생분해되는 친환경 플라스틱이 숨을 통해 체내에 들어갔을 때가 입으로 들어갔을 때보다 건강에 더 해로울 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 한국원자력의학원 방사성의약품개발팀은 방사성동위원소 기반 분자영상 기술을 이용해 생분해성 플라스틱 폴리락트산(PLA) 미세플라스틱이 입을 통해 섭취될 때보다 호흡기를 통해 유입될 때 폐에 더 오래 남고 전신 노출도 증가한다는 것을 규명했다고 29일 밝혔다. 이 연구 결과는 독성학 분야 국제 학술지 ‘위해 물질 저널’에 실렸다. PLA는 옥수수, 밀 등 재생 가능한 원료로 제조할 수 있는 생분해성 플라스틱으로 식품 포장재, 의료기기, 3D 프린팅 등에 활용된다. 친환경 생분해성이라고는 하지만 온도, 습도, 미생물 활동 등 특정 조건이 갖춰져야 분해되기 때문에 체내에서는 분해가 쉽지 않을 수 있는 것으로 알려졌다. PLA는 식품과 포장재를 통한 경구 노출뿐 아니라 3D 프린팅이나 플라스틱 가공 공정에서 발생하는 공기 중 입자를 통한 호흡기 노출 가능성도 있다. 같은 입자가 서로 다른 경로로 체내에 들어왔을 때 분포와 잔류가 어떻게 달라지는지를 하나의 실험 체계에서 비교한 연구는 이번이 처음이다. 연구팀은 평균 지름 145㎚(나노미터)의 구형 PLA 입자에 추적하기 편하게 방사성동위원소 요오드-125(I-125)를 입히고 생쥐에게 동일한 양을 경구, 기관 내 경로로 각각 투여했다. 그 다음 단일광자방출컴퓨터 단층 촬영(SPECT/CT) 영상과 장기별 방사능 분석으로 72시간 동안 체내 분포를 추적했다. 그 결과, 직접 섭취하도록 한 경구 투여군에서는 추적 신호가 위장관을 따라 이동하며 빠르게 감소한 반면 기관 내 투여군에서는 폐의 신호가 72시간 후에도 지속됐다. 또 폐에서 PLA가 절반으로 줄어드는 데 걸리는 생물학적 반감기가 기관 내 투여군은 약 218시간으로 경구 투여군의 약 10.7시간보다 20배 이상 긴 것으로 나타났다. 폐에서 오래 머문 입자는 전신 노출로도 이어졌는데 혈중 누적 노출량은 기관 내 투여군이 경구 투여군보다 약 2.25배 높았고 간, 신장, 비장 등 주요 장기에서도 같은 경향이 관찰됐다. 이와 함께 6주 동안 매일 기관에 PLA를 투여한 실험에서는 폐 혈관 주변에 염증세포가 몰려 있었고 염증 관련 지표들도 증가한 것으로 나타났다. 반면 경구 투여한 쥐의 위와 장에서는 뚜렷한 변화가 관찰되지 않았다. 연구팀은 이번 실험에서 장기에 쌓인 입자의 양과 세포가 실제로 받는 손상을 함께 따져보기 위해 새로운 분석 방법도 개발했다. 연구팀은 동물실험 자료를 사람에게 적용해 추정한 결과 흡입이 반복되면 폐 잔류량이 서서히 늘다가 일정 수준에서 멈췄고 플라스틱 가공 작업장 수준의 노출에서는 그 양이 7~10배 더 많은 것으로 추정됐다. 연구를 이끈 김진수(사진) 박사는 “생분해성이라고 하면 흔히 체내에 들어왔을 때도 곧바로 분해돼 안전하다고 생각하지만 그렇지 않다”며 “이번 연구는 섭취보다 호흡기로 들어왔을 때 폐에 더 오래 머문다는 점을 확인한 만큼 생분해성 플라스틱의 안전성 평가에서는 흡입 경로를 별도로 살필 필요가 있다”고 말했다.

머리에 근적외선을 비추는 것으로 불면을 해소할 수 있다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 광주과학기술원(GIST) 의생명공학과 연구팀은 머리에 근적외선을 비춰 수면을 돕는 ‘경두개 광생체조절’(tPBM) 기술이 뇌의 수면 조절 과정에 미치는 영향을 밝히고 불면 증상 개선 가능성을 확인했다고 23일 밝혔다. 이는 국제 학술지 ‘분자 정신의학’ 9월 15일 자에 실렸다. 깨어 있는 시간이 길어질수록 사람의 뇌에는 잠을 자려는 힘인 ‘수면압력’이 높아진다. 이 과정에 관여하는 대표적인 물질이 ‘아데노신’이다. 연구팀은 아데노신을 증가시킬 수 있는 방법으로 근적외선에 주목했다. 근적외선은 두피와 머리뼈를 일부 통과해 뇌 조직까지 도달할 수 있으며 뇌세포의 에너지 생산을 담당하는 미토콘드리아의 활동에도 영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 실험용 생쥐 머리에 근적외선을 비추자 깨어 있는 시간은 줄고 비렘수면 시간은 늘어났다고 설명했다. 특히 생쥐 뇌에서는 아데노신 농도가 높아졌고 깊은 수면과 관련된 델타파도 증가했다. 이어 불면 증상이 있는 성인 40명을 대상으로 예비 임상시험을 진행한 결과 근적외선 자극을 준 참가자는 주관적으로 불면 증상과 수면의 질이 뚜렷하게 개선됐다고 평가했다. 전반적인 수면 상태도 개선됐으며 잠드는 데 걸리는 시간과 수면 중 불편함 등을 평가한 항목에서도 좋아졌다. 김재관 GIST 교수는 “정밀한 광자극과 수면 측정 기술을 접목하면 개인의 수면 상태와 생체 리듬을 고려한 맞춤형 기술로 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

우리 뇌는 수십억 개의 신경세포(뉴런)가 만들어내는 활동으로 외부 세계를 머릿속에 그려낸다. 정교해 보이지만 이 시스템은 의외의 약점이 있다. 똑같은 그림에 여러 번 노출될 경우 같은 뉴런이 똑같이 반응하지 않는다. 어떤 때는 활발하게 반응하고 다른 때는 활성도가 떨어지게 된다. 자극은 그대로인데 반응이 달라지는 것인데 신경과학에서는 이를 ‘잡음’이라고 한다. 이런 문제를 뇌는 일종의 ‘인해전술’로 해결한다. 같은 정보를 뉴런 한 개가 아니라 수천, 수만 개에 나누어 담아두는 ‘집단 부호화’ 전략을 쓰는 것이다. 여론조사에서 한 사람에게 똑같은 질문을 던지더라도 기분에 따라 답이 달라지지만 표본 수를 늘려 평균을 내면 개인차는 상쇄돼 사라지는 것이다. 참여자가 많아질수록 오차가 줄어드는 방식이다. 그러나 이것 역시 문제가 있다. 수많은 뉴런의 신호가 한꺼번에 올라갔다 내려가는 일이 벌어진다. 여러 뉴런이 공유하는 흔들림을 ‘잡음 상관’이라고 부른다. 여론조사에 비유하면 1000명에게 물었을 때 그들 모두가 똑같은 정보에 노출돼 같은 생각을 하는 경우다. 이럴 때는 표본을 아무리 늘려도 오차가 줄지 않게 된다. 게다가 자극 자체가 흔들리는 것과 구별되지 않는 미분 상관이라는 잡음까지 생긴다. 뉴런을 늘리면 신호도 커지는 동시에 이 잡음도 똑같은 비율로 커지기 때문에 아무리 많은 세포를 동원해도 구별 능력이 나아지지 않는다. 뉴런이 계속 늘어봐야 특정 지점부터는 정보량이 더 이상 늘지 않는 한계에 부딪친다는 점이다. 그렇다면 일차시각피질 한 곳에만 수십만 개의 뉴런이 있는데 한계가 있다면 뇌는 왜 이렇게 많은 세포를 유지하는 것일까. 일본 교토대, 미국 하버드대, 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 공동 연구팀은 지난 30년 동안 신경과학계를 지배했던 상식을 깨고 뉴런들이 공유하는 잡음은 정보가 쌓이는 속도만 늦출 뿐 뇌가 담을 수 있는 정보량에 한계를 지우지는 않는다고 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 9월 26일 자에 실렸다. 연구팀은 생쥐 5마리를 대상으로 눈에서 들어온 신호가 대뇌에서 가장 먼저 처리되는 일차시각피질을 연구한 내용을 재분석했다. 이 연구에는 생쥐 한 마리당 약 1만 8000~2만 1000개 뉴런의 활동이 담겨 있다. 연구팀은 전체 뉴런 중 크기가 제각각인 집단을 무작위로 수백 번 뽑아내 비교하는 부분 추출 기법을 활용했다. 이를 통해 뉴런 수가 늘어날 때 정보량은 어떻게 변하는지를 추적했다. 그 결과 집단 크기를 보정하면 뉴런이 100개든 1000개든 잡음 모양이 거의 똑같은 것으로 확인됐다. 연구팀은 뉴런 집단 잡음에서 잡음 성분들의 세기가 어떻게 분포하는지와 각 잡음 성분이 정보가 실린 방향과 얼마나 일치하는지 두 종류의 거듭제곱 법칙을 찾아냈다. 그 결과 생쥐 다섯 마리 모두에서 잡음 상관은 정보량에 상한을 씌우지 않는 것으로 나타났다. 또 정보량은 뉴런 수에 정비례해 늘지 않는다. 뉴런을 두 배로 늘려도 정보는 두 배가 안 된다. 그렇지만 증가가 멈추지도 않는다. 공유된 잡음은 정보가 늘어나는 속도를 늦출 뿐 성장 자체를 가로막지는 못한다는 것이다. 아날로그 반도체나 뉴로모픽 칩, 양자 소자처럼 잡음을 피할 수 없는 기술들의 경우 부품을 더 많이 붙이면 정확도가 계속 좋아질 것인지, 아니면 공유된 잡음 때문에 처리 정보량에 한계가 있는 것인지에 대한 질문에서도 이번 연구가 내놓은 답은 “느려지더라도 계속 좋아진다”는 방향으로 해석할 수 있다. 연구를 이끈 시마자키 히데아키 일본 교토대 교수는 “지난 30년 동안 학계에서는 뉴런들이 공유하는 요동 때문에 정보량이 결국 포화될 것이라고 예상했지만 이번 연구 결과는 그것이 필연이 아니라는 점을 보여준다”라고 설명했다.

바쁜 일상을 사는 많은 현대인은 불면에 시달린다. 밤잠을 제대로 못 자는 것은 여러 가지 문제를 일으키곤 한다. 그래서 수면제를 사용하거나 정신건강의학과나 수면클리닉에서 인지행동치료를 받기도 한다. 수면제 같은 약물은 장시간 사용하면 의존성과 부작용에 시달리게 되고 인지행동치료는 따로 시간을 내서 치료에 참여해야 하고 비용 문제도 고민거리다. 이런 가운데 국내 연구진이 머리에 근적외선을 비추는 것으로 불면을 해결할 수도 있다는 가능성을 제시해 눈길을 끈다. 광주과학기술원(GIST) 의생명공학과 연구팀은 머리에 근적외선을 비춰 수면을 돕는 ‘경두개 광생체조절’(tPBM) 기술이 불면 증상 개선에 도움이 된다는 사실을 확인했다고 23일 밝혔다. 이 연구 결과는 의학 분야 국제 학술지 ‘분자 정신의학’ 9월 15일 자에 실렸다. 깨어 있는 시간이 길어질수록 뇌는 잠을 자려는 ‘수면압력’이 높아진다. 이 과정에 관여하는 대표적인 물질이 ‘아데노신’이다. 연구팀은 두피와 머리뼈 일부를 통과해 뇌 조직까지 도달할 수 있으며 뇌세포의 에너지 생산을 담당하는 미토콘드리아 활동에 영향을 미치는 것으로 알려진 근적외선에 주목했다. 연구팀은 근적외선이 미토콘드리아의 에너지 대사를 촉진하면 세포의 에너지원인 ‘아데노신삼인산’(ATP) 생성이 늘어나고 이후 ATP가 분해되는 과정에서 아데노신이 증가해 잠이 들기 쉬운 ‘수면압력’이 높아진 상태를 유도할 것이라고 예측했다. 우선 연구팀은 뇌를 구성하는 여러 종류의 세포에 근적외선을 비춰 ATP가 증가한다는 것을 확인했다. 이어 생쥐 머리에 근적외선을 비추자 깨어 있는 시간은 줄고 얕은 잠부터 깊은 잠까지 포함하는 비렘수면 시간은 늘어났다. 특히 생쥐 뇌에서 아데노신 농도가 높아졌고 깊은 수면과 관련된 델타파도 증가했으며 이런 변화는 근적외선 자극이 끝난 뒤 최대 3시간까지 이어졌다. 연구팀은 불면 증상이 있는 성인 남녀 40명을 대상으로 예비 임상시험을 진행했다. 두 집단으로 나눠 1주일 동안 매일 밤 잠들기 전 1시간씩 머리띠 형태의 기기를 착용하도록 했다. 한쪽은 근적외선이 나오지 않고, 다른 쪽은 근적외선이 나오도록 했다. 실험 결과 근적외선 자극을 받은 참가자들은 주관적으로 평가한 불면 증상과 수면의 질이 이전보다 뚜렷하게 개선되는 것이 관찰됐다. 잠들기 어려움이나 수면 유지 등 불면 증상의 정도를 평가하는 ‘불면증 심각도 지수’(ISI)가 26% 감소했고, 전반적인 수면의 질을 평가하는 ‘피츠버그 수면의 질 지수’(PSQI)도 29.6% 감소했다. 김재관 교수는 “정밀한 광자극과 수면 측정 기술을 접목하면 개인의 수면 상태와 생체리듬을 고려한 맞춤형 기술로 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

질병관리청은 지난 11일 인플루엔자 유행주의보를 발령했다. 게다가 코로나19 의심환자도 증가하고 있어서 두 감염병이 동시에 유행하는 ‘트윈데믹’에 대한 우려가 커지고 있다. 코로나19는 중증 폐렴을 일으켜 기도 세포를 망가뜨리는 일이 벌어지게 된다. 그런데 과학자들이 코로나19 감염으로 인한 중증 폐렴의 원인이 바이러스가 아닌 다른 이유 때문이라는 사실을 밝혀내 눈길을 끈다. 미국 글래드스톤 연구소, 국립 알레르기·감염병 연구소(NIAID), 샌프란시스코 캘리포니아대(UCSF) 공동 연구팀은 코로나19를 심하게 앓을 경우 바이러스와 싸워야 할 면역세포가 도리어 감염돼 염증을 퍼뜨리면서 중증 폐렴으로 발전하고 이 과정을 촉발시키는 ‘ORF8’이라는 바이러스 단백질을 발견했다고 25일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 9월 18일 자에 실렸다. ORF8은 코로나19 바이러스로 알려진 사스코로나바이러스-2가 만들어 세포 밖으로 내보내는 작은 단백질이다. 따로 떼어낸 폐 상피세포에서는 ORF8이 오히려 바이러스 증식을 억제했다. ORF8 유전자가 결손된 변이 바이러스에 감염된 환자들은 증상이 더 가벼웠다. ORF8이 있으면 병이 심해진다는 뜻이다. 이 때문에 억제 인자와 병독성 인자라는 정반대 해석이 6년 동안 공존해 왔다. 이렇게 정반대의 모습을 보여주는 이유를 연구팀은 대식세포에서 찾았다. 감염된 세포가 ORF8을 분비하면 ORF8은 대식세포 표면 면역 수용체 ‘IL-17RA’에 달라붙는다. 이 신호가 세포 안에서 TRAF6와 JNK라는 중계 지점을 거쳐 ACE2 유전자의 스위치를 켠다. ACE2는 바이러스가 세포에 들어올 때 붙잡는 손잡이로, 손잡이가 늘어난 대식세포는 감염되기 쉬운 표적으로 바뀐다. 실제로 ORF8을 만드는 야생형 바이러스는 그렇지 못한 변이 바이러스보다 대식세포에서 감염성 바이러스를 10배 많이 뿜어냈다. 감염된 대식세포는 세포막이 터지며 내용물을 쏟아내는 ‘염증성 세포사멸’로 죽으면서 염증 물질 인터루킨-1베타(IL-1β)를 방출한다. IL-1β가 이웃한 폐 상피세포에 작용해 TMPRSS2를 늘린다. TMPRSS2는 ACE2와 짝을 이뤄 바이러스의 침입을 돕는 효소다. 결국 대식세포의 죽음이 주변 상피세포를 더 감염되기 쉬운 상태로 만들고 늘어난 감염이 다시 ORF8을 더 많이 만들어 낸다는 것이다. 기존에 서로 다른 해석이 있었던 이유도 여기서 찾을 수 있다. 상피세포만 있는 배양접시에서는 ORF8이 바이러스 활동에 제동을 걸지만 대식세포를 함께 넣으면 야생형 바이러스의 RNA가 단독 배양 대비 감염 48시간에 20배까지 늘었다. 대식세포가 곁에 있는 실제 폐에서는 억제 효과를 압도할 만큼 감염이 증폭된다는 뜻이다. 연구진이 생쥐에 IL-17RA를 막는 항체를 투여하자 폐 속 감염성 바이러스가 최대 7.3배 줄었고, 염증 세포와 폐 섬유화 면적도 함께 감소했다. 반면 애초에 ORF8을 만들지 못하는 바이러스에 감염된 생쥐에게는 같은 항체가 아무 변화도 주지 못했다. 항체가 다른 경로가 아니라 ORF8이 만든 고리만 정확히 겨냥했다는 증거다. 연구를 이끈 멜라니 오트 글래드스톤 감염질환연구소장은 “이번 연구는 단 하나의 바이러스 단백질이 바이러스 증식과 조직 손상을 잇는 주된 다리 역할을 한다는 점을 보여 줌으로써 새로운 치료의 분명한 표적을 찾았다는 데 의미가 있다”고 말했다. 오트 소장은 “지금까지 중증 코로나19 치료는 스테로이드로 면역 전체를 눌러 염증을 잡되 바이러스를 제거하는 능력까지 함께 떨어뜨리는 방식이었다”며 “IL-17RA를 차단하는 항체 ‘브로달루맙’은 2017년 미국에서 이미 건선 치료제로 승인된 약물이어서 기존 약을 다른 질환에 쓰는 ‘약물 재창출’ 가능성도 있다”고 덧붙였다.

생쥐는 동굴, 땅속, 건물 내부, 하수도처럼 어둡고 비좁은 공간을 거침없이 헤집고 다닌다. 한 치 앞도 보이지 않는 곳을 마음대로 다닐 수 있는 ‘초능력’의 비결은 바로 수염이다. 과학자들이 생쥐의 수염에서 영감을 받아 초소형 자율 드론에 인공 수염을 장착해 어둠, 먼지, 연기를 뚫고 스스로 길을 찾을 수 있게 하는 기술을 개발했다. 네덜란드 델프트공과대(TUD) 항공우주공학부 연구팀은 생쥐 수염을 모사해 주변 물체를 부드럽게 더듬어 가며 길을 찾고 공간을 탐색할 수 있는 가벼운 수염형 촉각 센서를 개발했다고 20일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 9월 18일 자에 실렸다. 복잡한 환경을 스스로 헤쳐 나가는 능력은 자율 로봇의 기본기에 해당한다. 그러나 무게가 100g도 되지 않는 초소형 드론은 감지 능력, 연산 능력, 에너지 모든 면에서 제약을 받는다. 카메라, 라이다, 거리측정 센서 같은 기존의 크고 무거운 항법 센서는 너무 무거워 장착하기 어렵고 연기가 가득 찬 건물이나 동굴처럼 시야가 확보되지 않는 환경에서는 사용하기도 쉽지 않다. 실제로 기존 접촉 기반 시스템은 로봇 팔이나 기계식 범퍼를 갖춰 드론의 크기는 커질 수밖에 없었다. 연구팀은 설치류의 진동모를 본떠 가볍고 반응 지연이 짧은 촉각 인지 프레임워크를 개발했다. 인공 수염은 시각에 의존하지 않고 물체에 닿아 있는 동안 주변 환경에 대한 정보를 계속 제공해 항법이 가능하게 도와준다. 연구팀이 개발한 인공 수염에는 뿌리 부분에 초소형 압력 센서 3개가 달려 있어 드론이 접촉 상황을 3차원으로 파악할 수 있다. 수염이 물체 표면에 닿아 휘어지면 압력 변화를 통해 접촉 지점이 공간상 어디인지, 얼마나 깊이 닿아 있는지를 추정하는 방식이다. 이렇게 드론은 가까이 있는 표면에 대한 상세한 정보를 얻고 장애물 회피, 표면 따라가기, 촉각 지도 작성 같은 동작을 수행할 수 있다. 또 연구팀은 잡음, 신호 표류, 각종 왜곡을 만드는 프로펠러가 일으키는 기류와 진짜 접촉 신호를 구분할 수 있게 잡음을 보정하고 수염 신호를 밀리미터 단위의 정밀한 추정값으로 바꿔주는 가벼운 실시간 처리 파이프라인도 개발했다. 연구팀이 개발한 잡음 처리 시스템은 드론의 프로펠러가 만드는 난류에서 의미 있는 촉각 정보만 분리할 수 있는데 여기에 사용되는 메모리는 37킬로바이트(KB)에 불과하다. 연구팀은 인공 수염을 장착한 초소형 드론이 완전한 암흑 속에서 단단한 표면과 무른 표면의 윤곽을 모두 구분하고 벽을 따라가는 방식으로 밀폐된 공간을 탐색할 수 있다는 사실을 확인했다. 연구를 이끈 살루아 하마자 교수는 “이번 연구는 촉각을 이용해 미지의 공간을 탐색하고 날아가는 촉각 항법이라는 새로운 개념을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “가벼운 하드웨어와 정교한 온보드 처리 기술을 결합해 가장 작은 자율 비행 로봇에서도 촉각이 견고한 감지 수단이 될 수 있음을 입증했다”고 설명했다.

지난 5일 27년 동안 중증 자폐스펙트럼장애(ASD) 아들을 헌신적 사랑으로 돌봐 많은 사람의 눈시울을 붉히게 만든 ‘피터팬 아빠’ 전경철 작가가 세상을 떠났다. 전 작가의 생전 활동이 여러 방송 프로그램에 의해 알려지면서 자폐에 대한 우리 사회에 대한 관심이 높아지고 있다. 자폐는 사회적 의사소통과 상호작용에 어려움을 겪고 제한적이고 반복적인 행동을 특징으로 하는 대표적인 신경 발달 장애다. 다양한 유전적 원인이 보고됐지만 어떤 공통적인 생물학적 원리 때문에 질환이 발생하는지에 대해서는 명확히 밝혀지지 않았다. 이런 상황에서 국내 연구진이 원인 유전자만 1200개가 넘는 자폐 스팩트럼 장애의 공통된 분자적 특징을 밝혀내고 복잡한 유전적 다양성을 하나의 분자 지도 위에서 이해할 수 있는 길을 열었다. 기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환 연구단, 한국과학기술정보연구원(KISTI) 디지털바이오컴퓨팅연구단 공동 연구팀은 자폐 스펙트럼 장애 위험 유전자 돌연변이를 가진 세계 최대 규모의 생쥐 모델을 분석한 결과, 다양한 유전자 변이를 두 가지 유전자 활성 상태(전사체)로 설명할 수 있다고 밝혔다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 9월 18일 자에 실렸다. 연구팀은 시냅스 기능, 유전자 발현 조절, 세포 내 신호 전달 등 서로 다른 생물학적 기능에 관여하는 자폐 위험 유전자 17종을 선정해 각 유전자에 돌연변이가 있는 생쥐 모델을 구축했다. 그 다음 총 1008개의 뇌 전전두엽 RNA 시퀀싱 데이터를 분석해 뇌 전체 유전자 발현 양상을 종합적으로 비교했다. 분석 결과 서로 다른 유전자 변이를 가진 생쥐들은 변이 유전자 종류에 관계없이 두 가지 공통된 전사체 상태로 수렴됐다. 그룹1 모델은 신경세포 간 신호 전달을 담당하는 시냅스 유전자 발현은 감소했지만 유전자 발현 조절 유전자와 RNA 가공 유전자 발현은 늘어났다. 반대로 그룹2 모델은 시냅스 유전자 발현이 증가하고 유전자 발현 조절과 RNA 가공 관련 유전자 발현은 줄었다. 연구팀에 따르면 발병 원인이 되는 유전자는 다르지만 분자 수준에서는 유전자 발현이 두 가지 일정한 패턴으로 나타났다. 두 그룹은 약물 반응성에서도 차이를 보였는데 항우울제인 플루옥세틴과 기분안정제인 리튬을 각각 투여한 결과 그룹1은 약물 투여 후 여러 유전자의 분자적 이상이 일관되게 회복됐다. 그러나 그룹2는 유전자마다 반응이 달라 같은 약물에도 회복성 반응이 나타나지 않았다. 환자의 유전자 분자 상태에 따라 같은 치료제를 투여해도 반응이 다르게 나타날 수 있다는 것이다. 이는 환자 맞춤형 정밀 치료 연구의 기반이 될 것으로 기대된다. 연구팀은 단일핵 RNA 시퀀싱 기술과 유전자 상호 연관성 분석을 통해 추가 검증했다. 그 결과 동일한 분자 패턴이 일관되게 확인됐고 자폐 생쥐모델과 실제 자폐인의 뇌 전사체 데이터에서도 유사한 분자패턴이 관찰됐다. 김은준 IBS 연구단장은 “자폐는 원인 유전자가 매우 다양해 개별 유전자 연구만으로는 공통의 발병 원리를 이해하는 데 한계가 있었는데 이번 연구는 다양한 유전적 원인을 공통된 분자적 특징으로 해석하는 새로운 연구 틀이 제시했다는 데 의미가 있다”며 “자폐 치료 후보 물질에 대한 비교 및 평가 연구가 보다 체계화될 것으로 기대한다”고 말했다.

성인 인간의 뇌는 약 1.4㎏으로 체중의 2%에 불과하지만 섭취하는 에너지의 약 20%를 소모한다. 약 860억개의 신경세포가 시냅스를 통해 100조개 이상의 방대한 연결망을 형성하고 새로운 것을 배우거나 경험할 때마다 신경세포 간 연결이 새로 생성되거나 물리적으로 강화되는 신경가소성까지 갖추고 있다. 그래서 인간의 뇌는 우주에서 가장 복잡한 구조물로 불리기도 한다. 이런 작은 ‘소우주’인 사람의 뇌를 직접 실험할 수가 없기 때문에 인간과 생물학적으로 비슷해 뇌를 자유자재로 조작하고 관찰하기도 쉬운 생쥐로 실험하는 경우가 많다. 미국 스탠퍼드대 정신의학·행동과학과, 생명공학과, 심리학과, 의대 신경외과, 병리학과, 스탠퍼드 신경과학 연구소 및 바이오-X, 스페인 바스크 인지·뇌·언어 연구센터, 바스크 과학 재단 공동 연구팀은 뇌의 절반 이상이 제거된 생쥐에게 인간 세포로 키운 3차원 뇌 유사 조직 ‘뇌 오가노이드’를 이식하자 대뇌 피질의 90% 이상이 인간 뇌 세포로 채워지는 것을 확인했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 9월 17일 자에 실렸다. 인간 뇌 발달 연구는 살아 있는 사람의 뇌 조직에 직접 접근하기 어렵다는 근본적 한계가 있다. 그래서 줄기세포를 이용한 뇌 오가노이드를 생쥐에 이식함으로써 인간 신경세포가 실제 생체 안에서 어떻게 작동하는지 탐구할 수 있고 관련 질환과 잠재적 치료법을 연구할 수 있다. 문제는 머리뼈 안 공간이 작고 숙주인 생쥐의 뇌 신경세포가 이식된 인간 뇌 세포에 대해 면역 반응을 일으킬 수 있다는 점이다. 이런 상황에서 연구팀은 발생 초기에 대뇌피질을 이루는 세포만 골라서 제거해 신피질과 해마가 대부분 사라지고 인간 세포를 이식했을 때도 거부 반응 없이 자랄 수 있는 면역결핍·대뇌피질 결손 생쥐 29마리를 만들었다. 이 생쥐들의 뇌는 일반 생쥐 뇌의 절반 이하 수준이었다. 생후 5~17일 된 면역결핍·대뇌피질 결손 생쥐에게 인간 유도만능줄기세포로 30~60일 키운 인간 대뇌피질 오가노이드를 이식했다. 이후 자기공명영상(MRI), 단일핵 RNA 시퀀싱, 칼슘 이미징, 공간전사체 분석으로 이식 조직 전체의 신경 활동을 측정했다. 또 인공지능 기반 자발 행동 분석, 보행 분석, Y자 미로 작업기억 과제, 공포 조건화, 사회성 및 감각 검사도 실시했다. 그 결과, 이식 조직은 29마리 중 86.2%에서 살아남았고 이식 3개월 뒤에는 생쥐 대뇌피질 조직의 91.9%를 인간 뇌 조직이 차지한 것이 확인됐다. 생쥐 뇌 곳곳에 연결됐고 척수까지 신경 돌기를 뻗었고 이식 조직에서는 임신 2분기 후반 태아 수준의 다양한 피질 세포가 나타났다. 특히 기존 이식법보다 ‘5층 투사 신경세포’가 3배 이상 많았고 ‘폰 에코노모 신경세포’와 유사한 세포도 발견됐다. 행동 검사에서 이식된 뇌 세포는 Y자 미로 작업기억 과제를 상당한 수준으로 수행했지만 공포 조건화 학습 능력은 떨어지는 것으로 확인됐다. 조직에 산소가 충분히 공급되지 않는 저산소 손상 뒤 일반 생쥐와 달리 이식 생쥐는 걸음걸이가 달라지는 현상이 관찰됐다. 연구를 이끈 세르지우 파슈카 스탠퍼드대 교수는 “소두증이나 발달 초기의 심각한 허혈성 손상에 대한 치료 방법 및 치료제 개발에도 도움이 될 것으로 기대한다”고 설명했다.

상처에는 빠르게 달라붙어 효과적으로 지혈을 하고 유리나 플라스틱에 코팅하면 물방울이 맺히지 않고 빠르게 퍼지게 하는 바이오소재가 개발돼 눈길을 끈다. 접착과 물방울 퍼짐이라는 달라 보이는 두 기능을 천연 원료 하나에 담은 것이라 더 주목된다. 이해신 카이스트 화학과 석좌교수팀은 갑각류 껍데기에서 얻는 천연 고분자 키토산과 바이오매스에서 얻는 폴리페놀 ‘1,2,4-벤젠트리올’(BTO)을 결합해 다기능 바이오접착 소재 ‘CHI-B’를 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘머티리얼스 호라이즌스’에 실렸다. 폴리페놀은 식물에 포함된 물질로 여러 종류의 표면과 상호작용해 잘 달라붙는 성질을 지닌다. 바닷물 속에서도 바위에 단단히 붙어 있는 홍합의 접착 단백질이 대표적인 사례다. 그래서 의료용 접착제와 표면 코팅 소재 연구에서 오래 주목받아 왔다. 연구팀이 이번에 개발한 물질인 CHI-B은 하나의 소재가 두 가지 일을 한다는 점이다. 출혈 부위에서는 빠르게 달라붙어 상처를 물리적으로 막고 유리나 플라스틱에 코팅하면 ‘초친수성’ 표면을 만든다. 초친수성은 물방울이 동그랗게 맺히지 않고 닿자마자 넓게 퍼져 표면을 적시는 성질이다. 자동차 유리에 적용하면 빗물이 시야를 가리지 않고 욕실 거울에는 김이 서리지 않게 한다. 연구팀은 CHI-B에 100만분의 10 수준인 10ppm의 요소를 함께 쓰는 것만으로 초친수성 표면을 구현하고 코팅 가능한 대상도 넓혔다. 테플론으로 알려진 불소계 고분자 PTFE, 음료병에 쓰이는 PET, 포장재용 PS, 광촉매 소재인 이산화티타늄 등 성질이 제각각인 표면에 고르게 코팅됐다. 반복적으로 세척한 뒤에도 코팅은 유지됐고 1년이 지난 표면에서도 물이 잘 퍼지는 특성이 그대로 남았다. 지금까지 키토산과 폴리페놀을 붙이기 위해서는 화학 결합제가 필요했다. 시약값이 비싼 데다 반응 뒤 남은 물질을 제거하기 위해 여러 단계의 정제와 긴 투석 과정이 복잡해 생산량을 늘리기 쉽지 않았다. 연구팀은 BTO가 공기 중 산소를 만나면 저절로 산화된다는 점에 주목했다. 산화된 BTO는 ‘파라-퀴논’이라는 반응성 높은 구조로 바뀌는데 이것이 키토산에 붙어 있는 아민기와 곧바로 결합한다. 공기가 화학 결합제 역할을 하도록 함으로써 별도 시약이나 가열 없이 상온에서 30분 안에 합성을 끝낼 수 있었다. 연구팀은 실험실에서 수십ℓ 규모까지 생산을 확대해 대량생산 가능성도 확인했다. 동결건조로 만든 CHI-B 스펀지는 물에 닿은 지 15초 만에 완전히 녹았고, 산성뿐 아니라 인체와 비슷한 중성 환경에서도 높은 용해도를 유지하는 것이 관찰됐다. 또 세포 독성 평가에서 CHI-B는 생체 조직과 세포에 해로운 영향을 거의 주지 않았다. 간 출혈 부위에 CHI-B 스펀지를 얹은 생쥐가 다른 지혈 소재를 사용한 생쥐보다 출혈량이 크게 줄었다. 이해신 교수는 “이번 연구는 하나의 바이오소재로 강한 접착성과 물이 빠르게 퍼지는 초친수성 표면 특성을 함께 구현했다는 데 의미가 있다”며 “제조 과정이 단순하고 생산 규모를 확대할 가능성까지 확인한 만큼 지혈 소재부터 의료기기·바이오센서, 기능성 표면처리까지 다양한 분야에 활용될 것으로 기대한다”고 설명했다.

지난주 중증 자폐스펙트럼장애(ASD) 아들을 향한 헌신적 사랑으로 많은 사람의 눈시울을 붉히게 만든 ‘피터팬 아빠’ 전경철 작가가 세상을 떠났다. 전 작가의 별세로 자폐스펙트럼장애에 대한 우리 사회의 관심이 높아지고 있다. 자폐스펙트럼장애를 가진 사람은 남들이 놓치는 세부적 사안에 집착한다든지 얼굴보다 특정 패턴에 집중하기도 하고 감각이 지나치게 예민하거나 무뎌지기도 한다. 그러나 그 이면의 메커니즘은 명확히 밝혀지지 않았다. 복잡한 지시문을 듣고 따라야 하는 기존 실험으로는 말을 거의 하지 않거나 지적장애를 동반한 중증 자폐스펙트럼증후군을 가진 사람들이 연구에서 빠져 있었기 때문이다. 미국 보스턴대 정신의학 및 뇌과학과, 대학원 신경과학과, 시스템 신경과학 연구센터 공동 연구팀은 생쥐 실험에서 쓰던 행동 과제를 온라인 비디오게임으로 바꿔 중증 자폐인까지 측정하는 데 성공했다고 14일 밝혔다. 이를 통해 자폐인들은 정보가 많아질수록 통합 잡음이라는 메커니즘 때문에 지각에 이상이 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 9월 11일 자에 실렸다. 연구팀은 ‘지오드’라고 이름 붙인 보석 찾기 게임을 만들었다. 화면 가운데 아바타를 누르면 좌우 양쪽에서 보석 모양의 빛이 2.5~3초 동안 짧게 깜박인다. 더 많이 반짝인 쪽을 고르면 보석은 가방 속으로 들어가고 틀리면 보석이 바위 속으로 사라지도록 했다. 핵심은 이 규칙을 실험에 참가하는 자폐인들에게 알려주지 않는다는 것이다. 생쥐 실험에서처럼 참가자들은 성공과 실패라는 피드백을 통해 규칙을 스스로 알아내게 했다. 총 200회 시행 중 처음 10회는 좌우 차이가 10대 0 또는 9대 1로 뚜렷하게 나타났고 이후 190회에서는 평균 7대 3 비율로 난이도를 높였다. 컴퓨터 마우스 조작이 쉽지 않은 자폐인들을 위해 태블릿 터치스크린으로도 할 수 있게 했다. 연구팀은 11~17세 청소년 308명을 화상으로 연결해 각자의 집에서 게임을 하게 했다. 이 중 212명은 자폐 진단자, 96명은 자폐가 없는 그들의 형제자매였다. 보호자는 사회적반응척도(SRS-2), 바인랜드 적응행동척도(VABS-3) 등 4종 설문에 응답하도록 했다. 200회 실험을 모두 마치고 정확도 61.6% 이상을 달성하는 기준을 통과한 비율을 살펴봤다. 그 결과, 비자폐 형제자매 92.9%, 적응행동 점수가 높은 자폐 청소년 90.6%, 적응행동 점수가 낮은(VABS-3 75점 미만) 자폐 청소년도 75.8%였다. 여기에는 VABS-3 50점 미만인 ‘중증 자폐’ 범위에 드는 이들도 포함된 것으로 나타났다. 눈에 띄는 것은 쉬운 연습 구간에서는 일반인과 자폐인 사이에서 차이가 없었으나 본 자극으로 넘어가는 순간 정확도가 급락한 뒤 회복되는 과정에서 자폐 참가자는 회복이 느렸고 최고 정확도 도달 비율도 낮았다. 연구팀은 이 같은 결과를 신호탐지이론에 기반한 계산 모델로 분석했다. 그 결과 ‘통합 잡음’ 값이 비자폐군 0.072, 고적응 자폐군 0.101, 저적응 자폐군 0.138로 나타났다. 이에 대해 연구팀은 빛을 감지하는 능력 자체가 떨어지는 것이 아니라 여러 신호를 보고 하나의 판단으로 묶는 단계에서 오차가 커진다는 뜻이라고 설명했다. 섬광 수가 적을 때는 티가 나지 않다가 정보가 쏟아질수록 판단이 급격히 흐트러진다는 것이다. 연구팀은 장단기기억 구조의 인공신경망에 같은 게임을 학습시키고 가우스 잡음을 주입하고 관찰했다. 인공신경망은 잡음이 없을 때는 11번째 시행에서 85.5% 정확도에 도달했지만 잡음을 키우자 학습 속도와 최종 성적이 함께 떨어지며 자폐 참가자의 학습 곡선과 똑같아졌다. 연구를 이끈 벤저민 스콧 보스턴대 교수는 “이번 연구는 말이 없거나 지적장애를 동반해 그동안 연구에서 배제됐던 자폐인까지 참여시켜 자폐 메커니즘을 탐구했다는 점에서 의미가 크다”며 “자폐의 지각 이상은 감각을 못 느껴서가 아니라 정보를 시간에 걸쳐 합산하는 단계의 잡음 때문이며 그 잡음은 적응기능 손상 정도를 잘 반영한다”고 설명했다.

‘충주맨’으로 이름을 알린 전 충주시 공무원 김선태가 일감 감소와 직원 퇴사 등 회사를 운영하며 겪는 어려움을 털어놨다. 김선태는 지난 11일 자신의 유튜브 채널에 ‘김선태 홍보’라는 제목의 영상을 공개했다. 영상에서 김선태는 근황을 묻는 말에 “아시다시피 하루하루 버텨내고 있다”고 답했다. 일감이 줄었느냐는 질문에는 “일감이 많이 없는 편”이라며 “지금이 성수기이기는 한데 저희에게는 추운 겨울이 온 것 같다”고 말했다. 자신을 돕던 직원 한 명도 최근 퇴사 의사를 밝혔다고 전했다. 그는 “영화 ‘타이타닉’을 보면 생쥐가 가장 먼저 빠져나오지 않느냐”며 “생존하려고 하는 것 아닌가 싶다”고 농담했다. 이어 “처우가 나쁘다고 생각하지는 않았지만 직원 입장에서는 싫을 수 있다”며 “회사를 운영하는 부담이 크다. 언제라도 문을 닫을 수 있는 것 아니냐”고 했다. 그동안 유튜브 콘텐츠에 집중하기 위해 거절했던 강의 제안도 다시 검토하고 있다고 밝혔다. 김선태는 “사정이 바뀌어서 강의를 해볼까 생각 중”이라며 “요즘 뉴스에도 많이 나오는 것을 보니 강의도 나쁘지 않을 것 같다”고 말했다. 최근 진행 중인 광고를 소개하면서는 광고주를 향해 큰절을 올렸다. 그는 “사실 내가 요즘 조금 건방졌다. 다시 초심을 찾기 위해 간절하게 일해보려고 한다”고 했다. 부담이 큰 의뢰를 수락한 이유에 대해서는 “목구멍이 포도청”이라고 말했다. 영상에는 여행 크리에이터 빠니보틀이 “그래 선태야 열심히 하자”라는 댓글을 남기기도 했다. 다만 해당 영상은 단순히 경영난을 고백하는 콘텐츠가 아니라 김선태가 자신의 전문 분야인 ‘홍보’를 활용해 제작한 광고 영상이었다. 전화 통화 상대에게 자신의 화면을 보여주는 애플리케이션을 알리는 과정에서 최근 처지를 소재로 삼은 것이다. 김선태는 2016년 9급 공무원으로 임용된 뒤 2018년부터 충주시 공식 유튜브 채널 ‘충TV’를 운영했다. 특유의 ‘B급 감성’을 앞세운 콘텐츠로 채널 구독자 90만명 이상을 모았으며 특별승진을 거쳐 6급 보직을 맡았다. 지난 2월 공직을 떠난 뒤 개설한 개인 유튜브 채널은 개설 48시간 만에 구독자 100만명을 돌파했다. 현재 구독자는 약 165만명이다. 그러나 지난 7월 자신의 이름을 내건 KBS 유튜브 오리지널 예능 ‘돈선태: 성공시대’ 선공개 영상이 공개된 뒤 논란에 휩싸였다. 당시 김선태는 걸그룹 리센느 멤버 원이에게 정치권까지 번졌던 ‘무섭노’ 발언 논란을 다시 언급했다. 원이는 해당 논란으로 두려움을 느꼈다며 이후 말 한마디에도 조심하게 됐다고 털어놨다. 방송 이후 이미 상처를 입은 당사자에게 논란을 다시 꺼내 ‘2차 가해’를 했다는 비판이 제기됐다. 자극적인 영상 제목과 섬네일, 무관한 인물을 태그한 제작 방식도 도마 위에 올랐다. 김선태는 “공중파 방송 단독 MC를 해보고 싶다는 욕심이 과했던 것 같다”며 프로그램 자진 하차를 발표했다. 리센느 소속사 대표를 통해 멤버들에게 사과했다면서 “이번 일을 계기로 초심을 잃은 것은 아닌지 스스로 돌아보게 됐다”고 고개를 숙였다. KBS도 논란에 사과하고 프로그램 제작 중단을 결정했다. 이에 따라 ‘돈선태: 성공시대’는 정식 방송을 시작하기 전에 폐지됐다.

길에서 죽어가는 야생 생쥐를 발견한 초등학생 세 명이 자신들이 모은 2만원을 들고 동물병원을 찾아 치료를 부탁한 사연이 전해져 잔잔한 감동을 주고 있다. 지난 5일 김포 동행동물병원 공식 유튜브 채널에는 ‘초등학생들이 아픈 야생 생쥐를 데리고 동물병원에 왔습니다’라는 제목의 영상이 올라왔다. 김준태 동행동물병원 원장은 영상에서 “며칠 전 초등학생 3명이 동물병원 앞에서 한참을 서성이고 있었다. 병원까지 올라왔다가 다시 내려가기도 했다”며 “아이들 손에는 작은 빵 봉지가 들려있었는데, 그 안에는 살아있는 동물이 들어있었다”고 소개했다. 이어 “아이들은 선뜻 동물병원 안으로 들어오지 못했다. 자신들이 가지고 있는 돈으로 동물을 치료할 수 있을지 걱정됐기 때문이었다”며 “그러다 마침 복도에서 수의사 선생님을 발견하자 조심스럽게 ‘이거 치료하려면 돈 많이 들어요?’라고 물었다”고 전했다. 아이들은 길에서 아픈 동물을 발견한 뒤 세 명이 돈을 모아 병원을 찾았지만, 가진 돈으로 치료비를 감당할 수 있을지 걱정돼 병원 앞에서 한참을 망설였던 것이다. 이를 들은 김 원장은 “진료비 걱정은 하지 말고 들어오라”고 했다. 봉지 열자 뜻밖의 환자…“죽어가는 것 같아 도와주고 싶었어요”아이들이 빵 봉지에 담아 데려온 동물의 정체는 야생 생쥐였다. 비를 맞은 듯 털이 흠뻑 젖어 있었고 몸에는 작은 벌레도 붙어 있었다. 전날 내린 폭우에 노출된 생쥐는 저체온과 탈진이 우려되는 상태였다. 김 원장은 “사실 생쥐를 보고 저도 잠깐 고민했다. 야생 생쥐는 흔히 유해동물이라고 부르기도 하고, 감염이나 위생 문제도 걱정하지 않을 수 없었다”고 털어놨다. 그러나 “눈앞에 작은 생쥐를 어떻게든 살려보겠다고 자신들이 가진 돈을 들고 찾아온 초등학생 3명이 있었다”며 “작은 동물이 죽어가는 것 같으니까 도와주고 싶었던 아이들의 마음에 집중하기로 했다”고 치료를 결심한 이유를 설명했다. 해당 동물병원은 설치류 등 특수동물을 전문적으로 진료하는 기관은 아니어서 가능한 범위에서 상태를 확인했다. 이후 저체온 회복을 위한 가온 처치와 수액, 포도당 공급 등을 진행했다. 다행히 별다른 외상은 확인되지 않은 것으로 전해졌다. “집에서 키우면 안 돼”…야생동물인 만큼 주의 당부치료가 끝난 뒤 김 원장은 아이들이 가져온 2만원도 받지 않았다. 김 원장은 “아이들에게 ‘야생 쥐인 만큼 집에 데려가 반려동물처럼 키우면 안 되고, 사람이나 다른 동물과의 접촉은 피해야 한다. 접촉한 뒤에는 반드시 손을 깨끗이 씻고 위생 관리를 철저하게 해야 한다’고 강조했다”며 “해당 생쥐는 안전한 장소에서 회복한 뒤 다시 야생으로 돌려보내도록 안내했다”고 밝혔다. 그는 “수의사라고 세상의 모든 동물을 다 치료하는 건 아니다. 특히 야생동물은 감염이나 안전 문제 때문에 더욱 조심해야 한다”면서도 “이날은 아이들이 어떤 심정으로 동물병원을 찾았을까를 먼저 생각했다”고 말했다. 이어 “길을 가다 죽어가는 동물을 보고 자기들끼리 십시일반 돈을 모아 동물병원을 찾은 그 마음을 충분히 칭찬해줘도 되지 않을까 싶다”고 덧붙였다. 해당 영상에는 1000개가 넘는 댓글이 달렸다. 누리꾼들은 “요즘에도 이렇게 착하고 순수한 아이들이 있구나”, “동물학대 같은 영상만 보다가 따뜻한 영상에 울컥했다”, “야생 쥐를 아이들과 같은 마음으로 바라보셨다는 게 대단하다”, “생명을 소중히 여긴 아이들 마음이 너무 예쁘다”, “동물병원에서도 거절하고 무시할 수도 있는 상황이지만 아이들의 마음이 너무 따뜻해서 도와주신 듯” 등의 반응을 보였다. 다만 일부 누리꾼은 야생 생쥐의 방생이나 위생·감염 가능성 등에 대해서는 주의가 필요하다는 의견도 내놨다. 이에 동물병원 측은 추가 댓글을 통해 “야생동물 구조나 방생에 대해 여러 의견이 있을 수 있다고 생각한다”며 “다만 제가 중요하게 생각했던 것은 아이들에게 거창한 생명윤리 교육이 아니라 ‘약한 생명을 불쌍하게 여기고 도와주려고 했던 너희들의 마음은 좋은 마음이야’라는 걸 알려주고 싶었다”고 설명했다. 이어 “영상 속 아이들의 선한 마음만큼은 따뜻하게 바라봐주셨으면 좋겠다”고 덧붙였다.

비만 치료제 위고비의 주성분인 세마글루티드를 투여한 늙은 생쥐의 수명이 약 12% 늘었다는 연구 결과가 나왔다. 기억력과 근육 기능도 개선돼 단순히 살이 빠져 나타난 효과만은 아닐 가능성이 제기됐다. 최근 미국 버클리 캘리포니아대 대니카 첸 교수 연구팀은 이런 내용의 연구 결과를 국제학술지 네이처에 발표했다. 세마글루티드는 식욕을 억제하고 혈당을 낮추는 GLP-1 수용체 작용제다. 당뇨병 치료제 오젬픽과 비만 치료제 위고비의 주성분으로 쓰인다. 연구팀은 사람으로 치면 노년에 해당하는 20개월령 암컷 생쥐에게 세마글루티드를 매일 주사했다. 그 결과 약을 투여하지 않은 생쥐의 중앙수명은 742일이었지만 세마글루티드를 맞은 생쥐는 834일로 늘었다. 92일, 약 12.4% 더 오래 산 셈이다. 신체 기능도 달라졌다. 세마글루티드를 투여한 생쥐는 낯선 공간을 더 활발히 탐색하고 미로에서 탈출구 위치를 더 잘 기억했다. 회전봉에서 버티거나 러닝머신을 달리는 능력도 향상됐고 혈당 조절 능력도 좋아졌다. 연구팀은 이 같은 변화가 단순히 음식 섭취량이 줄어든 결과인지 확인하기 위해 먹이를 24% 적게 준 생쥐들과 비교했다. 두 집단 모두 체중과 체지방이 비슷하게 감소했고 노화에 따른 운동·근육 기능 저하도 완화됐다. 하지만 탐색 행동과 공간 기억력, 혈당 조절에서는 세마글루티드 투여군이 더 좋은 결과를 보였다. 몸속에서도 변화가 확인됐다. 세마글루티드를 투여한 생쥐는 기억을 담당하는 뇌 해마에서 새로운 신경세포 생성이 늘었고, 노화와 관련된 만성 염증과 노화세포 지표는 감소했다. 미토콘드리아 기능과 손상된 단백질을 관리하는 능력도 개선됐다. 연구팀은 세마글루티드가 소식의 효과를 일부 모방하면서 섭취 열량 감소만으로는 설명하기 어려운 노화 억제 효과까지 낸 것으로 분석했다. 다만 이번 결과를 사람에게 그대로 적용해서는 안 된다. 실험은 특정 품종의 늙은 암컷 생쥐만을 대상으로 진행됐으며 수컷 생쥐에서도 같은 결과가 나오는지는 확인되지 않았다. 연구팀은 GLP-1 계열 약물이 사람의 노화와 수명에도 영향을 미치는지 확인하려면 고령자를 대상으로 한 장기간의 임상 연구가 필요하다고 밝혔다.

아동·청소년기의 뇌와 달리 성인의 뇌는 한 번 파괴된 신경세포를 스스로 고치거나 새로 만들어 내는 능력이 극히 제한적이다. 알츠하이머병으로 대표되는 치매에서 신경세포 손상이 치명적인 이유도 여기에 있다. 현재 나와 있는 치료제들은 인지 기능 퇴화 속도를 늦추는 수준일 뿐 이미 악화된 인지 기능을 되돌리지는 못한다. 그런데 미국 사우스캐롤라이나대, 럿거스대, 루이지애나 주립대 공동 연구팀은 정밀하게 설계한 나노입자가 사람의 뇌 오가노이드(미니 장기)에서 신경세포를 재생시킬 뿐만 아니라 생쥐 실험에서는 신경 회로까지 복원해 인지 기능을 개선하는 것을 관찰했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 의생명공학 분야 국제 학술지 ‘셀 바이오머티리얼스’ 27일 자에 실렸다. 연구팀은 항체를 세포 안까지 실어 날라 목표 단백질만 골라 분해하는 ‘나노 이레이저’라는 물질을 합성했다. 연구팀은 사람의 별아교세포 배양액과 알츠하이머병에 걸린 뇌를 본떠 만든 사람 뇌 오가노이드에 나노 이레이저를 주입했다. 혈액-뇌 장벽을 손쉽게 통과한 나노 이레이저는 별아교세포에 침투해 PTBP1이라는 단백질을 분해하면서 별아교세포를 신경세포로 전환하는 것이 확인됐다. 연구팀은 알츠하이머병에 걸린 생쥐에게 나노 이레이저를 두 번 주사한 뒤 뇌와 행동의 변화를 관찰했다. 그 결과, 생쥐들은 수중 미로 과제를 주입 전에 비해 훨씬 쉽게 통과했고 집 찾기 실험에서도 임무 수행 시간이 짧아졌다. 또 뇌에서는 신경세포 밀도가 증가하고 신경 염증이 줄었으며 뇌 속 아밀로이드 베타 단백질 축적도 감소한 것이 관찰됐다.

“다정도 병인 양하여 잠 못 들어 하노라.” 고려 후기 문신 이조년이 지은 시조 ‘다정가’의 마지막 문장이다. 애상적이고 외로운 감정을 병에 비유한 작품이다. 시조에 등장하는 ‘다정’은 정이 많다는 뜻이 아니라 고요하고 아름다운 밤 풍경 속에서 느끼는 주체할 수 없는 외로움, 우수, 쓸쓸함 등 복잡한 감정을 말한다. 과학적으로 살펴보면 인간이 극심한 외로움이나 상실감을 느낄 때 활성화되는 뇌의 전대상피질은 신체적 통증을 느낄 때 활성화되는 부위이기 때문에 정서적 극한 감정이 신체적 병처럼 느껴질 수 있다. 넘치는 감정은 교감신경계를 흥분시켜 과각성 상태를 유발해 잠 못 들게 한다. 사회적 고립은 전 세계적으로 증가 추세를 보이고 있어 세계보건기구(WHO)에서도 중대한 공중보건 위험 요인으로 주목하고 있다. 사회적 고립은 약물 오남용에도 직접 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과도 많다. 그렇지만 고립됐다는 느낌이 뇌를 어떻게 바꾸는지 충분히 밝혀지지 않았다. 이런 상황에서 미국 노스웨스턴대 의대, 소크 생물학 연구소 공동 연구팀은 외로움은 뇌를 ‘술을 더 마시게 만드는 방향’으로 재구성할 수 있다는 사실을 확인하고 신경과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 뉴로사이언스‘ 8월 25일 자에 발표했다. 재미있는 부분은 사회적 고립이 남성의 음주는 늘리고 여성에 대해서는 오히려 음주를 억제하는 방향으로 뇌를 바꿀 수 있다는 점이다. 연구팀은 성체 암수 생쥐를 여러 마리가 함께 지내는 사회적 사육 환경에서 키운 다음 일부를 한 마리씩 따로 지내는 단독 사육 방식으로 바꿨다. 성인기의 사회적 고립 상황을 실험적으로 재현한 것이다. 이후 생쥐들에게 매일 한 시간씩 물이 든 병과 15% 알코올 용액이 든 병 중 하나를 골라 마시도록 했다. 사회적 환경에서 생활한 생쥐와 고립된 생쥐를 대상으로 2주 동안 어떤 음료를 선택하는지 얼마나 마시는지를 추적했다. 그 결과, 고립된 환경에서 생활한 수컷 생쥐는 그렇지 않은 수컷 생쥐보다 알코올을 더 많이 선택하고 섭취량도 점점 늘려가는 것이 확인됐다. 반면 고독한 환경의 암컷 생쥐는 알코올 섭취를 점점 줄여가는 것으로 나타났다. 연구팀은 초소형 현미경으로 쥐가 우리 안을 자유롭게 돌아다니며 음주 여부를 선택하는 동안 특정 뇌세포 활동을 기록했다. 특히 감정과 스트레스 신호를 처리하는 기저와측 편도체(BLA)와 내측 전전두피질(mPFC)을 연결하는 회로에 주목했다. 연구팀에 따르면 고립 상태에서는 해당 회로가 과활성화되고 이것이 직접 음주 행위에 관여하는 데 암컷과 수컷이 다른 전략을 사용한다는 것이다. 연구팀은 추가로 이 뇌 경로가 단순히 음주 행동을 반영하는 것인지 음주를 일으키는 것인지 확인하기 위해 광유전학 실험을 했다. 고립되지 않은 수컷 생쥐에게 짧은 빛으로 해당 뇌 회로를 인위적으로 활성화하자 이들의 뇌는 마치 사회적으로 고립됐던 것처럼 알코올에 반응했다. 반대로 고립됐던 수컷 생쥐에게 해당 회로 활동을 중지시키면 알코올 섭취량이 줄어드는 것이 관찰됐다. 연구를 이끈 리샤 파텔 노스웨스턴대 의대 교수는 “이번 연구는 사회적 고립이 수컷에서 음주 증가로 이어지는 과정을 설명할 수 있는 특정 뇌 회로를 짚어냈다는 점에서 의미가 크다”라며 “고립에서 비롯되는 알코올 오남용을 이해하고 치료하기 위한 훨씬 더 명확한 생물학적 표적을 찾는 데 도움을 줄 것”이라고 설명했다.

과학기술의 발달에도 불구하고 여전히 정복하지 못한 질병 중 하나가 ‘암’이다. 암 치료법은 계속 발전하고 있지만 환자의 생존을 위협하는 것은 합병증으로 대표적인 것이 ‘암 악액질’이다. 암 악액질은 체중과 근육이 급격히 감소하는 질환으로 전체 암 환자의 80% 가량에서 나타나며 암 관련 사망의 약 20%와 관련 있다. 그러나 이를 근본적으로 치료하는 약물은 없다. 이런 상황에서 한국과학기술연구원(KIST) 천연물유효성최적화연구센터는 장내 미생물 생태계를 조절해 암 악액질을 개선할 수 있는 천연물 후보물질을 발굴하고 그 작용 메커니즘을 처음으로 규명했다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘마이크로바이오옴’에 실렸다. 연구팀은 4000여 종의 천연물 라이브러리를 분석한 결과 마이켈리올라이드(MCL)가 암 악액질 개선 효과를 보인다는 사실을 확인했다. 이를 근거로 대장암과 췌장암을 일으킨 생쥐에게 MCL을 투여한 결과 종양 크기에는 영향을 주지 않지만 근육량은 34%, 근력은 31% 증가하는 것을 확인했다. 암세포를 직접 공격하지 않고도 암으로 인한 근육 감소를 억제할 수 있다는 것이다. MCL은 암으로 인해 저하된 면역세포인 T세포 기능을 회복시키고 염증성 사이토카인 분비를 억제해 근육 파괴를 유도하는 염증 반응을 줄이는 것으로 나타났다. 또 항생제로 장내 미생물을 완전히 제거한 생쥐에게서는 MCL 효과가 나타나지 않는다는 것을 확인했다. 연구팀은 MCL이 장내 유익균인 포카이콜라 불가투스를 선택적으로 증가시킨다는 것을 확인하고 해당 균주가 생성하는 대사물질을 분석해 근육 합성을 촉진하고 염증 반응을 억제하는 신종 사이클로펩타이드 11종도 밝혀냈다. 연구를 이끈 이충구 KIST 박사는 “이번 연구는 암세포를 직접 표적으로 하는 기존 치료 접근에서 벗어나 장내 미생물과 면역 체계를 조절해 암 악액질을 개선할 수 있는 새로운 치료 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “추가 연구를 통해 암 환자의 생존율과 삶의 질을 높일 수 있는 혁신 신약 개발에 나설 것”이라고 밝혔다.

국립암센터가 암 연구에 필요한 전임상 연구 기반을 강화하고 실험동물 연구의 발전 방향을 모색하는 자리를 마련했다.국립암센터는 최근 국가암예방검진동에서 ‘실험동물운용팀 20주년 기념 워크숍’을 열었다고 13일 밝혔다. 워크숍에는 국립암센터 양한광 원장과 국내 주요 연구기관 연구자들이 참석해 암 연구에 활용되는 다양한 동물모델과 실험동물 연구의 최신 흐름을 공유했다. 이 자리에서 국립암센터 실험동물운용팀은 “지난 20년간 실험동물의 생산과 관리뿐 아니라 암 치료제와 진단법 개발을 위한 전임상 연구를 지원해 왔다”면서 “지난 2020년과 비교해 연구팀 지원으로 발표된 영향력 지수 10점 이상 논문 수와 논문의 영향력 지수 합계가 각각 2배 이상 늘었다”고 밝혔다. 올해 1~7월에는 7편의 관련 논문이 발표됐으며, 영향력 지수 합계는 101점에 달한다. 워크숍에서는 환자의 암 조직을 이용한 동물모델, 교모세포종 모델, 인간의 면역체계를 일부 구현한 생쥐 모델 등을 활용한 연구 사례도 소개됐다. 이어 암 발생 원인을 밝히고 새로운 치료법을 개발하는 데 동물모델을 어떻게 활용할 수 있는지 논의했다. 동물실험의 윤리와 동물복지도 주요 주제로 다뤄졌다. 동물실험을 다른 방법으로 대체하고, 사용 동물 수를 줄이며, 실험 과정에서 동물의 고통을 최소화하는 이른바 ‘3원칙’의 중요성도 강조됐다. 참석자들은 또 변화하는 연구 환경에 맞춰 실험동물 연구 지원을 고도화하고 연구시설과 실험동물실을 개선하는 방안도 논의했다. 양한광 국립암센터 원장은 “실험동물운용팀이 지난 20년간 안정적인 전임상 연구 기반을 뒷받침해 국립암센터의 연구 경쟁력 향상에 기여했다”며 “앞으로도 국내외 연구자들과 협력을 강화해 새로운 암 연구 성과를 만들어 나가겠다”고 말했다.

전 세계 어린이 절반 이상이 학대나 폭력, 그 밖의 충격적 경험으로 극심한 스트레스에 노출돼 있다. 어린 시절 이렇게 극심한 스트레스를 겪은 사람은 어른이 된 뒤 불안장애, 우울증 같은 기분장애에 더 취약한 경우가 많다. 미국 세인트루이스 워싱턴대 의대, 프린스턴대 공동 연구팀은 생애 초기 스트레스로 인한 트라우마가 어떻게 뇌 속에 흔적을 남겨 성인기까지 영향을 미치는지 메커니즘을 찾았다고 12일 밝혔다. 연구팀에 따르면 어린 시절 스트레스는 뇌세포가 DNA를 포장하는 방식을 변화시켜 뇌의 스트레스 반응 장치가 쉽게 켜지는 상태로 만들어 스트레스에 취약하게 한다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 8월 8일 자에 실렸다. 연구팀은 뇌의 복측피개영역(VTA)에 주목했다. VTA 신경세포는 도파민을 생산하고 보상 회로 작동에 관여한다. 스트레스로 이 세포들이 비정상적으로 활성화되면 뇌의 보상 처리 방식에 문제가 생겨 불안과 우울에 취약하게 된다. 연구팀은 특히 도파민 생성 신경세포 중에서도 유전자 스위치라고 할 수 있는 ‘후성유전체’에 집중했다. 이를 위해 연구팀은 어린 생쥐에게 극심한 스트레스를 준 다음 일반적 환경에서 자란 생쥐들과 비교했다. 그 결과 스트레스를 받은 생쥐의 도파민 신경세포에서 ‘SETD7’이라는 효소가 더 많이 발견됐다. 이 생쥐들은 일반 생쥐보다 세포 내에 용수철처럼 감겨 있는 DNA 가닥이 늘어나 벌어져 있는 것이 확인됐다. 또 스트레스를 받지 않은 어린 생쥐에게 SETD7이 많이 만들어지도록 유전자를 조작하면 도파민 생산 뇌세포의 DNA 가닥이 늘어나는 것이 관찰됐다. 도파민 생산 뇌세포의 DNA 구조가 늘어나 벌어진 상태로 어른이 되면 스트레스에 반응하는 유전자가 더 쉽게 켜진다. 이런 생쥐들은 성체가 됐을 때 도파민 신경세포 반응성이 높아져 스트레스를 견디는 힘이 떨어지게 된다. 반대로 스트레스를 겪은 어린 생쥐에게서 SETD7 수치를 낮추면 유전자 용수철은 닫힌 상태로 유지됐고 성장 후에도 일반 생쥐처럼 사회적이고 탐색적인 행동을 유지했고 도파민 신경세포 활동도 정상 범위에 머무는 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 캐서린 젠슨 페냐 프린스턴대 교수는 “생애 초기 스트레스가 장기적 정신질환 취약성으로 이어지는 명확한 분자 메커니즘을 찾았다”며 “트라우마의 영향에 관한 새로운 치료법과 개입 방법을 찾는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다.

암세포와 가까이 있는 지방세포는 암의 성장과 생존을 돕고 항암제 내성까지 떨어뜨려 암 환자와 의료진에게는 골칫거리다. 국내 연구진이 암세포가 바로 옆 지방세포를 조력자로 바꾸는 메커니즘을 밝혀냈다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과, 국립암센터 공동 연구팀은 세포 속 미토콘드리아 단백질인 ‘TRAP1’이 유방암 주변 정상 지방세포를 암 연관 지방세포(CAA)로 바꾸는 과정을 조절한다는 사실을 밝혀내고 이를 억제하면 기존 항암제 효과를 높일 수 있다는 것을 동물실험으로 입증했다고 4일 밝혔다. 이 연구 결과는 의과학 분야 국제 학술지 ‘시그널 트랜스덕션 앤드 타깃드 테라피’ 7월 28일 자에 실렸다. CAA는 염증 물질과 지방세포 유래 분비 단백질을 내보내 암세포의 증식과 생존을 돕고 항암제 효과도 떨어뜨리는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 TRAP1이 세포 미토콘드리아의 에너지 생산을 촉진해 정상 지방세포가 CAA로 바뀌는 ‘mTOR–PPARγ’라는 경로를 계속 작동하도록 한다는 점을 밝혀냈다. 실제 유방암 환자 31명을 대상으로 조사한 결과 종양 주변 지방조직에서 TRAP1 발현량이 정상 지방조직보다 3.03배 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 생쥐 실험으로 TRAP1을 제거하자 지방세포의 미토콘드리아 기능이 감소했고 암을 돕는 지방세포로의 변화도 억제되는 것을 관찰했다. 종양 무게는 최대 56% 줄었고 기존 유방암 항암제를 함께 투여했을 때 항암 효과는 더욱 높아졌다. TRAP1을 직접 억제하는 약물을 투여했을 때도 비슷한 효과가 나타났다. TRAP1 후보물질인 가미트리닙과 항암제 시스플라틴을 함께 투여한 생쥐는 그렇지 않은 생쥐보다 종양 무게가 76% 줄었다. 먹는 약 형태로 개발 중인 TRAP1 억제제 SB-U015는 독성 반응 없이 시스플라틴과 파클리탁셀의 종양 억제 효과를 높여 항암제 내성을 극복할 유망한 치료 후보물질로서 잠재력이 확인됐다. 공선영 국립암센터 표적치료연구과 교수는 “이번 연구는 유방암 주변 지방세포가 항암제 내성에 미치는 역할을 규명했다는 점에서 의미가 있다”며 “기존 항암제에 잘 반응하지 않는 환자뿐 아니라 난소암, 췌장암, 전립선암처럼 지방조직과 가까이서 자라는 다른 암종에도 적용할 수 있는지 추가 연구가 필요하다”고 말했다. 강병헌 UNIST 생명과학과 교수는 “이번 연구는 암세포뿐 아니라 암을 둘러싼 정상 지방세포의 미토콘드리아까지 함께 조절하면 항암 효과를 높일 수 있음을 보여준다”며 “암세포와 주변 환경을 동시에 겨냥하는 항암 치료제 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

많은 사람이 건강을 위해 탄수화물을 줄이고 좋은 지방 섭취를 늘리는 ‘저탄고지’나 탄수화물과 지방을 줄이고 고단백질 중심의 식사를 추구한다. 그렇지만 노화를 늦추고 건강을 유지하기 위해서는 오히려 단백질 섭취를 줄여야 한다는 분석 결과가 나왔다. 미국 위스콘신-매디슨대 의대, 세포·분자생물학과, 통합 당뇨 센터, 노화 기초 생물학 연구센터, 위스콘신 보훈병원 공동 연구팀은 단백질 섭취를 줄이는 것이 대사를 개선하고 영양소에 대한 세포 반응 방식을 변화시키며 세포 손상을 줄이고 건강한 세포 기능을 보존함으로써 건강상 이점이 더 크고 수명 연장, 저속노화에도 도움을 줄 수 있다고 3일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 프레스 블루’ 7월 31일 자에 실렸다. 최근 들어 시리얼과 과자, 커피, 심지어 생수까지 단백질 강화 식품이 많이 등장하고 있다. 많은 연구자가 칼로리 섭취를 줄이는 것이 암과 같은 노화 관련 질환 위험을 줄일 수 있다는 실험 결과를 내놓고 있다. 또 초파리와 설치류 실험을 통해 단백질 섭취를 줄이면 칼로리 섭취량을 줄이지 않고도 수명 연장 효과가 있음을 확인했다. 사람을 대상으로 한 임상시험에서도 단백질 섭취 감소가 체중과 체지방량을 줄이고 공복 혈당을 개선할 수 있다는 사실이 입증되기도 했다. 그러나 동시에 운동과 병행할 경우는 더 많은 단백질 섭취가 노년층 체중 감량을 촉진하고 노화에 따른 근육 손실을 줄일 수 있다는 결과도 속속 나오고 있다. 이에 연구팀은 단백질 제한 및 노화에 관해 지난 수십 년 동안 발표된 350편 이상의 논문을 메타 분석했다. 그 결과, 단백질 제한 식단이 대사 개선과 영양소 반응 변화 등을 통해 노화를 늦추는 것으로 나타났다. 핵심적인 역할을 하는 물질 중 하나는 단백질 섭취가 적을 때 증가하는 ‘섬유아세포 증식인자 21’(FGF21)이라는 호르몬이다. FGF21은 신체 에너지 소비를 늘리고 혈당 조절을 개선하며 염증을 줄일 수 있다. 생쥐 실험에서도 FGF21이 높은 개체는 일반 생쥐보다 더 오래 살았고 이런 이점은 암컷보다 수컷 생쥐에서 두드러지게 나타났다. 사람에게서도 단백질 섭취를 줄이면 FGF21 수치가 상승하는 것으로 확인됐다. 단백질을 섭취하면 메티오닌, 이소류신, 발린 등 단백질 구성 요소이자 이런 효과를 유도하는 아미노산이 성장을 촉진하는 생물학적 과정을 활성화하지만 비만, 염증, 기타 노화 관련 질환 위험을 높이는 것으로도 조사됐다. 특히 임산부나 일부 노년층과 같이 단백질 요구량이 높은 사람도 있지만 주로 앉아서 생활하는 대부분의 성인에게 단백질 강화 식품은 사람들이 기대하는 건강상 이점보다는 단점이 더 많을 수 있다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 더들리 래밍 위스콘신-매디슨대 의대 교수는 “운동선수들이 많은 양의 단백질을 섭취하면서도 대사질환에 걸리지 않는 것은 규칙적인 운동 덕분”이라며 “단백질 섭취를 늘리라는 권고가 많지만 동시에 운동을 병행해야 단백질 섭취의 단점을 보완할 수 있을 것”이라고 설명했다. 래밍 교수는 “나이뿐만 아니라 사람들의 신체적 활동량에 맞춰 단백질 권장량을 개인화할 필요가 있다”고 덧붙였다.