AI 딥러닝 통해 유형별 서열 분석자르지 않고도 유전자 조절 가능특정 세포서만 효과적으로 작용유전자 치료제 개발 신기원 기대 올해 노벨과학상을 한 단어로 설명해 보라고 하면 단연 ‘인공지능’(AI)이다. 노벨물리학상은 AI 기계학습의 기초를 마련한 학자들에게, 노벨화학상은 AI로 새로운 단백질을 찾고 단백질의 3차원 구조를 예측하는 방법을 찾아낸 연구자들에게 돌아갔다. 실제로 최근에는 많은 연구 현장에서 AI를 사용하고 있다. 미국 의생명과학 연구기관 잭슨연구소(JAX), 매사추세츠공과대(MIT)-하버드대 브로드연구소, 예일대 공동 연구팀은 AI로 다양한 세포 유형에서 유전자 발현을 정밀하게 조절할 수 있는 수천 개의 새로운 DNA 스위치를 설계했다. 이번에 만든 DNA 스위치는 특정 조직에서 유전자를 원하는 대로 활성화하거나 억제할 수 있게 해 유전자 치료나 생명공학 분야의 혁신을 이끌 것으로 전망된다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 10월 24일자에 실렸다. 최근 과학자들은 크리스퍼 같은 유전자 편집 기술을 이용해 생체 세포 내 유전자를 바꿀 수 있는 방법을 개발했다. 그렇지만 특정 세포 유형이나 조직에서만 유전자를 조절하는 것은 여전히 어려운 문제로 남아 있었다. 한 유기체 내 모든 세포에는 같은 유전자가 포함돼 있지만 특정 기능을 할 때 모든 유전자가 필요한 것은 아니다. 이는 DNA 스위치인 ‘시스조절인자’(CREs) 때문이다. CREs는 전사인자와 결합해 유전자 발현을 조절하는 유전체 서열 부위로 세포 특이적 활성을 갖고 있어 유전자 치료제 개발을 위한 표적으로 주목받고 있다. 사람에게 수천 개의 서로 다른 CREs가 존재한다는 것은 파악했지만 CREs의 작동 방식을 정확하게 이해하지는 못했다. 이에 연구팀은 AI 딥러닝으로 혈액, 간, 뇌 세 가지 유형 세포에서 모든 DNA 서열을 분석하고 조합해 새로운 합성 CREs를 만드는 데 성공했다. 이 과정에서 연구팀은 DNA 내 CREs 서열이 RNA 생성량에 영향을 미칠 수 있다는 사실도 확인했다. 연구팀은 이를 바탕으로 원하는 CREs를 효과적으로 설계할 수 있는 ‘DNA 활성화 계산 최적화’(CODA)라는 AI 플랫폼을 만들었다. CODA를 활용하면 혈액 세포에서는 활성화하지만 뇌나 간 등 다른 부위의 세포에서는 억제되는 CREs를 만들 수 있다. 연구팀은 AI로 설계한 합성 CREs를 생체 세포에 추가해 원하는 세포 유형에서는 잘 활성화되는 대신 다른 세포에서는 활성화되지 않는지를 실험했다. 그 결과 합성 CREs가 자연 CREs보다 훨씬 효과적으로 작동하는 것이 관찰됐다. 또 CODA로 설계한 합성 CREs를 이용해 제브러피시와 생쥐 실험을 한 결과, 부작용 없이 효과적으로 원하는 생체 특성을 얻는 데 성공했다. 실제로 합성 CREs를 통해 제브러피시의 간에서는 형광 단백질을 활성화하지만 다른 세포에서는 활성화하지 않도록 했다. 연구를 이끈 라이언 튜헤이 JAX 교수는 “이번 기술은 신체의 나머지 부분에 영향을 미치지 않고 원하는 조직에서 유전자 발현을 높이거나 낮출 수 있게 해 준다”며 “기초 연구뿐 아니라 유전자 치료의 신기원을 열어 줄 것”이라고 말했다.

최근 물가 폭등 때문에 예전처럼 마음껏 먹기는 쉽지 않지만, 과일이 비타민, 무기질, 식이섬유가 풍부해 건강에 도움을 준다는 사실은 많이 알려져 있다. 체내 염증을 유발하는 활성산소를 제거하고, 몸속 노폐물을 배출하는 효과가 있으며 체내 면역기능을 증진할 뿐만 아니라 풍부한 식이섬유로 장 건강까지 도와준다. 이런 효과 때문에 세계보건기구(WHO)는 과일과 채소를 하루에 최소 400g 정도 섭취할 것을 권장하고 있다. 그런데 과일이 면역력 향상에도 도움이 된다는 조사 결과가 나와 눈길을 끈다. 미국 코넬대 공중보건 및 생태계 보건학과, 수의학부, 몬태나주립대 미생물·세포생물학과, 미주리대 의대, 수의대, 콜로라도 주립대 미생물·면역·병리학과 공동 연구팀은 박쥐 실험을 통해 과일을 많이 섭취하면 면역 반응이 향상된다고 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘플로스 생물학’ 9월 25일 자에 실렸다. 코로나19 팬데믹을 일으킨 바이러스는 박쥐에서 중간 매개체 동물을 거쳐 사람에게 옮겨진 것으로 과학자들은 분석했다. 이 때문에 박쥐는 팬데믹 가능성이 큰 바이러스들을 가진 ‘바이러스 저수지’로 불린다. 이 바이러스들은 박쥐에게 질병을 일으키지는 않지만, 인간에게는 치명적일 수 있다. 코로나19처럼 바이러스가 종(種)간 장벽을 넘어 다른 숙주로 옮겨가는 것을 스필오버(spillover)라고 한다. 스필오버 현상은 면역 반응에 영향을 미칠 수 있는 식량 부족 같은 환경 변화와 밀접한 관련을 갖는다. 앞선 연구에서 박쥐는 다른 포유류보다 바이러스에 대한 항체 반응이 약한 것으로 나타났다. 연구팀은 박쥐와 함께 공진화한 바이러스에 대한 항원-항체 반응을 통해 박쥐의 면역체계를 살펴봤다. 항원은 특정 유형의 면역 반응을 일으키도록 설계됐기 때문에 면역 반응 메커니즘을 알아볼 수 있다. 연구팀은 과일박쥐(fruit bat)로 불리는 큰 박쥐와 생쥐를 항원에 노출했다. 그 결과, 박쥐가 생쥐보다 더 약하고 다양한 항체 반응을 생성하는 것이 확인됐다. 그다음 연구팀은 식단 변화가 A형 인플루엔자와 니파 바이러스와 유사한 바이러스에 대한 항체 반응을 살펴봤다. 과일만 먹은 박쥐는 단백질 보충 식단을 섭취한 박쥐보다 더 높은 항체 반응을 보였고, 결합 항체도 더 확실히 나타났다. 연구를 이끈 레이나 플로라이트 코넬대 수의대 교수(팬데믹 예방학)는 “박쥐의 면역 체계를 이해하면 바이러스 확산과 스필오버 현상을 유발하는 상황을 더 잘 이해하고 향후 예방을 위한 노력을 알 수 있다”라고 말했다.

코로나19 팬데믹을 초래한 바이러스(Sars-CoV-2)를 유출했다는 의혹에 휩싸였던 중국 우한바이러스연구소가 범용 코로나19 백신을 개발했다고 주장했다. 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)의 지난 11일 보도에 따르면 우한바이러스연구소 연구진은 지난 6월 학술지 ACS나노를 통해 발표한 논문에서 기존 모든 주요 코로나 변이와 미래 유행 가능성이 있는 코로나 변이에 대항해 보편적인 보호를 제공할 수 있는 나노 백신(나노 입자 형태의 백신) 후보를 개발했다고 밝혔다. 연구진은 기존 백신이 코로나19 확산을 막고 치명률을 낮추는 데 사용됐지만 그중 어떤 것도 모든 종류의 변이에 대한 광범위하거나 보편적인 보호를 제공하지 못한다고 지적했다. 이어 코로나바이러스 항원결정인자(에피토프)와 혈중 단백질 페리틴을 결합하면 델타, 오미크론 등 다양한 코로나19 변이에 대항하는 비강 내 나노 백신을 만들 수 있음을 발견했다고 밝혔다. 연구진은 또한 생쥐 실험에서 이 나노 백신이 다른 유형의 코로나바이러스에 대해서도 장기적이고 광범위한 보호를 제공할 가능성을 보여줬다면서, 이는 미래 변종 확산과 감염을 예방하는 데 효과적일 수 있다고 말했다. 그러면서 “현재와 미래에 닥칠 Sars-CoV-2 돌연변이로 인한 팬데믹은 광범위한 보호를 제공하는 효과적인 백신의 필요성을 강조한다”며 “우리가 만든 나노 백신이 보편적인 코로나바이러스 백신을 위한 유력한 후보가 될 수 있다”고 덧붙였다. 2020년부터 박쥐 코로나바이러스 연구를 진행해온 우한바이러스연구소는 그간 Sars-CoV-2 바이러스 유출설 의혹에 휩싸여왔다. 우한에서는 2020년 1월 중국에서 가장 먼저 코로나19 환자가 나왔다. 환자가 순식간에 늘자 중국 당국은 그해 1월 23일부터 76일간 우한을 봉쇄했다. 앞서 도널드 트럼프 행정부 시절 미국에서는 우한바이러스연구소에서 사고로 코로나바이러스가 유출됐을 가능성을 제기했고, 조 바이든 행정부에서도 관련 조사가 이뤄졌다. 중국 당국이 반박하는 가운데 여전히 코로나바이러스가 어디서 시작됐는지에 대한 보편적인 의견 통일은 없다. 코로나바이러스는 2003년 중국과 홍콩을 중심으로 세계적으로 수천 명의 목숨을 앗아간 사스(SARS·중증급성호흡기증후군)와 코로나19를 모두 유발했다. 중동호흡기증후군(MERS·메르스)도 코로나바이러스에 의해 발생한다.

식용색소를 이용해 살아있는 동물의 피부 조직을 투명하게 만드는 기술이 개발됐다. 미국 스탠퍼드대 구쑹 훙 교수 연구진은 식용색소로 사용되는 노란색의 타르트라진(FD&C Yellow #5) 용액을 살아있는 생쥐의 두개골과 복부 피부에 주입했다. 일반적으로 빛은 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 휘어지는 굴절과 흩어지는 산란 현상을 일으키는데, 이때 물체의 속을 볼 수 없는 이유는 산란 현상 때문이다. 특히 신체는 이를 구성하는 지방, 세포 내 체액, 단백질 등 구성요소에 따라 빛의 굴절률이 모두 다르고, 이런 물질들이 밀집돼 있기 때문에 빛이 통과할 때 산란 현상이 일어나면서 내부를 볼 수 없게 된다. 연구진은 생체를 구성하는 물질들의 각기 다른 굴절률을 일치시킨다면 조직을 투명하게 만들 수 있을 것이라고 가정하고, 빛을 흡수하는데 가장 효과적인 염료가 다양한 굴절률을 균일하게 만드는 데 도움이 될 것이라는 가설을 세웠다. 이 과정에서 연구진이 노란색의 식용색소인 타르트라진에 주목한 것은 이 색소가 청광색과 자외선을 흡수할 수 있기 때문이다. 연구진은 먼저 닭가슴살을 얇은 조각으로 자른 뒤 타르트라진 용액을 테스트한 결과, 타르트라진 농도가 증가할수록 근육 세포 내 체액의 굴절률이 근육 단백질의 굴절률과 같아질 때까지 커지면서 닭가슴살이 투명해지는 것을 확인했다. 다음 실험에서는 타르트라진 용액을 쥐의 두피에 문질러 흡수시키자, 피부가 투명해지면서 뇌 표면 혈관이 보이기 시작했다. 복부에 발랐을 때에는 단 몇 분 만에 장기와 소화관, 심장 박동의 모습이 드러났다. 투명해진 신체는 용액을 완전히 씻어내자 원상태로 회복됐으며, 피부로 흡수돼 체내로 퍼진 염료는 소변을 통해 배설되는 것을 확인했다. 다만 인간의 신체는 쥐보다 피부가 약 10배 두꺼우며, 이번에 인체 실험은 포함되지 않았다. 연구진은 “가장 중요한 사실은 이 염료가 생명체에 안전하다는 것”이라면서 “다만 쥐보다 두꺼운 사람의 피부를 투명하게 만들기 위해서 어느 정도의 염료가 필요한 지 알 수 없다. 또한 인체에 어느 정도 사용했을 때 안전한지에 대해서도 추가적인 연구가 필요하”고 설명했다. 이어 “이 기술을 인체에 적용할 수 있다면, 의사들은 침습적 생검에 의존하지 않고 조직 검사 등이 가능할 수 있을 것”이라면서 “혈액 채취 시 정맥을 더 잘 보이게 하고, 암을 조기에 발견하고 치료하는 데에도 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다. 또 “다음 연구에서는 인체 조직에 가장 잘 작용할 수 있는 염료의 용량을 밝혀내는 것이 목표 중 하나”라면서 “현재 타르트라진보다 더 효율적으로 (피부를 투명하게 하는데) 효율적인 물질에 대한 실험도 진행 중”이라고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 최고 권위의 과학저널인 ‘사이언스’ 최신호(6일자)이 실렸다.

식용색소를 이용해 살아있는 동물의 피부 조직을 투명하게 만드는 기술이 개발됐다. 미국 스탠퍼드대 구쑹 훙 교수 연구진은 식용색소로 사용되는 노란색의 타르트라진(FD&C Yellow #5) 용액을 살아있는 생쥐의 두개골과 복부 피부에 주입했다. 일반적으로 빛은 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 휘어지는 굴절과 흩어지는 산란 현상을 일으키는데, 이때 물체의 속을 볼 수 없는 이유는 산란 현상 때문이다. 특히 신체는 이를 구성하는 지방, 세포 내 체액, 단백질 등 구성요소에 따라 빛의 굴절률이 모두 다르고, 이런 물질들이 밀집돼 있기 때문에 빛이 통과할 때 산란 현상이 일어나면서 내부를 볼 수 없게 된다. 연구진은 생체를 구성하는 물질들의 각기 다른 굴절률을 일치시킨다면 조직을 투명하게 만들 수 있을 것이라고 가정하고, 빛을 흡수하는데 가장 효과적인 염료가 다양한 굴절률을 균일하게 만드는 데 도움이 될 것이라는 가설을 세웠다. 이 과정에서 연구진이 노란색의 식용색소인 타르트라진에 주목한 것은 이 색소가 청광색과 자외선을 흡수할 수 있기 때문이다. 연구진은 먼저 닭가슴살을 얇은 조각으로 자른 뒤 타르트라진 용액을 테스트한 결과, 타르트라진 농도가 증가할수록 근육 세포 내 체액의 굴절률이 근육 단백질의 굴절률과 같아질 때까지 커지면서 닭가슴살이 투명해지는 것을 확인했다. 다음 실험에서는 타르트라진 용액을 쥐의 두피에 문질러 흡수시키자, 피부가 투명해지면서 뇌 표면 혈관이 보이기 시작했다. 복부에 발랐을 때에는 단 몇 분 만에 장기와 소화관, 심장 박동의 모습이 드러났다. 투명해진 신체는 용액을 완전히 씻어내자 원상태로 회복됐으며, 피부로 흡수돼 체내로 퍼진 염료는 소변을 통해 배설되는 것을 확인했다. 다만 인간의 신체는 쥐보다 피부가 약 10배 두꺼우며, 이번에 인체 실험은 포함되지 않았다. 연구진은 “가장 중요한 사실은 이 염료가 생명체에 안전하다는 것”이라면서 “다만 쥐보다 두꺼운 사람의 피부를 투명하게 만들기 위해서 어느 정도의 염료가 필요한 지 알 수 없다. 또한 인체에 어느 정도 사용했을 때 안전한지에 대해서도 추가적인 연구가 필요하”고 설명했다. 이어 “이 기술을 인체에 적용할 수 있다면, 의사들은 침습적 생검에 의존하지 않고 조직 검사 등이 가능할 수 있을 것”이라면서 “혈액 채취 시 정맥을 더 잘 보이게 하고, 암을 조기에 발견하고 치료하는 데에도 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다. 또 “다음 연구에서는 인체 조직에 가장 잘 작용할 수 있는 염료의 용량을 밝혀내는 것이 목표 중 하나”라면서 “현재 타르트라진보다 더 효율적으로 (피부를 투명하게 하는데) 효율적인 물질에 대한 실험도 진행 중”이라고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 최고 권위의 과학저널인 ‘사이언스’ 최신호(6일자)이 실렸다.

중국에서 새로 발견된 진드기 매개 바이러스가 인간에게 퍼져 신경계질환을 일으킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. ‘습지 바이러스’(WELV)로 명명된 이 바이러스는 지난 2019년 랴오닝성(省) 진저우시(市)에 거주하는 61세 남성에게서 처음 확인됐다. 당시 해당 남성은 중국 북부 내몽고자치구에 있는 거대한 습지 공원으로 여행을 다녀온지 약 5일 만에 열과 두통, 구토 등의 증상을 보였다. 병원을 찾은 그는 의사에게 “진드기에 물렸다”고 말했고, 이에 의사는 항생제를 처방했지만 증상이 호전되지 않았다. 중국 베이징 미생물 및 유행병 연구소(Beijing Institute of Microbiology and Epidemiology) 등 현지 연구진은 환자의 혈액을 채취해 DNA 및 RNA(리보핵산)을 분석한 결과, 이전에는 본 적이 없는 오르토나이로바이러스의 일종이라는 사실을 확인했다. 오르토나이로바이러스는 진드기 매개 바이러스를 포함하는 그룹이며, 대표적으로 크리미아 콩고 출혈열(CCHF)이 있다. 다만 환자에게서 발견된 오르토나이로바이러스는 이전까지 발견된 것과는 다른 DNA와 RNA구조를 가지고 있었으며, 이에 습지 바이러스(WELV)라는 명칭이 붙었다. 또한 WELV가 콘신나피참진드기(Haemaphysalis concinna)를 통해 전파된다는 사실을 확인했다. 연구진은 “과거에 WELV가 동물이나 인간에게서 발견된 적은 없었다. 해당 남성의 혈액에서 처음 바이러스가 발견됐고, 이후 그가 방문했던 습지 공원을 포함해 중국 북부 지역에 서식하는 진드기와 동물에게서 바이러스를 찾아나섰다”고 전했다. 연구진은 약 1만 4600마리의 진드기 샘플을 수집한 뒤, 해당 진드기들이 서식하는 장소와 종별로 그룹화했다. 그 결과 약 2%가 WELV 유전물질에 대한 양성 반응을 보였다. 또 소수의 양과 말, 돼지, 설치류에게서도 같은 바이러스가 검출됐다. 개나 소 등 동물의 일부는 이 바이러스에 대한 항체를 가지고 있었다. 이는 일부 동물의 면역체계가 이미 해당 바이러스와 접촉한 경험이 있으며, 이에 대한 ‘방어선’을 구축했음을 의미한다. 연구진은 또 증상이 전혀 없는 습지 순찰대원들의 혈액을 분석한 결과, 총 640개의 샘플 중 12개에서 바이러스에 대한 항체가 발견됐다. 습지 공원이 있는 중국 북동부의 병원 4곳에서도 진드기에 물린 뒤 한 달 이내에 발열이 생긴 환자 수백 명에 대한 검사를 실시했고, 이중 20명이 해당 바이러스에 대한 양성 반응을 보였다. 3명은 다른 진드기 매개 질병에 동시에 감염된 반면, 나머지 17명은 WELV에만 감염된 것으로 확인됐다. 주목할만한 점은 WELV에 감염된 환자 중 한 명은 혼수상태에 빠질 정도로 증상이 심각했다는 사실이다. 해당 환자의 뇌와 척수를 둘러싼 체약에서 감염의 진후인 백혈구 수치가 매우 높게 나타났다. 다행히 혼수상태에 빠졌던 환자를 포함해 WELV 양성 반응을 보인 환자들은 4~15일의 입원 치료를 받은 뒤 퇴원해 건강을 회복했다. 다만 연구진은 실험실에서 생쥐와 햄스터의 복부에 해당 바이러스를 주입했을 때, 치명적인 감염 및 뇌 손상 등이 확인됐다. 이는 해당 바이러스가 뇌를 포함한 많은 장기에 도달할 수 있으먀, 신경계에 심각한 감염을 일으킬 수 있다는 의미다. 일부 실험쥐는 바이러스에 감염돼 목숨을 잃기도 했다. 연구진은 “지금까지의 데이터를 종합해 봤을 때, 새롭게 발견된 오르토나이로바이러스의 일종인 WELV는 인간에게 병원성이 있고, 중국 북동부에서 인간과 진드기 및 다양한 동물 사이에서 순환하고 있다는 사실을 확인했다”면서 “WELV 감염의 초기 증상은 비특이적 질병으로 나타나기 때문에, 다른 진드기 매개 질병과의 감별 진단이 필요하다”고 강조했다. 이번 연구는 중국 국립자연과학재단의 지원으로 진행됐으며, 연구 결과는 세계 최고 권위의 의학 전문지인 뉴잉글랜드의학저널(New England Journal of Medicine) 최신호(4일자)에 게재됐다.

중국에서 새로 발견된 진드기 매개 바이러스가 인간에게 퍼져 신경계질환을 일으킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. ‘습지 바이러스’(WELV)로 명명된 이 바이러스는 지난 2019년 랴오닝성(省) 진저우시(市)에 거주하는 61세 남성에게서 처음 확인됐다. 당시 해당 남성은 중국 북부 내몽고자치구에 있는 거대한 습지 공원으로 여행을 다녀온지 약 5일 만에 열과 두통, 구토 등의 증상을 보였다. 병원을 찾은 그는 의사에게 “진드기에 물렸다”고 말했고, 이에 의사는 항생제를 처방했지만 증상이 호전되지 않았다. 중국 베이징 미생물 및 유행병 연구소(Beijing Institute of Microbiology and Epidemiology) 등 현지 연구진은 환자의 혈액을 채취해 DNA 및 RNA(리보핵산)을 분석한 결과, 이전에는 본 적이 없는 오르토나이로바이러스의 일종이라는 사실을 확인했다. 오르토나이로바이러스는 진드기 매개 바이러스를 포함하는 그룹이며, 대표적으로 크리미아 콩고 출혈열(CCHF)이 있다. 다만 환자에게서 발견된 오르토나이로바이러스는 이전까지 발견된 것과는 다른 DNA와 RNA구조를 가지고 있었으며, 이에 습지 바이러스(WELV)라는 명칭이 붙었다. 또한 WELV가 콘신나피참진드기(Haemaphysalis concinna)를 통해 전파된다는 사실을 확인했다. 연구진은 “과거에 WELV가 동물이나 인간에게서 발견된 적은 없었다. 해당 남성의 혈액에서 처음 바이러스가 발견됐고, 이후 그가 방문했던 습지 공원을 포함해 중국 북부 지역에 서식하는 진드기와 동물에게서 바이러스를 찾아나섰다”고 전했다. 연구진은 약 1만 4600마리의 진드기 샘플을 수집한 뒤, 해당 진드기들이 서식하는 장소와 종별로 그룹화했다. 그 결과 약 2%가 WELV 유전물질에 대한 양성 반응을 보였다. 또 소수의 양과 말, 돼지, 설치류에게서도 같은 바이러스가 검출됐다. 개나 소 등 동물의 일부는 이 바이러스에 대한 항체를 가지고 있었다. 이는 일부 동물의 면역체계가 이미 해당 바이러스와 접촉한 경험이 있으며, 이에 대한 ‘방어선’을 구축했음을 의미한다. 연구진은 또 증상이 전혀 없는 습지 순찰대원들의 혈액을 분석한 결과, 총 640개의 샘플 중 12개에서 바이러스에 대한 항체가 발견됐다. 습지 공원이 있는 중국 북동부의 병원 4곳에서도 진드기에 물린 뒤 한 달 이내에 발열이 생긴 환자 수백 명에 대한 검사를 실시했고, 이중 20명이 해당 바이러스에 대한 양성 반응을 보였다. 3명은 다른 진드기 매개 질병에 동시에 감염된 반면, 나머지 17명은 WELV에만 감염된 것으로 확인됐다. 주목할만한 점은 WELV에 감염된 환자 중 한 명은 혼수상태에 빠질 정도로 증상이 심각했다는 사실이다. 해당 환자의 뇌와 척수를 둘러싼 체약에서 감염의 진후인 백혈구 수치가 매우 높게 나타났다. 다행히 혼수상태에 빠졌던 환자를 포함해 WELV 양성 반응을 보인 환자들은 4~15일의 입원 치료를 받은 뒤 퇴원해 건강을 회복했다. 다만 연구진은 실험실에서 생쥐와 햄스터의 복부에 해당 바이러스를 주입했을 때, 치명적인 감염 및 뇌 손상 등이 확인됐다. 이는 해당 바이러스가 뇌를 포함한 많은 장기에 도달할 수 있으먀, 신경계에 심각한 감염을 일으킬 수 있다는 의미다. 일부 실험쥐는 바이러스에 감염돼 목숨을 잃기도 했다. 연구진은 “지금까지의 데이터를 종합해 봤을 때, 새롭게 발견된 오르토나이로바이러스의 일종인 WELV는 인간에게 병원성이 있고, 중국 북동부에서 인간과 진드기 및 다양한 동물 사이에서 순환하고 있다는 사실을 확인했다”면서 “WELV 감염의 초기 증상은 비특이적 질병으로 나타나기 때문에, 다른 진드기 매개 질병과의 감별 진단이 필요하다”고 강조했다. 이번 연구는 중국 국립자연과학재단의 지원으로 진행됐으며, 연구 결과는 세계 최고 권위의 의학 전문지인 뉴잉글랜드의학저널(New England Journal of Medicine) 최신호(4일자)에 게재됐다

향기가 백 리 밖까지 퍼진다고 해서 붙여진 ‘백리향’은 천연 항산화물질로 불린다. 한의학에서는 사향초라고 불리며, 감기, 기침, 기관지염, 소화불량, 치통, 관절염 등 염증성 질환 치료에 많이 쓰였다. 최근에는 간 기능 개선과 숙취 해소에도 도움을 준다는 연구 결과도 나왔지만, 이전에 비해 활용이 줄었다. 이런 상황에서 백리향 추출물이 남성 갱년기 장애 개선에 도움을 준다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 한국한의학연구원 한약자원연구센터는 백리향 추출물이 남성 갱년기장애 개선 효능을 입증했다고 20일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의약학 분야 국제 학술지 ‘생의학 및 약물치료’에 실렸다. 연구팀은 세포실험을 통해 백리향 추출물이 남성 호르몬 생성에 미치는 영향을 조사했다. 남성 호르몬을 생성하는 라이디히세포에 백리향 추출물을 처리한 결과, 테스토스테론의 생성이 유의미하게 증가하는 것이 확인됐다. 백리향 추출물이 테스토스테론 생성에 큰 영향을 미치는 유전자 활동을 증가시켰다. 남성 호르몬 생성 필수 인자인 ‘사이토크롬 P450’ 유전자군 발현이 백리향 처리를 하지 않은 세포와 비교해 150~200% 증가하는 것도 관찰됐다. 또 연구팀은 사람으로 치면 45~60세에 해당하는 생후 50주된 늙은 쥐에게 백리향 추출물을 투여하는 실험을 했다. 그 결과, 남성 호르몬을 생성하는 고환이나 부고환의 무게 증감 없이 처리하지 않은 생쥐에 비해 테스토스테론이 200% 증가하는 것이 발견됐다. 연구를 이끈 박준홍 한의학연구원 박사는 “이번 연구는 한의학 분야에서 친숙한 소재로부터 남성갱년기 치료 효과를 발견했다는 데 의미가 크다”라며“백리향 추출물이 남성 호르몬 생성에 필수 인자인 사이토크롬 P450 유전자군 활동을 현저히 증가시키는 것이 확인된 만큼 추가 연구를 통해 효과적인 치료 물질을 개발할 것”이라고 말했다.

18~19세기 프랑스 법관이자 미식가인 장 앙텔름 브리야사바랭은 “당신이 먹은 것이 무엇인지 말해주면 당신이 어떤 사람인지 말해 주겠다”라고 말했다. 음식 취향을 통해 그 사람의 사회경제적 위치를 파악할 수 있다는 뜻이다. 그런데, 현대 과학은 먹는 음식을 통해 한 사람의 건강까지 파악할 수 있는 상황이 됐다. 건강한 음식을 먹는 사람은 건강하고, 그렇지 못한 사람은 신체적, 정신적 건강이 악화할 수밖에 없다. 독일 헬름홀츠 환경보건 연구센터 실험 유전학 연구소, 당뇨 연구센터(DZD), 라이프치히대 의정보학 연구소, 라이프치히 아동·청소년 병원, 오스트리아 빈 수의학대, 빈 자연·생명과학대, 보쿠대 환경생명공학연구소(IFA-Tulln), 핀란드 투르쿠대, 투르쿠대학병원 공동 연구팀은 고지방식을 즐겨 먹고, 체질량 지수가 높은 수컷 생쥐는 대사장애를 가진 수컷 새끼를 낳는다고 7일 밝혔다. 결국, 아빠의 식단이 아들의 미래 건강에 영향을 미친다는 것이다. 이런 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 6월 6일 자에 실렸다. 엄마가 자손에게 대사 특성을 물려줄 수 있다는 연구들은 많이 나왔다. 그렇다면 아빠는 어떨까. 2016년 미국 유타대 연구팀은 생쥐 수정란에 고지방식을 섭취한 아빠 생쥐의 정자 RNA를 주입했더니, 새끼가 자라서 대사 장애가 발생했다는 연구 결과를 내놨다. 부모의 식습관이 자손의 후성 유전체 변화로 이어질 수 있다는 설명이다. 이번 연구팀은 수컷 생쥐를 두 집단으로 나눠 2주 동안 한쪽은 고지방식을 먹이고, 다른 쪽은 저지방식을 먹인 뒤 생체 변화를 관찰했다. 그 결과, 식습관이 정자의 미토콘드리아 RNA, 특히 DNA를 단백질로 만드는 전달RNA(tRNA)에 영향을 미치는 것으로 확인됐다. 고지방식을 먹은 쥐의 정자는 저지방식을 섭취한 쥐의 정자보다 짧은 tRNA 조각이 더 많았다. 이런 RNA 조각은 특정 미토콘드리아 유전자의 활성을 높이거나 낮추는 등 유전체의 후성유전학적 조절자 역할을 하는 것으로 나타났다. 이를 통해 몸에 좋지 않은 고지방식 먹이를 섭취한 수컷 생쥐는 당뇨의 대표적 특징인 포도당불내성 같은 대사 문제를 수컷 새끼에게 유전한 것으로 확인됐다. 연구팀은 과체중인 아빠를 둔 사람과 고지방식을 먹은 수컷 새끼의 건강을 조사했다. 그 결과, 고지방식을 먹고 BMI가 높은 아빠를 가진 자식은 그렇지 않은 자식보다 아빠의 미토콘드리아 tRNA를 훨씬 많이 가진 것으로 조사됐다. 또 3431명의 인간 자녀 데이터를 분석한 결과, 임신 시 아빠의 BMI가 높을수록 자손의 대사 건강이 나빠진다는 사실도 확인했다. 연구팀은 건강한 아이를 얻기 위해서는 건강하게 먹는 것이 필수적이라고 설명했다. 식단은 정자에 전달되는 정보에 영향을 미치고, 이는 자손에게 영향을 미친다는 말이다. 연구를 이끈 독일 헬름홀츠 실험 유전학 연구소 라파엘레 테페리노 박사(후성유전학)는 “고지방 식단이 미토콘드리아에 스트레스를 줘 정자에 영향을 미치고 자손에게까지 전달된다는 당연한 사실을 실험적으로 증명한 것이 이번 연구의 의의”라고 말했다. 테페리노 박사는 “외부 스트레스가 미토콘드리아 활동을 증가시키고 정자가 난자에 도달하게 하는 힘을 충분히 제공하지 못하기 때문에 다양한 문제가 발생하는 것으로 생각된다”고 설명했다.

헬리코박터 파일로리균은 위의 염증성 질환과 위암의 주요 원인으로 알려져 있다. 일반적으로 약물을 이용해 치료하지만, 최근 항생제에 내성을 갖는 헬리코박터균이 등장하면서 완치가 점점 어려워지고 있다. 이런 가운데 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과, 서울아산병원 공동 연구팀이 위의 점액층에 붙어 헬리코박터균만 제거하는 물질을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생체 재료과학 분야 국제 학술지 ‘바이오머티리얼즈’에 실렸다. 국가암정보센터에 따르면, 한국인의 40~50%가 헬리코박터균에 감염돼 있다. 보균자의 대부분은 아무 증상 없이 살아가지만, 각종 위 관련 질환에 걸릴 가능성이 크다. 특히 소화성 궤양, 조기위암, 위 림프종이 있는 경우는 항생제 치료를 한다. 그러나, 항생제 내성균이 늘어나면서 표준 치료법으로 균을 제거할 수 있는 것이 81.8%로 과거에 비해 점점 떨어지는 추세다. 이에 연구팀은 기존 항생제와는 다른 방법으로 헬리코박터균을 제거할 수 있는 광역학치료법을 고안해 냈다. 광역학치료는 내시경으로 특정 파장의 빛을 위 상피세포에 있는 헬리코박터균에 직접 조사하는 치료법이다. 연구팀은 헬리코박터균을 감싸고 있는 외막의 특정 단백질을 인식하는 생체 내 수용체를 이용해 양이온성 고분자 기반 멀티리간드 구조의 광감각제를 개발했다. 광감각제는 빛을 쬐면 주변 산소를 활성산소로 바꾸는 물질로, 활성산소의 강한 산화력으로 세균을 죽이는 것이다. 특히, 광감각제가 접합된 양이온성 고분자는 음이온을 띄는 위 점액층과 정전기적 인력으로 부착돼 위 안에서 오래 살아남을 수 있다. 이번에 개발한 광감각제를 헬리코박터균 감염 생쥐에게 투여한 뒤 실험한 결과, 위 내에서 장시간 체류하는 것이 확인됐으며, 제균 효과가 평균 98.7%로 나타났다. 이는 다른 치료법들보다 치료 효과가 월등히 뛰어나다. 연구를 이끈 나건 가톨릭대 교수는 “이번에 개발한 광역학치료제는 항상제 내성 헬리코박터균을 효과적으로 제균할 수 있는 기술”이라며 “약물 내성으로 치료에 어려움을 겪는 다양한 질병 치료에 활용될 수 있는 잠재력이 있다”라고 설명했다.

말초신경은 한 번 손상되면 자발적으로 재생되지 않아 치료가 쉽지 않다. 자가이식이 최선의 치료법이지만 환자 자기 신경에서 이식할 수 있는 신경을 선택하기도 쉽지 않고, 이식한다고 하더라도 손상된 신경과 크기가 맞지 않을뿐더러, 다른 사람의 신경을 이식한다고 할 경우는 거부반응이 나타날 수도 있다. 이런 상황에서 국내 연구진이 손상된 말초신경을 대신할 수 있는 멸균 의료용 신경 도관 제조법을 개발해 눈길을 끈다. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 연구팀은 감마선을 이용해 인체에 해가 없는 의료용 신경 도관을 개발했다고 29일 밝혔다. 신경 도관은 손상된 신경끼리 연결해 신경 재생을 촉진하는 의료용 삽입기구다. 이 연구 결과는 생체재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈’에 실렸다. 이전에도 말초신경 재생을 돕는 천연 및 합성고분자 인공 신경 도관이 있었지만, 기계적 강도가 낮고 부서지기 쉬우며, 봉합사를 이용한 체내 삽입 시술이 어렵다는 문제 때문에 의료 현장에서 많이 사용되지 못했다. 또 인공 신경 도관을 만들 때 화학 가교제나 화학 변형체를 사용하기 때문에 독성 부산물이 발생해 추가 멸균 과정이 필요하고 제작 과정도 복잡해진다. 그래서, 생체적합성이 확보된 천연고분자를 이용해 인체 유해 부산물이나 독성물질이 발생하지 않고, 기계적 강도가 확보된 신경 도관을 멸균과 동시에 제작하는 기술 연구가 활발하다. 이에 연구팀은 30kGy(킬로그레이) 고에너지 감마선을 조사해 젤라틴 고분자를 이용해 이중네트워크 수화젤 신경 도관을 만들었다. 이런 방식은 제조가 간단하고 멸균이 가능하며, 기계적 특성도 높은 것으로 나타났다. 기존 신경 도관에 비해 인장 강도도 높고 봉합성도 우수하며 구부러짐 저항성도 큰 것으로 확인됐다. 연구팀은 이번에 개발한 감마선 조사 수화젤 신경 도관을 말초신경을 절단해 손상한 생쥐에게 삽입해 신경 재생 효과를 실험했다. 수술 6주, 12주 후 전기생리학적 분석과 근육 퇴화 및 재생 평가, 말초신경 조직학적 분석 결과 기존 의료용 실리콘 신경 도관과 비교해 재생 및 치료 효과가 큰 것으로 나타났다. 연구를 이끈 이재영 GIST 교수는 “이번 방법으로 개발한 신경 도관은 인체 독성이 없고 제조 방법도 간단하다”라면서 “신경 도관뿐 아니라 각종 보형물 같은 생체 삽입재료 제작을 위한 새로운 플랫폼으로도 이용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

생물학, 의학 연구를 위해서는 생체를 이용한 임상실험이 필수적이다. 그렇지만 최근 동물권 보호의 목소리가 높아지면서 생쥐나 유인원 등을 이용한 실험도 줄어드는 추세다. 대신 신약 개발, 질병 치료, 인공장기 개발 등을 위해 ‘오가노이드’(organoid)나 ‘어셈블로이드’(assembloid)를 활용하는 사례가 늘고 있다. 오가노이드는 배아줄기세포, 성체줄기세포, 유도만능줄기세포 등을 3차원적으로 배양하거나 재조합해 만든 장기 유사체로 미니 장기, 유사 장기로 부른다. 어셈블로이드는 세포 재구성으로 만든 조립형 미니 인공장기다. 오가노이드가 인간 장기의 기능을 완벽히 구현해 내는 데 한계가 있는 점을 극복하기 위해 나온 것이다. 미국 스탠퍼드대 정신과학·행동과학과와 신경학과, 에모리대 인간 유전학과 공동 연구팀은 중증 신경 발달 질환인 티모시 증후군에 대한 유전자 교정 치료법을 개발했으며 뇌 오가노이드와 어셈블로이드로 실험해 효과를 확인했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 4월 25일자에 실렸다.티모시 증후군은 인지 장애, 자폐 스펙트럼 증후군, 뇌전증 등 다양한 신경정신과 증상을 동반하는 질환이다. 신경세포의 칼슘 채널을 암호화하는 ‘CACNA1C’라는 유전자에 문제가 생기면서 나타나는 선천성 유전 질환으로 알려져 있다. 연구팀은 CACNA1C 유전자 일부를 표적으로 한 짧은 가닥의 합성 RNA인 ‘안티센스 올리고뉴클레오타이드’로 돌연변이 유전자 발현을 억제해 티모시 증후군을 치료할 수 있을 것이라는 아이디어를 제시했다. 이 방법을 실험하기 위해서 연구팀은 티모시 증후군 환자 3명의 줄기세포를 이용해 뇌 오가노이드를 만든 뒤 새끼 생쥐의 뇌에 이식했다. 생쥐가 커갈수록 티모시 증후군 환자의 뇌 오가노이드가 생쥐의 뇌와 완벽히 통합되는 것이 관찰됐다. 그다음 연구팀이 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 주입한 결과 칼슘 채널 결함이 교정돼 티모시 증후군이 치료된 것이 확인됐다. 연구를 이끈 세계적인 신경과학자 세르지우 파스카 스탠퍼드대 교수는 “이번 연구 결과는 현재 치료 불가능한 신경 퇴행성 질환이나 신경 발달 장애 치료를 위한 신약 개발에 앞서 줄기세포 기반 오가노이드로 검증하는 것이 효과가 있음을 보여 준다”고 말했다.그런가 하면 스위스 로잔 연방공과대(EPFL) 생명공학연구소, 스위스 국립실험암연구소(ISRCEC), 레만 국립암센터, 바젤 로셰 혁신센터 공동 연구팀도 대장 오가노이드를 이용해 대장암 발병 과정을 상세히 파악하는 데 성공했다고 과학 저널 ‘네이처’ 4월 25일자에 발표했다. 오가노이드는 암세포의 움직임을 연구하는 데 많이 사용되고 있지만, 기존 방식으로 만들어진 오가노이드는 다양한 세포 유형과 조직 수준에서 나타나는 현상을 고해상도로 실시간 파악하기에는 어려움이 있다. 연구팀은 새로운 대장암 오가노이드 모델을 개발했다. 이 오가노이드 모델은 청색광을 이용해 원하는 부위에 암세포가 발생하도록 유도할 수 있는 한편 몇 주 동안 고해상도로 실시간 추적 관찰할 수 있다. 연구팀은 대장암 오가노이드를 생쥐에게 이식해 실험한 결과 실제 대장암 진행 과정과 같게 종양을 발달시킨다는 사실을 확인했다. 파스카 교수와 함께 오가노이드 연구의 세계적 석학인 마티아스 루돌프 EPFL 교수는 “오가노이드는 종양 성장과 관련한 복잡한 과정을 연구하는 데 도움이 되며 새로운 치료법 발견 속도도 앞당길 수 있게 해준다”며 “이번 연구는 이전에는 동물 모델에서만 볼 수 있었던 복잡한 과정을 모방할 수 있다”고 설명했다.

방광암은 방광 내부 상피세포에서 처음 발생하는 질환이다. 발병 원인은 정확히 알려지지 않지만 60~70대에서 주로 발생한다. 방광암이 발생하면 절제술이 시행되는데 기능 회복 여부를 정확하게 파악하기가 쉽지 않다. 이에 국내 연구진을 중심으로 한 과학자들이 방광 기능을 안전하게 모니터링하는 생체전자 시스템을 개발해 주목받고 있다. 카이스트 전기및전자공학부, 미국 노스웨스턴대 공동 연구팀은 방광의 크기와 압력 변화를 정확하게 측정할 수 있는 디지털 헬스케어 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’에 실렸다. 방광암이 발생하면 방광에 종양이 있는 부위를 잘라내고 나머지 방광을 이어 붙이는 부분적 방광절제술을 실시한다. 수술 후에는 긴 회복 기간이 필요하며, 이 기간에는 요로 동역학 검사(UDS)를 통해 체외로 소변을 배출하는 기능을 평가한다. 이를 위해 방광에 고무나 금속제의 가는 관인 카테터를 삽입한다. 문제는 카테터를 삽입할 경우 요도 감염 위험이 있고, 고위험 환자에게는 신우신염이 생길 수 있다. 이 때문에 요로에 카테터 삽입 없이 방광 상태를 모니터링할 수 있는 기술이 필요하다. 연구팀은 방광의 상태와 관련된 기계적 변형 변화를 무선 원격 측정할 수 있는 이식형 방광 플랫폼을 개발했다. 실 형태의 생분해성 스트레인 센서를 이용해 방광의 크기와 압력 변화를 실시간으로 측정할 수 있다. 또 회복 기간이 끝나면 외과 수술을 통해 센서를 제거할 필요 없이 체내에서 녹아 없어지게 된다는 장점도 있다. 추가 수술과 합병증 위험을 낮출 수 있어, 환자의 불편함과 회복 시간을 줄이게 된다. 연구팀은 개코원숭이와 생쥐에게 이 장치를 이식한 다음 최대 30일까지 실시간 변화를 측정할 수 있다는 점을 확인했다. 연구를 이끈 권경하 카이스트 교수는 “개코원숭이 실험을 통해 이번 장치가 방광 기능에 대한 정확하고 신뢰할 수 있는 데이터를 제공할 수 있다는 점을 확인했다”며 “방광 절제술 환자의 회복 시간을 단축하고 전반적인 수술 결과를 개선하는 데도 도움이 될 것”이라고 말했다.

소뇌는 과거의 경험을 바탕으로 행동을 조정하는 학습 방식에 핵심적 역할을 한다. 그렇지만, 과거를 통해 현재의 행동을 바꿀 수 있는 학습이 어떻게 가능한지는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 세계적인 신경과학 및 의학 연구 기관 중 하나인 포르투갈 샴팔리마우드 연구재단 과학자를 중심으로 한 연구팀이 살아있기는 하지만 기능적으로 변형된 신경세포인 ‘좀비 뉴런’을 우연히 발견했다. 연구팀은 좀비 뉴런과 연관된 등반 섬유의 활동이 연상 학습에 절대적으로 필요하다는 것을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 신경과학’ 4월 2일 자에 실렸다. 소뇌는 움직임과 균형 조정에 관여해 운동 학습에 중요한 역할을 하며, 행동을 개시하기 전 학습된 미세 움직임을 조절하는 기능을 하는 것으로 알려졌다. 소뇌는 복잡한 길을 걷거나 체육 활동을 하는 데 필수적이다. 또 감각 신호를 특정 행동과 연관시키는 학습 과정에서도 중요하다. 찰랑거리는 컵을 조심스럽게 드는 것처럼 시각 신호를 동작 반응과 연결하는 것도 소뇌의 역할이다. 어떤 행동을 수행하는 데 한 번 실수했다면, 그 실수에 대한 정보는 뇌의 연결 강도를 조정하는 데 사용돼 나중에 비슷한 상황에 놓이면 실수하지 않게 하는 식이다. 연구팀은 오류나 학습 신호가 뇌 내에서 어떻게 학습돼 행동 변화를 유도하는지에 주목했다. 연구팀은 등반 섬유와 운동 기능에 중요한 역할을 하는 소뇌의 푸르키네 세포의 관계를 분석하기 위해 생쥐 실험했다. 연구팀은 ‘눈 깜박임 조건화’ 실험했다. 연구팀은 건강검진에서 안압을 측정할 때처럼 눈에 가볍게 공기를 분사해(에어퍼프) 생쥐가 눈을 깜박이는 동시에, 광유전학 기술로 신경세포에 자극을 가했다. 광유전학은 빛으로 특정 세포를 켜거나 끄는 기술이다. 연구팀은 등반 섬유를 빛으로 직접 자극하자, 공기 펌프를 쐈을 때처럼 눈을 깜박이는 것을 확인했다. 연구팀은 소뇌에 있는 다른 유형의 뇌세포들도 똑같이 눈 깜박임 조건화 실험을 하며 자극했지만, 등반 세포처럼 학습 효과가 나타나지 않는 것을 확인했다. 연구팀은 등반 세포에서 ‘채널로돕신-2’(ChR2)라는 빛에 민감한 단백질이 발현되는 것을 발견했다. ChR2가 활성화된 생쥐에게 에어퍼프 방법으로 눈깜박임을 학습시키려고 했지만, 완전히 학습하지 못한다는 사실을 발견했다. 등반 섬유에 ChR2가 있으면 원래 특성을 잃고 표준 감각 자극에 반응하지 못한다. 결국 동물의 운동 학습 능력을 완전히 차단한다는 것이다. 연구팀에 따르면 이번 연구를 통해 특정 뉴런의 신호 전달을 완전히 차단하지 않고, 특정 뉴런의 활동 패턴을 조절할 수 있음을 확인했다. 이에 연구팀은 기능적으로는 살아있지만, 평소처럼 뇌 회로와 상호작용을 하지 않는다고 해서 ‘좀비 뉴런’이라고 이름을 붙였다. 연구를 이끈 타티아나 실바 박사는 “이번 연구 결과는 등반 섬유 신호가 소뇌 연관 학습에 필수적이라는 강력한 증거”라며 “ChR2 발현이 뉴런의 좀비화로 이어지는 것이 다른 형태의 소뇌 학습에도 적용되는지 추가 연구를 진행할 예정이다”라고 말했다.

임산부들은 건강한 아이를 낳기 위해 먹는 것에 상당히 신경을 쓴다. 그런데, 먹는 것에 따라 아이의 얼굴도 달라질 수 있다는 재미있는 연구 결과가 나왔다. 엄마가 먹는 것에 따라 김수현 같은 아들, 김지원 같은 딸을 낳을 수도 있다는 말이다. 스웨덴 카롤린스카 연구소를 중심으로 7개국 20개 대학 및 연구 기관 소속 과학자로 구성된 국제 공동 연구팀이 임신한 어미 쥐의 단백질 섭취 함량에 따라 새끼의 얼굴 모양이 달라진다고 밝혔다. 이번 연구에는 스웨덴 카롤린스카 연구소, 예테보리대, 중국 베이징대, 체코 브루노 공과대, 오스트리아 빈대학, 러시아 카잔 연방대, 미래 기술 생애 개발 연구센터(LIFT), 세베르초프 생태 및 진화연구소, 콜초프 발달생물학 연구소, 일본 준텐도대, 벨기에 루벤 가톨릭대 소속 과학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 3월 27일 자에 실렸다. 태아의 얼굴 형태는 모체의 자궁에서 일어나는 복잡한 과정에 따라 결정된다. 그 과정에 오류가 발생할 경우 구개열이나 두개골 뼈가 너무 일찍 결합하는 것 같은 선천적 결함이 나타나게 된다. 유전적 원인도 있겠지만, 환경적 요인도 이런 질환에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 일란성 쌍둥이는 유전적 영향과 환경적 영향을 모두 공유하지만, 얼굴 특징에 약간의 차이를 보인다. 발달 과정에서 더 미묘한 얼굴 특징이 어떻게 형성되는지는 명확하게 밝혀지지 않았다. 연구팀은 인간 배아에서 얼굴이 발달하는 동안 유전자 발현을 조절하는 DNA 영역인 ‘인핸서’를 검색했다. 인핸서는 DNA 염기서열의 특정 부분으로, 유전자의 전사 효율을 높이는 염기배열이다. 그다음, 인간 얼굴 특징의 변이에 관여하는 유전자 목록과 인핸서를 비교 분석했다. 분석 결과, 인핸서 중 일부는 영양에 반응하는 세포 과정을 제어하는 mTORC1 경로와 관련된 유전자와 연결된 것이 확인됐다. 이를 바탕으로 연구팀은 생쥐와 제브라 피시로 실험했다. 그 결과, 초기 배아 발달 단계에서 이 경로가 활성화하면 얼굴이 커지고 코 연골이 두꺼워지는 것으로 나타났다. 그러나, 이 경로가 억제되면 제브라 피시의 얼굴이 길어지고 생쥐의 주둥이가 길어지는 것으로 나타났다. 또, 고단백 사료를 먹인 임신한 생쥐의 배아는 저단백 사료를 먹인 임신한 생쥐의 배아에 비해 mTORC1 신호가 변하고 비강 부분이 더 커지고 턱뼈가 작아진 것으로 나타났다. 연구를 이끈 안드레이 차긴 스웨덴 카롤린스카 연구소 교수(생리학·약리학)는 “이번 연구 결과는 모체 식단 변화가 복잡한 유전적 메커니즘과 상호 작용해 다양한 얼굴 특징을 만들어내는 데 영향을 미칠 수 있음을 보여준다”라고 설명했다. 차긴 교수는 “이 같은 경로가 인간의 얼굴 특징 형성에도 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 본다”라고 덧붙였다.

LG가 인류의 영원한 숙제인 알츠하이머와 암의 원인 규명에 나선다. LG AI연구원은 세계적인 유전체(게놈) 비영리 연구기관인 미국 잭슨랩과 알츠하이머 및 암의 발병 원인과 진행 과정을 분석하고 치료제 효과까지 예측하는 인공지능(AI) 모델을 개발하는 본계약을 체결했다고 11일 밝혔다. 잭슨랩은 유전자 변형 실험용 생쥐를 직접 설계하고 생산할 수 있는 유전체 전문 연구기관으로 알츠하이머와 암 등 질병과 관련된 다양한 유전적 변이와 돌연변이 유전자 등 방대한 연구 자료를 보유하고 있다. 양사는 우선 LG의 생성형 AI인 엑사원에 잭슨랩이 보유한 알츠하이머의 유전적 특성과 생애주기별 연구 자료를 학습시켜 질병 원인을 분석하고 치료 효율성을 높인다는 계획이다. 특히 암 진단과 치료 분야에 활용될 AI 모델도 공동 개발한다. 특수한 검사를 진행하지 않더라도 사진으로 암을 신속하게 진단하고 치료 효과를 예측하는 멀티모달(시각, 청각 등 다양한 방식을 통한 정보 교환) 생성형 AI 모델과 개인별 유전체 정보 특성에 맞는 맞춤형 항암 치료 선택지를 의사에게 제안하는 대화형 생성 AI 모델 등이다. 배경훈 LG AI연구원장은 “LG의 미래성장 동력인 바이오 분야에서도 AI 기술로 의미 있는 성과를 거둘 수 있도록 연구개발을 적극적으로 이어 나갈 것”이라고 말했다.

지난 1월 미국의 일론 머스크가 만든 뇌신경과학 기업 뉴럴링크가 뇌와 컴퓨터를 연결할 수 있는 BCI 칩을 인간에게 이식하는 데 성공했다고 발표했다. 이처럼 뇌에 칩을 심어 뇌신경질환을 치료하려는 다양한 시도들이 많다. 문제는 칩을 심을 때나 칩을 이용한 뒤 다시 제거하기 위한 수술을 해야하기 때문에 감염 위험이 있다는 것이다. 이에 연세대 전기전자공학과, 고려대 의대, 부산대 전기전자공학부 공동 연구팀은 뇌 질환 치료와 모니터링을 동시에 수행하고 사용 후에는 체내에서 완전히 분해되는 다기능성 완전 생분해성 뇌신경 광전자 임플란트 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 3월 6일 자에 실렸다. 기존에 뇌파를 측정하거나 뇌 상태를 모니터링하기 위한 뇌신경 임플란트 장치는 무기 물질로 만들어지기 때문에 아무리 조심한다고 하더라도 뇌 조직 손상과 염증 반응을 피할 수 없다. 게다가 뇌에 이식된 장치 수명이 끝나면 제거를 위한 추가 수술이 필요해 환자에게 2차 감염으로 인한 합병증을 일으킬 수도 있다. 이 때문에 최근에는 환자에게 덜 영향을 미치는 생분해성 뇌신경 임플란트 장치가 개발되고 있지만, 하나의 기능만 수행하도록 설계돼 통합 시스템을 구축하기는 어려움이 있다. 이에 연구팀은 전기적 인터페이스는 단결정 실리콘을 기반으로 한 고전도, 생분해성 전극으로 만들고, 광(光) 인터페이스는 부드러운 생분해성 고분자인 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA) 공중합체를 기반으로 했다. 이번에 개발된 다기능 광전자 장치는 생분해성 유기 및 무기 물질로만 구성돼 인체에 해가 없고 유연하다는 특징을 갖고 있다. 이 때문에 이식 중 조직 손상 및 염증 반응은 적고, 사용 후에는 가수분해를 통해 체내에서 무해한 물질로 분해돼 사라지게 된다. 연구팀은 이번 장치를 생쥐의 뇌에 이식해 실험한 결과 대뇌 피질에 광 자극을 주는 동시에 뇌파 모니터링을 동시에 수행할 수 있다는 것을 확인했다. 연구를 이끈 유기준 연세대 교수는 “이번에 개발된 장치는 질병을 감지하고 치료한 뒤 체내에서 흡수돼 2차로 머리를 여는 수술이 필요하지 않아 2차 감염 위험과 의료 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다”라고 말했다. 유 교수는 “뇌과학은 물론 신경회로 연구, 난치성 뇌 질환 치료에도 도움을 줄 것으로 본다”고 덧붙였다.

피부는 외부 유해 물질로부터 인체를 보호하는 장벽 역할을 한다. 그런 피부가 손상되면 중증 환자들에게는 패혈증 같은 심각한 질환으로 연결될 수 있다. 특히 당뇨 환자는 혈액 순환과 상처 치유 과정에 일반인과 달라 만성상처가 쉽게 생긴다. 국내 연구진이 상처 발생과 치료 과정을 실시간으로 모니터링해 다른 중증 질환으로 이어지는 것을 사전에 막을 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 카이스트 전기및전자공학부, 중앙대 공동 연구팀은 당뇨 환자의 만성상처 부위 치유 과정을 실시간으로 추적해 치료 시기를 효과적으로 모니터링할 수 있는 무선 시스템을 개발했다고 5일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈’에 실렸다. 만성상처로 인한 피부 재생을 위해 미국의 경우 매년 수백억 달러의 의료비가 지출되고 있다. 또 상처 치유를 촉진하기 여러 방법이 있지만, 환자별 상처 상태에 따라 맞춤 관리도 필요하다. 이에 연구팀은 상처 부위와 건강한 주변 피부 사이의 온도 차를 이용해 상처 내 발열 반응을 추적할 수 있도록 했다. 열 전송 특성을 측정해 피부 표면 근처 수분 변화를 관찰하면 흉터 조직의 형성 과정을 파악할 수 있다는 것이다. 연구팀은 당뇨를 유발한 생쥐를 이용해 만성 상처 치유가 지연되는 과정에서 실험을 진행했고, 수집된 데이터로 상처 치유 과정과 흉터 조직 형성을 정확히 추적할 수 있음을 확인했다. 연구팀이 개발한 시스템은 상처 치유 후 기기를 제거하는 과정에서 발생할 수 있는 조직 손상을 줄이기 위해 체내에서 자연 분해되는 생분해성 센서 모듈을 사용했다. 생분해성 재료를 활용했기 때문에 사용 후 제거할 필요가 없으므로 상처 부위 내부에서도 계속 모니터링할 수 있다는 장점도 있다. 연구팀은 추가 연구를 통해 이번 장치를 항균 특성을 가진 재료와 통합해 염증 반응, 박테리아 감염, 기타 병변을 관측하고 예방하는 기술로 확장할 계획이라고 밝혔다. 연구를 이끈 권경하 카이스트 교수는 “이번 개발한 장치로 상처 부위를 지속해 모니터링할 수 있기 때문에 의료 전문가들이 당뇨 환자의 상처 상태를 더 정확하게 파악하고 적절한 치료를 적시에 제공할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

‘찬밥’을 먹으면 살도 빠지고 당뇨도 잡을 수 있다고? 중국과 독일 공동 연구팀은 찬밥처럼 노화 녹말이나 덜 익은 바나나, 고구마, 감자 같은 저항성 전분을 식단에 보충하면 체중 감량과 당뇨 관리에 도움이 된다고 밝혔다. 이번 연구에는 중국 상하이교통대 의대, 홍콩대, 홍콩 시티대, 홍콩 폴리테크닉대, 상하이 해양대, 독일 라이프니츠 감염생물학 및 천연물 연구소, 프리드리히 쉴러대, 뷔르츠부르크대 생물학자, 컴퓨터 공학자, 의학자 등이 참여했다. 이 연구 결과는 생명 과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 메타볼리즘’ 2월 27일 자에 실렸다. 저항성 전분(resistant starch)은 소장에서 잘 소화되지 않고 저항하는 프리바이오틱 탄수화물이다. 대부분의 녹말은 소장에서 대부분 소화되지만 저항성 전분은 소장에서 소화되지 않고 대장으로 옮겨가 장내 미생물에 영양을 공급해 유익한 대사산물을 만들어 내는 것으로 알려져 있다. 저항성 전분은 통곡물, 렌틸콩, 강낭콩, 고구마, 감자, 녹색 바나나, 카사바 등과 차게 식은 밥처럼 노화 녹말에 많이 포함돼 있다.연구팀은 과체중이나 비만으로 분류된 37명의 남녀 참가자를 대상으로 20주 동안 실험했다. 참가자들은 과체중 및 비만 성인 건강 관리 지침에 따라 하루 세끼 균형 잡힌 식단을 제공했다. 연구팀은 8주 동안은 하루 40g씩 저항성 전분을 식단에 포함했고, 다른 8주 동안은 저항성 전분을 제공하지 않았다. 그 결과, 저항성 전분을 꾸준히 섭취한 8주 동안은 참가자들 모두 평균 2.8㎏ 체중 감량 효과와 함께 인슐린 저항성이 개선됐다는 점이 확인됐다. 그렇지만 저항성 전분을 식단에서 제외하면 이런 효과가 사라지는 것이 관찰됐다. 연구팀에 따르면 이런 효과는 장내 미생물의 구성과 군집의 변화 때문이다. 저항성 전분이 비피도박테리움 아돌레센티스(Bifidobacterium adolescentis)와 같은 유익 장내 미생물을 풍부하게 만든다고 연구팀은 설명했다. 연구팀은 고지방식을 먹여 비만이 된 수컷 생쥐에게 비피도박테리움 아돌레센티스 보충제를 먹이면 체중이 감소하고 장내 기능이 개선되는 것을 확인했다. 연구를 이끈 웨이핑 지아 중국 상하이교통대 의대 교수는 “저항성 전분을 함유한 식이 보충제가 과체중인 개인에게 도움을 줄 수 있을 것”이라며 “이번 연구에 따르면 저항성 전분이 체중 감량과 당뇨 관리에 도움이 되는 것은 유익한 장내 미생물에 영향을 미치기 때문으로 분석됐다”라고 말했다.

지난 19일은 눈이 비가 돼 내리고, 얼음이 녹아 물이 된다는 24절기 중 ‘우수’였다. 우수가 지나 경칩이 가까워지면 바람 끝에서도 포근함이 느껴진다. 날이 풀리면서 많은 사람이 운동에 나선다. 운동과 함께 근육을 만들기 위해 고단백질 식품을 섭취하는 경우가 많다. 그러나, 고단백식품을 많이 먹으면 심혈관 질환 발생 가능성이 커진다는 연구 결과가 나왔다. 미국 피츠버그대 의대, 세인트루이스 워싱턴대 의대, 존 코크란 VA 의료센터, 미주리대 의대, 루이지애나 주립대 보건 과학 센터, 캐나다 토론토대 공동 연구팀은 권장 단백질 섭취량을 초과한 고단백 식단을 오래 이어간다면 체내 아미노산 류신이 증가하면 죽상동맥경화증이 생길 수 있다고 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 메타볼리즘’ 2월 20일 자에 실렸다. 단백질은 탄수화물, 지방과 함께 필수 영양소다. 서구 사회 사람들은 평균적으로 일일 권장량보다 약 33% 정도 더 많은 단백질을 섭취한다. 최근 한국 사회에서도 식단의 서구화로 단백질 섭취량이 늘어나는 추세다. 게다가 몸매 만들기를 위해 단백질만 섭취하는 경우도 적지 않다. 앞선 여러 연구에서 수행한 동물 실험을 보면 단백질 과잉 섭취는 동맥경화를 비롯한 심혈관 질환과 밀접한 관련이 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 체질량 지수(BMI)가 과체중으로 분류된 23명의 성인 남녀를 대상으로 단백질 섭취량에 따른 혈액 내 아미노산 수치를 분석했다. 14명에게는 500kcal 식사를 두 번 제공했다. 처음에는 단백질 함량을 높이고, 다음에는 단백질 함량이 낮춘 식사를 하도록 했다. 9명에게는 한 끼 기준인 450kcal 표준 식사를 두 차례에 제공하면서 한 번은 16g의 단백질, 다음에는 25g의 단백질을 함께 섭취하도록 했다. 연구팀은 각각 식사 전후와 식사 후 1시간, 3시간 뒤 혈액검사를 했다. 그 결과, 한 끼에 25g을 초과하는 단백질을 섭취하면, 순환계에서 아미노산 류신의 수치가 증가해 대식세포와 단핵구에 영향을 미친다는 사실을 확인했다. 생쥐 실험과 세포 실험에서도 권장 섭취량의 22%를 초과한 단백질을 섭취하면 체내 류신 수치가 증가해 면역 세포에 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다. 단백질 과다 섭취는 죽은 세포나 기능을 상실한 세포를 제거하는 대식세포에 악영향을 미쳐 혈관 벽에 죽은 세포들이 쌓이고 시간이 지나면서 굳어져 죽상경화증이 악화할 수 있다는 설명이다. 연구팀에 따르면 이런 현상은 식물 단백질에서는 나타나지 않았으며, 동물 단백질에서 주로 나타났다. 연구를 이끈 바박 라자니 세인트루이스 워싱턴대 의대 교수는 “이번 연구는 근육량을 늘리기 위해서 맹목적으로 단백질 섭취를 늘리는 것은 문제라는 것을 보여준다”라면서 “특히 심장 질환이나 혈관 장애 위험이 있는 사람들에게는 식단 전체를 살펴보고 균형 잡힌 식사를 하는 것이 중요하다”라고 말했다.