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시간이 꽤 지났음에도, 코로나19가 가져왔던 팬데믹의 영향력은 아직도 남아있다. 당시에 비해 줄어들었을 뿐, 여전히 곳곳에서 감염자가 발생하고 있으며 일부는 ‘장기 코로나 증상’이라 불리는 급성 후유증을 겪고 있다. 

이는 언제든지 변종 바이러스, 혹은 또다른 종류의 바이러스가 나타나 사회를 위협할 수 있다는 위기감을 불러온다. 국내 연구팀이 미래 팬데믹 예방의 핵심 열쇠 중 하나로 박쥐 유래 바이러스를 연구할 수 있는 생체 플랫폼을 개발했다.

 

팬데믹과 박쥐의 연관성

기초과학연구원(IBS)에서 밝힌 바에 따르면, 감염병의 약 75%는 동물로부터 시작된다. 박쥐는 그중에서도 중요한 감염원으로 꼽힌다. 사스코로나-2(SARS-Cov-2), 메르스코로나(MERS-Cov), 에볼라, 니파 등 우리에게도 익숙한 바이러스들은 모두 박쥐를 자연 숙주로 하는 것들이다.

이밖에도 박쥐는 다양한 바이러스를 가지고 있으면서도, 스스로는 그 바이러스에 의해 피해를 입지 않는다. 즉, 박쥐로부터 유래한 변종 또는 신종 바이러스가 미래에 또다른 팬데믹을 일으킬 수 있다는 위기의식은 지극히 타당하다. 박쥐는 그야말로 ‘자연 바이러스 저장고’인 셈이다.

바꿔 말하면, 박쥐가 어떤 바이러스를 가지고 있는지, 그 바이러스들이 어떻게 증식하고 인간에게 전파되는지를 미리 알아낼 수 있다면, 미래 팬데믹 예방에 중대한 성과를 얻을 수 있다는 뜻으로 풀이할 수 있다.

하지만 살아있는 박쥐를 연구하는 데는 여러 면에서 제약이 따른다. 그중 대표적인 것을 꼽자면, 수많은 박쥐 중 일부 종에서만 샘플을 얻을 수 있다는 것, 그리고 박쥐의 여러 장기 중에서도 한정된 것만 모델로 활용할 수 있다는 것 등이다. 세포 배양 방식으로 연구하는 방법도 있지만, 이 방식으로는 실제 박쥐의 복잡한 환경을 완벽하게 구현할 수 없어 연구에 한계가 있다.

 

박쥐 장기 오가노이드 구축

IBS 한국바이러스기초연구소와 유전체 교정 연구단은 함께 연구팀을 구성해 이 한계를 극복하기 위한 연구 방법을 시도했다. 핵심은 ‘오가노이드(유사 장기)의 활용’이다. 연구팀은 우리나라를 포함한 동북아시아 지역, 그리고 유럽에 서식하는 5종의 박쥐로부터 기도, 폐, 신장, 소장 등 여러 장기의 오가노이드를 성공적으로 만드는 데 성공했다.

연구팀은 이렇게 구축된 박쥐 오가노이드를 활용해, 코로나와 인플루엔자, 한타 등 박쥐로부터 유래한 바이러스들의 감염 양상 및 증식 특성을 밝혀냈다. 이들은 각각 특정 박쥐 종 또는 박쥐의 특정 장기에서만 감염되거나 증식하는 경향을 보였다. 

특히 한타 바이러스의 경우, 박쥐의 신장 오가노이드에서 활발하게 증식하는 것을 확인했다. 이를 바탕으로 박쥐 신장 오가노이드를 정밀하게 분석하면 한타 바이러스의 감염 특성을 정밀하게 분석할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 또한, 박쥐 장기 오가노이드에 다양한 바이러스를 감염시키는 실험을 진행했다. 박쥐의 종에 따라, 장기에 따라, 그리고 바이러스 종류에 따라 선천성 면역 반응이 어떻게 나타나는지를 정량적으로 확인했다. 동일한 바이러스라 할지라도 어떤 종의 어떤 장기에 감염됐는지에 따라 면역 반응의 강도와 양상에 뚜렷한 차이를 보였다.

 

미래 팬데믹 예방을 위한 플랫폼

한편, 연구팀은 야생 박쥐의 분변 샘플로부터 두 종류의 변종 바이러스를 찾아냈으며, 이를 배양해 분리하는 데도 성공했다. 이번에 개발한 박쥐 오가노이드를 활용한 결과 효과적으로 증식하는 것을 확인했다. 

연구팀은 또한, 기존의 3차원 박쥐 오가노이드를 2차원 배양 방식으로 개량해, 실험 효율을 높였다. 실험 자동화 및 분석·평가 시간을 단축함으로써 미래 팬데믹 예방을 위한 연구에 적지 않은 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구를 주도한 김현준 선임연구원은 “이번에 개발한 플랫폼을 통해 그동안 어려웠던 바이러스 분리, 감염 분석, 약물 반응 평가를 한 번에 수행할 수 있게 됐다”라며, “실제 자연 숙주에 가까운 환경에서 바이러스를 실험할 수 있다는 점에서, 감염병 대응 연구의 정밀성과 실효성을 크게 높일 수 있을 것”이라고 이야기했다.

한국바이러스기초연구소 최영기 소장은 “이번에 구축한 박쥐 오가노이드는 세계 최대 규모로, 전 세계 감염병 연구자들에게 표준화된 박쥐 모델을 제공하는 바이오뱅크 자원으로서 중요한 의미를 갖는다”라며 “박쥐에서 유래한 바이러스 감시 및 미래 팬데믹 예방 및 대비에 기여할 수 있는 핵심 플랫폼이 될 것으로 기대한다”라고 덧붙였다.

 

일본 이화학연구소(RIKEN) 통합의학센터 연구팀이 비만을 줄일 수 있는 새로운 방법을 찾아냈다. 장에 유익한 대사산물을 직접 공급하는 방법을 통해 테스트한 것으로, 특정 미생물군의 조합이 체지방량은 물론 간에 저장되는 글리코겐의 양을 줄일 수 있다는 것을 확인한 것이다. 이는 근육 손실 없는 체중 감소 가능성을 제시한 것은 물론, 비만 예방 기능성 식품의 가능성도 보여준 사례다.

 

비만의 본질과 장내 미생물 활용

일반적으로, 비만의 가장 본질적인 원인이라 하면 당분과 지방을 과도하게 섭취하는 것이다. 비만을 유발하는 원인이 다양하고, 유전적인 원인도 영향이 있는 것으로 알려져 있기에, 모든 종류의 비만을 단순하게 볼 수는 없다. 하지만 대다수의 비만은 위의 기본 원인에서 벗어나지 않는다.

이들 영양분의 섭취에 지대한 영향을 미치는 것은 ‘장’이다. 결국 대부분의 음식과 그 안에 포함된 영양소는 장을 거치며 흡수되고 남은 것들은 배출되기 때문이다. 비만과 장의 밀접한 연관성을 고려할 때, 충분한 섬유질 섭취를 강조하는 이유도 납득할 수 있게 된다.

다양한 종류의 섬유질이 소화 과정을 거쳐 대장에 도달하면, 장내 미생물들에 의해 발효된다. 그 과정에서 만들어지는 대사산물들 중 유익한 기능을 하는 것들이 혈류로 방출된다. 이때 가장 흔한 것 중 하나는 ‘아세트산’으로, 몸의 신진대사 전반에 걸쳐 유익한 효과를 미치는 것으로 알려져 있다.

다만, 아세트산을 비롯한 유익한 대사산물의 생성에는 개인차가 적용된다. 모두가 같은 종류의 섬유질 식품을 같은 양으로 섭취한다고 해도, 그 효능이 똑같이 나타나지는 않는다는 뜻이다. RIKEN 통합의학센터 히로시 오노 박사 연구팀은 이 문제를 해결하기 위한 연구를 진행했다. 연구팀은 장에 ‘아세트산염’을 추가로 공급할 수 있는 보충제 ‘AceCel’을 개발했다.

AceCel은 아세트산염을 불용성(비용해성) 섬유질인 ‘셀룰로오스’에 결합한 형태로, 대장까지 아세트산염을 안전한 도달하도록 함으로써 그 효능을 발휘하도록 하는 원리다.

 

근육 손실 없는 체중 감소

연구팀은 AceCel의 효능을 검증하기 위해 생쥐 모델을 활용한 실험을 진행했다. 정상 체중인 생쥐와 비만인 생쥐에게 각각 AceCel을 투여하고, 그에 따른 체중 변화 여부를 살폈다. 결과는 고무적이었다. 두 그룹의 생쥐 모두 근육 손실 없는 체중 감소 효과를 보인 것이다.

본래 체중 감량에서 중요한 것은 단순히 체중계의 숫자를 줄이는 것이 아니다. 근육 손실을 없애거나 최소화하면서 체지방량만을 효과적으로 줄일 수 있어야 건강하고 성공적인 감량이라 할 수 있다. 그런 점에서 AceCel의 효능은 매우 바람직한 결과를 내놓은 셈이다.

연구팀은 그 다음으로, 같은 조건에서 AceCel의 섭취 여부에 따른 차이를 알아보고자 했다. 일부 쥐에게는 평상시의 일반 식단을 섭취하도록 하고, 또 다른 일부 쥐에게는 AceCel을 함께 섭취하도록 했다. 

식사 후 휴식을 취하는 동안, AceCel을 섭취한 쥐는 간에서의 지방 연소가 더 활발하다는 것을 발견했다. 탄수화물 연소로 인한 에너지 생성량은 더 적었다. 연구팀은 이를 “단식 또는 저탄수화물 케토 식단을 유지할 때 나타나는 현상과 유사하다”라고 이야기했다. 근육 손실 없는 체중 감소의 가능성을 다시 한 번 입증한 셈이다.

 

아세트산과 박테로이데스의 조합

이러한 결과를 토대로 연구팀은 AceCel이 장내 미생물군에 미치는 영향도 예측했다. 실제로 생쥐들의 장내 미생물을 분석한 결과, AceCel을 섭취한 쥐의 장에서는 ‘박테로이데스(Bacteroides)’라 불리는 종류의 미생물이 더 많이 발견됐다.

박테로이데스는 일반적으로 건강한 장내 환경을 유지하는 데 기여하며, 장 점막(장벽) 기능을 강화하고 유해균의 증식을 억제하는 기능을 한다. 또한, 건강에 유익한 ‘단쇄지방산(SCFAs)’을 생성하고, 면역 시스템과 대사 개선에도 도움을 주는 것으로 알려져 있다.

한편, 인위적으로 박테로이데스를 제거한 다음 AceCel을 섭취하도록 하는 테스트도 진행했다. 그러자 이번에는 앞서 확인한 AceCel의 유익한 효과가 나타나지 않았다. 즉, 건강한 체중 감소 효과를 얻기 위해서는 아세트산과 박테로이데스의 조합이 필요하다는 의미다.

연구팀은 이를 바탕으로 아세트산을 생성하는 미생물과 박테로이데스 계열의 미생물이 공존해야만 건강한 방식의 체중 조절이 가능하다는 결론을 내렸다. 

 

비만 예방 기능성 식품 가능성

보다 심층적인 연구 결과, 이 두 미생물이 조합될 경우, 장에서 탄수화물 발효를 촉진해 몸에서 흡수할 수 있는 당분이 줄어든다는 것을 발견했다. 이는 두 가지 면에서 의미가 있다. 하나는 섭취한 탄수화물의 총량에 비해 에너지로 쓰이는 양이 적어진다는 것이다. 즉, 탄수화물을 조금 더 섭취하더라도 혈당이 높아질 걱정을 조금이나마 덜 수 있다는 뜻이다.

다른 하나는 당분 부족으로 인한 대사 변화다. 흡수하는 포도당의 양이 적어질 경우, 몸은 저장된 지방을 소모해 에너지를 공급하게 된다. 이렇게 되면 간에 글리코겐으로 저장되는 당분의 양이 줄어들기 때문에 비만을 개선하는 데 도움이 된다. 한편, 지방을 소모해 필요한 에너지를 공급하게 되므로 근육 손실 없는 체중 감소가 충분히 가능하다는 근거도 된다.

오노 박사는 “비만 치료 또는 예방법은 매우 시급한 문제”라고 이야기하며 “이번 AceCel 실험을 통해 아세틸화 셀룰로오스가 장내 미생물군 기능을 조절해 비만을 예방할 수 있음을 발견했다”라고 말했다. 그는 이 방법이 인간에게도 적용 가능한지, 충분한 안전성을 갖고 있는지를 확인할 예정이라고 밝혔다. 만약 이상적인 결과가 나온다면, 비만 예방 기능성 식품의 실마리가 될 수 있을 것으로 기대된다.

 

지방을 과도하게 섭취하는 식습관은 비만의 주요 원인이다. 또한, 이러한 식습관이 암세포의 성장을 촉진한다는 것도 익히 알려진 사실이다. 즉, 비만과 암 발생 위험은 서로 밀접한 연관을 가지고 있다. 국립암센터 연구팀이 암세포가 직접 지방산을 산화시키며 폭발적으로 성장한다는 점을 세계 최초로 증명해냈다.

 

지방과 비만, 그리고 만성 염증

비만은 다양한 이유로 발생한다. 하지만 기본적인 원리는 섭취하는 에너지가 소비하는 에너지보다 많은 상태가 장기간 유지되는 것이다. 여기에 가장 크게 기여하는 것이 바로 ‘고지방 식단’이다. 비만인 사람들은 포화지방 함량이 높은 붉은 고기류나 기름진 음식, 또는 트랜스지방 함량이 높은 각종 가공식품을 즐겨먹는 경우가 많다.

에너지원으로서 지방이 갖는 특징을 두 가지 꼽을 수 있다. 하나는 다른 영양소에 비해 에너지 발생량(칼로리)이 2배 이상 높다는 것, 다른 하나는 탄수화물에 비해 대사가 오래 걸리기 때문에 에너지원으로서 우선순위가 떨어진다는 것이다. 

이런 이유로 고지방 식단을 자주 섭취하면서 체내 대사가 원활하지 않고 움직임이 적은 사람들은 잉여 에너지가 체내 곳곳에 축적되면서 비만이 되는 것이다.

몸 속에 축적된 지방은 기본적으로 ‘에너지 저장소’ 역할을 한다. 일정 시간 이상 에너지가 공급되지 않으면서 소모가 가속화될 때 필요한 에너지를 공급하는 기능을 할 수 있다. 다만, 염증 물질을 비롯한 각종 신호 물질을 분비하는 역할도 하기 때문에 만성 염증을 유발하는 원인이 되기도 한다.

비만으로 인해 유발된 저강도의 만성 염증은 암세포 성장과 증식을 비정상적으로 촉진할 수 있다. 면역세포 기능을 약화시킨다거나, 염증으로 인해 세포 DNA에 손상을 입히는 것 등이 그 예다. 이러한 이유로 비만은 암 발생 위험의 대표적인 요인으로 꼽힌다.

 

암세포, 지방을 연료로 쓴다

비만으로 인해 암세포 성장에 유리한 조건이 만들어지는 데는 여러 메커니즘이 복합적으로 작용한다. 기존에는 비만으로 인해 호르몬 변화가 발생하고, 이로 인해 암세포 성장이 촉진된다는 견해가 제기됐다. 그러나 최근 국립암센터가 발표한 바에 따르면, 암세포가 직접 지방을 연료로 사용해 급격하게 성장할 수 있다.

국립암센터 암분자생물학연구과 김수열 박사 연구팀은 고지방 식단으로 비만이 됐을 경우, 암세포가 지방산을 직접 산화시켜 에너지 대사를 폭발적으로 증가시키기 때문이라는 것을 세계 최초로 입증했다. 호르몬 변화가 간접적으로 영향을 미치는 요인이라면, 암세포의 에너지 대사는 직접적인 요인에 해당한다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 <테라노스틱스(Theranostics, IF 12.4)> 2025년 5월호에 게재됐다. 논문 제목은 “Loss of SLC25A20 in pancreatic adenocarcinoma reversed the tumor-promoting effects of a high-fat diet (췌장 선암에서 SLC25A20 지방산산화 유전자의 제거는 고지방 식이의 종양 촉진 효과를 완전히 뒤집었다.)”로, 암세포의 지방산 산화 유전자를 표적으로 하는 새로운 항암치료 전략을 제시했다.

 

암세포 성장 메커니즘과 치료 전략

그동안 비만으로 인한 종양의 성장은 염증성 호르몬에 의한 간접적 영향 때문이라는 이론이 지배적이었다. 간 또는 지방세포에서 렙틴(Leptin), 또는 인슐린 유사 성장인자-1(IGF-1)와 같은 염증성 호르몬이 분비되면서 암세포가 빠르게 성장한다는 이론이다. 

그러나 국립암센터 연구팀은 ‘종양의 에너지 대사가 지방산에 의존한다는 이론(Kim Effect)’을 토대로 연구를 진행했다. 그 결과 암세포가 직접적으로 지방산 산화(Fatty Acid Oxidation, FAO)를 통해 세포 에너지원인 아데노신 삼인산(ATP)을 생산하고, 이를 바탕으로 빠르게 성장한다는 점을 증명했다. 

기존의 ‘와버그 효과(Warburg Effect)’에 따르면, 암세포는 산소가 충분한 상황에서도 포도당을 분해해 젖산을 생성함으로써, 주변을 산성화시키고 자신에게 유리한 환경을 만든다. 김수열 박사 연구팀이 제기한 이론은 이와 상보적인 이론이라 할 수 있다. 연구팀은 고탄수화물 식이가 고지방 식이에 비해 암세포 성장을 최대 80%까지 억제할 수 있음을 함께 확인했다.

연구팀은 췌장암에 걸린 마우스 모델에게 23주간 고지방 식이를 제공한 다음, 동일한 열량을 탄수화물로 제공받은 마우스 모델과 비교했다. 확인 결과, 고지방 식이를 섭취한 쥐는 체중이 두 배로 증가했으며, 종양 크기도 두 배 이상 커지는 현상을 관찰했다. 

특히, 이 과정에서 지방산 산화를 유도하는 핵심 유전자인 ‘SLC25A20’을 유전적으로 억제했을 때, 암세포의 성장이 고지방 식이에서도 정상식이와 유사한 수준으로 억제되는 것을 확인했다. 일부에서는 종양성장이 완전히 사라지는 완전관해(Complete Remission)가 관찰되기도 했다. 즉, 고지방 식이에 의한 종양 성장 효과가 이 유전자를 조절함으로써 완전히 역전되는 것을 증명했다. 

또한, 면역세포가 살아있는 자연 발생 마우스 췌장암(KPC 모델)에서도 SLC25A20 유전자가 결손된 마우스와 교배할 경우, 전체 생존율이 23주에서 30주로 평균 7주 연장되며 항암 효과를 입증했다.

이번 연구는 지방산 산화를 차단하는 것이 암세포 성장을 직접적으로 억제할 수 있음을 세계 최초로 입증한 사례다. 연구팀은 “SLC25A20은 암세포에 지방을 공급하는 핵심 통로로, 이를 차단하면 암이 에너지를 제대로 만들지 못하게 된다”며 “부작용이 거의 없어 새로운 항암 치료법의 최적 표적이 될 수 있다”고 설명했다. 국립암센터는 현재 자회사 NCC-Bio(대표 김수열)와 함께 SLC25A20 유전자를 표적으로 한 항암 신약 개발 및 상용화를 추진하고 있다.