체온이 얼음온도에 접근하면 호흡 심장박동은 정상적인 움직임의 1/100 수준을 유지한다. 그러나 일단 기온이 상승하면 호흡 심장박동은 다시 활력을 되찾는다. 많은 동물들은 이런 아주 오래된 생존방식인 동면(冬眠, hibernation)을 이용해 열악한 자연환경에서 생존한다. 최근, 중국과학원 상하이(上海)생명과학연구원의 과학자들과 같은 업계에 종사하는 미국 과학자들은 최신 과학연구 수단을 이용해 이런 신비로운 생존방식의 일각(一角)을 해명하였다. 이 연구성과는 프로테오믹스 분야 최고 전문 학술지인 `Molecular & Cellular Proteomics`에 게재되었다.

천한지동(天寒地凍), 먹이가 극히 부족한 기나긴 겨울철에 동물들은 에너지를 최대한 절약할 수 있는 방법인 동면을 이용해 반년에 가까운 기나긴 시간을 보낸다. 오랜 세월동안, 과학자들은 이런 극단적인 생명현상에 대해 깊은 흥미를 가지고 많은 연구를 진행하였다. 그러나 과학연구 수단의 한계로 인해, 연구는 줄곧 생리적인 층면에 머물러 있었고, 과학자들은 동면 시 동물 체 내의 분자 작동 메커니즘에 대해 아는 것이 매우 적었다.

생물정보학(bioinformatics)의 발전과 더불어, 전환 기회가 왔다. 2년전, 상하이생명과학원 생물정보학연구소의 얀쥔(嚴軍) 연구팀, 생물화학세포연구소의 정룽(曾嶸) 연구팀, 미국 알래스카대학(University of Alaska, United States)의 과학들은 함께 전형적인 동면 동물인 북극(北極) 햄스터(hamsters)에 대해 깊이 있는 분자 수준의 연구를 진행하였다. 그들은 계산 수단을 이용해 새로운 햄스터 단백질 베이스를 구축하고 다량적인 계산 분석과 생물화학 실험을 진행한 후, 이런 생명활동과 아주 밀접한 관계를 가진 단백질 분자가 동면 시 한 가지 특별한 작업 모드에 들어간다는 사실을 발견하였다.

과학자들은 3000여 마리 북극 햄스터의 단백질을 추적한 후, 그 중 500여 마리의 단백질에 뚜렷한 변화가 있다는 사실을 발견하였다. 기온이 일정한 정도로 하강할 시, 동물 체 내의 단백질 분자는 동면 모드로 전환하여 작업을 진행한다. 얀쥔(嚴軍)의 소개에 의하면, 북극 햄스터가 동면에 들어간 후, 정상적인 대사에 사용되는 포도당 대사 경로가 완전히 닫긴 상태에 접근하고 이와 연관되는 단백질 분자가 다량적으로 감소하는 동시에 지방, 케톤체(Ketone body)를 연소하는 대사 경로가 열리고 햄스터가 에너지 절약 상태에 들어간다. 이로서 체온이 크게 내려가고 심장박동과 호흡이 느려진다.

이번 연구에서 또 ‘북극 햄스터의 체온이 일성불변(一成不變)한 것이 아니다’라는 흥미로운 현상을 발견하였다. 북극 햄스터의 체온은 매 2-3주 지나 한번씩 올라 정상적인 수준으로 회복되고 정상적인 수준을 십여 시간 유지한 후 다시 영도(zero degree)에 가까운 수준으로 내려간다. 얀쥔(嚴軍)은 ‘북극 햄스터가 동면에서 저장한 에너지의 60%-70%를 이런 체온 회복 과정에 사용하는데 정말 이해하기 어렵다’라고 말하였다. 연구팀은 ‘동면을 생명의 휴계상태에 비하면 이런 각성(覺醒)은 기계를 작동하고 유지보수하는 것과 마찬가지이다’라고 추측하였다. 실험에 의하면, 체온 상승 과정에서, 저온도 상태에서 형성되지 못하는 특정된 기능을 가진 많은 단백질이 생성되고 이로 인해 많은 기본적인 생명활동이 유지된다.

연구팀은 이런 연구가 과학자들의 호기심을 만족하기 위한 것이 아니고 최종 인류의 건강을 위한 것이라고 해명하였다. 중풍, 뇌경색, 심근경색 등 질환은 줄곧 인간을 괴롭히고 있다. 이런 질환 시, 인체의 혈액, 산소 부족 상태는 동면에 비할 봐가 아니다. 그러나 동면 동물은 아무런 문제가 없다. 만약 우리들이 동면의 분자 메커니즘을 확실히 해명한다면 이런 질환에 효과적인 약물을 개발할 수 있어 생명이 위급한 환자를 구할 수 있을지도 모른다. 그 외에, 체온이 떨어지면 수술이 유기체에 미치는 손상이 상당히 감소할 것이다. 만약 수술 환자를 동면 상태와 유사한 상태로 진입시킨다면 수술 후 회복이 매우 빠를 것이다.

현재, 연구팀은 연구의 첫 단계를 완성하였는데 그 다음 이런 단백질 분자의 작동 메커니즘에 대해 깊이 있는 연구를 진행할 계획이다.

http://www.biotech.org.cn/news/news/show.php?id=75477

제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2010.01.17 15:29

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