UCSF의 세포생물학자인 프란시스 브로드스키(Frances Brodsky) 박사 연구팀은 Science 최근호에 실린 논문에서, "인간에게는 있지만 마우스에게는 없는 단백질이 혈당조절에 중요하며 당뇨병의 발병에 영향을 미친다."는 연구결과를 발표했다. 이 단백질은 근육과 지방세포에서 생성되는 CHC22로, 클래트린(clathrin)의 동족체(isoform)이며, 혈당상승에 반응하여 인슐린에 의해 활성화된다고 한다. CHC22의 기능은 포도당 수송체(glucose transporter GLUT4)가 막으로 둘러싸인 구조(소포체) 안에 저장되도록 도와주는 것이다. 인슐린의 농도가 증가하면 이 소포체는 세포막으로 이동하고, 소포체에서 나온 수송체는 혈중의 포도당을 받아들여 세포에 에너지원을 공급하게 된다는 것이다.

2형 당뇨병 환자의 경우, 인슐린이 혈중 포도당의 흡수를 촉진하는 능력이 떨어지게 되는데, 그렇게 되면 CHC22 경로에도 문제가 생긴다. 그 결과 즉 혈당은 넘쳐나는 데 세포는 굶어죽는, 소위 `풍요 속의 빈곤`이 발생하게 된다. 그런데 문제는, 마우스의 경우 CHC22의 도움 없이도 혈당을 조절하는 메커니즘을 갖고 있다. 왜냐하면 많은 포유동물들이 CHC22를 보유하고 있지만, 유독 마우스만은 CHC22를 보유하고 있지 않기 때문이다. 이는 당뇨병의 특정 측면을 연구하는 데 마우스가 도움이 되지 않을 수 있다는 문제를 제기한다. "나는 이제껏 마우스를 이용하여 실시된 모든 연구가 잘못 되었다고 말하고 싶지는 않다. 즉, 지금 당장 모든 당뇨병 마우스 모델의 사용을 중단하자는 것은 아니다. 다만 모든 당뇨병 마우스모델에는 하나의 중요한 요소가 결여되어 있다는 것을 지적하고 싶다."고 브로드스키 박사는 말했다.

연구진은 인간세포를 이용한 in vitro 실험에서, RNAi를 이용하여 CHC22의 발현을 감소시켜 보았다. 그 결과 포도당수용체의 수가 감소하고 모든 「포도당수용체 저장 소포체」(glucose transporter storage vesicles)가 상실되는 것으로 나타났다. 그러나 연구진이 인간 CHC22를 유전자변형 마우스에게 발현시켜 본 결과, 이 마우스는 전형적인 당뇨병 증상(고혈당, 인슐린반응성 감소)을 나타냈다. 이는 마우스가 CHC22를 필요로 하지 않기 때문에, 마우스에게 도입된 CHC22가 마우스의 정상적인 혈당조절반응을 교란시켰다는 것을 의미한다. 연구진은 마우스가 CHC22를 필요로 하지 않는 이유를 다음과 같이 설명한다: 마우스는 혈중의 포도당을 제거하는 과정에서 근육세포에의 의존도가 그리 높지 않다. 인간의 경우 혈중의 포도당을 제거하는 데 있어서 골격근이 차지하는 비중이 90%이지만, 마우스는 이러한 작업의 대부분을 간에 의존한다.

"이번 연구는 매우 중요하지만 종종 간과되고 있는 「당뇨병의 발병과정에서 소포체 이동(vesicle trafficking)이 수행하는 역할」에 대한 주의를 환기시킨다. 당뇨병 환자의 경우 소포체의 이동경로가 교란된 것으로 나타나고 있기 때문에, 이 경로를 자세히 연구하는 것은 당뇨병의 발병과정 및 치료방법을 연구하는 데 매우 중요하다."고 예일의대의 조나단 보건(Jonathan Bogan) 박사는 논평했다. 브로드스키 박사는 "당뇨병환자를 대상으로 한 다양한 유전자검사에서 CHC22를 코딩하는 유전자 영역에 돌연변이가 존재하는 것으로 밝혀졌다."는 점에 주목하고 있다.

마우스가 CHC22를 보유하지 않고 있다고 하여, 마우스를 이용하여 실시된 기존의 모든 연구들에 하자가 있다고 볼 수는 없다. 다만 이러한 사실이 신약개발에는 많은 영향을 미칠 것으로 보인다. 마우스를 이용하여 입증된 신약의 효능이 인간에게는 나타나지 않을 수 있기 때문이다. "당신이 제약회사의 관계자라면 모든 당뇨병 치료제의 효능을 인간세포주를 대상으로 실시해야 할 것인가? 반드시 그렇지는 않다. 문제는 약물의 표적이다. 약물의 표적이 CHC22보다 상위(upstream)에 있다면 큰 문제는 없다. 그러나 약물의 표적이 CHC22보다 하위(downstream)에 있다면 문제는 심각해진다."고 보건 박사는 말했다.

Reference: Vassilopoulos, S. et al., "A Role for the CHC22 Clathrin Heavy-Chain Isoform in Human Glucose Metabolism", Science 324, 1192? 1196 (2009).
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PI 및 포닥의 9가지 유형 분류법

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영국 임페리얼 칼리지의 Peter Barnes 박사의 연구팀은 코르티코스테로이드(corticosteroid) 약제들이 알레르기성 염증에 보이는 효과를 설명하는 동시에 이들 질환의 새로운 치료 표적을 제시하는 새로운 연구결과를 ‘Public Library of Science’ 최신호에 발표했다.

면역반응은 바이러스, 세균, 진균 등의 병원체에 인체에 들어왔을 때 몸을 보호하기 위해서 발생한다. 이들 외부의 침입자들에 대하여 면역계는 침입자 표면의 특정 분자를 인식하고, 다른 면역세포를 활성화시키며, 사이토카인(cytokine)이라는 세포의 화학물질을 유리시키는 T 림프구라는 면역계 세포를 활성화시킨다. 그렇지만 때때로 면역계는 꽃가루나 집먼지 진드기와 같은 몸에 해롭지 않은 물질에 대해서도 면역반응을 유발시켜서 천식이나 건초열등의 알레르기 증상을 유발시킨다. 이와 같은 알레르기 질환은 미국에서만 매년 5000만 명에게 발생한다고 집계되고 있다.

알레르기 유발물질에 면역계가 접촉하면 T 헬퍼-2 세포(Th2)라는 T 림프구를 활성화시킨다고 한다. Th2 세포는 인터루킨(interleukin: IL)-4, 5, 13의 3종의 사이토카인을 생성시켜서 알레르기 반응에 수반되는 염증을 유도시킨다고 한다. 과학자들은 코르티코스테로이드가 면역계 세포의 글루코코르티코이드(glucocorticoid) 수용체에 결합하여 알레르기성 염증을 줄여준다고 알고 있다. 이들 수용체들은 코르티코스테로이드에 결합한 후에 핵의 내부로 이동하여 특정 염증 촉진성 유전자의 발현을 억제한다고 한다. 그렇지만 이들 코르티코스테로이드가 Th2 세포의 사이토카인의 발현을 어떻게 저해하는지는 규명되지 않았다. 이들 사이토카인 및 알레르기 염증의 주요 조절자는 GATA(Goat Anti-Human Trans-acting T-cell Specific Transcription Factor)-3라 불리는 전사인자(transcription factor)이다. 전사인자는 특정 유전자 배열에 결합하여 다른 단백질의 발현을 조절하는 역할을 하는 단백질이다.

연구팀은 가벼운 천식 증상의 환자 7명과 동물모델을 이용하여 시험을 실시했다. 시험에서 플루카티손(fluticason)이라는 코르티코스테로이드의 투여가 사이토카인 발현의 주요 매개자인 GATA-3의 핵 전좌(nuclear translocation)를 차단하는 2가지 상호작용 기작에 의해서 Th2의 사이토카인 발현을 저해하는 것으로 나타났다. 첫번재로 플루카티손은 GATA-3와 핵유입 단백질인 임포틴(importin)-알파와의 결합에서 경쟁적 저해제 역할을 하는 것으로 나타났다. 두번째로 플루카티손은 GATA-3의 인산화(phosphorylation)를 차단하여 추후에 임포틴-알파와의 결합을 막는 역할도 수행했다고 한다. GATA-3의 인산화에서는 p38 MAP 카이네이즈(kinase)라는 효소가 필요한데 플루카티손으로 활성화된 T 림프구는 p38 MAP 카이네이즈를 저해하는 물질의 발현을 유도했다고 한다.

Peter Barnes 박사는 “이번의 코르티코스테로이드의 새로운 작용 기작은 알레르기성 질환의 치료에서 이들 약물들의 뛰어난 임상효과를 설명해주고 있다.”라고 설명했다. 추가 시험에서 알레르기 감염부위에서 림프구의 반응이 혈액에서의 림프구의 반응과 동일한지 확인한다는 계획이다. 더하여 이번 연구는 인산화된 GATA-3와 임포틴-알파의 상호작용이 알레르기성 질환을 치료하는 새로운 약물의 중요 표적임을 제시하고 있다고 한다.
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거의 24시간 주기의 리듬을 가진 포유류의 「체내시계」는 서로 다른 시간대에 작동하는 16개의 시계 유전자에 의해 제어되고 있지만, 특히 아침에 작동하는 유전자의 활성화 또는 비활성화가 정상적으로 이루어지지 않으면, 주기 리듬이 소멸하게 되는 것을 일본 이화학 연구소 연구팀이 밝혀냈다.

이것은 수면 장애 등의 치료제 개발로 연결될 수 있는 성과로, 과학 전문지 Nature Genetics의 12일자 전자판에 발표되었다.

16개의 시계 유전자 중 9개는 아침 시간대에 작동한다. 이화학 연구소 발생 재생 과학 종합 연구 센터의 우에다 야스시 연구팀 리더는 지금까지의 동물 실험으로, 「아침형」유전자를 작동하지 않게 만들면, 낮이나 밤에 작동하는 다른 시계 유전자에도 영향을 끼쳐, 세포 전체의 주기 리듬이 사라져 버리는 것을 확인하였다.

이 연구 센터와 미국의 스크립스 연구소(The Scripps Research Institute)는 아침형 시계 유전자가 항상 작동하고 있는 상태를 실험하여 그 영향을 조사했다.

그 결과, 이 경우에도 세포의 주기 리듬이 사라지는 것으로 판명되었다. 연구팀은 아침형 시계 유전자의 정상적인 「On」, 「Off」 작동이 세포의 주기 리듬을 유지하는데 매우 중요하다라고 결론 지었다.

체내시계의 복잡한 구조의 해명은 수면 장애의 진단이나 치료약 개발 등으로 연결될 것으로 기대되고 있다.

http://headlines.yahoo.co.jp/

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일본의 독립행정법인 이화학연구소 (리켄)와 케이오대학 첨단 생명과학 연구소는 채취한 혈액을 통하여 생체의 리듬을 나타내는 생체시계가 표시하는 “체내시간”을 정확하게 측정하는 새로운 방법을 개발하였다고 2009년 5월 26일자 보도를 통하여 발표했다. 이는 리켄 발생 및 재생과학 종합연구센터의 시스템 바이올러지 연구팀과 케이오대학의 연구팀에 의한 공동연구에 의한 성과이다.

밤이 되면 졸음이 몰려 오듯이 사람의 몸 속에는 체내시계에 의해 24시간의 주기가 조절된다. 그러나, 이러한 체내시계를 측정하기 위해서는 장기간의 구속이 필요하다는 점과 연속적으로 조직을 채취해야만 하는 점 등으로 인해 간단하게 이를 측정하는 것은 어려웠다. 위 연구그룹은 식물학자인 린네 (Carl von Linne)가 고안한 식물의 꽃이 각각 자신의 고유한 시간에 개화한다는 성질을 이용하여 하루의 시간을 추정하는 “꽃시계”를 모방하여 혈액 중의 물질량으로부터 체내시간을 측정하는 방법을 개발하기 위해 노력해왔으며, 리켄 시스템 바이올러지 연구팀의 우에다 (上田泰己) 팀리더 등은 마우스를 이용한 체내시계의 진단법인 “분자시계표법”을 개발한 바 있다 (Ueda et al., Proc Natl Acad Sci U S A, 2004, 101(31):11227-11232). 또한, 16개의 시계 유전자 중 “아침형 유전자”들을 작동하지 않게 만들면, 낮이나 밤에 작동하는 다른 시계 유전자에도 영향을 끼쳐, 세포 전체의 주기 리듬이 사라져 버린다는 사실을 확인하였다 (GTB2006020772).

연구그룹은 마우스의 혈액을 다양한 시간 대에 채취하여 하루 중에 변화하는 다수의 대사산물의 량을 최신의 고속 액체 크로마토그래피 질량 분석기 (LC-MS)를 비롯한 모세관 전기영동-질량 분석기 (CE-MS)를 이용한 메타볼롬 측정법을 통해 포괄적으로 분석하였다 (그림 1). 분석결과를 토대로 대사산물 중에서 24시간 주기적으로 양적 변화를 나타내는 개일 (槪日) 진동 물질을 수백 종 동정하여 이들을 시간별로 배열한 “대사산물 시간표”를 작성하였다. 그리고, 임의의 시간대에 마우스의 혈액을 채취한 후 대사산물을 측정하여 위에 작성한 시간표와 비교함으로써 체내시각을 측정한 결과, 실제로 혈액을 채취한 시간을 정확하게 측정할 수 있다는 사실을 확인하였다.

또한, 위의 방법의 유용성을 확인하기 위해서 시차적응이 안된 마우스의 체내시간을 측정하여 체내시간과 외부의 시간 사이의 차이를 정량적으로 표시하는 것에 성공하였다 (그림 2). 위 연구성과를 사람에게 적용할 수 있다면 “개일 리듬 장애”의 진단 및 환자의 체내시간을 이용하여 적절한 시간대에 적절한 치료를 수행하는 “시간 요법”의 실현이 가능할 것으로 기대된다.

위 연구성과는 미국의 과학잡지인 “Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America”의 온라인판을 통해 2009년 5월 넷째 주에 공개될 예정이다.

그림 1. 실험법의 개요 (A) 및 혈액 중의 개일 진동 대사물질의 검출 (B, C).
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그림 2. 시차병에 대한 체내시간 진단법.
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로슈(Roche)社와 아벤티스(Aventis)社의 대표적인 경구용 항암제인 젤로다(Xeloda)와 탁소트리(Taxotere)를 병용 투약하는 항암 화학요법이 텍소트리 한 가지만을 투약하는 표준 단일항암제요법보다 전이성 유방암(metastatic breast cancer) 환자의 수명을 크게 연장시키는 것으로 나타났다.

로슈사의 젤로다의 활성약효물질은 카페시타빈(capecitabine)이고 아벤티스사의 탁소트리는 독시탁셀(docetaxel)이 주성분인 경구용 항암제이다. 포르트칼의 수도 리스본에서 열린 제 11차 유럽 암 컨퍼런스(European Cancer Conference ; ECCO)에서 공개된 임상 연구결과에 따르면 텍소트리 한가지만을 투약할 때 보다 두 가지 약물을 함께 투약하면 훨씬 좋은 상승 효과를 나타내는 것으로 나타났다.

젤로다/탁소트리 복합치료제는 지난 4월 유럽연합 보건당국에 사용승인이 신청된 상태이다. 미국 식품의약청(U.S. Food and Drug Administration ; FDA)은 지난 8월 안트라싸이클린(anthracycline) 항암제 치료가 실패한 전이성 유방암 환자의 치료목적으로 이 복합제의 사용을 승인한 바 있다.

젤로다/탁소트리 복합제제에 대한 이번 임상연구에 총괄책임을 맡았던 영국 사우스 웰즈 암연구소(South Wales Cancer Institute) 소장 로버트 레오나르드(Robert Leonard)는 새로운 젤로다/탁소트리 복합치료제 요법은 전이성 유방암을 가지고 있는 여성 관리에 있어 괄목할만한 진전을 이루었다고 말했다.

젤로다/탁소트리 복합제제와 탁소트리 단일제제 요법을 비교하는 이번 임상연구는 전세계적인 규모로 진행되었다. 안트라사이클린으로 치료에 실패한 환자가 500명 이상 참여할 정도의 대규모 임상연구였다. 젤로다/탁소트리 복합치료제를 투약한 환자들은 탁소트리 단일제제만 투약한 환자들 보다 평균 3개월 가량 오래 생존했다.(평균 14.5 개월 생존)

이번 임상실험 결과는 기존의 표준 요법보다 3개월 정도의 생명을 연장시킨 것 이상의 의미를 가지고 있다. 의료진에게는 새로운 대안을 제시했으며, 환자들에게는 좀더 많은 기회를 제공할 것이기 때문이다. 연구진은 젤로다가 조만간 항암치료에 있어 매우 중요한 역할을 하는 치료제가 될 것으로 전망했다.

젤로다의 약효성분인 카페시타빈은 매우 독특한 작용기작을 가지고 있다. 이 약물은 "스마트 정제(smart tablet)”라고 불리는데 그 이유는 이 약물이 정상세포에서보다 암세포에서 많이 발견되는 효소에 의해 활성화되기 때문이다. 이 약물은 효소에 의해 활성화되면 강력한 항암물질인 5-FU로 전환된다. 하지만 암세포에 높은 농도로 존재하는 효소에 의해 활성화되기 때문에 5-FU 보다 훨씬 효과적으로 작용한다. 젤로다/탁소트리 복합제제는 탁소트리가 세포 내부의 효소 레벨(level)을 증가시키기 때문에 암세포 內에서 젤로다가 5-FU로 전환되는 과정을 촉진시켜서 효과적으로 암세포를 제거한다.

유방암은 암으로 사망하는 여성들의 주요 사망원인이며 전체 사망원인 중 3위를 차지하는 악명을 떨치고 있다. 유럽의 경우 매년 384,000 명의 새로운 유방암 환자가 발생하고 있으며 165,000명 이상의 환자가 이 질환으로 사망하고 있다. 유방암 환자가 치료를 받은 후 전이성 유방암 환자로 진전되는 비율은 약 50% 정도이며 전이성 유방암 진단을 받은 후 평균 생존기간은 약 18에서 30 개월이다.

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림프절은 인체의 면역세포를 훈련시킴으로써 면역반응을 조직하는 장소로 알려져 있다. 따라서 인간의 면역계 세포를 경찰에 비유한다면, 림프절은 경찰서에 비유할 수 있다. 예컨대 어린이가 자전거를 타다 넘어져 피부에 찰과상을 입었다고 하자. 이 경우 인체는 면역계를 경유하여 찰과상에 반응한다. 상처 부위에 몰려든 청소세포(scavenger cells)는 침입한 미생물과 먼지 등으로부터 유래하는 항원을 채취하여 인근의 림프절로 보낸다. 림프절에 보내진 항원은 (표면 수용체를 경유하여) T세포와 B세포를 활성화시킨다. 활성화된 T세포는 직접 출동하여 침입자에 대한 공격을 지휘하고, B세포는 형질세포(plasma cells)로 변하여 항체를 분비한다.

그러나 스위스 취리히 대학의 연구진은 림프절의 기능에 대한 기존의 통념을 깨는 연구결과를 발표하였다. 연구진이 PLoS Biology에 기고한 논문에 의하면, 마우스의 T세포를 훈련시키는 데 림프절이 반드시 필요한 것은 아니며, 간(肝)이 림프절의 기능을 대체할 수 있다고 한다.

연구진은 돌연변이로 인하여 림프절을 생성할 수 없는 마우스를 대상으로 연구를 실시하였다. 연구진이 림프조직무형성증(alymphoplasia)에 걸린 마우스를 관찰한 결과, 림프절이 없더라도 T세포의 기능은 정상으로 유지되는 데 반하여, B세포의 활성화와 항체분비 능력은 심각하게 저하되는 것으로 나타났다. 림프절이 없더라도 T세포가 정상적 면역반응을 나타낸다는 것은 매우 놀라운 사실이다. 왜냐하면 이는 T세포가 림프절 이외의 장소에서 항원을 만나 활성화될 수 있다는 것은 날 수 있다는 것을 의미하기 때문이다.

연구진은 항원에 형광표지를 하여 마우스의 상처에 주입한 다음 항원의 이동경로를 추적하였다. 그 결과 연구진은 이 항원들이 간에 집결하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 림프절이 없는 상황에서 간이 림프절을 대체하여 T세포를 활성화시킨다는 것을 의미한다. 인간의 경우 간은 배아발생기간 동안에만 혈구세포와 면역세포를 공급하는 첫 번째 기관으로 기능하며, 성인이 된 후에는 이러한 기능을 상실하는 것으로 알려져 있었다. 그러나 적어도 마우스의 경우에는 성체가 된 후에도 간이 면역기관의 역할을 계속하는 것으로 보인다.

이번 연구는 간이식을 받은 환자가 종종 공여자의 알레르기 성향과 면역 레퍼터리(immune repertoire)를 물려받는 현상을 설명해 준다. 즉, 간에는 공여자의 면역정보가 포함되어 있기 때문에, 간을 이식하면 공여자의 면역정보도 함께 이식되는 것으로 보인다. 이번 연구는 또한 고등 포유동물에서 림프절이 발달하기 이전부터 간이 면역기능을 담당해 왔다는 것을 암시한다. (냉혈 척추동물은 기능적인 T세포와 B세포를 모두 보유하지만 림프절은 보유하고 있지 않다.) 포유류가 진화과정에서 림프절을 보유하게 됨으로써 얻을 수 있는 가장 중요한 이점은 항체의 생성능력이 극적으로 증가한다는 것이다. 그러나 이번 연구에 의하면, T세포의 경우 진화과정에서 변한 것이 별로 없는 것으로 보인다.

이번 연구는 이제까지 통용되어 온 림프절에 대한 통념을 깨는 것으로서, T세포의 활성화 과정에서 간이 수행하는 역할에 새로운 관심을 갖게 한다. 또한 이번 연구는 T세포의 성질이 이제껏 생각되어 왔던 것보다 휠씬 다양하고 복잡하다는 것을 암시한다.

Reference: Greter M, Hofmann J, Becher B. "Neo-Lymphoid Aggregates in the Adult Liver Can Initiate Potent Cell-Mediated Immunity." PLoS Biology, Volume 7, Issue 5, 2009 DOI: 10.1371/journal.pbio.1000109

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생쥐 유전체 분석완료

지난 10년 동안 노력끝에 과학자들은 생쥐 유전체의 염기서열에 대한 분석을 마쳤다. 이렇게 작은 생쥐는 전세계 실험실에서 가장 많이 사용되는 실험용 사역마로 사용되고 있기 때문에 이번에 얻은 높은 질의 유전체 염기서열은 인간의 질병에 대항하는데 도움이 될 것으로 보인다. 새로운 치료법을 찾기 위한 노력은 인간과 75% 정도 유사한 이 생취의 유전자에 대한 깊은 이해로부터 많은 혜택을 얻을 수 있을 것이다. 국제 과학자들로 이루어진 연구팀은 이번 연구결과의 세부적인 사항을 <PLoS Biology>지에 발표했다. 이 염기서열은 세포의 핵에서 추출된 완전한 유전물질로 이루어져 있다. 이것은 효과적으로 살아있는 동물의 기초적인 유전적인 매뉴얼이 된다.

생쥐 (Mus musculus)는 인간 이후 완전한 유전체가 분석된 두 번째 포유류가 되었다. 하지만 염기서열 초안이 침팬지와 개, 쥐, 고양이와 짧은 꼬리 원숭이 그리고 심지어 오리너구리를 대상으로 만들어졌다. 생쥐는 인간의 질병을 이해하고 어떻게 질병이 발전되어가는 가를 알아볼 수 있는 실험동물이다. 생쥐를 대상으로 한 연구를 통해서 암과 당뇨병, 심장병과 셀 수 없는 다른 질환의 치료를 발전시킬 수 있었다.

이번 연구의 공동저자인 옥스퍼드 대학의 크리스 폰팅 (Chris Ponting)은 이번 연구에서 생쥐는 인간질병에 최상의 실험모델이라고 말했다. 그는 “유전체 분석의 완결은 모든 포유류을 통해 공통적인 생물학을 알아볼 수 있는 유전자를 찾는데 도움이 될 수 있는 극도록 중요한 일이다”고 말했다. 하지만 인간과 생쥐가 공유하는 유전자와 각기 다른 유전자를 분리하는 것은 매우 중요하다고 지적했다. 생쥐 유전자의 약 75%가 인간과 동일하다. 옥스퍼드 대학의 레오 굿스타트 (Leo Goodstadt) 박사는 “과거를 되돌아보면 생쥐 유전체에 대한 이전의 모습은 완전하지 않았다. 유전체적 퍼즐에서 사라진 부분이 모두 메워졌으며 우리는 인간이 아닌 생쥐에서만 발견되는 많은 숫자의 유전자가 있다는 사실을 알게 되었다”고 말했다.

이 생쥐 유전체 염기서열을 분석하려는 시도는 1999년에 시작되었으며 이 염기서열 분석의 초안은 2002년에 발표된 바 있다. 미국과 영국의 염기서열 분석센터에 들어간 비용은 약 1억 달러가 넘는 것으로 추산되고 있다. 일부 그룹은 동물실험을 반대하면서 동물을 실험에 사용하는 것을 금지하거나 제한하는 것을 주장하고 있다. 영국에서 유전자조작 동물의 사용이 증가되었으며 대부분 1997년 이후 생쥐를 대상으로 한 동물실험은 지속적으로 증가하고 있다. 옥스퍼드의 의학연구위원회 (MRC)의 기능성 유전체 연구소 (Functional Genomics Unit)의 폰팅 교수는 완전한 유전체는 포유류의 진화에 대한 새로운 지식을 제공하게 될 것이라고 설명했다. 인간과 생쥐는 놀라운 정도의 유사성을 가지고 있지만 9천 만년전에 이미 진화상으로 분리되었다.

출처: <BBC News> 2009년 5월 27일
참고자료: <PLoS Biology>지에 발표된 논문 Church, D.M. et al (2009) ‘Lineage-specific biology revealed by a finished genome assembly of the mouse’ PLoS Biology

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모유에서 발견되는 낮은 농도의 단백질이 이유식을 먹는 아기들이 빨리 자라는 것을 설명할 수 있다고 유럽 연합 과학자들이 주장했다. 이것은 모유를 먹어야 하는 이유와 이유식을 향상시킬 필요가 있음을 보여주고 있다. 다수의 연구에 의하면 유아의 몸무게가 빠르게 늘어나는 것과 나중에 생애에서 비만이 될 위험성과 상관이 있음이 보고되고 있다. 또한 이유식을 먹은 유아들이 모유를 먹는 아이보다 한 살 이전에 보다 빨리 자란다는 것도 알려져 있다.

이번 연구에서 과학자들은 분유에서 발견되는 높은 수준의 단백질이 이런 현상과 관련이 있는지를 조사했다. 과학자들은 우유병을 사용하는 유아를 가진 부모들을 모집했다. 그리고 5개국에서 모집한 이유식을 먹는 1000명을 2개의 그룹으로 나누었다. 한 그룹은 단백질의 농도가 높은 이유식을, 다른 그룹에는 낮은 농도의 단백질이 들어있는 이유식을 주었다. 아이들은 3,6,12,24개월 마다 체중이 측정되었다. 또한 유아의 발달 과정을 모유만을 먹인 유아의 경우와 비교했다. 연구 결과는 American Journal of Clinical Nutrition에 2009년 4월 22일 온라인 판으로 보고되었다.

2년 후, 분유를 먹고 자란 아이들의 키는 비슷했지만, 단백질 농도가 진한 것을 먹인 아이들은 낮은 농도의 단백질이 포함된 분유를 먹은 아이들보다 무거웠다. 키에는 차이가 없지만 체중에서 차이가 나기 때문에, 과학자들은 몸의 지방에서 생긴 차이라고 결론을 내렸다. 흥미롭게도 낮은 단백질 조성을 가진 분유를 먹은 아이들은 모유를 먹인 아이들과 비교했을 때 비슷한 몸무게를 보였다.

장기적으로 볼 때, 유럽 연합의 어린이 비만 프로그램에서 얻은 결과들은 모유를 먹어야 하는 이유와 중요성을 강조하고 있다. 또한 분유의 내용물을 지속적으로 개발하고 향상시켜야 하는 이유를 잘 설명해 준다고 논문의 저자인 독일의 Berthold Koletzko 박사는 말한다. 분유나 이유식에 들어 있는 단백질 내용물을 제한하는 것이 장기적으로 아이들의 과체중과 비만에 대한 위험을 줄일 수 있음을 보여준다고 박사는 덧붙였다.

이번 연구에서 사용한 분유는 판매되고 있는 것에 함유된 단백질의 내용과 같다. 이유식 우유에 들어 있는 단백질 내용물은 1970년대, 아이들이 단백질이 부족하지 않기를 바라는 마음에서 4g/100 kcal로 정해졌다. 하지만 아이들에게 더 많은 문제를 생길 수 있다는 점은 고려되지 않았다. 1970년대 이후, 단백질의 농도 수준은 떨어져서 1.77g/100 kcal와 2.9g/100kcal의 단백질이 들어 있는 분유가 사용되었다. 연구에서는 분유를 먹는 아이들이 모유식보다 더 많은 단백질을 먹은 것으로 나타났다.

현재 과학자들은 단백질 농도 수준이 낮은 이유식을 먹은 아이들이 나중에 비만에 걸릴 위험이 적은지를 조사하고 있다.

원문정보: Koletzko, B. et al. (2009) Lower protein in infant formula is associated with lower weight up to age 2 y: a randomized clinical trial. Am J Clin Nutr. Published online 22 April; DOI:10.3945/ajcn.2008.27091.

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지난해 세계적인 석유회사인 쉘사는 코덱시스사의 주식 보유량을 늘리고, 코덱시스 이사회에 참여하기 시작했다. 코덱시스 역시 쉘사와 협의를 거쳐 캐나다 오타와에 있는 아이오겐 플랜트를 통해 연구개발을 확대하기 시작했는데, 그 목적은 새로운 바이오촉매를 개발하기 위한 것.

▲ 화학연구원 소자재료연구센터. 
생물들은 모두 효소와 같은 바이오촉매를 분비한다. 동물이나 식물들도 모두 체내에 효소를 갖고 있다. 효소는 생체 내에서 화학반응을 촉매한다. 단백질로 이루어져 자신은 변화하지 않으면서 다른 물질의 화학반응에 참여하는 것이다.

세계가 새로운 바이오촉매 개발에 관심을 기울이고 있는 것은 기존의 생화학적인 촉매들보다 기능이 뛰어난 촉매를 개발할 경우 그 파급효과가 엄청나기 때문이다.

효소의 경우 하나의 화학반응이나 유사한 화학반응에서만 촉매작용을 하기 때문에 부반응, 부산물이 없다. 촉매반응의 속도를 자체 기능으로 조절할 수 있다. 또한 거의 모든 화학반응을 촉매할 수 있다. 때문에 기존의 효소보다 더 뛰어난 효소를 개발할 경우 화학제품, 의약품 등의 주요 연구 분야에서 큰 효과를 거둘 수 있다.

무작위적인 교배 통해 돌연변이 유도

화학공업의 발달로 환경오염 문제가 대두하면서 화학적인 합성을 환경친화적인 효소공정으로 대체하기 위한 노력이 이어지고 있다. 제약, 식품, 정밀화학산업, 바이오센서, 생물전자공학 분야 등에서도 효소를 폭넓게 활용하려는 노력이 이어지고 있다.

한국화학연구원의 산업바이오화학연구센터에서 수행하고 있는 연구 중 가장 역점을 기울이고 있는 연구과제 중의 하나는 이 새로운 바이오촉매를 개발하는 일이다. 센터에서 수행하고 있는 이 연구는 메타게놈(metagenome), 즉 ‘자연환경에 존재하는 총 미생물 유전체의 집단’의 라이브러리에서부터 시작된다.

연구원에 구축된 라이브러리에는 산업 응용이 가능한 바이오촉매들이 다수 포함돼 있는데, 지금까지 소화효소로 널리 알려진 리파아제(lipase) 외의 37개 신규 리파아제 유전자와 (항생효과가 있는 2차 대사산물 합성에 관련된) 다양한 유전자군이 대표적인 사례다.

▲ 바이오촉매 개발 과정 

센터에서는 확보된 바이오촉매들 유전자의 무작위적인 교배 등을 통해 돌연변이를 유도하고, 이 돌연변이체들의 성질을 신속하게 탐색해나간다. 수백만 년에 걸쳐 진행된 자연 진화를 단기간 내에 실현해내는 단백질 공학의 기법이다.

그리고 새로운 바이오촉매를 산업 각 분야에 적용하려는 노력을 시도하고 있는데, 대표적인 성과가 ‘새집증후군 없는 천연 페인트’이다. 기존의 도료들은 발암성 물질인 포름알데히드(포르말린)을 사용하기 때문에 유해성 여부를 놓고 많은 논쟁을 불러일으켜 왔다.

바이오촉매 활용해 전통 도료 개발

화학연구원의 송봉근 박사팀은 바이오촉매를 활용, 이 문제를 단번에 해결했다. 아열대 지방의 땅콩류(카슈넛) 껍질 기름과 바이오촉매를 이용, 전통 도료인 ‘옻칠’과 유사한 화학적 구조와 물성을 지닌 천연도료를 개발한 것.

이 천연도료는 기존 페인트에 사용돼온 석유 페놀계 원료를 카슈넛 껍질에 포함돼 있는 인체에 해가 없는 페놀계 원료로 대체하고, 포름알데이드 대신에 바이오촉매와 산화제인 과산화수소를 첨가해 실온에서 제작한 것이다.

송 박사는 “이 천연도료는 새집증후군 원인물질인 포름알데히드가 전혀 들어 있지 않을 뿐 아니라 원료 자체도 비휘발성 고분자 물질이기 때문에 기존 페인트처럼 휘발유 냄새가 나지 않는다”고 말했다.

또 이 천연페인트는 전통 도료인 옻칠과 화학적으로 유사하면서도 장기간 여러 번 칠해야 하는 옻칠보다 강도와 내약품성, 내열성, 절연성, 오염에 견디는 성질 등에서 물성이 더 우수해 기존 도료를 대체할 가능성이 매우 큰 것으로 평가받고 있다.

가격 측면에서도 강점을 지니고 있다. 원료인 땅콩 껍질은 브라질과 인도 등 아열대 국가에서 매년 100만 톤 정도 생산되고 있어 저렴한 가격으로 수입이 가능하다. 또 실온에서 제조되고 때문에 에너지 소비량도 기존 페인트에 비해 50% 이하로 줄일 수 있다.

▲ 바이오촉매기술을 활용한 천연도료의 특성 

이 천연도료는 현재 나노솔루션을 통해 상용화를 앞두고 있다. 교육과학기술부는 상용화가 이루어질 경우 국내 매출이 400억 원을 넘을 것으로 예상하고 있으며, 가격이 독일 등에서 수입되고 있는 천연도료의 절반 정도에 불과해 수입대체 효과가 매우 클 것으로 예상하고 있다.

엄청난 개발 비용, 산업체와의 공동연구 필수

바이오촉매를 이용한 신제품 개발은 바이오에너지, 섬유, 반도체 등 거의 모든 산업에 적용이 가능하다는 것이 송봉근 박사의 견해다. 그러나 문제는 바이오촉매를 이용한 기술을 생산공정으로 이전하는 일이다. 개발과정에 엄청난 비용이 들기 때문에 산업체와의 공동 연구가 필수적이다.

현재 화학연구원에서는 산업바이오화학연구센터 외에 소자재료연구센터, 나노바이오융합연구센터 등에서도 융합연구를 병행하고 있다.

소자재료연구센터에서는 인쇄 소자용 잉크, 유기·무기 반도체 재료 개발, 인쇄 유기·무기 박막 태양전지 등의 10여 개 과제를 중점적으로 연구하고 있다. 잉크젯 프린팅용 수계 고농도 은 나노잉크, 마이크로 리액터를 이용한 나노 입자 합성기술 개발은 최근의 주요 연구성과 중의 하나다.

나노바이오융합연구센터에서는 탄소나노튜브 트랜지스터형 바이오 센서 플랫폼, 탄소나노튜브를 이용한 암진단 센서, DNA 센서, 미생물 검출 센서, 줄기세포 생체 기능성 조절관련 신물질 등 8개 과제를 주요 과제를 수행하고 있다.

최근의 성과로 블루 LED용 고효율 형광체 개발, UV LED용 고효율 형광체 및 백색광 구현, 나노소재 멀티스케일 전산 모사 기법 개발, 한국형 인공 관절 개발 등을 들 수 있는데, 최근 융합연구의 스케일이 확대됨에 따라 그 성과도 확대될 전망이다.

이강봉 편집위원
2009년 04월 17일(금) 저작권자 2009.04.17 ⓒ ScienceTimes
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그간 컴퓨터와의 얄팍한 관계 속에서 느낀바 있어 이제 진짜 블로거로써도 한번 살아보고 싶은 네오 하지만 딱히 글쓰는 재주는 없고 그렇다고 박학다식하지도 않으며, 또 주관이 뚜렷한 것도 아니라서 줄 곧 불펌 나르기만 해왔기에.. 할 줄 아는 거라곤 그나마 전공이지 않을까 전공으로 뭐 하나 해 볼 순 없을까 결국 얄팍한 지식의 깊이도 들어나겠지만.. 한번 건들여 봐?

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