한 다음 정상적인 것들과 행동을 비교분석했다. 그 결과 삼돌이 유전자가 제거된 제브라피시와 생쥐는 신체적 성장에는 문제가 없지만 불안행동이나 감정조절이 이상이 있다는 것이 확인됐다. 여기에 3만 2000여 명의 정신질환 환자들의 유전체 정보를 빅데이터 기법으로 분석했더니 삼돌이 유전자가 없는 사람들에게서 자폐증이 나타난다는 것이 발견됐다. 연구를 주도한 김철희 충남대 생물학과 교수는 “이번에 발견한 유전자는 우울증, 주의력 결핍 과잉행동장애(ADHD), 외상후 스트레스장애(PTSD), 조울증 치료제를 만들 때 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

제브라피시(줄무늬가 있는 열대어)는 망막이 손상돼도 몇 주 이내에 다시 회복하는 능력을 가지고 있다. 이 때 망막세포재생에 직접적인 영향을 미치는 것이 바로 망막에 있는 뮐러아교세포(muller glia)다. 망막이 손상될 경우 뮐러아교세포가 줄기세포로 전환되면서 새로운 망막세포가 생성되는 것. 미국 밴더빌트대학 연구진에 따르면 포유동물에게서 발견되는 신경전달물질인 감마아미노낙산(GABA)이 뮐러아교세표의 활성화와 연관이 있는 것으로 밝혀졌다. 연구진이 제브라피시에게 GABA를 주입한 결과 GABA의 수치가 높아지면 뮐러아교세포의 활동이 억제되는 반면, GABA의 수치가 낮아지면 뮐러아교세포는 반대로 활성화되면서 줄기세포가 분열 및 망막세포의 성장인자의 생성이 시작되는 것을 확인했다. 즉 GABA의 수치에 따라 손상된 망막을 재생시키는 줄기세포의 활성화에 변화가 생기는 것이다. 연구진이 망막이 손상된 쥐를 대상으로 GABA의 생성을 자극하거나 줄이는 실험을 했을 때에도 위와 유사한 결과가 나왔다. 연구진은 이러한 결과가 노인성 황반변성이나 망막색소변성증 등을 치료하는데 긍정적인 열쇠가 될 것으로 기대를 모으고 있다. 황반변성은 녹내장, 당뇨망막병증과 함께 3대 실명 질환으로 꼽힌다. 연구진은 “망막 내 GABA감소가 물고기의 눈 재생을 유도하는 뮐러아교세포를 활성화시키는 것으로 나타났다”면서 “이번 연구는 GABA가 제브라피시 망막세포재생에 큰 역할을 한다는 것을 최초로 입증한 것”이라고 설명했다. 이어 “이와 같은 결과가 인체에서도 나타난다면, GABA차단제를 통해 손상된 망막이 스스로 회복되도록 자극하는 것이 가능할 것”이라고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 국제학술지 ‘스템 셀 리포트’(Stem Cell Reports)에 실렸다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

물고기의 지느러미가 인간을 비롯한 동물의 손·발가락과 손·발목으로 진화했다는 증거를 미국 시카고대 연구팀이 실험을 통해 입증했다. 세계적 학술지 ‘네이처’ 최신호(8월 17일자)에 실린 이 연구논문은 물고기의 지느러미 줄을 형성하는 세포가 육지 동물의 사지를 형성하는 데 중요한 역할을 하는 것을 보여줬다. 육지에 사는 포유류의 팔다리는 물고기의 지느러미에서 서서히 진화해 생겼다는 학설은 관련 화석 형태의 연구를 통해 알려졌지만, 지느러미 부분이 어떻게 손발가락이나 손목으로 변화했는지는 알려지지 않았다. 연구팀은 인간과 쥐에서 손발가락이나 손목을 생성하는 것으로 알려진 특정 유전자에 주목했다. 이들은 실험 동물로 흔히 쓰이는 열대어인 제브라피시를 대상으로 삼았다. 그리고 유전자 가위 기술인 크리스퍼(CRISPR/Cas)를 사용해 사지 형성과 연관된 이 유전자를 제거해 작동하지 않게 만들었다. 이후 이들 제브라피시를 번식시킨 결과, 가슴과 배, 그리고 등의 지느러미에서 방사형으로 뻗어있는 부분에 부드러운 뼈가 거의 없어지는 것을 발견했다. 그리고 지느러미 끝 부분에는 딱딱한 뼈가 남았다. 이는 지느러미의 부드러운 뼈의 구조가 점차 진화해 인간의 손발가락이나 손발목이 되는 것을 나타내고 있는 것이고 연구팀은 설명했다. 이에 대해 연구를 이끈 나카무라 테츠야 박사는 “물고기가 육지 동물로 진화한 메커니즘(기전)을 해명하는데 큰 진전이 될 것”이라고 말했다. 사진=시카고대 슈빈 실험실 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

사람의 절단된 팔‧다리가 재생되는 것은 애니메이션 혹은 공상과학영화에서나 가능한 일이었지만, 최근 해외 연구진은 ‘사지 재생’ 능력을 가진 동물처럼 사람 역시 과학의 힘으로 팔‧다리를 재생시킬 수 있을 것으로 보인다고 밝혀 학계의 관심을 끌고 있다. 미국 MDI 생물학 연구소는 사지 재생 능력을 가진 대표적인 동물인 아홀로틀(미국‧멕시코산 도롱뇽), 열대어인 제브라피시, 아프리카 일대에서 서식하는 민물고기인 플립테루스과의 비키르(Bichir) 3종을 정밀 분석했다. 도롱뇽과의 아홀로틀의 경우 다리나 꼬리가 잘리면 재생되며 심지어 척수 일부가 절단되어도 다시 원상태로 회복되는 능력을 가지고 있다. 연구진은 제브라피시와 비키르에게서도 비슷한 유전적 매커니즘을 발견했다. 연구진이 각기 다른 사지 형태를 가진 동물 3종에게서 공통적으로 발견한 것은 아체(芽體·blastema)라 불리는 세포다. 아홀로틀과 제브라피시, 비키르 등은 신체 일부가 손상되면 손상 부위에 아체를 만든다. 아체는 분화가 덜 된 상태의 세포이며, 손상된 직후 분화를 시작해 손상된 조직을 재생하는 역할을 한다. 이러한 유전적 특징을 조절하는 역할은 마이크로RNA가 담당한다. 마이크로RNA는 생물의 유전자 발현을 제어하는 역할을 하며 다양한 생명현상에 관여하는 것으로 알려져 있다. 연구진은 이들 동물 종에게서 사지 재생에 관여하는 마이크로RNA 분자 10종을 확인했으며, 이중 5종은 사지 재생 과정에서 활성화 되는 것으로 밝혀졌다. 연구진은 이러한 능력이 4억 2000만 년 전 살았던 이들 동물의 공통 선조로부터 물려받은 일종의 ‘유산’인 것으로 보고 있다. 또 인류 역시 이러한 성격의 유전자를 ‘상속’ 받았지만 진화 과정 중 활성화가 덜 되면서 이러한 능력을 상실한 것으로 보인다고 밝혔다. 연구진은 “사람의 사지가 재생된다는 것이 공상과학에나 나올 법한 이야기이지만 실제로 충분히 가능하다. 우리는 각기 다른 사지 형태를 가진 동물 3종에게서 사지 재생과 관련한 유전적 특징을 확인하는데 성공했다”고 전했다. 이어 “사지 재생 능력을 가진 동물의 유전적 매커니즘이 밝혀진 만큼, 인간 역시 이러한 유전적 특성을 이용한다면 연골이나 근육, 척수 등의 재생을 돕는 약물 또는 치료법 개발의 혜택을 볼 수 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 미국 공공과학 도서관 온라인 학술지인 ‘플로스 원’(PLOS ONE) 최신호에 실렸다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

자기장으로 뇌의 특정 회로를 제어해 ‘행복한 마음’을 끌어내는 데 성공했다고 미국 버지니아대 연구진이 7일(현지시간) 발표했다. 연구진은 이번 연구에서 “너무 작아 감지할 수 없는 힘으로 뇌의 보상 회로를 자극해 쥐의 행동을 제어하는 데 성공했다”면서 “예를 들어 맛있는 먹이를 먹었던 경험 등을 불러일으키는 것”이라고 설명했다. 여기서 말하는 감지할 수 없는 힘은 바로 ‘자기장’인데, 연구진은 이 특정 자기장을 만들어내 그 속에 있는 쥐가 과거의 행복한 경험을 불러일으키고 이를 통해 외부에서 쥐의 행동을 제어했다는 것이다. 이번 연구에 교신저자로 참여한 알리 귈레르 버지니아대 생물학과 박사과정 연구원은 “이번 결과는 자기장을 사용해 신경계를 제어한 최초의 실증 실험”이라고 말했다. 지난 수년간 많은 과학자가 뇌의 특정 회로를 제어하려고 노력해왔다. 그중에는 광신호를 사용하는 것이나 약물을 사용하는 것까지 여러 가지가 있었다. 하지만 지금까지 연구돼온 방법에는 몇 가지 단점이 있었다. 예를 들어 광신호의 경우 뇌의 깊숙한 곳까지 광신호를 비추는 것이 매우 어려워 유용성이 낮다. 또 약물을 사용하는 방법의 경우, 뇌 깊숙이 도달할 수는 있지만 시간이 지나면서 특정 회로 바깥으로까지 효과가 퍼져나가는 단점이 있다. 이처럼 뇌를 제어하는 방법은 생물학적으로 매우 어려운 것으로 여겨진다. 하지만 귈레르 연구원은 논문에서 “자기장을 이용한 방법이라면 순식간에 목표로 한 특정 회로만 자극할 수 있다”고 말했다. 이번 연구에서는 신경 회로를 통해 몸에 신호를 보내기 위한 전하를 구축하는 열쇠가 되는 ‘이온 통로’(세포막에 존재하면서 세포의 안과 밖으로 이온을 통과시키는 막 단백질)를 이용한 실험이 진행됐다.　또한 연구진은 물리적 압력에 반응을 나타내는 이온 통로 단백질인 ‘TRPV4’의 유전자와 철을 저장하는 단백질인 페리틴의 유전자를 융합시키는 유전자 수술을 통해 융합 단백질 ‘마그네토’(Magneto)를 만들어냈다. 이 마그네토 단백질은 자기장과 세포가 반응하고 있는지 확인할 때 사용하는 것인데 실제로 자기장을 가까이하면 이 단백질이 흔들리듯 움직이는 것이다. 이는 이온 통로를 열고 이를 통해 세포 안으로 이온이 유입된 뒤 전기적 변화가 일어나서 뇌 신호를 전달할 수 있게 되는 것이다. 또 연구진은 뇌 발달 연구에 주로 쓰이는 모델 생물인 제브라피시에도 마그네토를 주입하는 실험을 시행했다. 그 결과, 자기장에 의한 것으로 보이는 행동 변화가 관찰됐다. 이어 연구진은 마그네토를 몸에 지닌 쥐를 사용한 실험에서 자기장으로 활성화된 마그네토가 동물의 보상과 동기부여에 중요한 역할을 하는 신경전달물질인 ‘도파민’의 반응 세포가 활성화한 것에서 쥐를 행복한 기분으로 변화시킬 수 있다는 것을 발견했다. 연구진은 이번 발견으로 뇌의 기능이나 기능 이상 등의 연구에 관한 새로운 길을 열 수 있으며, 뇌 손상 등에 관한 새로운 치료 법을 만들어낼 가능성도 있는 것으로 기대하고 있다. 이번 연구결과는 뇌과학 분야 권위지인 ‘네이처 뉴로사이언스’(Nature Neuroscience) 최신호(3월7일자)에 실렸다. 사진=ⓒ포토리아(위), 버지니아대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

물고기도 사람을 포함한 다른 동물과 마찬가지로 감정을 느낄 수 있다는 연구결과가 나와 학계의 관심이 쏠리고 있다. 스페인 바르셀로나 자치대학교 연구진은 제브라피시 72마리를 대상으로 실험을 실시했다. 서로 다른 온도의 물이 담긴 수조 2개를 준비한 뒤 이 수조 사이에 관을 설치해 물고기들이 이동할 수 있도록 했다. 그리고 제브라피시 72마리를 두 그릅으로 나눈 뒤 A그룹은 물 온도가 28℃인 수조에 넣고, B그룹은 물 온도가 이보다 낮은 27℃에 15분 간 넣어두었다. 시간이 지난 뒤 28℃ 물수조에 있던 A그룹은 자신의 수조를 떠나지 않은 반면, 더 차가운 물에 있던 B그룹은 A그룹의 수조로 옮겨가려 애쓰는 모습을 보였다. 이 과정에서 주목할 만한 변화는 물고기의 체온이다. 차가운 물에서 스트레스를 받은 물고기의 체온은 실험 시작 초기 2℃에서 4℃까지 오르는 현상을 보였다. 전문가들은 이 현상이 스트레스를 받은 사람의 체온이 평소보다 오르는 것과 같은 증상이며, 물고기 역시 감정적인 흥분을 느낀다는 증거로 보인다고 전문가들은 분석하고 있다. 일반적으로 스트레스를 받을 때 감정적 흥분이 발생하면서 체온이 오르는 현상은 사람을 포함한 포유류나 조류, 특정 파충류에서 볼 수 있는 특징이었으며, 어류에게서도 이러한 특징이 발견된 것은 이번이 처음이다. 어류의 신체구조는 다른 동물에 비해 대뇌피질이 차지하는 부분이 매우 적다. 대뇌피질은 기억이나 사고, 언어 등의 기능을 담당한다. 때문에 어류는 보통 머리가 나쁘고 감정을 느끼지 못한다는 것이 상식이었다. 연구진은 “감정적인 흥분이 몸을 통해 밖으로 드러난다는 것은, 물고기 역시 일정정도의 ‘지각능력’을 가지고 있다는 것을 의미한다. 비록 물고기의 뇌는 매우 작지만 형태학적으로는 다른 척추동물들의 뇌와 유사한 기능을 한다는 것을 알 수 있다”고 설명했다. 한편 연구에 쓰인 제브라피시는 인도 원산의 담수어로 성어는 3~4cm이며, 세대교대가 비교적 빨라 유전학적 연구에 다양하게 활용된다. 이번 연구결과는 ‘영국왕립학회보 B’(Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences) 최신호에 실렸다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr