많은 사람들은 인생의 황혼기인 노년을 존엄하고 행복하게 보내길 원한다. 행복한 노년을 위해서 필수요건은 다름 아닌 건강이다. 특히 다양한 요인으로 발생하는 치매는 서서히 기억을 잃게해 자신이 누구인지까지 망각하게 만들어 노인들이 가장 두려워하는 퇴행성 뇌질환이다. 국내 연구진이 치매의 주요 원인인 알츠하이머 발병 메커니즘을 새로 찾아내 주목받고 있다. 한국뇌연구원 신경회로연구그룹은 알츠하이머를 앓다 사망한 환자의 뇌조직과 유전자 변형으로 알츠하이머를 유발시킨 생쥐를 이용해 실험한 결과 뇌신경세포 시냅스의 단백질 중 하나인 ‘RAPGEF2’ 발현 이상이 알츠하이머 환자의 시냅스 손상을 일으키는 원인이라고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘신경병리학 및 응용신경생물학’에 실렸다. 치매 원인의 75%를 차지하고 있는 알츠하이머는 기억력 상실, 양극성장애, 언어장애, 운동장애, 망상 등에 시달리게 한다. 알츠하이머 원인에 대해 베타아밀로이드 단백질이나 타우 단백질이 뇌에 비정상적으로 침착되기 때문으로 알려져 있다. 베타아밀로이드 단백질 침착은 뇌신경세포 시냅스를 손상시켜 인지장애를 유발시키는 것으로 알려져 있지만 정확한 발병 메커니즘을 모르기 때문에 근본적인 치료도 불가능한 상황이다. 연구팀은 알츠하이머를 앓다가 사망한 환자의 뇌 조직과 유전자 변형을 통해 알츠하이머를 유발시킨 생쥐의 뇌를 분석한 결과 공통적으로 RAPGEF2라는 단백질이 비정상적으로 활성화돼 있다는 사실을 발견했다. 신경생물학적 방법으로 분석한 결과 베타아밀로이드 단백질이 RAPGEF2 단백질의 과발현을 촉진시키고 이것들이 다시 하위 신경경로를 활성화시켜 시냅스 손실과 손상을 가져온다는 것이다. 또 전자현미경 관찰과 행동분석을 통해 생쥐에게 RAPGEF2 단백질 발현을 억제시키면 베타아밀로이드 단백질이 늘어나더라도 시냅스의 감소를 막을 수 있을 뿐만 아니라 인지기능 손상도 차단된다는 것도 알아냈다. 이계주 박사(신경회로연구그룹장)는 “이번 연구는 알츠하이머 초기에 나타나는 신경세포 손상의 분자적 메커니즘을 규체적으로 규명했다는데 의미가 크다”라며 “알츠하이머 같이 시냅스 손상성 뇌질환의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

개미나 꿀벌은 대표적인 사회적 동물이다. 이들 뿐만 아니라 새나 물고기 같은 동물들도 집단으로 행동하는 경우가 많다. ‘하나보다는 여럿이 낫다’는 것인데 뇌신경과학 분야에서는 이 같은 동물들의 집단지능의 원리는 수수께끼로 남아 있었다. 국내 연구진이 동물들의 집단지능 원리를 밝혀내는데 도움을 줄 수 있는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소, 한국전자통신연구원(ETRI) 지능형센서연구실 공동연구팀은 눈을 관찰함으로써 무리 생활을 하는 동물들의 뇌을 이해하고 분석할 수 있는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’에 실렸다. 연구팀은 뇌신호를 실시간으로 감지해 빛의 반짝임으로 표시되는 프로세서와 LED가 결합된 실시간 뇌파측정분석시스템인 ‘CBRAIN’(씨브레인)을 개발했다. 씨브레인은 뇌 신호를 실시간으로 감지해 LED 불빛으로 표시되도록 해 뇌의 어떤 부위가 활성화돼 감정과 생각을 드러내는지 육안으로 관찰할 수 있도록 한 것이다. 연구팀은 씨브레인을 이용해 생쥐들이 자신의 몸집보다 큰 거미 모양 로봇을 만났을 때 집단 행동을 연구했다. 연구팀은 공포감정을 조절하는 뇌의 기저측편도체의 자극에 따라 LED 빛이 깜박이도록 한 뒤 생쥐 한 마리가 거미로봇을 만났을 때와 다른 동료들과 함께 거미로봇을 만났을 때 변화를 관찰하고 인공지능 딥러닝 기술로 분석했다. 그 결과 거미 로봇이 우리 안에 들어가면 쥐들에게 부착된 씨브레인 시스템의 LED가 동시다발적으로 켜졌는데 8마리 쥐들이 무리지어 있을 때는 1마리만 있을 때보다 경계신호 발생빈도가 줄어든 것이 확인됐다. 또 무리 지어 있을 경우 최외곽에 있는 생쥐들에게는 강한 경계신호가 나타났고 안쪽에 있는 생쥐들은 경계신호가 다소 약한 것이 확인됐다. 동료들과 함께 있으면 경계신호가 줄면서 긴장이 완화되는 사회적 완충효과가 나타난다는 사실이 확인된 것으로 연구팀은 집단 전체의 효율적 방어를 위한 역할 분담 효과가 나타났기 때문이라고 해석했다. 최지현 KIST 책임연구원은 “씨브레인은 뇌 신호를 빛의 반짝임으로 나타내기 때문에 뇌연구를 하는 뇌과학자 뿐만 아니라 생태학, 통계학, 인공지능 등 다양한 분야 연구자들이 활용할 수 있을 것”이라며 “추가 연구를 통해 인간의 사회적 뇌 연구에도 적용해 사회성과 관련된 적응장애나 뇌질환 치료에도 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

날씨가 추운 겨울철에는 활동량이 줄어들면서 조금만 먹어도 쉽게 살이 찌기 쉽다. 비만이 되면 고혈압, 당뇨, 고지혈증 같은 대사질환이 발생하기 쉬운 것으로 알려졌다. 최근에는 비만이 암을 악화시키는 요인 중 하나로 지목되고 있는데 국내 연구진이 비만과 암 발생과의 관계를 새로 밝혀내 주목받고 있다. 서울대 의대 생리학교실, 일본 요코하마국립대 공동 연구팀은 지방세포에서 분비되는 지방산이라는 물질이 암세포를 자극해 암세포 전이를 촉진시킬 뿐만 아니라 암도 쉽게 유발시킨다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 생체재료 과학분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈’에 실렸다. 지방세포에서 만들어져 분비되는 유리지방산은 세포의 에너지원이나 대사, 성장을 위한 신호전달물질로만 알려져 있었는데 최근 암세포 증식에도 관여한다는 사실이 밝혀졌다. 그렇지만 유리지방산이 암발생과 전이를 일으키는 정확한 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 대장암, 전립선암, 유방암 세포와 지방세포를 배양해 관찰한 결과 암 세포와 지방세포가 같은 공간에서 배양돼 특정 물질을 주고 받는 경우 암세포가 더 커지고 이동성이 증가한다는 사실을 밝혀냈다. 지방세포에서 분비되는 유리지방산이 암세포의 HIF-1α라는 물질을 활성화시켜 예후가 나쁜 암세포를 만들어 낸다는 사실을 확인한 것이다. 이는 비만이 악성암을 만드는 주요 요인이라는 것을 보여주고 있다.또 연구팀은 생쥐에게 암을 유발시킨 뒤 대장의 일부인 결장에 지방산을 주입해 HIF-1α라는 물질을 활성화시킨 뒤 암세포의 이동을 추적한 결과 암세포가 간과 머리까지 전이되는 것을 확인했다. 반면 지방산을 억제하는 물질을 함께 주입한 경우 암세포 전이는 절반까지 줄어들었다. 전양숙 서울대 교수는 “이번 연구는 암조직과 가까운 지방세포에서 분리된 지방산이 암세포 악성화의 주요 원인이라는 사실을 밝혀냈다”라며 “암전이를 억제하고 악성 암으로 가는 연결고리를 끊는데 도움이 되는 새로운 개념의 암 치료법 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

파킨슨병, 치매는 물론 뇌종양 같은 뇌신경계에 문제가 생길 경우 치료가 쉽지 않은 이유는 ‘뇌-혈관 장벽’(blood brain barrier, BBB) 때문이다. BBB는 뇌와 혈관 사이 물질 투과를 선택적으로 함으로써 병원균의 독소로부터 뇌를 보호하는 역할을 한다. 이 때문에 뇌에 문제가 발생하면 필요 이상 많은 약물을 투여하고도 원하는 효과가 높지는 않다. 이 같은 가운데 미국 보스턴 브리검여성병원 나노의학센터, 신경외과, 매사추세츠공과대학(MIT) 코흐 통합암연구센터, 하버드대 의대, 하버드 줄기세포연구소, 보스턴 아동병원 응급의학교실, 브로드 연구소 공동연구팀은 퇴행성 뇌신경질환을 유발시키는 생물학적 경로를 확인하고 나노물질과 RNA를 이용해 BBB를 넘어설 수 있는 분자물질을 개발했다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 2일자에 실렸습니다. 일반적으로 교통사고, 낙상사고 등 외부 충격으로 인한 외상성 뇌손상(TBI)을 입었을 때 BBB가 일시적으로 역할을 하지 못하는 동안 짧은 시간에 치료하지 못하고 시간이 지나면 BBB가 다시 작동하면서 약물을 뇌로 전달하지 못하게 된다. 외상성 뇌손상은 시간이 지나면 알츠하이머나 파킨슨병 같은 퇴행성 신경질환으로 이어지는 경우가 많은데 이 같은 경우는 BBB 때문에 약물 치료는 더 어렵다. 연구팀은 특정 단백질이나 유전자의 기능 발현을 억제할 수 있는 것으로 알려진 ‘작은 간섭 RNA’(사이렌싱RNA·siRNA) 분자와 생분해성, 생체적합성, 낮은 독성을 특징으로 하는 의료용 생체고분자인 폴리락테이트코글라이콜레이트(PLGA)를 이용해 BBB를 쉽게 뛰어넘어 효과적으로 치료할 수 있는 나노입자 플랫폼을 만들었다. 연구팀은 일반 생쥐와 외상성 뇌손상을 입힌 생쥐를 대상으로 이번에 개발한 BBB 회피 나노전달시스템으로 실험한 결과 기존 약물보다 치료효과가 3배 이상 높은 것으로 나타났으며 퇴행성 뇌질환 원인으로 알려진 타우 단백질이 절반 가까이 감소한 것으로 확인됐다. 레베카 매닉스 하버드대 의대 소아응급의학과 교수(보스턴 아동병원 응급의학교실)는 “이번에 개발된 약물 전달 시스템은 BBB를 우회해 효과적으로 뇌에 약물을 전달하는 새로운 플랫폼의 효용성을 입증한 것”이라며 “항생제, 항염증제, 신경펩타이드 등 약물을 효과적으로 전달해 다양한 뇌질환을 치료할 수 있는 게임체인저가 될 수 있을 것으로 본다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

폐암을 조기에 진단할 수 있는 바이오마커(Biomarker)를 국내 연구진이 발견했다. ‘바이오마커’는 몸 속 세포, 혈관, 단백질, DNA, RNA 등을 이용해 몸 안의 변화를 알아내는 생화학적 지표다. 영남대 의생명공학과 진준오(41) 교수가 울산대 의과대학 이창환 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 폐암 진단 및 5년 생존률 예측이 가능한 바이오마커 단백질을 발견했다. 폐암의 경우 초기에 특별한 자각증상이 없는데다 조기진단을 위한 바이오마커가 드물어 조기진단률이 20%에 불과하다. 현재 폐암 진단을 위해 바이오마커로 제시된 물질들이 존재하지만, 특이성과 민감성이 충분하지 못해 조기진단에 어려움이 있다. 폐암은 조기 발견 시 생존률이 80%로 높기 때문에 이번 연구 성과가 학계와 의료계에서 크게 주목받고 있다. 연구팀은 폐암환자 104명의 폐암조직과 정상조직에서 유의미한 농도차이가 나타나는 단백질 발굴 연구를 수행했다. 그 결과 ‘트림28(TRIM28)’이라는 단백질이 폐암조직에서 확연히 농도가 높다는 것을 알아냈다. 실제 트림28 단백질이 인위적으로 많이 만들어지도록 유전자를 조작한 세포모델과 생쥐모델에서 폐암의 증식이나 이동이 심해지는 것을 확인했다. 추가적으로 연구팀은 트림28의 결합 단백질을 확인한 결과, 트림28에 의해 분해되는 표적단백질 RLIM을 알아냈다. RLIM은 대표적인 종양억제 단백질인 p53을 분해하는 MDM2를 분해한다는 것을 확인했다. 즉, 트림28이 RLIM을 조절하고, RLIM이 MDM2를 조절해 최종적으로 p53을 조절하는 연쇄 분해반응이 일어난다는 것을 세포와 동물 연구를 통해 확인했다. 연구팀은 폐암환자 101명의 조직샘플을 이용해 트림28 및 RLIM 단백질과 5년 생존률의 상관관계를 분석한 결과, TRIM28 발현양이 높고, RLIM의 발현양이 낮은 환자들의 5년 생존률이 현저하게 낮다는 것을 알아냈다. 연구팀은 폐암 조기진단을 위한 생화학적 지표이자 5년 생존률 예측을 위한 인자로 트림28과 RLIM을 이용하기 위해 향후 임상적 적용을 진행할 예정이며, 트림28과 RLIM을 조절할 수 있는 후보물질 발굴연구를 수행할 계획이다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구사업, 기초연구실사업 등의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 세포생물학 분야 국제학술지 ‘세포 사멸 및 분화(Cell Death and Differentiation)’ 최신호(12월 17일자)에 게재됐다 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

폐암은 매년 한국인 암사망률 1위로 꼽히고 있다. 조기발견시 생존률이 80%로 높지만 초기에 특별한 자각증상이 없고 엑스레이, 컴퓨터단충촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 같은 영상진단에 의존하다보니 조기진단률은 20%에 불과하다. 이 때문에 많은 연구자들이 혈액 검사 같은 방법으로 조기진단할 수 있는 바이오마커를 찾고 있지만 쉽지 않은 상황이다. 국내 연구진이 폐암을 조기진단할 뿐만 아니라 5년 생존률까지 예측할 수 있는 새로운 단백질을 발견해 주목받고 있다. 울산대 의대 폐암연구센터, 서울아산병원 연구팀은 폐암환자와 암세포와 정상세포를 비교해 폐암을 진단하고 생존률을 예측할 수 있는 바이오마커로 활용 가능한 단백질을 찾아냈다고 20일 밝혔다. 이번 연구결과는 세포생물학 분야 국제학술지 ‘세포 사멸 및 분화’ 17일자에 실렸다. 바이오마커는 몸 속 세포, 혈관, 단백질, DNA, RNA 등을 이용해 체내 변화를 알아내는 생화학적 지표를 말한다. 현재 폐암 조기진단을 위해 제시된 물질들이 존재하기는 하지만 다른 질환에서도 나타나기 때문에 폐암만을 진단할 수 있는 특이성과 민감성이 떨어져 실제 임상에서는 거의 사용되지 않고 있다. 연구팀은 폐암환자 104명의 폐암조직과 정상조직에서 차이를 보이는 단백질을 찾아나섰다. 그 결과 트림28(TRIM28)이라는 단백질이 폐암조직에서는 정상조직보다 79.8%나 높게 나타나는 것을 확인했다. 또 트림28은 림(RLIM) 단백질을 분해하고 종양억제단백질까지 분해시킨다는 것을 연구팀은 확인했다. 101명의 폐암환자의 폐암 조직과 정상조직에서 트림28과 림단백질과 5년 생존률의 상관관계를 분석한 결과 트림28 발현량이 높고 림단백질이 농도가 낮은 환자들은 그렇지 않은 환자들에 비해 5년 생존률이 급격히 낮아진다는 사실이 확인됐다. 또 연구팀은 트림28이 많이 만들어지도록 조작한 세포모델과 생쥐모델을 관찰한 결과 폐암의 증식과 전이가 심해진다는 것을 확인했다. 이창환 울산대 의대 교수는 “이번 연구는 폐암 형성에 중요한 역할을 하는 단백질을 찾아냄으로써 폐암 조기진단에만 활용할 수 있는 바이오마커가 될 수 있음을 보여줬다는데 의미가 크다”라며 “폐암의 발병과 진행 메커니즘에 대한 이해를 높임으로써 진단시약 및 신약개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 외과 수술 같은 환자 부담을 줄이고도 간단히 머리에 쓰는 것만으로도 뇌졸중을 치료할 수 있는 기술을 제시해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 연구팀은 모자나 머리띠처럼 간단하게 착용해 뇌졸중 치료를 할 수 있는 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 개발했다고 20일 밝혔다. 이번 연구결과는 의공학 분야 국제학술지 ‘IEEE 의생명공학처리기술’(IEEE Transactions on Biomedical Engineering)에 실렸다. 뇌졸중은 뇌혈관이 막히거나 터져셔 뇌에 산소와 영양소 공급이 부족해 뇌조직 대사에 이상을 일으켜 운동장애, 감각장애, 언어장애, 기억상실 같은 증상을 일으키는 뇌혈관질환의 일종이다. 심할 경우 사망에 이르고 사망하지 않더라도 신경장애를 일으키는 경우가 많다. 뇌졸중 환자의 뇌신경 재활을 위해 운동요법이나 뇌신경자극 같은 다양한 기술이 개발되고 있다. 저강도 집속초음파 자극기술은 수술 없이 초음파를 원하는 뇌부위에 정확하게 쪼임으로써 신경세포를 활성하거나 억제하는 신경손상 질환 재활 치료기술로 주목받고 있다. 그렇지만 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고 고정돼 있는 경우가 많아 사용에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 약 20g의 가벼운 착용형 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 개발했다. 연구팀은 이번 개발된 기술을 뇌졸중을 유발시킨 뇌에게 착용시키 뒤 운동능력의 변화를 관찰했다. 연구팀은 뇌에서 운동관장 부분에 426㎪(킬로파스칼) 압력의 초음파를 가했다.그 결과 사용 3일 후 초음파 치료를 하지 않은 생쥐와 비교했을 때 운동능력이 눈에 띠게 향상됐으며 재활 7일 후에는 정상쥐와 비슷한 운동능력을 갖는 것이 확인됐다. 김형민 KIST 박사는 “이번 연구는 외과 수술 없이 초음파 기기를 간단하게 착용하는 것만으로도 뇌신경 재활이 가능하다는 것을 보여줬다”라며 “추가 연구를 통해 초음파 자극을 통해 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 안전성과 치료효과를 보완하는 작업이 필요하다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

휴대전화 전자파의 유해성에 대한 논란은 여전히 진행형이다. 이 때문에 많은 과학자들이 전자파 유해성 여부를 확인하기 위해 연구를 하고 있지만 생쥐와 같은 설치류를 이용해 실험하는 경우가 많아 사람에게 적용하기 어려운 경우가 많다. 이에 국내 연구진이 전자파가 인체에 미치는 영향과 보호 대책을 연구할 수 있도록 도와주는 기술을 개발했다. 한국전자통신연구원(ETRI) 통신미디어연구소, 동국대 의대 해부학교실 공동연구팀은 전자파가 생체에 미치는 영향에 대한 가상 임상시험이 가능한 인체모델을 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 공공데이터 포털인 데이터 댐(www.data.go.kr)에 공개됐다. 연구팀이 이번에 개방한 데이터는 성인 남녀 전신모델, 연령별 머리모델, 영장류인 붉은털 원숭이 모델 3종이다. 남성과 여성 전신모델은 각각 100여개의 신체기관과 조직으로 구성돼 있어서 전자파에 노출될 때 신체 부위별 체온 변화, 전자파 흡수율을 관찰할 수 있다. 특히 1㎜ 이하 간격으로 인체를 정밀 해보하는 영상을 기반으로 모델링 돼 있어서 인체에 미치는 영향을 보다 자세히 파악할 수 있다. 머리 모델은 남성 6, 9, 15세와 20~24세 4개 집단별 각 50명의 자기공명영상(MRI) 자료를 바탕으로 표준화해 재현했다. 머리둘레, 뇌머리뼈, 얼굴뼈 등 머리를 구성하는 30개의 치수를 측정해 얻은 평균치로 70개 구조물을 모델링했다.또 연구팀은 4.3㎏의 암컷 붉은털원숭이의 해부영상과 MRI 영상을 기반으로 180여개 구조물로 이뤄진 영장류 모델을 만들었다. 연구팀이 공개한 모델을 활용하면 휴대전화, TV 등 전자기기 이외에 송전선, 이동통신 기지국, 방송국 송신소, 레이더 등 광범위한 전자파 노출 환경에 대해 노출량을 3차원적으로 수치화할 수 있다. 뿐만 아니라 방사능 같은 다른 분야의 노출평가를 위한 가상 생체실험 등에도 활용할 수 있다. 특히 원숭이 모델은 실제 전자파 노출 실험과 함께 컴퓨터 가상실험을 할 수 있어 실험검증은 물론 비용절감 효과까지 노릴 수 있다. 최형도 ETRI 책임연구원은 “이번에 공개된 데이터는 인체를 대상으로 수행하는 임상연구의 어려움과 한계를 다소 해소할 수 있을 것”이라며 “공공연구결과의 대중화, 디지털 의료 시장을 창출하고 선량 평가의 기반 구축에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

점심 식사를 하러 식당에 들어갔다가 메뉴판을 보고 뭘 먹을지 고르지 못하는 이들이 의외로 우리 주변에 많다. 이런 사람들은 요즘 같이 사회적 거리두기 상황에서 음식을 배달시키려고 할 때도 한참 동안이나 고민에 빠지거나 여행을 떠나려고 할 때 어디를 가야할지 망설이는 경우도 있다. 이렇게 결정을 제대로 내리지 못하는 사람들을 ‘결정장애’가 있다고 말한다. 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 행동경제학과 연구팀은 결정장애는 지나치게 많은 선택지 때문에 뇌가 과부하에 걸리기 때문에 나타나는 현상이라는 연구결과를 내놓은 바 있다. 이번에는 뇌신경과학자들이 결정장애가 뇌 특정 신경망 활성이 낮아지면서 나타나는 현상이라는 분석결과를 내놔 주목받고 있다. 스페인 카잘 연구소, 미국 뉴욕대 랑곤의료센터 신경과학연구소, 독일 프리드리히 알렉산더대 생리학·병리학연구소, 하인리히 하이네대 의대 의료심리학교실, 라이프치히 분자약학연구소 신경치료교실 공동연구팀은 의사결정은 별세포라고도 불리는 성상세포와 뉴런간 연결이 약하기 때문에 나타나는 현상이라고 11일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 8일자에 실렸다. 심리학자와 뇌과학자들은 목표지향적 행동에 있어서 의사결정(decision-making)은 최적의 선택을 위해 모든 조건의 장단점을 고려해 결정을 내리는 행위로 다양한 뇌 영역이 관여하는 것으로 보고 있다. 의사결정은 전두엽 피질에서 관여하고 있는데 별세포가 주요 역할을 하는 것으로 알려졌다. 그렇지만 성상세포와 다른 뇌 신경세포가 어떻게 의사결정에 관여하는지 정확한 작동방법은 파악하지 못하고 있다. 피라미드 세포로 불리는 흥분신경세포와 다른 신경활동을 억제하는 역할을 하는 억제 중개신경세포 활성을 조절해 의사결정에 관여하는 것으로 추정하고 있었다. 연구팀은 광유전학 기술을 이용핸 생쥐 행동실험을 실시했다. 별세포를 자극하거나 억제하면서 길찾기 같은 특정 상황에서 생쥐가 어떤 행동을 보이는가를 관찰한 것이다. 그 결과 내측 전두엽 피질의 별세포가 신경망의 억제와 흥분을 조절해 의사결정에 관여한다는 사실을 확인했다. 특히 별세포의 억제성 신경전달물질인 ‘가바’(GABA)가 전두엽 피질에서 감마파의 활동을 조절함으로써 작업기억을 비롯한 인지기능과 의사결정에 영향을 미친다는 설명이다. 실제로 생쥐의 뇌에 빛을 쬐어 가바의 활성이 높여 감마파 발생을 낮출 경우 미로에서 길 찾기를 어려워하고 갈래길에서 결정을 못내리는 것으로 확인됐다. 뇌 속 별세포의 활성을 조절함으로써 결정장애를 개선할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 거트루드 페루아 스페인 카잘 연구소 교수는 “이번 연구는 결정장애라는 행동을 유발시키는 근본 원인을 파악함으로써 뇌의 인지기능에 대한 이해도를 한층 높였다는데 의미가 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

표적치료나 면역증강치료 등 다양한 항암치료 기술이 개발되고 있지만 여전히 외과수술과 이후 화학적 항암치료가 많이 활용되고 있다. 문제는 항암치료 과정에서 환자들의 고통과 불편함이 심하다는 것이다. 국내 연구진이 항암치료의 고통을 줄이고 효율성을 높이면서 치료 후 부작용까지 최소화시킬 수 있는 빛치료 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구센터, 서울대 화학생물공학부, 고려대 화공생명공학과 공동연구팀이 주사를 한 번만 맞고 여러 차례 빛치료로 부작용 없이 암을 제거할 수 있는 암 표적성 광치료제를 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다. 빛치료 기술은 암세포를 파괴하는 광민감제를 주사해 암 조직에만 축적시킨 뒤 레이저 같은 빛을 쬐어 선택적으로 암세포만 파괴할 수 있는 치료법이다. 광민감제는 체내 투여후 레이저 광선을 쏘면 체내 산소와 결합해 암 세포를 파괴하는 물질로 방사선 치료나 일반 화학적 암치료법보다 부작용이 적다는 장점이 있다. 문제는 광민감제는 1회 사용만 가능하기 때문에 시술할 때마다 투여해야 하며 치료 후 몸 속에 남아있는 광민감제는 피부나 눈에 쉽게 축적되면서 부작용을 일으키기 때문에 환자들은 일정기간 햇빛이나 실내조명을 피하는 격리생활을 해야 한다. 이에 연구팀은 암 조직으로만 이동해 스스로 조립되는 펩타이드 물질을 활용했다. 연구팀은 고리형 펩타이드를 골격으로 하고 광민감제와 빛에 대한 활성을 조절하는 소광제를 적절히 결합시켜 암 조직에서만 반응하는 펩타이드 기반 광민감제를 개발했다. 이번에 개발한 광민감제는 암세포 주변에 저장된 뒤 암세포만을 표적으로 오랜 기간 천천히 방출되도록 설계됐다. 이 때문에 광민감제를 한 번만 주사 맞고 부작용 없이 오랜 동안 레이저를 이용한 항암 빛치료가 가능해지는 것이다. 연구팀은 암을 일으킨 생쥐를 대상으로 실험한 결과 광민감제 한 번 주사만으로 2~4주 동안 지속적으로 방출되면서 종양이 파괴되는 것이 관찰됐다. 또 반복적인 빛 노출에도 정상 조직이나 주요 장기에 문제가 생기는 독성이 발견되지 않았으며 반복적 시술로 암 조직이 완벽히 제거되는 것이 관찰됐다. 김세훈 KIST 센터장은 “이번 기술은 암 주변에 주사 한 번으로 추가적인 보조제 없이 독성 없이 장기간 반복적인 광치료로 암을 완벽하게 제거할 수 있다는 점에서 주목할만하다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

크리스마스트리용으로 잘라온 나무 안에서 다 죽어가던 새끼 올빼미가 구조됐다. 19일(현지시간) AP통신은 미국 뉴욕 록펠러센터 크리스마스트리에서 작은 올빼미 한 마리가 나왔다고 전했다. 지난 16일 구조된 올빼미는 극심한 영양실조 상태로 발견됐다. 크리스마스트리가 뉴욕 외곽 소도시 오니온타에서 맨해튼 록펠러센터까지 300㎞를 이동하는 동안 최소 나흘은 굶은 것으로 추정된다.올빼미를 돌보고 있는 동물보호소 측은 “수일간 먹고 마시지 못한 탓에 영양실조가 심했다. 그래도 며칠 굶은 것치곤 상태가 비교적 양호하다”고 밝혔다. 북미에서 가장 작은 종인 ‘애기금눈올빼미’ 종인 올빼미는 나무 운송 회사 직원이 발견해 보호소로 옮겼다. 다행히 회복이 빨라 수의사 승인이 나면 곧 방생될 예정이다. 올빼미 구조를 두고 현지에서는 ‘크리스마스의 기적’이라는 반응이 잇따랐다. 보호소 측은 올빼미에게 '록펠러'라는 이름을 붙여주고, 생쥐 등을 먹이로 던져주며 상태를 관찰하고 있다.록펠러센터는 매년 크리스마스트리 행사를 개최한다. 조명 수천 개로 장식한 거대한 나무 꼭대기에 큰 별을 달아 뉴욕의 밤을 밝힌다. 매년 크리스마스 연휴 기간 1억2500만 명이 크리스마스 트리를 보기 위해 록펠러센터를 찾는다. 화려한 록펠러센터 크리스마스트리가 뉴욕의 상징으로 자리 잡은 지도 벌써 88년이 됐다.올해는 코로나19로 취소 논의가 오갔으나, 예년처럼 전통을 이어가는 쪽으로 결론이 났다. ‘올해의 나무’는 뉴욕 외곽 소도시 오니온타의 한 주민이 기증한 가문비나무로 결정됐다. 록펠러센터는 올해도 300만 개의 스와로브스키 크리스털로 만든 별 모형을 나무 꼭대기에 달 예정이다. 다만 감염 예방 차원에서 다음 달 2일로 예정된 점등식은 야외 행사 없이 텔레비전 생중계로만 치를 예정이다.　 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

과학기술의 진보로 과거 ‘불치병’으로 받아들여졌던 암이 완전정복까지는 아니지만 이제는 관리 가능한 질병이 되고 있다. 환자의 고통을 줄이기 위해 암조직만 공격해 없애는 표적치료제, 면역기능을 활성화시켜 암을 이겨낼 수 있도록 하는 면역치료제 등 다양한 기술들이 나오고 있다. 그렇지만 여전히 많이 사용되는 약물 치료법은 화학적 약물이다. 국내 연구진이 화학적 항암제의 치료효과를 높이기 위한 새로운 방법을 개발해 주목받고 있다. 가톨릭대 약대 연구팀은 세포 내 산화, 환원 조건에 반응하는 디셀레나이드라는 물질을 이용해 항암제가 암 조직에만 특이적으로 반응하고 약물 효과도 배로 높을 수 있는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 실렸다. 세포의 생존과 사멸은 내부 산화, 환원 작용의 균형, 산화능력, 환원능력에 의해 영향을 받는데 질병 상태와 종류에 따라 달라지기도 한다. 암세포는 정상세포에 비해 산화, 환원 능력이 4~10배 정도 높은 것으로 알려져 있다. 이 때문에 암세포에서 산화능을 증가시키거나 환원능을 감소시켜 산화나 환원 균형을 한쪽으로 기울게 만들면 암세포를 쉽게 사멸시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 이 때문에 온도, 산성도, 화학물질, 효소 등 다양한 특정 조건에서 스스로 반응하면서 약물을 방출하는 자극 감응성 약물전달체에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 연구팀은 셀레늄(Se) 분자 두 개가 화학결합한 물질로 산화, 환원 조건 모두에서 생분해되는 특성을 보이는 디셀레나이드에 주목했다. 디셀레나이드 결합이 포함된 화합물은 세포 내 화학물질인 글루타치온과 활성산소 모두에 의해 분해될 수 있어 자극감응성 약물전달체의 좋은 구성성분이 될 수 있다. 연구팀은 활성산소보다 글루타치온이 디셀레나이드를 더 잘 분해하고 산화스트레스를 높여 암세포를 파괴할 수 있다는 것을 알아냈다. 연구팀은 암세포에 디셀레나이드 약물전달체에 항암제의 일종인 독소루비신을 탑재해 처리하자 독소루비신 하나만 사용했을 때보다 암세포 사멸능력이 2배나 우수한 것으로 확인됐다. 또 대장암을 유발시킨 생쥐들을 두 그룹으로 나눠 매주 2번씩 한 집단에게는 고용량 독소루비신만 투여하고 다른 집단은 저용량 독소루비신을 디셀레나이드 약물전달체에 탑재해 투여한 결과 디셀레나이드를 함께 사용한 집단의 경우 그렇지 않은 경우보다 종양크기가 더 많이 줄어든 것으로 확인됐다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

스트레스를 받거나 기운이 없을 때는 달콤한 음식이 먹고 싶어지는 경우가 많다. 달콤한 음식이 잠시나마 기분을 전환시켜주고 기운을 북돋우기는 하지만 많이 먹을 경우는 이를 썩게 만들고 혈당을 오르게 만들어 당뇨의 위험이 높아진다. 그런데 국내 연구진이 단 음식을 많이 먹게 되면 암이 더 쉽게 걸릴 수 있다는 사실을 밝혀내 주목받고 있다. 서울대 의대 의과학과 연구팀은 과당이 억제된 유전자를 발현시켜 암의 발병과 전이를 촉발시킨다고 15일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 과당은 과일이나 꿀 등에도 포함돼 있으며 단맛을 내는 감미료로 사용된다. 설탕도 몸 속에서 과당으로 분해되는데 각종 인스턴트 식품 소비가 증가하면서 자신도 모르게 과당 섭취도 증가하고 있다. 그동안 과당의 과도한 섭취가 당뇨, 고혈압 같은 대사질환의 원인이 될 뿐만 아니라 유방암, 대장암, 폐암 같은 여러 암의 발병과 진행에 관련이 있다는 역학 연구결과가 보고된 바 있다. 그렇지만 과당이 암으로 연결되는 정확한 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 과당을 대사시키는 효소(KHK-C)와 과당을 대사시키지 않는 과당인산화효소(KHK-A)가 암 발병에 미치는 영향을 파악하기 위한 실험을 실시했다. 연구팀은 생쥐에게 유방암 세포를 이식한 뒤 15% 농도의 과당액을 섭취시키고 KHK-C, KHK-A 활성화 정도에 따른 암의 성장과 전이 경향을 관찰했다. 그 결과 KHK-C 효소가 많은 생쥐는 암의 발생이나 전이가 잘 일어나지 않았지만 KHK-A 효소가 많은 생쥐는 유방암 세포가 더 커지고 폐를 비롯한 다른 장기로도 쉽게 전이되는 것이 확인됐다. 박종완 서울대 의대 교수는 “이번 연구는 식재료에 많이 이용되는 과당이 비만, 당뇨 등 대사질환 뿐만 아니라 암 전이에도 관여한다는 것을 보여줬다”라며 “암환자가 영양보충을 위해 과당이 함유된 식단을 이용할 경우 어느 정도 과당섭취가 적당한지 파악하기 위해 추가연구를 할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세기의 복서 무하마드 알리, SF 영화 백투더퓨처 주인공 마이클 제이폭스의 무릎을 꿇린 질병은 다름 아닌 ‘파킨슨병’이다. 파킨슨병은 알츠하이머에 이어 두 번째로 발병률이 높은 퇴행성 뇌질환으로 꼽히며 근본적 치료법도 없는 상태이다. 국내 연구진이 파킨슨병으로 인해 발생하는 운동 이상증을 정상 수준으로 회복시킬 수 있는 방법을 찾아내 화제가 되고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 연구팀은 도파민 신경세포에서 ‘오글루넥당화’가 도파민 신경세포 기능과 사멸에 관여한다는 사실을 밝혀내고 이를 활성화시키면 파킨슨병의 대표적인 증상인 근육마비나 경련 같은 운동 이상증세를 완화시킬 수 있다고 12일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘브레인’ 9일자에 실렸다. 파킨슨병에 걸리면 뇌 속 도파민 신경세포가 죽어 인체 운동과 근육 움직임에 관여하는 물질인 도파민 분비가 줄어든다. 이 때문에 현재는 도파민을 보충해 운동이상을 치료하는 대증적 요법으로 파킨슨병에 대응하고 있다. 그렇지만 도파민 신경세포 자체가 죽기 때문에 근본적 치료는 아니다. 연구팀은 오글루넥당화 활성화를 통해 도파민 신경세포 조기 사멸을 억제할 수 있다는 사실을 확인했다. 오글루넥당화가 신경세포 조기사멸의 원인으로 꼽히는 단백질 인산화를 차단하기 때문이다. 실제로 연구팀은 파킨슨병을 유발시킨 생쥐에게 오글루넥당 분해를 억제하는 약물을 투여하고 관찰한 결과 도파민 신경세포가 일찍 죽는 현상이 억제되고 운동이상 증상이 완화되는 것을 확인했다. 김재익 UNIST 교수는 “오글루넥당화는 그동안 신경세포와 신경계에서 중요한 역할을 할 것으로 추정돼 왔는데 이번 연구는 오글루넥당화가 도파민 신경세포에 미치는 영향을 새롭게 밝혀냈다”라며 “오글루넥당화가 과인산화를 억제한다는 것을 증명함으로써 단백질 과인산화로 나타나는 파킨슨병 뿐만 아니라 알츠하이머 치료의 새로운 가능성을 보였다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

토끼나 생쥐 같은 동물은 번식율은 높지만 생애 주기가 짧은 반면 오소리나 박쥐, 인간을 제외한 영장류 같은 동물들은 번식보다는 생존 기간을 길게 하기 위해 더 많은 에너지를 사용한다. 이처럼 번식률은 낮지만 더 오래 사는 동물들을 ‘슬로우 리빙 애니멀’이라고 부른다. 이런 슬로우 리빙 애니멀들이 인간에게 전염될 수 있는 각종 병원균들의 저수지라는 연구결과가 나왔다. 영국 엑서터대 생태보존연구센터, 환경 및 지속가능성연구소 공동연구팀은 번식률은 낮지만 더 오래 사는 느리게 사는 동물들이 사람에게 치명적 감염병을 옮길 수 있는 질병의 저수지가 될 가능성이 높다는 연구결과를 생물학 분야 국제학술지 ‘네이처 생태·진화’ 10일자에 발표했다. 코로나19는 박쥐에게서 유래돼 천산갑을 중간숙주로 해 사람에게 전염된 것으로 알려져 있다. 2000년대 초반 전 세계를 휩쓸었던 중증급성호흡기증후군(사스) 역시 박쥐에게서 유래돼 박쥐는 바이러스의 저수지라고 불린다. 연구팀은 숙주와 장기간 공존하는 감염성 질병에 초점을 맞춰 동물의 인구학적 능력을 수학으로 분석했다. 어떤 종의 동물이 병원체와 장기간 공존할 가능성이 높은지에 대해 조사한 것이다. 동물의 감염병에 대한 인구학적 능력은 숙주가 높은 수준의 감염상태를 유지하면서도 오랜 동안 생존이 가능한 상태를 말한다. 분석 결과 느리게 사는 종들은 지속적 감염에 대한 더 높은 인구통계학적 능력을 갖고 있으며 이 때문에 다른 종으로 질병을 감염시킬 가능성도 높아지게 된다는 것을 확인했다. 감염병에 대한 인구통계학적 능력이 높은 동물들이 인간과 접촉하는 계기가 높아지면 인간은 이전에는 겪을 수 없었던 새로운 질병에 쉽게 노출될 수 있다는 설명이다. 최근 들어 인수공통감염병이나 동물유래 감염병이 인간에게 확산되고 있는 이유도 그 때문이다. 이와 반대로 인구통계학적 능력이 낮은 동물종은 새로운 질병에 감염됐을 때 생존이 어려워 멸종할 수 밖에 없다는 것이다. 야생동물들이 갖고 있는 질병들은 실제로 멸종 위기에 처한 종이나 생물다양성이 낮은 동물종들의 생존에 위협이 되고 있다고 연구팀은 지적했다. 또 인간의 무분별한 개발로 인해 사람과 야생 동물간 접촉이 잦아질 경우 이전에는 볼 수 없었던 치명적 감염병이 인류에게 확산되면서 인류를 멸종 위기까지 몰아넣을 가능성도 충분하다고 연구팀은 강조했다. 데이비드 호지슨 엑서터대 생명과학과 교수(생태사 진화학)는 “이번 연구는 바이러스나 박테리아 같은 병원체 자체 특성 뿐만 아니라 숙주의 인구사회학적 특성이 감염병에 있어서 중요하다는 것을 보여준다”라며 “생애 주기가 짧은 숙주와 긴 숙주 사이에서 나타나는 면역체계의 차이도 새로운 질병에 감염됐을 때 앓는 정도와 재감염 여부에 영향을 미친다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

공간감각이 둔해 몇 차례 가본 길이나 장소를 제대로 기억하지 못하고 처음 가본 것처럼 헤매는 사람들을 두고 ‘길치‘라고 부른다. 공간감각이 공간기억으로 연결되지 못하기 때문에 나타나는 행태이다. 길치도 음악감각이 떨어지는 음치처럼 노력해도 쉽게 고쳐지지 않는 경우가 많다. 그런데 뇌에 빛을 비추는 단순한 방법만으로도 ‘길치’에서 벗어날 수 있다는 흥미로운 연구결과가 나왔다. 영국 런던대 의생명연구소, 신경과학과, 노르웨이 국립과학기술대(NTNU) 시스템 신경과학연구소, 독일 막스플랑크 생물사이버네틱스연구소, 프랑스 파스퇴르연구소 공동연구팀은 뇌에 빛을 쪼여 GPS 세포라고 불리는 장소세포를 재조정할 수 있다고 9일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 7일자에 실렸다. 사람을 포함해 대부분 동물의 뇌에는 장소를 인지하거나 길 찾기를 담당하는 ‘장소세포’가 있다. 뇌 속 위성항법장치(GPS)라고도 불리는 장소세포는 그동안 공간정보만 처리하는 것으로 알려졌지만 최근에는 감각이나 기억에도 관여하는 것으로 확인되기도 했다. 연구팀은 생쥐실험을 통해 길을 제대로 찾지 못하는 길치 쥐라도 장소세포를 빛으로 자극하면 위치에 대한 기억을 재활성화시킬 수 있음을 확인했다. 연구팀은 장소세포가 단순히 공간에 대한 기억 뿐만 아니라 뇌 속 정보들을 탐색해 찾게 만들어주는 역할을 한다는 사실을 증명한 것이다. 연구팀은 생쥐의 신경세포를 조작해 뇌 신경세포가 활성화될 때 빛이 발생해 쉽게 파악할 수 있도록 했다. 그 다음 디지털 홀로그램으로 특정 경로를 기억하도록 설탕물로 보상을 했다. 연구팀은 홀로그램과 똑같은 실제 미로에 생쥐를 갖다 놓은 뒤 길을 찾도록 했다. 가상현실과 실제가 똑같았지만 처음에 생쥐는 길을 찾지 못하고 우왕좌왕하는 모습을 보였다. 이후 연구팀이 레이저를 이용해 장소세포를 자극한 결과 생쥐는 실제 미로에서도 손쉽게 길을 찾아내는 것이 관찰됐다. 이번 연구를 주도한 신경과학자 마이클 하우저 런던대 교수는 “이번 연구는 장소세포라는 특정 신경세포를 이용해 기억이 뇌에 저장되는 방식을 좀 더 정확하게 알 수 있게 해주고 있다”라며 “기억이 저장되는 방식에 대한 새로운 사실과 이해도를 높여 통해 치매나 알츠하이머 같은 기억관련 장애를 치료할 수 있는 새로운 방법을 찾는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 학습과 기억, 인지기능과 관련한 새로운 신경회로와 유전자를 발견했다. 경희대 의대, 충남대 생명과학과, 한국뇌연구원 퇴행성뇌질환연구그룹 연구팀은 뇌에서 인지, 학습, 기억의 메커니즘에 관여하는 새로운 신경회로와 원인 유전자를 발견했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘분자 정신과학’에 실렸다. 연구팀은 뇌 고삐핵에서 인지장애와 관련한 유전자 GNG8를 발견했다. 뇌 고삐핵은 정서나 혐오 같은 감정조절과 수면에 관여하는 부분으로 알려져 있었을 뿐 인지기능과 관련한 구체적인 관련성은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 앞서 뇌 고삐핵에서 ‘삼돌이’라는 유전자가 활성화되지 않을 경우 자폐증으로 이어질 수 있다는 사실을 밝혀내기도 했다. 삼돌이는 신경계에서 발현되는 사이토카인 유전자로 자폐증 관련 핵심인자로 보고됐다. 연구팀은 삼돌이처럼 뇌 고삐핵에서 특이적으로 발현되는 GNG8라는 유전자가 인지장애와 밀접한 관계를 갖고 있음을 밝혀냈다. 연구팀은 유전자 가위기술을 이용해 GNG8 유전자를 제거한 생쥐를 대상으로 수동회피검사와 수중미로검사를 실시한 결과 장기기억과 공간학습 같은 인지관련 장애가 발생한다는 것을 확인했다. 연구팀은 이같은 인지기능 저하가 뇌 고삐핵에서 기억과 학습을 조절하는 대표적인 신경전달물질인 아세틸콜린과 그 합성효소가 현저히 적게 생성되기 때문에 나타나는 결과라고 설명했다. 아세틸콜린이 적게 합성되면 학습과 기억에 관여하는 뇌 부위인 해마의 장기강화 효과가 눈에 띄게 감소한다. 실제로 알츠하이머 치매도 베타아밀로이드 단백질이 뇌에 쌓이면서 아세틸콜린이 생성이 적어지면서 나타나기 때문에 기억력 손상 완화를 위해 아세틸콜린분해효소 저해제가 사용되기도 한다. 연구팀은 생쥐에게 아세틸콜린 신호전달을 강화하는 화합물을 투여할 경우 장기기억과 공간학습 장애가 회복되는 것이 관찰됐다고 밝혔다. 심인섭 경희대 의대 교수는 “이번 연구는 인지결핍을 동반하는 발달장애의 새로운 원인 유전자를 밝혀냈으며 기존의 중격-해마 기억회로 이외에 내측 고삐핵-대뇌다리사이핵 신경회로도 학습과 기억을 관장하는데 중요한 역할을 환다는 것을 새롭게 규명했다는데 의미가 크다”라고 말했다. 심 교수는 “이번 연구는 지적장애, 발달장애, 정서장애 분야의 새로운 치료법을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

무게 1.4~1.6㎏, 부피 1300~1500㎖의 신체기관. 포도당의 75%, 심장에서 보내지는 산소의 15%를 소비하는 기관. 바로 ‘뇌’다. 뇌는 척수와 함께 생명체의 모든 신경을 조절하는 중추신경계다. 인간 개인의 정체성을 형성하는 사고, 감정, 기억, 인식, 마음 같은 작용 대부분이 뇌 없이는 결코 일어날 수 없다. ‘우리는 우리 뇌다’라는 말이 나오는 이유이기도 하다. 최근 20년 동안 뇌와 관련한 지식이 기하급수적으로 증가하고 있음에도 여전히 뇌는 많은 부분이 베일에 싸여 있다. 이 때문에 ‘인간의 뇌는 소우주’라고 불리기도 한다. 인간이 보이는 독특한 행동양식들이 뇌의 특정 작용 때문이라는 재미있는 연구 결과들이 쏟아져 나왔다. 미국 존스홉킨스대 신경과학부, 심리·뇌과학과, 신경과학연구소, 미네소타대 신경과학부 공동연구팀은 똑같은 선택지라도 상황에 따라 음식의 선호도를 달라지게 만드는 뇌 부위를 발견하고 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 11월 5일자에 발표했다. 연구팀은 우리 안쪽에 발판을 밟으면 생수나 설탕물이 나오는 장치를 설치하고 생쥐에게 각각의 용액이 나오는 곳을 기억하도록 훈련시켰다. 그다음 물을 주지 않아 갈증을 느끼도록 만든 뒤 어떤 선택을 하는지 관찰했다. 그 결과 생쥐 대부분이 갈증을 느낄 때는 설탕물보다는 생수를 선택했으며 이후 갈증이 해결된 뒤에는 생수가 아닌 설탕물을 마시는 것이 확인됐다.연구팀은 뇌파 분석을 통해 음식 선택을 할 때는 보상과 관련된 전뇌의 ‘배쪽창백핵’이라는 부위가 작동한다는 사실을 확인했다. 실제로 달콤한 초콜릿 케이크와 딱딱하고 오래된 빵을 놔뒀을 때 생쥐들은 대부분 초콜릿 케이크를 선택하지만 배쪽창백핵을 자극할 경우 케이크보다 딱딱하고 오래된 빵을 선택하는 것이 관찰됐다. 연구를 이끈 신경과학자 패트리샤 자낙 존스홉킨스대 의대 교수는 “이번 연구는 단순히 어떤 것을 먹을 것인가를 선택하는 데 작용하는 것뿐만 아니라 중독 증상이나 지나친 의사결정 장애를 겪는 사람들을 치료하는 데도 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했다. 사람들은 자신의 취향에 딱 맞는 음악을 들었을 때 ‘소름 끼친다’라거나 ‘전율을 느꼈다’는 표현을 하곤 한다. 생존에 전혀 도움이 되지 않아 보이는 음악이 인류의 시작과 함께 지금까지 이어지는 이유와 음악을 들을 때 희열을 느끼는 이유는 오랫동안 과학계의 수수께끼로 남아 있었다. 프랑스 부르고뉴 프랑슈콩테대 통합임상신경과학연구실, 브장송대 메디컬센터 신경이미지연구센터 공동연구팀은 뇌파측정(EEG)을 통해 음악을 들으면서 전율을 느끼는 것은 뇌의 보상 체계, 감정 처리와 관련된 ‘안와전두피질’, 신체 움직임에 관여하는 중뇌의 ‘운동보조영역’, 청각정보 처리에 관여하는 ‘우측 측두엽’이 복합적으로 작용하면서 나타나는 신체 반응이라고 4일 밝혔다. 이 같은 연구 결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘최신 신경과학’ 11월 3일자에 실렸다. 연구팀은 음악을 좋아해 악기를 한두 개 정도 다룰 수 있으며 음악을 즐겨 듣는 18~73세의 정신적·신체적으로 건강한 남녀 18명을 대상으로 실험했다. 실험에 참가한 이들은 모두 음악을 듣거나 연주하면서 전율을 느낀 경험을 갖고 있는 사람들이었다. 연구팀은 실험 참가자들이 좋아하는 음악 90곡 중 하이라이트만 모아 15분짜리 음악으로 편집해 들려주면서 고밀도 뇌파를 측정했다. 또 참가자들에게 음악을 들으면서 즐거움을 느낀 정도와 전율을 느끼는 순간을 기록하도록 했다. 그 결과 참가자들은 전체적으로 305번의 전율을 느꼈으며, 전율의 지속 시간은 평균 8.75초가량인 것으로 보고됐다. 전율을 느꼈다고 보고할 당시 뇌파 측정 결과를 보면 뇌의 다양한 영역이 복합적으로 작용했으며 뇌의 활동이 갑작스럽게 폭발적으로 증가한 것으로 확인됐다. 티에리 뮐린 브장송대 메디컬센터 교수는 “음악을 들을 때 감동과 함께 전율을 느끼는 것은 민감한 청각 기능과 함께 다음에 무슨 선율이 나올 것인가를 기대하고 예측할 때 가능하다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

고층빌딩이나 높은 산에서 불야성을 이루고 있는 서울 시내 풍경을 보노라면 자신도 모르게 탄성이 나옵니다. 실제로 한국을 찾은 외국인들이 가장 놀라워하는 것 중 하나도 서울의 야경이라고 합니다. 1879년 토머스 에디슨이 미국 뉴저지 멘로파크 연구소에서 백열전구를 공개했을 때만 해도 지금 같은 도시의 밤풍경은 상상도 못 했을 것입니다. 이후 다양한 인공조명이 발명돼 인간의 활동 시간을 획기적으로 늘리는 데 지대한 영향을 미쳤지만 최근 들어 야간 인공조명으로 인한 문제들이 점점 불거지고 있는 상황입니다. 우선 영국 엑서터대 환경·지속가능성연구소, 생태보존센터, 프랑스 집단생물학연구센터, 국립농업연구소, 몽펠리에대 공동연구팀은 126건의 관련 연구를 메타분석한 결과 야간 인공조명이 동물은 물론 식물들의 호르몬 수치, 번식 주기, 생존에 악영향을 미친다고 4일 밝혔습니다. 메타분석은 비슷한 주제로 연구된 문헌들을 통계적으로 통합하거나 비교해 새로운 결론을 도출해 내는 연구 방법입니다. 이 같은 연구 결과는 생태학 분야 국제학술지 ‘네이처 생태학·진화학’ 11월 3일자에 실렸습니다. 인공조명 때문에 생체주기를 조절하는 역할을 하는 멜라토닌 수치가 감소하고 야행성 동물들의 활동 시간이 줄어든다고 합니다. 주행 중인 자동차 불빛으로 날아들었다가 죽는 곤충들도 늘고 있으며, 인공조명을 햇빛으로 착각해 각종 이상 행동을 보이는 동물들도 증가했다고 합니다. 식물은 인공조명 때문에 계절에 맞지 않게 싹을 틔우거나 꽃을 피우기도 한다고 합니다. 벌과 나비 같은 곤충도 인공조명으로 생체리듬이 교란되면서 식물 가루받이를 제때 하지 못하는 경우도 늘고 있다고도 합니다. 생태계 교란을 일으키는 인공조명이 영향을 주는 범위와 빛의 강도가 최근 10년 동안 전 세계적으로 매년 2% 이상씩 꾸준히 증가하고 있다는 점이 더 큰 문제입니다. 미국 북텍사스보건국, 텍사스대 사우스웨스턴메디컬센터 정신의학교실, 뇌과학연구소, 일본 쓰쿠바대 통합수면의학연구소 공동연구팀은 빛공해로 인한 수면 부족이 각종 중독 증상을 촉발한다는 충격적인 연구 결과를 신경과학 분야 국제학술지 ‘e뉴로’ 11월 2일자에 발표했습니다. 연구팀은 밤과 낮 생체주기가 12시간인 암수 생쥐를 두 집단으로 나눠 한 집단은 정상 생체주기를 유지하도록 하고, 다른 집단은 8시간만 자도록 해 수면 부족을 유도했습니다. 그다음 코카인이 섞인 식사와 일반 식사를 동시에 제공한 뒤 선호도를 관찰한 결과 수면 부족을 겪은 생쥐들이 코카인에 쉽게 중독된다는 사실을 확인하게 됐습니다. 수면 부족으로 인한 중독 증상은 뇌 속 시상하부 ‘오렉신’이라는 물질 때문이라고 연구팀은 설명하고 있습니다. 수면이 부족하면 오렉신이 증가하는데 오렉신은 잠 부족을 다른 방식으로 충족시키려고 하기 때문에 갖가지 중독에 빠지기 쉬워진다는 것이지요. 2015년 미국 의학협회는 인공조명이 암, 당뇨, 심혈관질환 발병 가능성을 높일 수 있다고 지적하며 인공조명 노출을 줄이라는 권고를 내놓은 바 있습니다. 어둠에 대한 인간의 원초적 두려움을 없애 준 인공조명은 이제 부메랑이 돼 인간은 물론 생태계 전체를 위협하는 존재가 됐습니다. 과학자들의 지적처럼 이제는 인공조명을 지구온난화로 인한 기후변화와 비슷한 관점에서 관리해야 하는 것 아닌가 싶습니다. edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 실험실에서 사람의 폐포를 만들어 코로나19 바이러스 감염 과정을 정확히 밝혀내는데 성공했다. 카이스트 의과학대학원, 국립보건연구원 국립감염병연구소, 기초과학연구원(IBS) 혈관연구단, 서울대병원, 벤처기업 지놈인사이트와 영국 케임브리지대 공동연구팀은 3차원 미니 장기기술을 이용해 실험실에서 사람의 폐포 세포를 만들어 내는데 성공하고 이를 활용해 코로나19 바이러스가 사람의 폐 세포를 파괴하는 과정을 정밀하게 규명했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 스템셀’에 실렸다. 미국 존스홉킨스대에서 운영하는 코로나19 감염자 현황에 따르면 26일 현재 확진자 수는 4300만 9311명으로 지난 18일 4000만 명을 넘어선지 열흘이 못 된 상황에서 300만 명의 환자가 더 늘었다. 미국의 총감염자 수는 863만 6165명으로 가장 많은 것으로 나타났다. 지난 24일 미국에서는 하루에 8만 8973명의 신규 확진자가 발생해 하루 최대 코로나19 환자 발생을 기록했다. 이 같은 가운데 코로나19 바이러스를 정밀 타격할 수 있는 치료제나 예방백신을 개발하기 위해서는 바이러스가 몸 속에 들어와서 어떤 과정으로 감염을 시키는지 정확히 파악할 수 있어야 한다. 많은 과학자들이 정확한 코로나19 감염 메커니즘을 밝혀내고자 하지만 생쥐를 이용해서는 코로나19 바이러슥 감염이 쉽지 않고 실험실 수준에서 활용할 수 있는 사람의 폐포 모델도 존재하지 않아 한계가 있었다.연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 폐암과 같이 폐질환 관련 수술이나 검사시에 채취한 사람의 폐조직을 이용해 실험실에서도 사용할 수 있는 장기간 안전한 3차원 폐세포 모델을 만들었다. 이렇게 만든 폐포 실험결과 코로나19 바이러스에 노출되면 6시간 내에 급속한 바이러스 증식이 발생해 세포 상태에서는 완벽하게 감염된 것으로 확인됐다. 코로나19 바이러스 입자 하나가 세포 하나를 감염시키기에 충분한 만큼 급속한 바이러스 증식으로 몸 전체에 코로나19 바이러스 퍼져나가는 것이 가능하다는 것도 확인했다. 연구팀에 따르면 폐세포의 선천 면역반응이 활성화되는 것은 사흘 가량의 시간이 걸리는데 감염 이후 사흘이 지나면 세포 가운데 일부분은 고유의 기능을 급격히 상실되는 것이 관찰됐다.주영석 카이스트 교수는 “이번에 개발한 3차원 인체 폐배양모델을 활용하면 코로나19 바이러스를 포함한 다양한 호흡기 바이러스 감염 연구에 유용하게 사용될 수 있을 것”이라고 말했다. 주 교수는 “특히 동물이나 인체 다른 장기에서 만들어낸 세포 모델이 아니라 바이러스에 직접 공격을 받아 영향을 받는 사람의 폐세포를 직접 연구에 활용할 수 있기 때문에 정확한 메커니즘을 파악할 수 있을 뿐만 아니라 치료제 개발에도 이용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr