단백질은 생명체 작동에 있어서 필수적인 단위이다. 단백질 생산을 위해서는 DNA와 RNA의 유기적 조정이 필요하다. RNA는 무수한 종류의 단백질을 만들 때 직접 작용하는 고분자 화합물이고 DNA는 RNA의 작용을 조절하는 역할을 한다. 즉 RNA는 DNA가 갖고 있는 유전정보에 따라 필요한 단백질을 합성하는 역할을 하는 물질이다. 최근 중국과 미국 연구자들이 RNA의 변화가 기억과 학습에 직접적인 영향을 미칠 수 있다는 사실을 확인했다. 미국 시카고대 화학과, 생화학·분자생물학과, 신경생물학과, 생물물리역학연구소, 하워드휴즈의학연구소, 펜실베니아대 의대, 중국 상하이공대 생명과학공학부, 저장대 실험동물센터, 화둥사범대 생명과학부, 난징의대 공동연구팀은 mRNA(메신저RNA)의 화학적 변형 형태인 N6-메틸아데노신(m6A)을 인식하는 특정 단백질이 학습과 기억 형성 과정에 중요한 역할을 한다는 사실을 확인했다고 2일 밝혔다. 이번 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 지난달 31일자에 실렸다. 후성유전학(epigenetics)은 DNA나 RNA의 염기서열이 변화하지 않는 상태에서 외부 또는 환경적 요인으로 인해 화학적 변형만으로도 유전자 발현 상태가 달라지는 것을 연구하는 학문이다. 분자적 수준에서 정확히 이해되고 있지는 않지만 DNA 메틸화와 히스톤 단백질의 변형이 원인으로 알려져 있다. 실제로 후성유전학적 변화는 면역계 반응, 신경계 발달, 암, 비만 등 다양한 생물학적 과정에 영향을 미치는 것으로 이해되고 있다. DNA에서 단백질로 정보를 전달하는 역할을 하는 것으로 메신저RNA(mRNA)이다. 포유류의 mRNA에 있어서 가장 일반적인 변형은 m6A으로 신경계에 널리 퍼져 있으면서 신경기능 일부를 조정하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 m6A를 인식하는 ‘Ythdf1’이라는 단백질이 학습과 기억 형성 과정에서 중요한 역할을 한다는 사실을 발견한 것이다. 연구팀은 3세대 유전자 가위기술인 크리스퍼-캐스9을 이용해 생쥐에게서 Ythdf1 단백질을 제거한 뒤 학습과 기억 실험을 했다. 연구팀은 Ythdf1 단백질이 완전히 제거된 생쥐와 일반 생쥐를 대상으로 미로 찾기와 수영 측정, 특정 소리와 함께 전기충격을 가한 뒤 청각 공포기억을 측정했다. 그 결과 Ythdf1 단백질이 제거된 생쥐는 미로찾기는 물론 청각공포 체험을 여러 번 반복시켜도 기억을 하지 못하는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 생쥐에게 Ythdf1 단백질을 주입해 다시 똑같은 실험을 한 결과 기억력과 학습 과제 수행 능력이 향상되는 것을 확인했다. RNA 변형 단백질이 기억과 학습능력 향상에 도움을 준다는 설명이다. 송홍준 펜실베니아대 의대 신경과학과 교수는 이번 연구는 유전자 번역 과정이 변화될 경우 신경자극이 어떻게 반응하는지를 보여주는 흥미로운 발견”이라며 “m6A 변형은 학습과 기억 뿐만 아니라 면역계에서도 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있는 만큼 다른 자극에 미치는 영향까지 추가적 연구가 필요하다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

찬 바람이 불면서 병원에는 독감예방접종을 받으라는 안내문이 붙는다. 독감에 취약한 12세까지 어린이와 만 65세 이상 어르신을 대상으로는 국가에서 독감백신을 무료 접종하고 있다. 물론 독감 예방접종을 받는다고 해서 독감에 걸리지 않는 것은 아니다. 매년 여름 세계보건기구(WHO)는 해마다 그 해에 유행될 것으로 예상되는 표준 독감바이러스주를 공표한다. 이에 따라 독감백신 제조사는 표준 독감바이러스주를 포함시켜 백신을 만든다. 문제는 그 해에 유행하는 독감바이러스와 백신 바이러스주가 일치하면 예방효과가 높지만 그렇지 않으면 백신효과가 떨어진다. 이는 모든 형태의 독감 바이러스를 막을 수 없기 때문이다. 그런데 모든 종류의 독감 바이러스를 막을 수 있는 백신 개발이 동물실험에 성공해 이목을 끌고 있다. 더군다나 주사 형태가 아니라 코 속에 뿌리기만 하면 되는 간단한 방식이기 때문에 더욱 관심이 높아지고 있다. 미국 스크립스생물학연구소, 펜실베니아대 의대, 중국 홍콩대 보건대와 다국적 제약사 얀센의 미국 연구개발(R&D)센터, 네덜란드 백신 및 예방센터, 벨기에 정량과학센터, 벨기에 감염질병센터 공동연구팀은 남미에 사는 낙타과 동물인 ‘라마’에게서 추출한 항체로 만든 분무제가 모든 독감 바이러스를 막아준다는 연구결과를 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 2일자에 발표했다. 바이러스성 질병들은 대부분 복잡 다변한 변이성 때문에 예방 백신을 만들기가 쉽지 않다. 연구팀은 라마에게서 얻은 네 개의 항체와 한 개의 무해한 바이러스를 혼합해 만든 스프레이형 백신이 모든 독감 바이러스를 막을 수 있을 것이라는 연구결과를 발표했다. 특히 생쥐를 대상으로 한 1차 동물실험 결과 인간을 감염시키는 모든 독감 바이러스를 예방해주는 것으로 확인됐다. 연구팀은 범용 백신을 만들기 위해 3개의 상이한 독감바이러스와 2개의 독감 표면단백질이 포함된 백신을 라마에게 접종했다. 연구팀은 독감 바이러스를 주입받은 라마가 만들어 낸 네 개 종류의 항체를 수확한 뒤 이를 하나의 분자로 결합시켰다. 이렇게 만들어진 항체 분자를 유전자 실험에서 흔히 사용하는 인체에 무해한 아데노부속바이러스(AAV)에 탑재시킨 뒤 일단 시험관 내 감염실험을 실시했다. 그 결과 사람을 감염시키는 A, B형에 해당하는 60여가지 독감 바이러스를 막는 효과가 확인됐다. 그 다음 연구팀은 생쥐에게 범용 백신을 주사하거나 코에 분무하는 방식으로 접종한 뒤 독감 바이러스에 대한 반응을 확인했다. 동물실험에서도 사람을 감염시키는 거의 모든 종류의 독감에 예방 효과가 있다는 사실을 확인했다. 또 코에 분무하거나 주사접종 방식 모두 차이를 보이지 않고 똑같이 예방효과가 있는 것으로 나타났다. 이언 윌슨 스크립스연구소 통합구조·전산생물학부 교수는 “이번 기술은 독감 유행철마다 예상바이러스에 맞춰 주문 생산하는 기존 백신보다 범용성을 갖기 때문에 대규모로 비축될 수 있다는 장점이 있다”라며 “기존 백신의 예방효과가 상대적으로 낮은 노약자들이나 주사에 대해 거부감이 있는 사람들에게 도움이 될 것”이라고 설명했다. 면역학자들은 이번 연구결과에 대해 “인간을 대상으로 한 임상시험에 앞서 많은 실험과정이 필요하지만 범용 백신 개발이라는 차원에서 주목할만한 연구”라는 평가를 내놓으며 환영하는 분위기이다. 그러나 한편에서는 인간에 대한 임상시험을 통과하기가 쉽지 않을 것이라는 예측을 내놓기도 했다. 독감바이러스 전문가인 제임스 크로 미국 밴더빌트대 교수는 “라마에서 유래한 단백질을 변형시킨 백신이기 때문에 인간 면역계에서는 이를 이물질로 보고 항체를 형성할 가능성을 배제할 수 없다”며 “백신에 대해 인체에서 항체를 만들어 낼 경우 어떤 증상이 나타날지 아직 모르기 때문에 동물 바이러스를 이용해 독감을 예방하는 이번 기술은 규제당국의 까다로운 심사를 넘기가 쉽지 않을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 암 세포까지 항암제를 손실없이 갖고 이동한 뒤 정확히 치료하는 일종의 ‘나노 항암제 폭탄’ 기술을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 유자형, 김채규 교수와 생명과학부 강세병 교수 공동연구팀은 항암제를 암세포까지 손실없이 이동시켜 정확히 치료할 수 있는 약물 전달체 플랫폼 기술을 개발했다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 1일자에 실렸다. 약물 전달체는 치료제를 담아 표적으로 삼은 세포에 전달하는 물질이다. 나노기술을 이용한 약물 전달체는 지금까지도 많이 개발됐지만 실제 치료효과는 기대만큼 크지 않았다. 나노 약물 전달체를 암이 생긴 생쥐에게 주사했을 때 100개 중 7개 정도만 암세포로 도달한다는 연구결과들이 보고된 것만 봐도 알 수 있다. 이런 낮은 효율은 ‘단백질 코로나 현상’ 때문이다. 단백질 코로나 물질은 일단 나노 전달체를 주입하면 몸 속에 있는 수많은 단백질이 약물 전달체에 달라붙으면서 움직임이 둔해져 암세포에 도달하기도 어렵고 도달한 다음에도 약물을 내보내기 어려워지고 심지어는 다른 정상적인 조직에 영향을 미쳐 독성이 생기는 부작용까지 보이기도 한다. 연구팀은 체내 다른 단백질들과는 상호작용을 하지 않는 부분과 특정 유전자 서열에 따라 달라 붇는 기능성 부분으로 이뤄지는 재조합 단백질을 만들었다. 항암 나노입자를 이 재조합 단백질로 둘러싸 다른 단백질과는 결합하지 않는 대신 암 조직까지 정확히 찾아갈 수 있도록 한 것이다.연구팀은 실제 생체환경에서도 작동하는지 알아보기 위해 생체와 유사한 실험환경을 만들어 재조합 단백질 결합 나노항암제를 담가두고 관찰하면서 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했다. 그 결과 단백질 보호막이 외부 단백질을 효과적으로 막아 기존 나노항암제보다 효율이 10배 이상 높아진 것으로 확인됐다. 이와 함께 암을 유발시킨 생쥐에게 새로운 나노단백질 항암제 폭탄을 주입한 결과 기존 약물 전달체보다 암세포를 더 잘 공격하면서도 나노물질이 정상 조직에 쌓여 드러내는 ‘나노 독성’도 적은 것으로 밝혀졌다. 유자형 자연과학부 교수는 “이번 연구결과는 새로운 포적 지향형 약물 전달 시스템 원천기술을 확보했다는 의미를 갖고 암 치료 뿐만 아니라 다양한 질병의 진단과 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”며 “앞으로 재조합 단백질 설계를 다르게 하며 다양한 역할을 수행할 플랫폼을 개발할 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

TV나 라디오의 육아상담, 가정상담 코너에는 간혹 남편들이 ‘아내가 아이를 낳은 뒤 연애시절처럼 자신에게 관심을 가져주지 않는다’는 불평불만(?)의 사연을 보내오는 경우가 있다. 육아에 지친 아내에게 아이말고 자신에게도 관심을 가져달라고 하는 요구가 무리이고 아내와 집안일을 분담하면서 자연스럽게 다시 관계를 회복할 수 있다는 결론이 대부분이다. 그런데 일본과 미국 생물학자들이 남편, 아내, 아이 3각 관계 속에서 아내가 남편에게 관심을 갖지 않는 것은 단순히 심리적 무게감 때문만이 아니라 생물학적 요인도 있다는 사실을 밝혀내 주목받고 있다. 바로 아기에게서 분비되는 페로몬이 엄마의 성적 본능을 억제시킨다는 것이다. 일본 도쿄대 농업및생명과학대학원, 이화학연구소(RIKEN) 뇌과학센터, RIKEN 바이오시스템 역학연구센터, 미국 하버드대 의대 세포생물학과 공동연구팀은 생쥐실험을 통해 새끼와 엄마 생쥐간에 페로몬으로 소통을 하며 새끼 생쥐가 분비하는 페로몬은 엄마의 리비도를 억제하는 효과가 있다고 29일 밝혔다. 리비도(Libido)는 정신분석학자인 프로이트가 제시한 개념으로 성(性)본능을 의미하며 인간이 태어날 때부터 갖추고 있는 본능에너지를 말한다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 26일자(현지시간)에 실렸다. 연구팀은 아기 생쥐와 함께 있는 엄마 생쥐들이 아빠 생쥐들과 일정 기간 동안 짝짓기하는 것을 거부하는 것을 관찰하고 그 원인을 추적했다. 아기 생쥐들에게서는 ‘외분비선 분비 펩타이드22’(ESP22)라는 무색 무취의 페로몬이 나오는데 특히 새끼들의 눈물 속에 많이 포함돼 있다는 사실을 확인했다.연구팀은 출산하지 않거나 짝짓기를 하지 않은 암컷 생쥐들에게 ESP22를 노출시킨 결과 수컷 생쥐들과 짝짓기를 거부하는 것을 관찰했다. 연구팀은 지난 2010년에 수컷 생쥐 눈물에 포함된 ESP1이라는 페로몬이 암컷 생쥐의 성충동을 유발시킨다는 사실을 발표한 바 있다. 연구팀은 ESP22와 ESP1에 암컷 생쥐를 동시에 노출시켜본 결과 ESP22가 ESP1을 압도해 성충동을 억제한다는 사실을 새로 확인했다. 연구팀 관계자는 “새끼가 여러 마리일 경우 진화생물학적으로 한정된 자원을 경쟁해야 하는 상황이 벌어지게 된다”며 “새끼 생쥐의 눈물에 포함된 ESP22는 엄마의 성충동을 억제함으로써 자원을 놓고 경쟁할 수 있는 형제, 자매 숫자를 줄이려는 자연의 선택으로 봐야할 것”이라고 해석했다. 연구팀은 각종 질병을 옮기는 시궁쥐와 같은 쥐들을 없애는데 눈물에서 나오는 페로몬을 사용함으로써 개체를 줄여나갈 수 있을 것으로 기대하고 있다. 토우하라 카주시게 도쿄대 응용생화학과 교수는 “페로몬이라는 호르몬 자체는 동물의 종(種)마다 특이적 성질을 갖고 있어 다르게 작용하기 때문에 이번에 나온 생쥐 실험결과를 사람에게 직접 적용해 설명하는 것은 쉽지 않다”라면서도 “페로몬과 다른 여러 종류의 화학신호에 동시에 노출되는 자연 환경에서 뇌가 어떻게 특정 페로몬에 대해 인식하고 반응하는지를 보여준 연구로 페로몬이 사람에게도 특정 행동을 유발케 하는 것은 분명할 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 들어 주의력결핍 및 과잉 행동장애(ADHD), 분노조절장애 등에 시달리는 사람들이 늘고 있다. 또 충동성으로 인한 각종 분노 범죄나 약물 중독 같은 일도 적지 않다. 많은 학자들은 이런 일의 근원을 찾는 데 몰두하는 가운데 국내 연구진이 이런 충동성 행동을 조절하는 신경회로를 처음으로 발견하는 데 성공했다. 고려대 생명과학과 백자현 교수팀은 동기, 학습, 감정에 관여하는 뇌의 편도체에서 도파민 관련 신경세포를 특이적으로 활성화시켜 충동성이 조절되는 것을 관찰했다고 28일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호(22일자)에 실렸다. 충동성은 심사숙고라는 과정 없이 결과에 대해 생각하지 않은 채 기분에 따라 즉각적으로 행동하려는 것으로 정의된다. 충동성이 심해질 경우 중독관련 질환, 인격장애, 충동조절장애 같은 여러 종류의 정신질환으로 이어질 수 있다. 실제로 한국의 경우 ADHD는 2010~2013년 3년 동안 3배 가까이 증가했고 미국에서도 최근 15년 동안 3배가량 증가했다. 또 국내에서는 분노조절장애로 진료받은 환자는 2015년 5390명, 2016년 5920명, 2017년 5986명에 이르는 것으로 나타났다. 연구팀은 유전자 조작 생쥐와 빛을 이용해 특정 세포의 활성을 조절하는 광유전학 방법을 이용해 뇌의 어떤 부위에서 충동적 행동을 조절하는지 분석했다. 그 결과 D2 도파민 수용체가 충동성 조절에 핵심역할을 한다는 것을 밝혀냈다. 도파민은 뇌신경세포의 흥분 전달물질로 운동, 인지, 동기 부여에 영향을 줘 D1~D5까지 다섯 종류가 있다. 실제로 생쥐실험을 통해 D2형 도파민 수용체가 부족한 생쥐는 충동적 행동이 증가한다는 것을 확인했다. 반면 도파민 관련 신경세포를 활성화시키면 D2형 도파민 수용체가 활발해져 충동적 행동이 70% 정도 감소된다는 것을 발견했다. 백자현 교수는 “이번 연구는 지금까지 밝혀지지 않았던 새로운 충동성 조절 신경회로를 규명했다는데 의미가 있다”며 “자기통제능력의 결여로 인한 중독, 인격장애, 분노조절 장애 같은 현대 사회에서 특이하게 나타나는 각종 정신질환의 치료 타겟을 정하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 축구장이나 야구장을 푸르게 물들이고 있는 잔디 추출물을 이용해 국내 성인 10명 중 1명이 앓고 있는 당뇨를 치료할 수 있는 물질을 개발해 화제가 되고 있다. 한국원자력연구원 첨단방사선연구원 연구진은 잔디의 일종인 ‘센티페드그라스’를 이용해 당뇨 치료에 도움을 주는 천연물질을 추출해 유럽, 미국, 중국에 특허 등록을 완료했다고 14일 밝혔다. 당뇨는 인슐린 자체를 분비하지 못하는 선천성 당뇨, 흔히 소아 당뇨로 불리는 ‘1형 당뇨’와 성인이 돼 비만으로 인해 인슐린 수용체가 변화돼 인슐린을 처리하지 못하는 ‘2형 당뇨’가 있다. 연구팀은 센티페드그라스에 항산화 기능이 뛰어난 메이신, 루테올린, 이소오리엔틴 같은 생리활성 물질이 포함돼 있고 이들이 당뇨 치료에 최적화 돼 있다는 사실을 확인했다. 연구팀은 방사선을 조사해 이들 물질 함량을 증가시켜 추출하는 방법을 개발했다. 연구팀이 추출한 이들 물질은 1, 2형 당뇨 모두에 치료효과를 갖고 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 1형, 2형 당뇨를 유발시킨 생쥐를 이용해 이들 물질을 투여하는 실험을 실시했다. 그 결과 인슐린 수용체가 20~30% 더 활성화됨에 따라 2형 당뇨 생쥐가 정상으로 돌아오는 것이 확인됐다. 또 췌장의 베타세포 파괴로 인슐린 분비가 원활하지 못한 1형 당뇨 생쥐의 경우에도 추출물을 투입한 결과 인슐린 분비가 증가돼 혈당이 정상으로 돌아온 것이 확인됐다. 이와 함께 해당 추출물을 투여하는 실험을 한 결과 인슐린 혈당조절 능력이 2~3배 증가함에 따라 당뇨 치료 뿐만 아니라 항당뇨 활성효과를 통해 예방 가능성을 보여줬다. 배형우 박사는 “이번 연구는 천연 잔디추출물을 이용한 당뇨 예방 및 치료제가 만들질 수 있음을 보였다”라며 “특허 등록을 한 만큼 국내외 제약사에 관련 기술을 이전해 실제 치료제로 개발될 수 있도록 연구를 지속해 나갈 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

●경북대 의대, 미토콘드리아 효소 조절로 당뇨 치료 경북대 의대 이인규, 전재한 교수팀이 세포 소기관인 미토콘드리아의 효소를 억제해 미토콘드리아 기능을 회복시키고 포도당 생성을 억제하는 방식으로 성인 당뇨로 불리는 ‘제2형 당뇨’ 치료 기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 의학 분야 국제학술지 ‘당뇨’ 최신호(1일자)에 실렸다. 제2형 당뇨의 근본 원인은 미토콘드리아 기능 저하로 인한 인슐린의 저항성 때문으로 알려져 있다. 연구팀은 생쥐실험을 통해 미토콘드리아 효소인 PDK4를 억제하면 간에서 포도당 합성이 억제되고 혈당이 감소한다는 사실을 확인했다. ●KIST, 피부처럼 늘어나는 전자소자 개발 한국과학기술연구원(KIST) 정승준 박사와 서울대 전기정보공학부 홍용택 교수 공동연구팀은 피부처럼 늘어나면서도 전기적, 기계적 특성이 변하지 않는 전자소자를 개발하는 데 성공했다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 최신호 표지 논문으로 실렸다. 이번에 개발된 웨어러블 전자소자는 피부처럼 얇고 신축성을 갖는 동시에 기계적 강도와 탄성률이 높은 투명 구조체로 만들어졌다. 이번에 개발된 투명 소자는 웨어러블 전자기기와 디스플레이에 다양하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

사람의 뼈와 연골 같은 골격을 형성하는 줄기세포가 발견됐다. 그동안 생쥐 실험에서는 발견됐던 골격 줄기세포가 사람에게서 처음 발견됨에 따라 골절이나 관절손상, 골다공증 같은 뼈 관련 질환의 새로운 치료방법을 개발할 수 있을 것으로 기대되고 있다.미국 스탠포드대 의대 줄기세포생물학 및 재생의학연구소, 캘리포니아 샌디에고대 소아과 및 컴퓨터과학과, 오스트리아 그라츠의대, 일본 이화학연구소(리켄) 의과학혁신허브센터 공동연구팀은 뼈와 연골 등으로만 성장하는 골격 줄기세포를 발견하는데 성공했다고 밝혔다. 연구팀에 따르면 이번에 발견한 인간 골격줄기세포는 지방흡입 후 폐기되는 지방에서도 추출해 만들 수 있다는 것이 특이하다. 이번 연구결과는 세계적인 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 최신호(20일자)에 실렸다. 많은 과학자들이 그동안 인간 골격줄기세포를 찾아왔지만 지금까지는 중간엽줄기세포 밖에 발견하지 못했다. 중간엽줄기세포는 뼈와 연골 뿐만 아니라 지방, 근육, 혈관 등 인체의 다양한 조직으로 분화할 수 있기 때문에 진정한 골격줄기세포라고 볼 수 없다. 연구팀은 우선 유전자 편집을 통해 줄기세포의 종류에 따라 각기 다른 색깔을 갖도록 하는 ‘레인보우 생쥐’를 만들어 골격줄기세포 형성 과정을 추적했다. 그 다음 연구팀은 태어나는 과정에서 사망한 태아의 뼈를 이용해 레인보우 생쥐의 골격줄기세포와 유사한 유전자 발현 패턴을 가진 세포를 찾는데 성공했다. 이 같은 연구결과를 바탕으로 연구팀은 고관절이나 무릎관절 치환술 같은 정형외과 수술 과정에서 나온 성인의 뼛조각을 배양접시에서 배양한 결과 지방이나 근육, 혈관 등 다른 조직으로 분화하지 않고 오로지 새로운 뼈와 연골을 만들어 내는 줄기세포를 발견해 냈다. 연구팀은 골격줄기세포를 대량으로 생산하기 위해 성인 세포로 만든 유도만능줄기세포(iPSC)를 뼈성장촉진 화합물과 비타민을 넣고 배양접시에서 배양하는데도 성공했다. 이들은 지방흡입 후 버려진 지방에서 기질세포를 분리한 뒤 뼈성장인자단백질과 함께 배양한 결과 골격줄기세포를 만드는데 성공하기도 했다. 찰스 찬 스탠포드대 의대 교수는 “이번 연구를 통해 인간에게도 골격줄기세포가 있다는 사실을 확인했을 뿐만 아니라 지방흡입을 통해 버려지는 일종의 의료폐기물인 지방으로 골격줄기세포를 손쉽게 만들 수 있다는 것을 보여줘 골다공증 같은 뼈 관련 질환의 획기적 치료법을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 그러나 찬 교수는 “실제 실용화되기까지는 임상시험 등을 거쳐야 하기 때문에 시간이 좀 더 걸릴 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지난해 기준 한국인 암 사망률 2위는 간암으로 전년과 비교해 8% 가량 줄기는 했지만 여전히 사망률이 높은 암이다. 간암세포가 커지고 다른 조직으로 전이되는 원인이 알고보니 인슐린 때문이라는 사실을 국내 연구진이 밝혀냈다. 박재봉 한림대 의대 연구팀은 정상 간세포와 간암세포를 비교해 본 결과 인슐린의 작용 기전이 서로 다르고 인슐린 농도가 높은 당뇨환자에게서 간암 세포가 더 빨리 커진다는 사실을 규명했다고 1일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘파셉’ 최신호에 실렸다. 인슐린은 혈액 중 포도당을 글리코겐 형태로 바꿔 간이나 근육에 저장하는 호르몬이다. 인슐린이 정상 세포에서 작동하는 메커니즘은 활발히 연구돼 왔지만 암세포에서 포도당 대사나 암에 미치는 영향은 거의 연구되지 않은 상태다. 연구팀은 생쥐 실험을 통해 인슐린과 정상 세포와 간암 세포의 변화를 비교분석했다. 연구팀은 일반 생쥐에게 인슐린을 주사한 다음 혈중 포도당 농도를 측정한 결과 3시간 이후 최저치로 감소하고 간 조직 내 피루브산 탈수소효소(PDH)로 인해 포도당 분해가 촉진되는 것을 확인했다. 그러나 간암세포에서는 PDH 활성이 떨어져 피루브산을 제대로 분해하지 못하고 젖산으로 변화시키는 것이 확인됐다. 연구팀은 이를 통해 정상 간세포와 간암세포간 인슐린 처리 과정이 전혀 다르다는 사실을 확인했다. 이 때문에 인슐린 농도가 높은 당뇨환자가 간암에 걸릴 경우 간암세포가 더 빠르게 증식하고 다른 조직으로 쉽게 전이된다는 사실을 확인했다. 또 PDH를 활성화시켜 신호전달 경로를 차단하면 암세포 성장을 억제할 수 있다는 것이다. 박재봉 교수는 “이번 연구로 똑같이 간암이 발병했더라도 일반 환자와 당뇨에 걸려 있는 환자에게 다른 항암처방이 필요하다는 것을 보여줬다”라며 “환자 맞춤형 간암 치료제 개발에 도움이 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

비스페놀A(BPA)는 플라스틱의 원료로 식품이나 음료를 담는 그릇, 통조림이나 종이컵의 내부 코팅 등에 쓰인다. 대표적인 내분비 교란물질, 즉 환경호르몬으로 꼽힌다. 소녀의 성 조숙증, 소년의 성기 기형, 불임, 비만, 일부 암과 관련된 대사증후군과 관계 있는 것으로 지목되고 있다. 여론이 나빠지자 많은 회사가 이를 사용하지 않는다는 ‘BPA 프리’ 표시를 해 제품을 팔고 있다. 문제는 비스페놀S 등 대체품이 더 건강에 이롭다는 증거가 없다는 점이다.대체품이 원본과 비슷한 정도로 해롭다는 논문이 지난 13일 ‘최신 생물학’(Current Biology) 저널에 실렸다. 미국 워싱턴주립대와 UC샌프란시스코 연구팀이 생쥐 실험을 통해 확인한 결과다. 이번 연구는 우연의 산물이다. 그 시작은 실험실 생쥐 중 일부의 정자와 난자에서 이상이 발견된 데 있다. 원인을 찾다 보니 쥐를 가둔 우리의 플라스틱에 포함된 비스페놀S가 드러난 것이다. 이것은 저자들이 우연히 비스페놀의 영향을 확인한 최초의 사례가 아니다. 책임 저자인 패트리셔 헌트는 2003년 바로 이 저널에 발표한 결정적인 첫 논문의 저자였다. 당시 암컷 생쥐들의 난자에서 염색체 이상이 발견됐다. 원인을 추적한 결과 우리가 비스페놀A에 오염된 탓인 것으로 드러났다. 이번의 최신 연구에서는 생쥐들을 두 종류의 비스페놀에 노출시킨 뒤 청정 환경에서 키운 대조군과 비교했다. 그 결과 비스페놀S도 비스페놀A와 비슷한 정도로 난자와 정자에 염색체 이상을 일으킨다는 사실이 확인됐다. 추가 실험 결과 유전자에 생긴 이 같은 악영향은 2대, 혹은 3대까지 지속되는 것으로 나타났다. 이들은 파라벤, 프탈레이트, 난연재 같은 환경호르몬도 이와 유사한 악영향을 미치는 것으로 의심하고 있다. 현재 사용되는 BPA 대체품은 수십 종이기 때문에 어떤 제품이 좀 더 안전한가를 판별하기 위한 추가 연구가 필요하다고 연구팀은 밝혔다. 현재 화학물질의 안전을 평가하는 규제 당국은 신물질의 도입에 발을 맞추지 못하고 뒤떨어져 있다. 게다가 현재의 규제 시스템하에서는 유해성의 원인을 찾기보다는 비스페놀S의 경우처럼 구조가 유사한 물질로 대체하는 것이 더 쉽고 비용도 적게 든다. 미국 식품의약국(FDA)은 식품에서 현재와 같은 수준의 BPA 노출은 인체에 해롭지 않다고 주장한다. 사람은 생쥐보다 빨리 이 물질을 배출하기 때문에 독성이 더 낮다는 것이다. 하지만 저자들은 이것이 전통적인 독성학 방법론에 의존한 가정이라고 지적한다. BPA나 BPS를 비롯한 화학물질에 미량 노출되는 것의 미묘한 효과는 빠뜨릴 수 있다는 것이다. “이들 화학물질은 호르몬이나 약품과 비슷하게 행동한다. 약간 복용해도 강력한 효과를 낼 수 있지만, 양을 키우면 효과가 없어져 버리거나 다른 효과가 나타날 수 있다.” 책임 저자인 헌트의 말이다. “FDA는 아주 적은 양으로도 건강에 영향이 있다고 믿고 싶어 하지 않는다. 자신들이 가진 데이터에 일부 증거가 존재하는데도 불구하고 말이다.” BPA는 환경에 오래 남아 있는 경향이 있기 때문에 그 효과가 완전히 사라지려면 몇십 년이 지나야 할 것이다. 이에 따른 영향은 서구 남성의 전체적인 생식력 저하에 일부 책임이 있을지 모른다고 일부에서는 보고 있다. 연구팀은 말한다. “우리는 플라스틱에 대해 달리 생각할 필요가 있다. 현재는 이것을 매우 오래 쓸 수 있는 것으로 생각하고 있다. 하지만 흠이나 손상이 조금이라도 생기면 버리는 것이 좋다. 또한 플라스틱을 식기세척기나 전자레인지에 절대로 넣지 말 것을 권한다. 열을 가하면 BPA, BPS 등의 화학물질이 녹아 나오기 때문이다. 당신은 그 주변에 있고 싶지 않을 것이다.” 비스페놀A의 규제는 강화 추세다. 유럽연합(EU) 집행위는 지난 6일 플라스틱 식품용기 내의 함유량을 제한하는 규정을 채택했다. 최대 허용량을 기존의 10분의1 이하로 줄이며 3세 이하 영·유아용 플라스틱 물병과 컵 등에는 사용을 전면 금지한 것이다. 우리나라도 영·유아용 제품에 이 같은 규제를 적용한다고 지난달 말 행정예고를 한 상태다. 지금까지는 미국처럼 젖병(젖꼭지)만이 금지 대상이었다.

국내 연구진이 암세포 뿐만 아니라 암세포 주변 세포의 면역기능을 높여 재발과 전이의 가능성을 낮추는 기술을 개발해 주목받고 있다. 서울대 화학생물공학부 김병수 교수팀은 암세포 주변에서 인체면역세포인 T세포의 면역기능을 저하시키는 세포들을 제거해 면역세포의 활성을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노’ 최신호에 실렸다. 1세대 항암제는 화학항암제, 2세대 항암제는 표적항암제로 완치 효과가 기대만큼 높지 않다. 이에 3세대 암치료제로 항체 항암제가 등장해 일부 암에서는 환자 완치라는 놀라운 효과를 보여주고 있다. 다국적 제약사들은 T세포의 암세포 공격력을 약화시키는 단백질에 대한 항체를 개발해 환자 ㅣ료에 사용하고 있기도 하다. 그렇지만 항체 항암제는 암세포에 대한 T세포 기능 저하에만 초점을 맞추고 있어 암세포 주변 다른 세포에 의한 T세포 기능 저하까지는 막지 못하고 있다. 연구팀은 나노입자를 주입해 면역세포 활동을 막는 암세포 주변 M2대식세포와 조절T세포라는 제거하는 기술을 개발했다. 연구팀은 이번에 개발한 나노입자를 현재 사용되는 항체 항암제 중 하나인 PD-L1 항체와 함께 암을 유발시킨 생쥐에게 주사하는 실험을 실시했다. 그 결과 암 조직에서 M2대식세포와 조절T세포의 수가 눈에 띄게 줄어들고 T세포의 활성도 크게 늘어난 것이 관찰됐다. 특히 PD-L1 항체를 단독으로 사용할 때보다 암조직이 현저하게 줄어들어 치료효과도 높아진 것이 확인됐다. 김병수 교수는 “이번 연구는 현재 사용되고 있는 항체 암치료제의 효능을 더욱 높여서 암 환자의 완치율을 높이는데 크게 기여할 것으로 본다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“운동이 건강한 삶을 사는데 도움을 준다.” “규칙적인 신체활동이 건강한 노년을 보장해준다.” 운동이 건강에 도움을 준다는 것을 당연한 사실로 받아들이지만 이런 명제들에는 과학적으로 명확히 해명되지 않은 의문들이 많이 숨어있다. 특히 전 세계적으로 고령화 사회로 가는 속도가 점점 빨라짐에 따라 과학자들은 노년층의 가장 큰 걱정인 ‘치매’가 신체활동으로 예방될 수 있는지에 대한 연구를 활발히 하고 있다. 그런 가운데 미국 연구진들이 동물실험을 통해 운동이 알츠하이머 치매 위험성을 낮출 수 있다는 단서를 찾아내는데 성공했다. 미국 하버드대 의대, 솔크생명과학연구소, 매사추세츠종합병원, 플로리다 애틀란틱대, 다나-파버 암연구소 공동연구팀이 규칙적인 운동이 치매 위험을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 진행성 알츠하이머 치매에도 효과가 있다는 연구결과를 발표했다. 이번 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 7일자(현지시간)에 실렸다. 특히 이번 연구에는 성균관대 생물학과를 졸업하고 미국 시카고대에서 신경생물학으로 박사학위를 받은 뒤 하버드대 의대 신경과 교수로 재직 중인 최세훈 교수가 1저자로 참여했다. 스웨덴 과학자들은 스웨덴 여성 1000명을 40년간 추적조사해 심혈관 건강이 우수한 사람은 보통인 사람보다 치매 발병이 평균 9.5년 지연됐다는 연구결과를 신경과학 분야 국제학술지 ‘신경학’ 4월호에 발표하기도 했다. 이처럼 지속적인 운동은 노년에 기억관련 문제의 위험을 줄일 수 있다는 연구들이 많이 발표되고 있다.알츠하이머를 유발시킨 생쥐를 이용해 실험한 많은 연구들이 쳇바퀴 타기 같은 운동을 시킨 생쥐들은 알츠하이머 원인물질로 알려진 베타아밀로이드 단백질 덩어리가 잘 생기지 않는다는 것을 밝혀내고 있다. 이번 미국 연구진도 쳇바퀴를 타는 등 활발하게 신체활동을 시킨 생쥐들은 기억력 테스트에서 운동량이 적은 생쥐들보다 우수한 성적을 거뒀다고 밝혔다. 연구팀은 운동이 학습과 기억에 핵심적 역할을 하는 해마부위에서 새로운 신경세포(뉴런)을 만들어내는데 도움을 주는 것으로 분석했다. 운동이 신경세포 수를 일정하게 유지시켜 기억력 감퇴를 막아준다는 설명이다. 그러나 이번 연구결과에 대해 연구자들은 ‘추가 분석이 필요하다’고 입을 모으고 있다. 미국 국립노화연구소 신경과학자인 마크 맷슨 박사는 “운동으로 생겨나는 신경세포와 알츠하이머로 인해 퇴화하고 사멸하는 뉴런은 다른 종류이기 때문에 이번 연구결과는 좀 더 신중하게 접근해야 할 것”이라면서도 “지금까지 과학자들은 베타아밀로이드라는 알츠하이머 유발물질에만 집중해왔는데 이번처럼 다양한 방식으로 알츠하이머 치매 치료 방식을 찾는다면 치매 정복에 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

기록적인 더위가 기승을 부리고 있다. 더위에도 불구하고 우리의 체온은 일정하게 유지된다. 흥미로운 점은 체온을 유지하기 위한 몸의 반응이 뇌에서 시작된다는 것이다. 뇌는 어떻게 우리의 체온을 조절하고 있는 것일까.온도에 대한 감각은 피부에 있는 수용체에서 출발한다. 영국 킹스칼리지런던의 피터 맥노튼 교수는 더위에 반응하는 특별한 체내 단백질을 발견해 보고했다. ‘TRPM2’라는 이온통로단백질은 34~42도 범위에서 열리면서 양이온을 통과시켜 신경세포를 활성화시킨다. 피부 신경말단에서 신경이 활성화되면 이 신호는 척수의 감각 경로를 통해 뇌로 전달되고 최종적으로 ‘시각교차앞핵’에 도달해 더위를 인지하게 한다. 실험적으로 TRPM2 유전자의 발현을 억제한 생쥐는 38도인 곳에서도 벗어나려고 하지 않고 더위에 둔감했다. 일단 시각교차앞핵이 더위를 감지하면 ‘숨뇌’로 신호를 전달해 자율신경계를 통해 체온을 낮출 수 있는 반응을 유발한다. 첫째는 혈관확장 반응이다. 쥐는 꼬리에서, 토끼는 귀에서, 사람은 손·발 등에서 혈관확장 반응을 통해 열을 발산한다. 열발산이 늘어나면 중심부 체온을 낮춰 더위 속에서 일정한 체온을 유지하는 데 도움이 된다. 둘째는 땀이다. 자율신경계 중 교감신경계가 땀샘을 자극해 땀을 분비한다. 피부로 올라온 수분은 곧이어 증발하면서 주변의 열을 제거하는 기능을 한다. 추위에 대한 몸의 반응도 비슷한 경로를 거친다. 낮은 온도를 감지하는 데는 ‘TRPM8’이라는 이온통로단백질이 필요하다. 26~28도부터 TRPM8이 작동하기 시작한다. TRPM8에 의해 발생한 신호는 동일한 경로를 통해 시각교차앞핵으로 전달돼 반응을 일으킨다. 첫째는 오한 반응으로, 근육을 떨게 해 열을 발생시킨다. 둘째로 갈색지방을 연소시켜 열을 발생시킨다. 셋째는 혈관수축 반응으로 열손실을 줄여 주는 역할을 한다. 열발생을 늘리고 열손실을 막아 체온 저하를 막아 주는 것이다. 한편 세균이나 바이러스에 감염되면 정상보다 체온이 높아지게 되는데 이때도 시각교차앞핵의 역할이 중요하다. 감염에 의해 염증 유발 물질들이 증가하면 혈관 내피세포에서 ‘프로스타글란딘 E2’의 생산이 늘어나고 ‘중앙 시각교차앞핵’에 작용해 체온을 떨어뜨리지 못하게 한다. 결과적으로 체온은 상승하고 열이 감염질환을 극복하는 데 도움이 되는 것으로 알려져 있다. 또 최근 중국 상하이기술대의 션웨이 교수는 ‘복측시각앞핵’ 안의 억제성 신경세포를 활성화시킬 때 체온 저하가 일어난다고 보고했다. 이 부위는 수면을 유발하는 부위로도 잘 알려져 있어 흥미롭다. 이 신경세포가 활성화되면 체온저하와 수면유발이라는 두 가지 현상이 동시에 일어난다. 체온이 떨어지는 것과 잠이 드는 것이 서로 밀접한 연관성이 있다는 것을 보여 주는 연구결과다. 열대야가 일상이 돼버린 요즘 이 신경세포를 활성화하면 좀더 편한 밤이 될 수도 있겠다는 상상을 해 본다.

아찔할 정도로 높은 곳에 올라가거나 길을 지나갈 때 갑자기 튀어나온 자동차와 마주치거나 골목에서 사납게 생긴 덩치 큰 개와 맞닥뜨렸을 때, 공포영화를 보다가 잔인한 장면이 나오면 자신도 모르게 ‘헉’하며 숨을 몰아쉬거나 눈을 가린 경험을 누구나 한 번쯤은 했을 것이다. 이런 행동은 ‘얼음’(freezing)이라고 부르는 공포 반응 중 하나다. 사실 포식자나 위험한 상황에 맞닥뜨렸다고 뇌가 판단할 경우 공포와 불안반응을 유발시키는 것은 생존을 위해 필수적인 기능이다. 더군다나 이는 배워서 터득하는 몸의 반응이 아니라 오랜 시간 진화를 통해 몸에 새겨진 일종의 선천적 반응이다. 과연 이런 타고난 공포반응은 어디서 유래되고 어떻게 나타나는 것일까. 카이스트 생명과학과 한진희 교수와 대구경북과학기술원(DGIST) 부설 한국뇌연구원 뇌신경망연구부 박형주 박사 공동연구팀이 동물이 보이는 공포에 대한 선천적 반응을 유발시키는 뇌신경회로와 메커니즘을 규명했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호에 실렸다. 선천적 공포반응은 생존에 도움을 주지만 극도의 스트레스나 생존에 지속적인 위협이 가해질 경우 공포회로에 이상이 생기면서 공황장애, 외상후 스트레스 장애(PTSD) 같은 신경질환을 앓게 된다. 많은 연구자들이 이 같은 문제를 해결하기 위해 연구를 하고 있지만 정확한 신경회로를 아직 찾지 못하고 있다. 연구팀은 스트레스 반응을 조절하고 연산기능을 수행하는 전전두엽 피질(PFC)의 일부인 전측대상회 피질(ACC)을 주목했다. 전두엽이 학습을 통한 후천적 공포조절에 관여하고 있다는 사실은 밝혀졌지만 선천적 공포조절 기능에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. 연구팀은 빛을 이용해 실시간으로 신경 활성을 조절하는 광유전학 기술을 활용해 생쥐의 전측대상회 피질을 자극했다. 생쥐를 잡아먹는 포식자 중 하나인 여우 냄새를 맡았을 때 활성화되는 부위를 빛으로 조절하는 실험을 한 것이다. 그 결과 전측대상회 피질 영역의 활성을 억제하자 선천적 공포 반응인 ‘얼음 반응’이 증폭됐고 활성을 높이자 공포반응이 감소하는 것을 발견했다. 특히 배외측 편도체핵(BLA)라는 부위가 공포 반응 유발에 중요한 역할을 한다는 사실을 확인했다. 뇌연구원 박형주 박사팀은 전기 생리학 방법으로 전측대상회 피질과 배외측 편도체핵 연결망이 선천적 공포 조절 기능에 관여한다는 사실을 교차검증해 같은 결과를 얻었다.한진희 카이스트 교수는 “이번 연구결과는 공포반응을 유발시키는 뇌 속 핵심 신경회로를 발견했다는데 의미가 크다”며 “이번에 발견한 신경회로를 대상으로 하는 치료기술을 개발한다면 외상후 스트레스 장애 등 뇌신경질환으로 고통을 겪는 이들을 도울 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

정자와 난자 수정 당시 기온에 따라 갈색 지방 비율이 달라져갈색 지방 많은 사람은 비만 위험, 각종 대사질환 발병률 낮아유럽 연구진이 서늘한 환경에서 생활한 남성이 낳은 자식들이 비만이나 각종 대사질환에 강하다는 사실을 확인했다. 스위스 취리히연방공과대(ETH), 취리히대학병원, 바젤대, 영국 바브라함 연구소, 웰컴트러스트 생어 연구소, 킹스칼리지런던대 공동연구팀이 정자와 난자가 수정되기 전에 낮은 온도에서 활동한 남성의 정자가 갈색 지방조직이 많은 자손을 낳는다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 의과학 분야 국제학술지 ‘네이처 메디슨’ 최신호에 실렸다. 포유류는 갈색지방조직과 백색지방조직을 갖고 있다. 세포 소기관인 미토콘드리아가 풍부한 갈색지방조직은 에너지를 소비해 체내 열을 만들어 내는 역할을 하기 때문에 갈색지방조직이 많은 사람들은 비만 위험은 물론 고지혈증, 고혈압 등 대사성 질환 발병률도 낮은 것으로 알려져 있다. 연구팀은 우선 취리히대학병원에 있는 성인 환자 8400명의 컴퓨터 단층촬영(CT) 영상과 체질량지수(BMI), 기본적인 환자 신상데이터를 비교분석했다. 그 결과 7~11월에 태어난 사람이 1~6월에 태어난 사람들보다 갈색지방 조직이 훨씬 많은 것으로 밝혀졌다. 7~11월에 태어난 사람들의 경우 정자와 난자의 수정이 된 시기가 비교적 추운 날씨였기 때문이라는 것이다. 연구팀은 이같은 상관관계를 실제 실험으로 검증하기 위해 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 23도라는 비교적 따뜻한 환경에서 짝짓기를 하도록 하고 다른 그룹은 8도 정도의 추운 온도에서 짝짓기를 하도록 했다. 연구팀은 이후 태어난 새끼들을 분석한 결과 짝짓기 전후의 온도가 수컷의 정자에 큰 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다. 즉 온화하고 포근한 기온에서 생활하고 짝짓기한 수컷보다는 다소 추운 환경에서 생활하고 짝짓기한 수컷의 새끼들이 갈색지방 조직을 더 많이 갖고 태어나는 것으로 확인됐다. 또 갈색지방조직이 많은 새끼들은 성장한 뒤에도 과체중이나 비만으로 인한 대사장애를 겪지 않는 것으로 나타났다. 크리스티앙 볼프람 ETH 보건연구소 교수는 “이번 연구결과는 특정한 환경요인이 정자의 DNA에 영향을 줄 수 있다는 후성유전학적 사실을 새로 확인한 것”이라면서도 “건강한 아이를 낳기 위해 ‘차가운 물에서 수영하거나 추운 곳에서 관계를 가져야 하는가‘라고 묻는다면 좀 더 연구가 필요하다고 답할 수 밖에 없다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

과학기술이 발달하면서 암을 효과적으로 치료할 수 있는 방법들이 등장하고 있다. 암에 걸리면 치료를 위해 외과수술은 물론 화학항암요법, 방사선치료 등이 동원되는데 이 과정을 거치면서 환자들은 식욕이 떨어지고 이 때문에 식사를 제대로 못하는 경우도 많다. 그런데 화학항암요법이나 방사선치료 같은 항암치료 효과를 높이기 위해서는 잘 먹어야 한다는 연구결과가 나왔다. 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 생물학과, 화이트헤드 의생물학연구소, 하워드휴즈의학연구소, 코흐 통합암연구소, 하버드-MIT 포괄연구소 공동연구팀이 제대로 된 식사가 암 세포의 대사작용을 변화시켜 화학항암치료제의 효과를 높인다는 사실을 밝혀내고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 11일자에 발표했다. 암세포는 세포가 어떤 이유로 인해 비정상적으로 성장을 하는 것으로 영양분을 흡수하기 위해 비정상적인 혈관을 만들거나 대사경로를 사용한다. 많은 연구자들이 이런 암세포의 성질을 이용해 영양분 주입경로를 차단함으로써 암세포를 죽이는 방법을 써왔다. 실제로 지난해 영국 프란시스 크릭연구소 연구진은 세린과 글리신이라는 아미노산을 유전자 편집해 암세포에 주입한 결과 종양에 산소와 영양분 공급을 차단해 암세포를 죽일 수 있다는 연구결과를 발표하기도 했다. 그렇지만 연구팀은 영양소 공급이라는 차원에서 기존 방법과 다르게 접근했다. 즉 환자가 먹는 음식이 암치료제에 미치는 효과를 분석하려고 시도한 것이다. 연구팀은 혈액암인 백혈병을 유발시킨 생쥐에게 아미노산과 히스티딘으로 만들어진 음식을 투여하면서 ‘메토트록세이트’라는 백혈병 치료제를 투여하는 실험을 했다. 히스티딘은 육류나 콩 등의 음식물에 풍부한 영양소이다. 그 결과 연구팀은 히스티딘이 충분히 주입될 경우 백혈병 세포는 메토트렉세이트에 보다 민감해진다는 사실을 확인했다. 즉 백혈병 환자가 히스티딘 보충제가 투여될 경우 메토트록세이트를 적은 복용량으로도 효과적인 치료가 가능하다는 말이다. 데이빗 사바티니 MIT 교수는 “암세포는 종양성장을 촉진시키는 방향으로 주변환경을 바꾸는 경우가 많은데 미세혈관을 만들고 영양분을 흡수하는 것이 대표적인 암세포 생존 방식”이라며 “이번 연구는 간단히 말하면 암세포가 싫어하는 건강한 식단으로 암치료효과를 높이고 환자의 심리적, 체력적 부담을 줄이는 것”이라고 설명했다. 그렇지만 독일 뷔르츠부르크대 의대 알무트 슐츠 교수는 “이번 연구는 생쥐 실험에 국한해서 봐야할 것”이라며 “암 환자는 특정 영양분에 대한 제한적 식이요법이 필요한 경우가 많기 때문에 생쥐처럼 일률적으로 식단을 제어하기는 쉽지 않다”라고 지적했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구상 모든 생명체의 삶과 죽음에는 DNA 유전정보를 담은 게놈(유전체)이 관여하고 있다. 사람은 32억쌍에 이르는 DNA 염기를 갖고 있는데 이 중 하나만 잘못돼도 희귀 유전병이나 암으로 고통을 받게 된다. 과학자들은 이 문제를 해결하기 위한 다양한 방법을 찾아왔지만 번번이 실패했다.그러던 중 최근 인간은 ‘유전자 가위’라는 강력한 도구를 손에 넣게 됐다. 유전자 가위는 DNA에서 문제를 일으키는 염기서열을 찾아 잘라내고 정상적인 유전자를 붙여 넣거나 특정 염기를 다른 염기로 교체하는 일종의 ‘유전자 편집 기술’이다. 현재 쓰이는 3세대 ‘크리스퍼’ 유전자 가위는 1, 2세대보다 만들기 쉽고 가격이 저렴해 많은 과학자들이 다양한 분야에서 활용하며 연구하고 있다. 유전자 가위를 이용한 ‘유전자 드라이브’로 페스트를 비롯해 각종 질병의 매개체가 되는 시궁쥐를 절멸시키는 연구가 진행되는가 하면 간에서 생성되는 콜레스테롤 양을 줄이도록 유전자를 편집해 심근경색을 예방하는 실험이 성공하기도 했다. 미국 캘리포니아 샌디에이고대(UC샌디에이고) 생명과학부 연구팀은 크리스퍼 유전자 가위 기술을 이용해 인류에게 해가 되는 개체군을 절멸시킬 수 있는 유전자 드라이브 기술을 확보했다고 생물학 분야 학술데이터베이스 ‘바이오아카이브’(bioRxiv) 4일자에 발표했다. 유전자 드라이브는 특정 유전자가 세대를 거듭하면서 후손들에게 유전되도록 해 결국 해당 종(種) 전체 개체의 유전형질을 바꾸는 기술이다. DNA의 특정 부분을 크리스퍼 가위로 자른 뒤 원하는 기능의 유전자를 붙인 다음 해당 생물종의 유전체에 심으면 생식과 번식을 반복하면서 특정 유전자가 전체에 퍼지는 원리이다. 이 때문에 많은 연구자들은 질병을 옮기는 유해 곤충을 없애거나 질병을 매개하는 기능 자체를 없애버리는 데 활용하기 위한 연구들을 진행하고 있다. 이미 지카바이러스나 말라리아, 뇌염 등을 옮기는 모기를 멸종시킬 수 있는 유전자 드라이브 기술은 실험실 수준에서 확보한 상태다. UC샌디에이고 연구팀은 페스트나 각종 질병의 매개체인 시궁쥐, 집쥐 등 설치류를 제거할 수 있는 유전자 드라이브를 이번에 구축한 것이다. 일반적인 유전법칙으로는 유전자가 후손에게 전달되는 비율은 50%이지만 이번 기술은 암컷 생쥐의 변이된 유전자를 전달할 수 있는 비율이 73%에 이른다. 그렇지만 호주 캔버라 국립대 게탄 버지오 유전학 교수를 비롯한 또 다른 유전자 가위 연구자들은 “유전자 드라이브가 실험실에서는 완벽하게 작동하겠지만 야생에서는 생각만큼 효과를 못 볼 수 있다”며 “유전자 드라이브가 해당 지역의 설치류 전체에 확산되기 위해서는 많은 시간이 걸릴 것이고 그 정도의 시간이면 종의 저항성도 생겨나 더 걷잡을 수 없는 상황이 될 수도 있을 것”이라고 우려했다. 또 미국 펜실베이니아대 의대, 생명공학기업 프리시전 바이오사이언스 공동연구팀은 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 어른 마카크 원숭이의 간에서 ‘PCSK9’이라는 유전자를 편집하는 방식으로 ‘나쁜 콜레스테롤’로 알려진 LDL콜레스테롤 생산을 억제해 혈중 콜레스테롤 농도를 낮추는 데 성공했다고 생명공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 10일자에 발표했다. 연구팀은 인체에 무해한 아데노연관바이러스에 크리스퍼 유전자 가위를 탑재시켜 마카크 원숭이의 간으로 전달했다. 유전자 가위를 주입하고 4개월 뒤 6마리의 어른 원숭이 간에서 PCSK9 유전자가 기능을 하지 못하게 되면서 혈중 LDL콜레스테롤이 60% 이상 감소됐다고 연구팀은 보고했다. 연구팀은 PCSK9 유전자를 편집해 치료하는 방법이 동물실험을 통해 검증된 만큼 일부 문제점을 개선하면 PCSK9 차단제를 복용할 수 없는 심장질환 환자들에게도 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 제임스 윌슨 펜실베이니아대 유전자치료학 교수는 “이번 연구를 통해 유전자 가위 기술이 인간을 제외한 영장류에서도 효과적으로 작동한다는 사실을 확인하게 됐다”며 “원숭이의 몸에 별다른 문제 없이 콜레스테롤 생성을 억제할 수 있다는 것은 기술의 안정성을 증명하는 것”이라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영국과 미국, 포르투갈 연구진이 ‘행복 호르몬’으로 불리는 세로토닌이 학습에 도움을 준다는 연구결과를 발표해 주목받고 있다.영국 런던대 전산신경과학과, 막스플랑크-UCL 전산정신과학 및 노화연구소, 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 인문사회학부, 포르투갈 챔팔리모드 연구소 공동연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 세로토닌이 학습능력은 물론 학습속도를 높이는데 도움을 준다는 연구결과를 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 26일자에 발표했다. 세로토닌은 혈관벽이 손상되면 혈소판에서 분비돼 혈액을 응고시키고 혈관벽을 수축시켜 출혈을 막는 물질이다. 혈관 뿐만 아니라 뇌 시상하부, 대뇌기저핵 같은 중추신경계에도 존재하면서 신경전달물질로 작용한다. 스트레스를 받을 경우 세로토닌 분비가 줄어들어 우울감과 좌절감을 느끼게 되고 세로토닌 농도가 높아지면 행복감, 만족감이 높아지는 것으로 알려져 흔히 ‘행복 호르몬’이라고 부르기도 하며 우울증을 치료하는데 활용하려는 시도들이 있다. 연구팀은 8마리 생쥐를 대상으로 4마리는 뇌에 LED 전극을 심어 빛을 쬐어주면 세로토닌이 분비되도록 한 광유전학 장치를 하고 나머지 4마리에는 아무런 장치를 하지 않았다. 연구팀은 8마리를 대상으로 다양한 형태의 보상 실험을 실시하면서 인공지능(AI)의 기계학습에서 활용되는 강화학습 원리를 바탕으로 컴퓨터가 쥐의 행동을 기록하도록 했다. 연구팀은 실험 과정 내내 LED가 심어져 있는 생쥐에게는 끊임없이 세로토닌을 분비하도록 자극을 줬는데 일반 생쥐에 비해 실패에서 배우는 속도가 2~3배 가량 빠르고 새로운 문제 상황을 빠르게 적응하고 인식한다는 사실을 확인했다. 기요히토 리가야 칼텍 박사는 “이번 연구는 행복감이 학습능력과 속도에도 영향을 미친다는 사실을 보여주는 것”이라며 “우울증 치료에 있어서도 단순히 약물 치료 뿐만 아니라 인지행동 변화를 통해 세로토닌이 분비될 수 있도록 병행치료하는 것이 도움을 준다는 사실을 알 수 있다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

유전자 스위치를 끄고 켜는 것만으로 ‘원더우먼’이 태어난 아마존 데미스키라 왕국처럼 여자들만 사는 세상으로 만들 수 있을까.영국 프랜시스 크릭 연구소, 애버딘대 의과학연구소, 미국 노스웨스턴대 의대 산부인과, 프랑스 국립과학연구소·몽펠리에대 인간유전연구소 공동연구팀이 암컷을 수컷으로 바꾸는 DNA 스위치를 발견하고 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 15일자에 발표했다. 모든 인간 배아는 아무런 변화가 없으면 여성으로 성장하게 된다. 그런데 유전자 초기 단계에 특이 변화가 발생하면서 남성의 성을 갖게 된다. 연구팀은 생쥐 배아 실험 결과 Y염색체에 있는 ‘SRY’라는 유전자가 배아 발생 초기 단계에서 변화를 일으켜 수컷의 특징을 갖게 된다는 사실을 확인했다. 연구팀에 따르면 SRY 유전자에 ‘Sox9’ 유전자 스위치를 켜면 배아가 수컷으로 발달하게 된다고 밝혔다. 로빈 러벌배지 프랜시스 크릭 연구소 박사는 “이번 연구는 그동안 미스터리로 남아 있던 생식샘의 기능을 이해할 수 있게 도울 뿐만 아니라 다양한 질병 원인을 규명하는 데 응용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“잠 못 이루는 불면의 밤, 쌀겨를 드세요.” 국내 연구진이 쌀을 도정하고 나서 남는 쌀겨(미강)가 빨리 잠들게 하고 숙면을 돕는다는 연구 결과를 발표했다. 한국식품연구원 기능성식품연구본부 조승목 박사팀은 미강의 수면 증진 효과와 작용 메커니즘을 규명하고 최근 식품의약품안전처로부터 개별인정형 건강기능식품으로 인정받았다고 30일 밝혔다. 지금까지는 식약처가 인증한 수면질 개선 기능성 원료로는 감태 추출물이 유일했다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘분자 영양 및 식품연구’와 ‘영양학’에 실렸다. 연구팀은 불면증이 있는 18세 이상 성인 남녀 50명을 두 그룹으로 나눈 뒤 한 그룹에게는 미강 주정 추출물 1000㎎을, 다른 그룹에게는 일반 영양제 1000㎎을 복용하도록 한 뒤 수면 효율, 총 수면 시간, 숙면 정도, 잠드는 시간 등을 측정했다. 그 결과 미강 주정 추출물 복용 그룹이 다른 그룹보다 수면 전체 상태가 개선되는 것을 확인했다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 생쥐 실험을 통해 미강의 이같은 수면 유도 효과가 각성 효과를 나타내는 히스타민 수용체를 억제하기 때문이며 감마오리자놀을 비롯한 파이토스테롤 성분 때문이라는 것을 확인했다. 파이토스테롤은 동물성 콜레스테롤과 구조는 비슷하게 생겼지만 식물 성분에서 유래해 호르몬 조절 등 신체에 유익한 기능을 하는 것으로 알려진 물질이다. 식품연구원은 이번 연구성과를 바탕으로 오는 8~9월 중에 연구소 기업을 설립하고 올 하반기 중에 건강기능식품을 출시할 예정이다. 조 박사는 “미강의 수면질 개선 효과는 현재 수면에 도움을 주는 것으로 알려진 쥐오줌풀인 밸러리안보다 효과가 1.5배 정도 우수한 것으로 나타났다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr