체중 감량과 각종 건강지표 개선에 효과적인 것으로 알려져 주목받고 있는 ‘간헐적 단식’이 성욕 증진에도 효과가 있다는 연구 결과가 나왔다. 지난 28일(현지시간) 유명 과학 저널 ‘셀 메타볼리즘(Cell Metabolism)’에는 독일 신경퇴행성질환 센터와 중국 칭다오대 공동 연구팀이 실시한 ‘생쥐 실험을 통한 간헐적 단식과 성적 행동 촉진의 연관성’이라는 연구가 실렸다. 해당 연구에 따르면 간헐적 단식은 뇌의 세로토닌 수치를 낮춰 성적 행동에 대한 억제 효과를 감소시키는 것으로 나타났다. 이 연구는 처음에는 단식이 수컷 쥐의 새끼에 어떤 영향을 미치는지 살펴보기 위해 시작됐지만, 연구자들은 단식을 한 나이 든 수컷 쥐가 더 많은 새끼를 낳은 것을 발견했다. 이는 정자 질이나 호르몬 수치의 영향이 아닌 성 활동의 극적인 증가 때문이었다. 연구팀은 생후 2개월부터 수컷 생쥐들에게 24시간 동안 자유롭게 먹게 하고, 다음 24시간은 물만 먹게 하는 간헐적 단식을 최장 22개월 동안 실시한 다음 단식하지 않은 생후 3개월 된 암컷과 만나게 했다. 그 결과 최소 6개월 동안 간헐적 단식을 한 쥐들은 자유롭게 먹은 대조군보다 짝짓기 행동이 크게 증가했다. 다만 간헐적 단식 기간이 6주 이하인 경우엔 이런 효과가 나타나지 않았다. 연구팀이 성적으로 활동적인 수컷 생쥐들을 조사했더니 세로토닌이 비정상적으로 낮아 성적으로 억제되지 않은 상태였고 조절 기능이 약화돼 있는 것으로 나타났다. 행복감을 포함한 광범위한 감정을 느끼는 데 기여하는 것으로 알려진 신경전달물질 세로토닌은 수치가 높을 수록 성욕을 감소케 하는 것으로 알려져 있다. 세로토닌은 주로 음식에서 섭취하는 아미노산인 트립토판에서 생성된다. 단식은 트립토판의 결핍을 초래하고 그로 인해 세로토닌 수치가 감소한 것이다. 연구를 이끈 독일 신경퇴행성질환 센터 댄 에닝거 박사는 “이런 관점에서 볼 때 인간의 성적 욕망도 단식에 의해 영향을 받을 수 있다고 생각한다. 남성 뿐만 아니라 여성의 경우도 마찬가지”라면서 “간헐적 단식이 성욕감소 장애에 대한 치료법이 될 가능성이 있다”고 기대했다.

한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 손상된 망막 신경을 살려 시력을 회복하는 방법을 찾아냈다. 김진우 KAIST 생명과학과 교수 연구팀은 망막 신경을 재생시켜 망막질환자의 시력을 회복할 수 있는 치료법을 개발했다고 지난 30일 밝혔다. 이번에 개발된 물질은 손상된 망막 자체를 재생시켜 망막질환의 종류에 관계없이 시력을 회복시킨다. 눈을 감싸는 얇은 막이 손상되면 시력을 떨어뜨리거나 사물이 왜곡되어 보인다. 망막질환에는 여러 종류가 있는데 한국망막학회는 망막박리, 당뇨망막병증, 망막정맥폐쇄, 황반변성을 4대 망막질환으로 꼽는다. 병증이 심해지면 실명까지도 이를 수 있는 무서운 질환이다. 이번 KAIST 연구 성과는 포유류 망막에서 신경 재생을 유도하고 시력까지 회복시킨 세계 최초의 사례다. 이미 시중에 유통되는 망막질환 치료제들이 있으나, 병증이 심해지는 걸 막아줄 뿐 이미 손상된 시력을 회복시키지는 못했다. 연구진은 이번 기술을 활용한 치료제를 개발할 예정이며, 2028년에는 임상시험에 돌입하는 것을 목표로 하고 있다. 건강보험심사평가원에 따르면, 국내 4대 망막질환자는 매년 증가해 2023년 기준 110만 명이 넘었다. 이번 연구는 어류와 포유류의 차이에 착안해 시작됐다. 어류는 망막이 손상되어도 재생이 활발하다. 어류의 망막에는 뮬러글리아라는 세포가 있는데, 이 세포는 역분화해 새로운 신경세포를 생성해낸다. 인간의 망막에도 똑같은 세포가 있지만 망막을 재생시키지는 못한다. 인간의 망막이 재생되지 못하는 건 ‘프록스원’(PROX1)이라는 단백질 때문이었다. 이 단백질은 원래 줄기세포를 분화시켜 다양한 역할을 하게 만든다. 그러다 보니 세포의 시계를 거꾸로 되돌려 회복시키는 데는 걸림돌로 작용한다. 연구 결과, 망막에서 만들어지는 프록스원 단백질이 세포에 축적되기 때문에 망막이 재생되지 않는 것으로 나타났다. 프록스원 단백질에 결합하는 항체를 생쥐에 투여하니 망막의 신경세포가 재생되고 시력이 회복됐다. 주변에서 만들어진 프록스원이 세포로 들어가기 전 항체로 제거하는 것이다. 이 항체는 김 교수가 창업한 연구실 벤처 ‘셀리아즈’에서 발굴한 물질이다. 연구진은 생쥐의 눈에 강한 빛을 쬐어 생쥐의 망막을 훼손했다. 이후 항체 물질을 안구에 주사하고 2주가 지나자 시력이 회복됐다. 실험에서 시력 회복 효과는 6개월 이상 지속됐다. 김 교수는 “올해 안으로 인간에 더 가까운 개를 대상으로도 실험할 예정이고, 사람에게 적용할 수 있는 형태로 만들어 나갈 것”이라고 밝혔다. 이은정 박사는 “여러 동물 실험으로 시력 회복 효능과 안전성 평가를 마친 후 망막질환자에게 투여하는 것이 목표”라며 “적절한 치료제가 없이 실명의 위험에 노출된 환자들에게 실질적 도움이 되도록 연구를 진행하겠다”라고 말했다.

정상적인 정자를 형성하는 데 중요한 역할을 하는 단백질을 일본 연구진이 발견해 눈길을 끈다. 현지에서는 “남성용 경구 피임약 개발 가능성을 보여줬다”는 평가가 나왔다. 도쿄신문 등 일본 언론에 따르면 오사카대 연구팀은 생쥐 실험을 통해 정자의 정상적인 형성에는 ‘Tex38’라고 하는 유전자로 만들어진 단백질이 필요하다는 것을 밝혀냈다고 지난 26일 발표했다. 연구팀이 쥐의 여러 유전자를 조작해본 결과, Tex38 유전자로 만들어진 단백질이 만드는 복합체가 정자의 정상적인 형태를 유지하는 데 필수적인 것을 확인했다. 연구팀은 이 복합체가 다른 단백질을 자극해 불필요한 세포질을 제거하고, 정자의 모양을 안정적으로 변화시키고 있다고 추정했다. 특히 Tex38을 만들지 못하게 된 쥐는 정자 머리 부분이 구부러진 형태의 이상정자가 생겨 제대로 된 수정이 불가능해 불임을 초래하는 것으로 나타났다. 전자현미경으로 관찰한 결과 초승달 모양인 머리 부분이 180도 구부러지고 움직임도 악화했다. 연구진은 “Tex38 유전자로 만든 단백질은 다른 단백질과 결합함으로써 안정화됐으며, 정자 형성에 빠질 수 없는 요소인 것으로 확인됐다”며 “이번 연구로 단백질 기능을 저해하는 남성용 경구 피임약 개발을 기대할 수 있게 됐다”고 전했다. 일본에서는 연간 약 10만건의 인공임신중절이 행해지고 있다. 한편 이번 연구 결과는 ‘미국 국립과학원 회보’(PNAS)에 게재됐다.

학창 시절, 간혹 영유아기 때 있었던 일을 기억한다는 친구들을 볼 수 있었습니다. 물론 아주 어린 시절을 기억하는 사람들도 전혀 없지는 않겠지만, 부모나 친인척들의 이야기를 본인의 기억으로 착각하는 경우가 대부분입니다. 전생을 기억하게 해준다는 최면술로도 말 못하고 기어다니던 생후 몇 달, 몇 년까지 기억해 내지 못합니다. 기억을 저장하는 뇌의 해마가 충분히 발달하지 않았기 때문인지, 기억을 불러낼 수 없기 때문인지는 뇌 과학이 발달한 요즘도 완전히 풀어내지 못한 수수께끼 중 하나였습니다. 미국 컬럼비아대, 뉴욕 사회연구대학(NSSR), 예일대, 스탠퍼드대 공동 연구팀은 우리가 어린 시절을 기억하지 못하는 것은 기억을 만들지 못하기 때문이 아니라 기억을 회상·복구하는 데 어려움이 있기 때문이라고 26일 밝혔습니다. 이 연구는 과학 저널 ‘사이언스’ 3월 20일 자에 실렸습니다. 연구팀은 2016년 뉴욕대와 마운트 시나이 아이컨 의대 연구팀이 광유전학 기술로 어른 생쥐의 특정 신경세포를 활성화해 영유아기 시절 기억이 여전히 존재한다는 사실을 밝혀낸 연구 결과를 근거로 사람도 영유아기 기억이 존재한다는 가정을 하고 실험에 착수했습니다. 연구팀은 생후 4개월에서 2세 사이 영유아 26명에게 새로운 얼굴, 사물, 장면의 이미지를 2초 동안 보여 주고 1분이 지난 뒤 같은 이미지를 다시 보여 주면서 각각 기억에 관여하는 해마의 활동을 기능성 자기공명영상(fMRI)으로 촬영했습니다. 그 결과 아기가 새로운 이미지를 볼 때 해마 활동이 활발할수록 같은 이미지를 다시 보여 줄 때 더 오래 보는 것을 확인했습니다. 아기들은 익숙한 것을 보는 데 더 많은 시간을 보내는 경향이 있기 때문에, 이 연구 결과는 아기가 이전에 본 것을 기억하고 있다는 것을 의미합니다. 실제로 똑같은 사진을 다시 볼 때 아기들의 해마 뒤쪽 부분이 활발하게 움직이는 것이 fMRI로 관찰됐습니다. 해마 뒤쪽 부분은 기억을 회상하는 데 중요한 역할을 하는 부위입니다. 연구팀은 성인이 생후 첫 몇 년을 기억하지 못하는 ‘영아기 기억상실증’이 나타나는 것은 회상 문제 때문이라고 설명했습니다. 기억이 처음 저장된 방식과 뇌가 기억을 되살리기 위해 사용하는 검색 단서 사이의 불일치로 인해 발생한다는 것이지요. 아기 때 경험이 나중에 성장하면서 뇌가 보고 들은 것을 맥락에 맞춰 분류하고 범주화할 수 있을 때와 매우 다르기 때문이라는 말이기도 합니다. 기어다니다가 걷는 것만으로도 세상을 바라보는 관점이 달라지는 것처럼 말이지요. 연구를 이끈 니컬러스 터크 브라운 예일대 교수는 “이번 연구에서 중요한 부분은 말 못 하는 아기들도 기억을 형성하는 능력이 있음을 증명했다는 점”이라면서 “성인이 돼서도 아기 때 기억이 남아 있을 수 있다는 것은 확실하지만, 그 기억에 접근할 수 없을 뿐”이라고 말했습니다.

국내 연구진이 유산균이 대표적인 여성 암인 자궁경부암을 예방할 수 있다는 사실을 확인해 눈길을 끌고 있다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뉴바이올로지학과, 칠곡경북대병원, 동국대 생명과학과 공동 연구팀은 사람의 자궁경부 줄기세포의 정체와 분화 과정을 처음으로 밝혀내고, 이를 바탕으로 유산균이 자궁경부암 발생을 억제할 수 있다는 사실을 규명했다고 14일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 자궁경부암은 전 세계적으로 네 번째로 많이 발생하는 여성 암으로 매년 약 60만 건이 발생한다. 주된 원인은 인유두종바이러스(HPV)이며, 최근에는 자궁경부암 예방 백신 덕분에 선진국에서는 발생률이 급감하고 있다. 그렇지만 백신 접종을 피하는 사람이나 백신 접종이 어려운 후진국에서는 쉽게 발생하게 된다. 이에 따라 예방백신 외에 새로운 예방법의 필요성이 제기되고 있다. 유산균은 여성의 질 내에 가장 많이 존재하는 유익균으로, 앞선 많은 연구에서 이미 발생한 자궁경부암 세포를 억제하는 효과는 밝혀졌다. 그러나, 유산균이 암 발생 이전 단계에서 어떤 역할을 하는지는 명확히 규명되지 못했었다. 연구팀은 면역 기능이 억제된 생쥐에게 사람의 줄기세포를 이식한 다음 줄기세포의 재생 능력을 평가하는 방법을 개발했다. 그다음 자궁경부 정상 오가노이드와 암 발생 이전의 전암 오가노이드 모델을 만들어 사람 자궁경부 줄기세포의 정체와 분화 과정을 규명했다. 연구팀은 이 방법을 활용해 인유두종바이러스가 줄기세포보다 분화가 시작된 전구세포를 증식시키는 것이 자궁경부암 발생의 주요 원인이라는 것을 발견했다. 전구세포는 줄기세포에서 분화가 진행된 중간단계 세포로, 특정 조직이나 세포로 분화 능력을 갖추고 있지만 자기 복제 능력은 제한적으로, 조직 재생과 성장 과정에서 중요한 역할을 한다. 연구팀은 또 유산균이 젖산을 분비해 바이러스 효과를 억제하며, 정상 줄기세포의 자기복제뿐만 아니라 줄기세포로부터 암세포로 변환되는 초기과정을 억제한다는 사실과 메커니즘도 밝혀냈다. 연구를 이끈 정영태 DGIST 뉴바이올로지학과 교수는 “이번 연구는 유산균이 자궁경부 건강 유지와 자궁경부암 발생 예방에 중요한 역할을 한다는 사실을 확인했다는 데 의미가 크다”라며 “자궁경부암 예방 기술 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다”라고 말했다.

2013년 개봉한 영화 ‘월터의 상상은 현실이 된다’를 좋아하는 분이 많습니다. 여행이라곤 한 번도 해 본 적 없는 잡지사 직원 월터 미티는 반복되는 일상에서 ‘상상’을 통해 특별한 순간을 꿈꾸는 사람입니다. 그러다 라이프지 마지막 호 표지 사진을 찾기 위해 그린란드, 아이슬란드 등을 오가며 자신의 상상을 뛰어넘는 모험을 하는 내용입니다. 표준국어대사전에 ‘상상력’은 ‘실제로 경험하지 않은 현상이나 사물에 대해 마음속으로 그려 보는 힘’이라고 설명돼 있습니다. 월터처럼 완전히 새로운 생각을 해내는 것은 물론 과거 경험을 재구성해 실제로 존재하지 않는 것을 떠올리는 것도 포함됩니다. 상상력은 뇌의 여러 부위가 협력해 만드는 복잡한 인지 과정입니다. 여기서 궁금한 점 하나가 생깁니다. 뇌는 현실과 상상을 어떻게 구별해 낼 수 있을까요. 12일 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 정신·행동과학과, 의대 신경외과, 심리학과, 생체공학과, 보스턴대 의·생명공학과, 정신·뇌과학과, 스탠퍼드대 의대 신경외과, 펜실베이니아 대학병원 신경외과, 로스앤젤레스 보훈병원, 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 신경학과 공동 연구팀은 실제 환경을 통한 물리적 이동과 상상 속 이동이 뇌에서 같은 신경 회로를 사용한다고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 인간 행동’ 3월 11일 자에 실렸습니다. 뇌가 공간 기억을 형성하고 회상하는 능력은 새로운 공간으로 이동하고 그곳을 탐색하거나 미래의 일을 상상하는 데 중요합니다. 생쥐를 이용한 연구에서 뇌의 한 영역인 해마에 나타나는 특정 뇌파인 세타 진동이 공간을 탐색하고 이동 경로를 기억하거나 상상하는 데 도움이 된다는 것이 밝혀졌습니다. 그렇지만 인간에게도 유사한 메커니즘이 존재하는지, 실제 환경에서 활성화되는지는 명확히 밝혀지지 않았습니다. 이에 연구팀은 뇌전증을 앓고 있는 24~40세 남녀 5명의 뇌 활동을 측정했습니다. 실험에 참여한 이들은 뇌전증 치료와 검사를 위해 내측 측두엽에 전극을 삽입하고 있었습니다. 연구팀은 일반 도로를 걸을 때와 러닝머신 위를 걸으며 일반 도로 상황을 상상할 때의 세타 진동을 비교했습니다. 그 결과 실제 탐색과 상상 속 탐색 시 유사한 뇌파 패턴이 나타난다는 것을 확인했습니다. 연구를 이끈 난티아 수타나 UCLA 교수는 “이번 연구는 현실 탐색과 상상이 공통된 신경 틀을 공유한다는 사실을 보여 주며 실제 환경에서 사람의 기억이 어떻게 형성되는지 이해하는 데 도움을 준다”고 설명했습니다. 이번 연구를 보면 뇌는 생각하는 것을 실현할 수 있는 원동력을 만들며 원하는 바를 상상하면 이뤄진다는 자기계발서의 이야기가 허황한 것만은 아니라는 생각이 듭니다. 알베르트 아인슈타인이 “상상력이 지식보다 위대하다”고 말한 이유도 어렴풋이 이해될 것 같습니다.

최근 넷플릭스에서 공개한 드라마 ‘폭싹 속았수다’를 보고 “부모님 생각이 나서 펑펑 울었다”든지 “담담하지만 가슴을 울리는 대사에 무너졌다”는 반응들이 쏟아지고 있다. ‘나의 아저씨’나 ‘나의 해방일지’ 같은 드라마를 보면서 주인공에 감정을 이입해 함께 아파하며 슬퍼하는 경우가 적지 않다. 단순히 감정이 풍부해서라거나, 갱년기라서 그런 것은 아니다. 뇌가 타인의 감정을 반영하는 공감 회로를 갖고 있기 때문이다. 그동안 이런 정서적 공감이 뇌에서 어떻게 이뤄지는지 명확히 밝혀지지 않았다. 그런데, 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단은 타인의 고통을 인식하고 정서적으로 공유하는 뇌의 핵심 신경회로를 찾았다고 11일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초 과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 전측대상회피질(ACC)는 고차원 감정 처리, 의사결정, 사회적 행동과 공감 등 다양한 기능과 관련된 뇌 영역이다. 연구팀은 생쥐를 이용한 실험과 고해상도 미세 내시경 칼슘 이미징 기술을 활용해 ACC 신경세포 활동을 실시간으로 측정, 분석했다. 미세 내시경 칼슘 이미징은 칼슘 지표 단백질을 이용해 살아있는 동물의 깊은 뇌 영역에서 신경세포 활동을 실시간으로 관찰할 수 있는 기술이다. 연구팀은 투명한 아크릴 상자에 생쥐 두 마리를 넣은 뒤 한 마리에게는 전기 자극을 가해 공포 반응을 유도하고, 다른 한 마리는 신체적 자극 없이 상대의 고통을 관찰하도록 한 뒤 뇌의 활동을 살펴봤다. 그 결과, 관찰자 생쥐는 직접 자극 없이 다른 개체의 고통을 목격하는 것만으로도 공포로 인해 움직임이 줄어드는 ‘공감적 동결 행동’을 보이는 것이 확인됐다. 이를 통해 타인의 고통을 목격할 때 활성화되는 특정 신경세포 집단을 확인하고, 이것들이 정서적 공감 처리에 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 또 기존 연구와 달리 고통에 대한 경험이 전혀 없는 생쥐를 관찰자로 정했는데, 이를 통해 경험의 영향을 배제한 ‘순수한 감정 전염’ 현상을 확인했다. 연구팀은 ACC에서 중뇌수도관주위회색질(PAG)로 연결되는 신경회로 활성을 억제하면 공감적 동결 행동과 정서적 회피 행동이 눈에 띄게 감소하는 것도 발견했다. 이를 통해 ACC-PAG 신경 회로가 타인의 고통을 인식하고 공감적 행동을 끌어내는 데 필수적이라는 것을 밝혀냈다. 연구를 이끈 금세훈 연구위원은 “이번 연구는 타인의 고통을 공감하는 과정이 단순 학습이 아닌 뇌에서 특정 신경 회로를 통해 정서적으로 처리된다는 것을 보여준 첫 연구”라며 “자폐 스펙트럼 장애, 반사회적 행동 장애 등 공감 능력의 장애를 보이는 신경정신질환 연구와 치료에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다.

세상에 만병통치약이라는 것은 없습니다. 그렇지만 그 언저리까지 간 약이 있긴 합니다. 바로 128년 전 버드나무 껍질의 주성분인 살리실산을 이용해 약으로 만든 ‘아스피린’입니다. 아스피린은 1897년 독일 바이엘사에서 만든 세계 최초의 합성 의약품입니다. 20세기 중반까지만 해도 해열·소염 진통 효과만 강조돼 감기·몸살 치료에 주로 쓰여 왔습니다. 이후 아스피린이 피를 묽게 해 심혈관 질환의 위험을 낮춰 준다는 사실이 드러나면서 최근까지 다양한 연구를 통해 새로운 효과가 하나둘씩 밝혀지고 있습니다. 영국 케임브리지대 의대, 바브라함 연구소, 프랜시스 크릭 연구소, 웰컴 생어 연구소, 이탈리아 키에티·페스카라 단눈치오대 고등기술연구센터(CAST), IRCCS 후마니타스 연구병원, 대만국립대 의대, 프랑스 릴대 병원 공동 연구팀은 아스피린이 면역 체계를 자극해 활성화함으로써 일부 암의 전이를 줄일 수 있다고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 3월 6일자에 실렸습니다. 암세포가 원래 종양이 발생한 부위에서 다른 기관으로 퍼지는 현상을 ‘전이’라고 합니다. 암 전이는 전 세계적으로 암 관련 사망의 90%를 차지합니다. 면역 체계는 전이와 싸우는 데 중요한 역할을 하지만 암세포는 면역 감시를 회피하는 방법을 찾아내는 경우가 많습니다. 그중 하나가 혈액 내 혈소판이 ‘트롬복산 A2’(TXA2)를 생성해 전이 부위에서 면역 세포의 일종인 T세포 활동을 억제하는 방식입니다. 이런 면역 회피와 억제는 면역 체계가 전이 중인 암세포를 효과적으로 공격하고 제거하는 능력을 떨어뜨립니다. 아스피린이 암 전이를 줄일 수 있다는 사실은 알려졌지만 정확한 작용 메커니즘은 불분명했습니다. 연구팀은 유방암, 피부암의 일종인 흑색종, 대장암을 포함한 다양한 암이 발생한 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한쪽은 아스피린을 복용케 하고, 다른 집단은 아스피린을 투여하지 않은 채 관찰했습니다. 그 결과 아스피린을 투여한 생쥐의 경우 폐나 간과 같은 다른 기관으로의 암 전이 비율이 낮다는 것을 발견했습니다. 아스피린은 혈소판에서 염증 관련 효소인 ‘사이클로옥시게나제1’을 억제하고 TXA2 생성을 줄이는 것으로 확인됐습니다. TXA2의 감소는 T세포를 해방시켜 전이성 암세포와 싸우는 능력을 강화하는 것으로 나타났습니다. 연구를 이끈 라훌 로이추두리 케임브리지대 교수(암 면역학)는  “비교적 저렴하고 간단한 아스피린 복용이 다른 면역 요법과 결합돼 항전이 효과를 강화하는 효과적인 보조 요법이 될 수 있을 것”이라고 말했습니다.

미국 생명공학회사 콜로설 바이오사이언스가 유전자 변형 방식을 통해 ‘매머드 털’을 가진 생쥐를 만드는 데 성공했다. 4000여년 전 멸종한 매머드 복원에 한 발짝 다가선 것이다. 콜로설 바이오사이언스 연구팀은 4일(현지시간) 유전자 변형을 통해 추위에 잘 견디는 특성을 가진 ‘콜로설 털북숭이 쥐’를 탄생시켰다고 밝혔다. 연구팀은 생쥐의 수정란이나 배아 줄기세포를 유전적으로 변형해 배아에 주입했고 이후 대리모에게 이식했다. 생쥐 털의 색깔, 질감, 길이, 무늬, 모낭과 관련된 유전자 7개를 편집해 매머드와 비슷한 털, 색깔, 질감을 구현해 냈다. 2021년 설립된 콜로설 바이오사이언스는 멸종 동물을 유전자 변형 방식을 통해 복원해 왔다. 연구팀은 매머드의 유전자를 오늘날 코끼리에 구현하는 방법으로 2028년 말까지 새끼 매머드를 탄생시키는 것을 목표로 하고 있다. 이번에 생쥐에서 매머드 복원의 가능성을 입증한 것이다. 연구팀의 계획은 털북숭이 쥐에 적용한 방식을 코끼리에도 적용하는 것이다. 먼저 매머드와 오늘날 코끼리 유전자를 해독해 둘 사이의 차이를 확인한다. 코끼리의 유전자를 ‘크리스퍼 유전자 가위’로 편집해 멸종한 매머드 유전자를 가진 줄기세포를 만든다. 이후 코끼리 수정란에 줄기세포를 주입하고 다시 이 수정란을 대리모에 이식하는 것이다. 다만 이번 연구 결과의 한계를 지적하는 목소리도 있다. 진화생물학자인 빅토리아 헤리지 영국 셰필드대 교수는 “매머드 같은 코끼리를 만드는 것은 훨씬 더 큰 도전”이라며 “관련된 유전자 수는 훨씬 많고 여전히 더 밝혀져야 한다. 매머드 복원이 곧바로 될 것 같지는 않다”고 지적했다.

세상에 만병통치약이라는 것은 없습니다. 그렇지만 그 언저리까지 간 약이 있긴 합니다. 바로 128년 전 버드나무 껍질의 주성분인 살리실산을 이용해 약으로 만든 ‘아스피린’입니다. 아스피린은 1897년 독일 바이엘사에서 만든 세계 최초의 합성 의약품입니다. 20세기 중반까지만 해도 해열·소염 진통 효과만 강조돼 감기·몸살 치료에 주로 쓰여 왔습니다. 이후 아스피린이 피를 묽게 해 심혈관 질환의 위험을 낮춰 준다는 사실이 드러나면서 최근까지 다양한 연구를 통해 새로운 효과가 하나둘씩 밝혀지고 있습니다. 영국 케임브리지대 의대, 바브라함 연구소, 프랜시스 크릭 연구소, 웰컴 생어 연구소, 이탈리아 키에티·페스카라 단눈치오대 고등기술연구센터(CAST), IRCCS 후마니타스 연구병원, 대만국립대 의대, 프랑스 릴대 병원 공동 연구팀은 아스피린이 면역 체계를 자극해 활성화함으로써 일부 암의 전이를 줄일 수 있다고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 3월 6일자에 실렸습니다. 암세포가 원래 종양이 발생한 부위에서 다른 기관으로 퍼지는 현상을 ‘전이’라고 합니다. 암 전이는 전 세계적으로 암 관련 사망의 90%를 차지합니다. 면역 체계는 전이와 싸우는 데 중요한 역할을 하지만 암세포는 면역 감시를 회피하는 방법을 찾아내는 경우가 많습니다. 그중 하나가 혈액 내 혈소판이 ‘트롬복산 A2’(TXA2)를 생성해 전이 부위에서 면역 세포의 일종인 T세포 활동을 억제하는 방식입니다. 이런 면역 회피와 억제는 면역 체계가 전이 중인 암세포를 효과적으로 공격하고 제거하는 능력을 떨어뜨립니다. 아스피린이 암 전이를 줄일 수 있다는 사실은 알려졌지만 정확한 작용 메커니즘은 불분명했습니다. 연구팀은 유방암, 피부암의 일종인 흑색종, 대장암을 포함한 다양한 암이 발생한 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한쪽은 아스피린을 복용케 하고, 다른 집단은 아스피린을 투여하지 않은 채 관찰했습니다. 그 결과 아스피린을 투여한 생쥐의 경우 폐나 간과 같은 다른 기관으로의 암 전이 비율이 낮다는 것을 발견했습니다. 아스피린은 혈소판에서 염증 관련 효소인 ‘사이클로옥시게나제1’을 억제하고 TXA2 생성을 줄이는 것으로 확인됐습니다. TXA2의 감소는 T세포를 해방시켜 전이성 암세포와 싸우는 능력을 강화하는 것으로 나타났습니다. 연구를 이끈 라훌 로이추두리 케임브리지대 교수(암 면역학)는 “이번 연구 결과는 아스피린이 생쥐의 자연 면역 반응을 강화함으로써 암 전이를 예방할 수 있음을 보여 준다”며 “비교적 저렴하고 간단한 아스피린 복용이 다른 면역 요법과 결합돼 항전이 효과를 강화하는 효과적인 보조 요법이 될 수 있을 것”이라고 말했습니다.

‘일반 실험실 생쥐보다 3배 길게 자라는 물결 모양의 밝은 털, 곱슬곱슬한 수염....’ 4일(현지시간) CNN 등 외신에 따르면 미국 생명과학기업 콜로설 바이오사이언스는 유전자공학 기술을 활용해 약 4000년 전 멸종한 매머드 털과 유사한 특성을 지닌 ‘양모 생쥐’를 만드는 데 성공했다. 텍사스주 댈러스에 본사를 둔 이 기업은 2021년 유전자 공학 기술로 매머드, 도도새 등 멸종 동물을 되살리겠다고 발표해 화제를 모은 바 있다. 콜로설 바이오사이언스 연구진은 생쥐 배아에서 7개 유전자를 동시에 편집해 ‘양모 생쥐’를 탄생시켰다. 연구자들이 표적으로 삼은 유전자는 모발 성장 주기에 관여해 더 길고 풍성한 털을 만들어내는 FGF5와 멜라닌 생성을 조절하는 MC1R 등이다. 콜로설 바이오사이언스는 이번에 선보인 ‘양모 생쥐’가 추운 기후에서 매머드의 생존을 가능하게 했던 특정 DNA 염기 서열을 검증하는 데 도움이 될 것이라고 주장했다. 베스 샤피로 최고과학책임자(CSO)는 “멸종된 동물의 특성을 복원하는 기술 검증에 중요한 단계”라고 평가했다. 회사는 아직 심사 과정을 완료하지 않은 미발표 논문도 함께 공개했다. 그러나 이번 연구 결과에 대한 학계의 평가는 엇갈린다. 이 회사의 자문위원으로서 이번 실험 논문에 공동 저자로 참여한 스톡홀름대 교수 러브 달렌은 “생쥐에서 여러 유전자를 동시에 편집해 양모 외관을 얻는 능력은 매우 중요하다”며 “회사가 이러한 종류의 유전자 편집 노하우를 보유하고 있으며, 매머드 유전자도 포함할 수 있음을 증명했다”고 주장했다. 반면 런던 프랜시스크릭 연구소의 로빈 러벨 배지는 “기술적으로는 인상적”이라면서도 “이 논문의 가장 큰 문제점은 매머드의 특성이 생쥐에게 실제로 도입됐는지를 다루지 않았다는 점”이라고 지적했다. 그는 “현재로서는 털이 많은 귀여운 생쥐들만 있을 뿐이며, 우리는 이번 연구 결과에서 거의 배운 것이 없다”고 덧붙였다.

김치 등 발효식품이 불안감이나 우울증을 완화하고 정신 건강을 개선하는 데 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 지난 19일(현지시간) 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면 듀크-NUS 의과대학과 싱가포르 국립신경과학연구소 연구원들은 “프로바이오틱스(장내 유익균)과 불안 관련 행동 사이에 중요한 연관성이 있다”고 밝혔다. 학술지 ‘EMBO 분자의학(EMBO Molecular Medicine)’ 2월호를 통해 발표한 연구 결과에 따르면 장내 미생물에 의해 생성되는 ‘인돌(Indole)’이라는 분자가 불안과 관련된 뇌 활동을 조절하는 데 직접적인 역할을 하는 것으로 나타났다. 연구팀은 장내 미생물을 제거해 무균 상태로 만든 생쥐 실험을 통해 장내 미생물과 불안 사이의 연관성을 조사했다. 행동 검사를 통해 불안을 포함한 감정 반응을 평가했는데, 놀랍게도 무균 생쥐의 불안이 증가했다고 연구팀은 전했다. 이어진 추가 검사 결과 이러한 불안 증가가 기저외측 편도체(Basolateral amygdala)의 활성 증가와 연관돼 있음을 확인했다. 기저외측 편도체는 감정, 특히 공포와 불안을 느끼고 조절하는 데 관여하는 뇌 영역으로 뇌의 경보 시스템처럼 작동한다. 나아가 연구팀은 무균 생쥐를 미생물 대사물질인 인돌로 치료했을 때 불안에 어떤 영향을 끼치는지 관찰했다. 그 결과 인돌을 먹은 생쥐는 불안 관련 행동이 감소했다. 이 연구의 주저자 중 한명인 싱가포르 국립신경과학연구소 연구부의 스벤 페터슨 교수는 “인돌의 불안 감소 기능은 인간의 출생 직후부터 이루어진다”며 “출생 뒤 신생아는 배고픔 등으로 인한 불안감에 노출되는데, 이때 모유에 섞여 있는 미생물이 인돌 생산을 돕는다”고 설명했다. 이를 통해 아이의 불안감이 감소한다는 것이다. 연구진은 이번 연구 결과로 ‘프로바이오틱스로 불안감을 치료할 수 있는 길’이 열릴 가능성이 높아진 것으로 내다봤다. 인돌을 식이 보충제로 섭취하거나 인돌을 생성하는 장내 미생물을 섭취하면, 인돌 성분이 미주신경을 통해 뇌에 전해짐으로써 불안 관련 장애를 치료할 수 있게 될 수도 있다는 것이다. 프로바이오틱스 식품에는 발효유, 콤부차, 사우어크라프트(양배추절임), 피클, 된장, 김치, 사워도우빵 등이 있다고 SCMP는 소개했다. 듀크-NUS의 연구 담당 수석 부학장인 패트릭 탄은 “연구 결과는 정신과 약물을 견딜 수 없는 사람 등이 불안 관련 질환을 앓고 있을 때 큰 치료효과를 볼 수 있다는 가능성을 보여준다”며 “정신 건강은 뇌에만 있는 것이 아니라 장에도 있다는 것을 상기시켜준다”고 설명했다. 연구진은 앞으로 ‘인돌 기반 프로바이오틱스나 보충제’가 인간에게 불안 치료제로 효과적으로 사용될 수 있는지 확인하기 위해 임상 실험을 계속해나갈 계획이라고 밝혔다. 앞서 지난 1월 하버드 대학교 연구팀도 장내 미생물이 우울증에 중요한 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다고 발표한 바 있다.

생쥐가 다른 쥐가 의식을 잃고 쓰러져있는 것을 발견했을 때 적극적으로 구조 활동을 하는 것으로 나타났다. 남부 캘리포니아 대학(USC)의 신경과학자 웬지안 순(Wenjian Sun) 교수 연구팀은 마취돼 반응을 하지 않는 쥐를 우리에 넣었을 때 어떤 일이 일어나는지를 촬영했다. 그 결과 쥐들은 평균적으로 13분의 관찰 시간 중 약 47%를 의식이 없는 동료와 상호작용하는 데 할애했다. 쥐들은 먼저 냄새를 맡은 다음, 그루밍(몸을 다듬거나 손질하는 일)을 했다. 그 다음에는 매우 집중적으로 신체적 상호작용을 했다. 이 과정에서 쥐들의 50% 이상은 의식이 없는 쥐의 입을 벌리고 혀를 뽑아냈다. 연구팀은 혀를 당기는 행동이 기도를 확장하고 신경회로를 빠르게 각성하게 한다고 설명했다. 이러한 응급처치를 받은 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 더 빨리 깨어나 걷기 시작했고, 응급처치를 하던 쥐는 이러한 ‘돌봄’ 행동을 멈췄다. 특히 쥐들은 이전에 만난 적이 없는 쥐보다, 안면이 있는 쥐의 경우 더 많은 시간을 돌보는 데 보냈다고 연구팀은 덧붙였다. 앞서 돌고래나 코끼리 등 큰 포유류에서 이와 유사한 구조 행동이 발견된 바 있으나 설치류 같은 작은 포유류에 대해선 이러한 응급처치 행동이 자세히 연구된 바 없었다. 캘리포니아 대학 로스앤젤리스 캠퍼스 연구진들도 쥐에게 의식이 없는 동료를 보여줬을 때 내측 편도체가 밝아지는 것을 발견했다고 밝혔다. 또한 뇌의 실방핵에서 사회적 유대감 호르몬인 옥시토신이 증가하는 것을 확인했다. 뇌의 이 두 영역은 모두 ‘배려’ 행동에 관여하는 것으로 알려져 있다. 신경과학자 윌리엄 쉬런과 조이 도널드슨은 새로운 연구에 대한 논평에서 “이러한 발견은 극심한 고통에 처한 다른 사람을 돕고자 하는 본능이 많은 종에서 공유된다는 증거를 뒷받침한다”고 결론지었다. 이 연구는 지난 21일(현지시간) 국제 과학저널 ‘사이언스’에 게재됐다.

설탕보다 200배 더 달지만 열량은 거의 0에 가까워 다양한 제로(zero) 식품에 설탕대신 쓰이고 있는 인공 감미료 ‘아스파탐’(aspartame)이 동맥 경화증의 원인이 되는 인슐린 수치를 높인다는 연구 결과가 나와 눈길을 끌고 있다. 22일(현지시간) 스웨덴 카롤린스카의대 이하이 차오 교수팀은 생쥐에게 아스파탐이 든 먹이를 먹인 결과 인슐린 수치가 급상승하고 동맥에 더 크고 더 많은 지방 플라크가 생기는 것을 확인했다고 밝혔다. 아스파탐은 설탕보다 200배 더 달지만, 열량은 거의 0에 가까워 다양한 제로 식품에 많이 쓰이는 인공 감미료다. 연구팀은 생쥐에게 12주 동안 매일 아스파탐 0.15%가 든 먹이를 먹이며 인슐린 및 염증 인자 수치, 지방 플라크 형성 차이 등을 관찰했다. 연구 기간 생쥐가 섭취한 아스파탐은 사람이 매일 다이어트 탄산음료 3캔을 마신 것과 같은 양으로 측정됐다. 그 결과 아스파탐 함유 먹이를 먹은 생쥐는 먹지 않은 생쥐에 비해 동맥에 더 크고 더 많은 지방 플라크가 형성됐고 심혈관 건강 악화의 특징인 염증 수치도 더 높은 것으로 나타났다. 또 아스파탐이 체내에 들어간 생쥐의 혈액을 분석한 결과 인슐린 수치가 급상승했다. 연구팀은 이러한 현상에 대해 “설탕보다 200배 더 단 아스파탐이 단맛 감지 수용체를 속이는 방식으로 더 많은 인슐린을 분비하게 유도하는 것으로 보인다”며 “입과 장 등에 단맛 감지 수용체가 많은 점을 고려할 때 놀라운 결과는 아니다”라고 전했다. 연구팀은 이러한 인슐린 수치 상승은 혈관 내벽의 면역 신호 단백질(CX3 CL1)을 활성화해 동맥 내 플라크 축적을 촉진한다고 밝혔다. 인슐린이 아스파탐과 심혈관 건강 사이의 핵심 연결고리일 수 있다고 본 것이다. 이어 “아스파탐이 동물의 인슐린 수치를 증가시켜 동맥에 지방 플라크가 쌓이는 죽상 동맥 경화증을 유발해 시간이 지남에 따라 염증 수치를 높이고 심장 마비와 뇌졸중 등의 위험을 높일 수 있음을 보여준다”고 강조했다. 동맥경화증은 주로 혈관의 중간층에 퇴행성 변화가 일어나서 섬유화가 진행되고 혈관의 탄성이 줄어드는 노화현상의 일종이다. 이 때문에 수축기 고혈압이 초래돼 심장근육이 두꺼워지는 심장비대 현상이 나타나게 된다. 차오 교수는 “동맥 혈관 내벽에 있는 CX3 CL1가 혈류 속에 있는 염증 유발 면역 세포를 붙잡는 역할을 한다”며 “아스파탐을 먹인 생쥐의 면역 세포에서 CX3 CL1 수용체를 제거하자 해로운 플라크가 쌓이지 않았다”고 설명했다. 그러면서 “인공 감미료는 거의 모든 종류의 식품에 침투해 있다. 장기적으로 건강에 미치는 영향을 알아야 한다”며 “앞으로 인간을 대상으로 이번 연구 결과를 검증할 계획”이라고 말했다. 차오 교수팀의 연구결과는 과학 저널 셀 메타볼리즘(Cell Metabolism)에 실렸다. 앞서 미국 식품의약청(FDA)은 심혈관 질환(CVD)이나 당뇨병 같은 만성 질환 증가와 관련이 있는 것으로 알려지자 아스파탐 하루 최대 섭취량을 체중 1㎏당 50㎎ 이하로 권장하고 있다. 다만 이와 관련된 메커니즘은 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

발기부전 치료제로 유명한 비아그라는 사실 협심증 치료제로 개발됐다. 임상시험 중 협심증 치료보다는 발기부전 치료에 더 효과가 있는 것이 발견됐기 때문이다. 이와 비슷한 사례는 약물 개발사에서 흔히 만날 수 있다. 탈모방지, 발모 촉진제로 유명한 미녹시딜은 애초 고혈압치료제로 개발돼 사용됐고, 금연 치료제로 쓰이는 부프로피온은 원래 우울증 치료제로 개발됐다. 암 치료제로 많이 쓰이던 인터페론은 관절염에도 효과가 있다는 점이 밝혀지면서 관절염 치료제로도 활용되고 있다. 이런 상황에서 미국 소크 생명과학 연구소 분자·시스템 생리학 연구실, 분자·세포생물학 연구실, 면역생물학·미생물 병리학 연구센터, 하워드 휴스 의학연구소, 캘리포니아 샌디에이고대(UCSD) 생명과학부, 생체공학과, 시애틀 워싱턴대 의대 공동 연구팀은 플루옥세틴으로 알려진 프로작 같은 항우울제가 심각한 감염과 생명을 위협하는 패혈증을 치료·예방하는 데 도움이 될 수 있다고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초 과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 2월 14일 자에 실렸다. 인체의 면역 체계는 외부에서 병원균이 침투할 경우 인체를 보호하는 시스템을 작동시키지만, 때로는 과잉 반응을 일으키기도 한다. 패혈증은 이처럼 면역 체계의 오작동으로 체내 염증 반응이 통제 불능 상태에 되면서 조직과 장기가 손상되고 치료 시기를 놓치면 사망에 이르기도 한다. 사이토카인 폭풍이라는 이런 증상은 중증 코로나19 감염의 특징이기도 하다. 염증을 유발하는 면역 반응을 억제하는 것도 치료법의 하나지만, 문제는 면역 반응을 억제할 경우 초기 감염과 추가 감염에 취약해진다는 것이다. 이 때문에 과학자들은 면역 반응의 강도와 지속 시간을 사전에 조절해 신체 손상을 예방하거나, 감염 자체를 차단하는 방법을 찾고 있다. 이에 연구팀은 생쥐를 두 그룹으로 나눠, 한쪽은 플루옥세틴을 미리 복용시키고, 다른 집단은 그대로 놔둔 다음 박테리아에 감염시켰다. 연구팀은 감염 8시간이 지난 다음 박테리아 수를 측정한 결과, 플루옥세틴 처리한 생쥐에게서는 박테리아가 적은 것으로 나타났다. 이는 플루옥세틴이 박테리아 번식을 제한할 수 있는 항균 특성을 가졌다는 의미다. 연구팀은 두 집단에서 다양한 염증 분자 수치도 측정했는데, 플루옥세틴 처리된 생쥐에게서 항염증 성분인 IL-10이 더 많이 발견됐다. IL-10은 패혈증으로 인한 고중성지방혈증을 막아주는 것으로 알려져 있다. 결국 우울증 치료제 성분이 신체 면역 체계가 감염에 과잉 반응해 다발성 장기 부전이나 심지어 사망에 이를 수 있는 패혈증을 막아줄 수 있다는 의미다. 연구를 이끈 자넬 아이레스 소크 생명과학 연구소 교수는 “감염 치료에서 최선의 전략은 박테리아나 바이러스를 죽이는 동시에 조직과 장기를 보호하는 것”이라며 “기존의 치료제는 병원균 죽이는 것에만 초점이 맞춰져 있는데, 우울증 치료제 성분인 플루옥세틴이 병원균을 차단하고 조직과 장기까지 보호할 수 있다는 것이 이번 연구 결과의 핵심”이라고 말했다.

식사 때마다 습관적으로 탄산음료를 마시는 이들이 있다. 탄산음료에는 건강에 좋지 않은 설탕이 많이 들어간다는 이야기 때문에 다이어트 음료를 선택하는 사람도 적지 않다. 탄산음료뿐만 아니라 아이스크림 등 설탕이 들어가는 제품들에 인공 감미료가 포함돼 무설탕 제품으로 소개되는 경우가 많다. 그런데, 설탕을 대체하는 이런 인공 감미료가 혈관 건강에 심각한 문제를 일으킬 수 있다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 중국 심혈관 리모델링·기능 연구소, 스촨대 부속 서중국병원, 원저우 의대 제5 부속병원, 칭다오대 부속 중앙병원, 웨이팡 인민병원, 푸단대 의대 안과 연구소, 마카오 과학기술대, 산둥대 의대 응급·집중 치료 의학 연구소, 스웨덴 카롤린스카 연구소 미생물과, 미국 하버드의대, 브리검여성병원 공동 연구팀은 인공 감미료 중 하나인 아스파탐이 인슐린 수치를 증가시켜 죽상 동맥 경화를 일으켜 시간에 지남에 따라 체내 염증 수치를 높이고 심장마비와 뇌졸중 위험을 증가시킬 수 있다고 21일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 메타볼리즘’ 2월 17일 자에 실렸다. 설탕 대체 물질이 심혈관 질환이나 당뇨와 같은 만성질환 증가와 관련이 있다는 사실은 알려졌지만, 이와 관련된 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 생쥐에게 매일 아스파탐이 0.15% 포함된 음식을 12주 동안 먹였다. 이는 사람이 매일 다이어트 탄산음료 3캔을 마시는 것과 같은 양이다. 12주가 지난 뒤 관찰한 결과, 인공 감미료를 먹지 않은 생쥐에 비해 아스파탐을 먹인 생쥐는 동맥에 더 크고 더 많은 지방 찌꺼기가 생기고, 염증 수치는 더 높게 나왔다. 연구팀은 쥐의 혈액을 분석한 결과, 아스파탐이 체내에 들어간 뒤 인슐린 수치가 급상승하는 것을 발견했다. 입, 장, 기타 조직에 인슐린 방출에 유도하는 단맛 감지 수용체가 있는데, 설탕보다 200배 더 단 아스파탐은 수용체를 속여 더 많은 인슐린을 분비하게 하는 것이 확인됐다. 인슐린 수치 상승이 쥐의 동맥에서 지방 찌꺼기가 쌓이도록 하는 원인은 CX3CL1이라는 면역 신호라는 것을 밝혀냈다. 이 물질은 혈관 내벽 표면에 붙어, 면역세포를 가둬 혈관 염증을 유발하는 것으로 나타났다. 이에 연구팀은 아스파탐을 먹인 생쥐의 면역 세포에서 CX3CL1 수용체를 제거하자 해로운 지방 찌꺼기가 쌓이지 않는 것이 관찰됐다. 연구를 이끈 이하이 차오 스웨덴 카롤린스카 연구소 교수(혈관 생물학)는 “혈관 염증이 뇌졸중, 관절염, 당뇨병에 관여한다는 점을 고려할 때 CX3CL1은 심혈관 질환을 넘어 만성 질환의 잠재적 표적이 될 수 있다”라며 “인공 감미료는 거의 모든 종류의 식품에 포함돼 있기 때문에 장기적으로 건강에 미치는 영향을 고려해야 한다”고 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.

“난 디저트 배 따로 있어.” 배가 아무리 불러도 디저트가 나오면 또 먹게 되는 뇌의 메커니즘이 밝혀졌다. 설탕을 먹으면 포만감을 조절하는 뇌 신경세포가 마약성 호르몬을 분비해 식욕이 더 촉진되면서 디저트를 먹고 싶어진다는 것이다. 14일 과학 저널 사이언스(Science)에 게재된 연구에 따르면 독일 쾰른 막스 플랑크 신진대사 연구소(MPIMR) 헤닝 펜셀라우 박사팀은 “설탕에 대한 생쥐 뇌 반응을 조사한 결과, 포만감을 조절하는 프로오피오멜라노코르틴(POMC) 신경세포가 설탕에 반응해 식욕을 촉진하는 것으로 나타났다”고 밝혔다. 열량 과잉이나 식사 후처럼 칼로리 부족이 해소될 때 나타나는 포만감은 안정적인 체중 유지를 위한 중요한 신경 생물학적 과정이다. 연구팀은 포만감을 느낀 후에도 달콤한 음식을 먹고 싶은 욕구가 증가하는 현상은 흔히 일어나는데, 설탕에 대한 이런 식욕 증가는 식사 후 가장 두드러지며 이는 광범위한 디저트 소비로 이어진다고 지적했다. 연구팀은 이 연구에서 배가 부른 상태에도 디저트를 찾게 만드는 일명 ‘디저트 배’(dessert stomach)의 원인을 찾기 위해 설탕에 대한 생쥐의 반응을 조사했다. 그 결과 완전히 포만감을 느낀 상태에서도 여전히 디저트를 먹는 생쥐가 있었으며, 포만감 조절 뇌 신경세포 중 하나인 시상하부(hippothalamus) POMC 신경세포가 이를 담당하는 것으로 밝혀졌다. 시상하부 POMC 뉴런은 포만감을 조절하는 주요 뉴런으로, 흥분성 멜라노코르틴 신경펩티드를 통해 배가 부를 때 음식 섭취를 줄이도록 한다. 그러나 POMC 뉴런은 생쥐가 포만감을 느낄 때 설탕을 먹으면 포만감 자극 물질뿐 아니라 체내 마약성 호르몬인 β-엔도르핀도 함께 분비하는 것으로 밝혀졌다. 연구팀은 β-엔도르핀은 다른 신경세포의 아편 수용체에 작용해 보상감을 유발, 포만감을 넘어서도 계속 설탕을 먹게 만든다고 설명했다. β-엔도르핀이 작용하는 뇌 오피오이드 경로(opioid pathway)는 설탕을 추가로 섭취할 때는 활성화되지만 다른 음식이나 지방을 섭취할 때는 활성화되지 않았다. 또 이 경로를 차단한 생쥐는 설탕을 줘도 더 먹지 않았고, β-엔도르핀 분비를 억제할 때 설탕을 먹지 않는 현상은 포만감을 느끼는 생쥐에게서는 나타났지만, 굶주린 생쥐에게서는 관찰되지 않았다. 이어 사람들에게 튜브로 설탕을 투여하면서 뇌를 스캔한 결과 생쥐와 동일한 뇌 영역이 설탕에 반응했으며, 포만감 신경세포와 가까운 영역에 β-엔도르핀이 작용하는 아편 수용체가 많은 것으로 나타났다. 펜셀라우 박사는 “진화론적 관점에서 보면 설탕은 자연에 흔치 않지만 먹으면 에너지 보상이 빠르다”며 “뇌는 설탕이 있으면 그때마다 먹도록 프로그램된 것 같다”고 분석했다. 이어 “이 연구 결과는 비만 치료에도 중요할 수 있다”며 “뇌의 아편 수용체 차단 약물은 식욕 억제 주사보다 체중 감소 효과가 작지만 이를 다른 치료법과 병용하면 매우 유용할 수 있다”고 전했다.

악성 루트비히 판 베토벤은 청력을 잃고도 위대한 작품들을 작곡한 것으로 유명하다. 이 때문에 역경을 극복한 인물을 이야기할 때 손꼽히는 위인이다. 그런데, 만약 베토벤의 청력 상실이 스트레스 때문이라고 생각해볼 수는 없을까. 적절한 스트레스는 삶의 원동력이 되기도 하지만, 각 개인의 역치를 넘어선 스트레스가 반복적으로 지속된다면 심각한 정신적 문제는 물론 신체적 기능에도 이상을 유발하는 경우가 많다. 반복적 스트레스는 청력 상실을 유발할 수 있다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 이스라엘 네게브 벤구리온대 생명과학과, 뇌 과학 연구센터 공동 연구팀은 반복적인 스트레스는 청각 장애를 일으키고, 심할 경우 청력을 잃게 될 수 있다고 13일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 생물학 분야 국제 학술지 ‘플로스 생물학’ 2월 11일 자에 실렸다. 반복적 스트레스는 신체 및 정신 건강에 부정적 영향을 미친다. 세상을 인식하는 방식에도 변화를 일으켜 작은 소리에도 깜짝 놀라거나 땀을 비 오듯 쏟아낸다거나 냄새나 빛, 소리 등 작은 자극에도 쉽게 짜증을 내는 등 증상을 유발할 수 있다. 연구팀은 반복적 스트레스가 감각 정보 처리 방식에 어떤 영향을 미치는지에 주목했다. 연구팀은 생쥐들을 일주일 동안 매일 30분씩 몸을 거의 움직이기 힘들 정도로 좁은 공간에 가둬, 스트레스를 가했다. 그 다음 생쥐에게 다양한 높낮이의 음을 들려주면서 어떤 반응을 보이는지 관찰했다. 극도의 스트레스에 노출된 일주일 후, 청각 뇌간에서 측정한 청각 능력은 정상으로 유지되는 것이 관찰됐다. 청각 피질에서는 스트레스를 받은 동물의 자발적 신경 활동이 더 높게 나타났다. 즉, 스트레스를 받은 생쥐는 소리를 크게, 부드럽거나 조용하게 구분해 내는 행동 과제에서 더 큰 소리를 조용한 소리로 인식하는 경향이 컸다. 이는 소리에 대한 인식이 줄어들었음을 나타낸다. 이번 연구는 쥐를 대상으로 하고 있지만, 결과는 반복적 스트레스가 동물이 주변 세계를 인식하고 반응하는 방식을 바꿀 수 있다는 것을 의미한다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 제니퍼 레스닉 교수는 “이번 연구는 반복적 스트레스가 학습이나 기억 같은 복잡한 작업에만 영향을 미치는 것이 아니라 일상의 중립적 자극에 반응하는 방식에도 변화를 줄 수 있음을 시사한다”고 말했다.

소리 들을 때 신경 활동에 잔영 남겨 입력된 자극과 비교해 강하게 반응외부서 동시다발적 감각 신호 올 때우선순위 정해 의사결정 과정 확인 과학기술 발전으로 거대 우주와 극소 미립자의 비밀이 속속 밝혀지고 있지만, 우리 양쪽 귀 사이에 존재하는 1.4㎏짜리 물체의 수수께끼는 여전히 베일에 싸여 있다. 단단한 머리뼈 속에 자리잡은 말랑말랑한 순두부 같은 형태의 ‘뇌’는 우리 몸무게의 2% 정도에 불과하다. 그렇지만 몸속으로 들어오는 산소 15%와 포도당 50%를 사용하고 1000억개의 신경세포로 연결돼 있으며 여러 가지 형태로 얽혀 1000조개에 이르는 시냅스를 구성하고 있는 뇌는 사람을 사람답게 만드는 기관이자 작은 우주다. 뇌과학 연구가 활발해지면서 수수께끼의 소우주 ‘뇌’의 비밀이 하나둘씩 풀리고 있다. 미국 컬럼비아대 생명과학과 연구팀은 대뇌피질이 외부 세계에서 받은 새로운 정보를 식별하고 부호화해 이전 정보와의 차이를 이해하는 과정에 관한 메커니즘을 규명했다고 12일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 2월 11일자에 실렸다. 대뇌피질은 포유류 뇌에서 가장 넓은 표면적을 가진 부분이다. 인간의 경우 지각, 사고, 기억 저장, 의사 결정 등 우리가 흔히 뇌에서 한다고 생각하는 것들을 모두 관장하는 부분이다. 연구팀은 지난해 노벨물리학상 수상자 중 한 명인 존 홉필드가 제시한 신경망 모델을 바탕으로 생쥐가 익숙한 감각 자극과 새로운 감각 자극을 어떻게 구분하고 반응하는지 실험했다. 연구팀은 생쥐에게 다양한 음높이에서 재생되는 소리를 들려주면서 대뇌피질 중 청각 피질의 변화를 측정했다. 그 결과 하나의 뉴런이 아니라 뉴런 뭉치가 어떤 소리가 재생되는지, 그리고 얼마나 새로운 소리인지에 대해 반응하는 것을 발견했다. 또 각 소리 자극은 신경 활동에 잔영(에코)을 남기고 단기 기억을 형성한다는 사실도 확인했다. 기억 중추에 새겨진 활동 에코는 이후 입력되는 자극과 비교해 새로운 것인지 이전 자극인지를 구분하고, 새로운 자극에 대해서는 더 강하게 반응한다는 점도 밝혀 냈다. 그런가 하면 프린스턴대 신경과학연구소와 콜드스프링하버 연구소 공동 연구팀은 뇌가 눈이나 귀 등 감각기관을 통해 입력되는 정보를 어떻게 의사 결정 과정에서 활용하는지 설명할 수 있는 수학 모델을 개발했다고 12일 밝혔다. 이 연구 결과는 뇌과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 신경과학’ 2월 10일자에 발표됐다. 깨어 있을 때는 다양한 감각 신호가 입력돼 뇌로 전달된다. 일반적으로 뇌는 입력 신호를 인식하고 구분해 상황에 대한 정확한 판단을 할 수 있게 돕는다. 의사 결정과 같은 고등 인지능력 발휘에서 중요한 뇌 영역은 눈 바로 뒤에 있는 전전두엽 피질이다. 그렇지만 이 부분이 어떤 식으로 작동하는지는 오랫동안 수수께끼로 남아 있었다. 이에 연구팀은 원숭이와 사람을 대상으로 실험한 결과 외부에서 처리해야 할 감각 신호가 동시다발적으로 입력되면 전전두엽 피질 세포는 우선순위를 정해 하나의 정보를 처리한다는 사실을 확인했다. 하나의 정보를 처리하는 동안 다른 정보를 처리하는 인접 세포는 차단한다는 사실도 발견했다. 이번 연구 결과는 알츠하이머 치매와 같은 퇴행성 뇌 질환으로 인한 뇌 회로 오류를 개선하고 인공 두뇌를 더 유용하게 사용할 수 있는 방법을 개발하는 데 도움을 줄 것이라고 연구팀은 설명했다.