건국대병원 병리과 방희진(제1저자) 교수와 이승은(교신저자) 교수가 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛낸 사람들(한빛사)’에 선정됐다.
BRIC은 저널인용보고서(JCR) 기준, 피인용 지수 10 이상 또는 분야 상위 3% 이내의 세계적 학술지에 생명과학 관련 논문을 게재한 한국인 연구자를 매년 ‘한빛사’로 선정하고 있다.
방희진, 이승은 교수는 병리학 분야에서 인용지수(IF) 11.3으로 최상위권에 속하는 국제학술지 <Endocrine Pathology>에 논문을 게재했다. 해당 논문은 ‘2023년 베데스다 갑상선 세포병리 분류에서 “불확실한 비정형(AUS)” 범주의 세부 분류: K-TIRADS, BRAF V600E 돌연변이, 그리고 악성 위험도에 대한 분석(Subclassifying “Atypia of Undetermined Significance (AUS)” Category in the 2023 Bethesda System for Thyroid Cytopathology: Analyzing K-TIRADS, BRAF V600E Mutation, and Risk of Malignancy)’ 이다.
이승은 교수는 “2023년 새롭게 개정된 베데스다 분류체계를 바탕으로, 기존에는 불명확했던 AUS 진단의 세분화와 유전자 검사 병합을 통해 비교적 보다 정확한 악성 위험도 평가가 가능해졌다”라며, “이는 향후 갑상선 세포병리 진단의 정확도 향상과 임상 의사결정 지원에 중요한 근거를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
‘초가공식품은 건강에 해롭다’라는 말은 옳은가? 아마 대부분 고개를 끄덕일 것이다. 하지만 이 또한 편견일 수도 있다. 초가공식품이라 불리는 음식의 종류는 무척 많다. 모두 같은 재료를 쓰는 것도 아니고, 동일한 첨가물을 넣는 것도 아니다. 만드는 방법도 제각각이다.
세상에 ‘절대적인 규칙’이라는 건 없다. 신념과 가치관을 갖는 건 어느 정도 권장되는 사항이지만, 어느 한쪽으로 극단적인 믿음을 갖는 것도 그리 바람직하지는 않다.
글로벌 학술지인 「더 란셋(The Lancet)」의 지역 건강 저널에 발표된 한 연구에서는 “초가공식품 중 일부는 오히려 심혈관계 질환의 위험을 낮추는 것과 관련이 있다”고 이야기한다. 다소 엉뚱하게 들릴 수 있는 이 이야기를 좀 더 자세하게 들여다보기로 한다.
낙인 찍고 무조건 배제하는 건 좋지 않아
심장 분야 전문의인 다리우쉬 모자파리안 박사는 “그저 ‘초가공식품’이라는 카테고리 하나만으로 더 볼 것 없이 배제하는 건 그리 실용적이지 않다”라며 “가공식품 중 어떤 것이 더 해롭고 어떤 것이 덜 해로운지를 이해할 필요가 있다”라고 이야기했다.
그의 연구팀은 미국 성인들을 대상으로 대규모 집단을 모집하고, 세 개 그룹으로 나누어 식품 관련 설문을 진행한 뒤 그 결과를 분석했다. 설탕이 들어간 음료, 인공 감미료가 들어간 음료, 가공육 의 경우, 예상했던 대로 심혈관 질환 및 관상동맥 질환 위험을 높인다는 결론이 나왔다.
반면, 시리얼이나 빵, 짭짤한 스낵, 요거트 및 유제품을 활용한 간식류는 이런 질환의 위험을 낮추는 것과 관련이 있다는 결론이 나왔다.
모자파리안 박사는 “당분이 첨가된 음료는 그 외에도 인공 색소나 기타 첨가물 함량이 높고, 영양 성분 측면에서는 유익한 것이 거의 없다”라며 “게다가 상대적으로 자주, 많이 먹게 된다”라고 이야기했다.
한편, 모자파리안 박사는 “가공육의 경우 생고기에 비해 염분이 4배 가량 높으며, 고농도의 질산염이 포함돼 있어 심장과 혈관에 좋지 않은 영향을 미친다”라고 이야기했다. 베이컨과 같은 일부 초가공식품은 매우 높은 온도에서 조리하게 되므로, 염증성 화합물을 유발할 수 있다. 이러한 이유로 세계보건기구(WHO)에서는 가공육을 1군 발암물질로 분류하기도 했다.
초가공식품 중에도 유익한 부분 있을 수 있다
반면, 모자파리안 박사는 “시리얼의 경우, 초가공식품으로 분류됨에도 불구하고 심장병 위험을 낮추는 것과 관련이 있다”라고 이야기했다. 시리얼은 미국인들이 아침식사로 종종 먹게 되는 메뉴로서, 탄수화물의 주요 공급원인 것과 연관이 있다는 설명이다.
흔히 ‘시리얼’이라는 명칭으로 묶어서 부르지만, 알다시피 그 종류는 다양하다. 가공 방식에 따라 건강에 미치는 영향도 저마다 다르다. 어떤 것은 통곡물을 원료로 하는 것도 있고, 밀기울(밀의 껍질 및 씨앗 부분 등의 부산물)이나 섬유질을 포함한 종류도 있다. 물론 설탕 및 각종 첨가물이 잔뜩 들어간 경우도 많다.
하지만 모자파리안 박사는 “모든 것을 종합했을 때, 시리얼은 평균적으로 유익한 편에 속한다”라고 이야기했다. 설탕이나 첨가물이 다소 들어가 있더라도, 통곡물을 원료로 썼다면 유익할 수 있다는 것이 그가 말하는 핵심이다.
요거트 역시 마찬가지다. 제조 과정을 고려하면 초가공식품에 해당하지만, 장내 환경에 유익한 성분을 함유하고 있어 대사 질환을 예방하는데 효과적으로 알려져 있다.
의외인 부분은 ‘짭짤한 스낵’이다. 모자파리안 박사는 “짭짤한 스낵에 사용되는 지방의 종류는 심장 건강에 중립적이거나 긍정적인 영향을 미칠 수 있다”라며 “다른 초가공식품에서 발견되는 지방이나 첨가물과는 차이가 있다”라고 덧붙였다.
‘가공’은 영양소 손실이 기본, 하지만…
모자파리안 박사는 “특정 식품을 가공한다는 것은, 그 식품의 자연적인 구조를 분해하는 과정이며 그로 인해 자연적인 영양소의 손실이 발생하는 것은 당연하다”라고 설명했다. 또한 그는 “‘초가공’이라 하면 여기에 각종 첨가물을 넣는다는 것을 의미한다”라고 이야기했다.
흔히 정제된 전분과 설탕은 혈당 수치를 빠르게 높인다고 알려져 있다. 소화가 빨리 이루어지기 때문에 위와 소장에서 영양소를 충분히 흡수할 수 없는 경우도 있고, 대장의 미생물들을 굶주리게 만드는 것이다.
뉴욕 소재의 레녹스 힐 병원에서 중재 심장 전문의로 일하는 조셉 A. 다이비스 박사는 “임상적으로 볼 때, 초가공식품과 영양 불균형 식품을 더 많이 섭취하는 환자들의 건강 징후가 더 나쁘다는 건 명확하다”라고 이야기했다.
그럼에도 불구하고, 가공식품은 필요할 수밖에 없다. 우리가 먹는 모든 음식을 ‘자연 그대로의 상태’로 먹을 수는 없기 때문이다. 어느 정도는 가공이 필요할 수밖에 없고, 그 과정에서 불필요한 요소가 얼마나 들어갔는지에 주목하는 것이 핵심이다.
초가공식품, 어떻게 받아들여야 할까?
모자파리안 박사가 제시한 연구결과는 어떻게 받아들이는 것이 바람직할까? 초가공식품이 무조건 나쁜 것은 아니라고 하지만, 그렇다고 해서 흑백논리처럼 ‘좋다’고 받아들일 수도 없는 노릇이다.
먼저 ‘초가공식품’이 무엇인지에 대한 기준을 머릿속으로 명확하게 인지하는 것이 중요하다. 마트에 진열된 상품들을 기준으로 할 때, 자연에서 그대로 가져온 것인지, 가공을 거친 것인지를 구분해보자. 여기까지는 어렵지 않을 것이다.
그런 다음 가공 과정을 생각해본다. 공장을 통해 이루어지는 가공 과정을 속속들이 알 수는 없겠지만, 대략 어떤 식으로 이루어질 것인지는 알아볼 수 있을 것이다. 필요하다면 인터넷 곳곳에 관련 자료가 흔하게 있을 테니 참고해도 좋다.
이 과정에서 ‘자연적이지 않은 첨가물’이 들어가는 과정이 있다면 그것은 ‘초가공식품’으로 봐야 한다. 이를 테면 흰 우유는 ‘가공식품’으로, 그것을 활용한 초코우유나 딸기우유는 ‘초가공식품’으로 분류할 수 있을 것이다.
하지만, 초가공식품으로 분류된 것을 ‘절대적으로’ 멀리하는 것은 너무 극단적인 방법이다. 현실적으로 쉽지도 않은 일이다. 모자파리안 박사의 설명을 활용하자면, 그 식품이 가진 본연의 영양소가 살아있는지를 따져봐야 한다.
어느 정도 첨가물이 들어가더라도, 본연의 영양소를 보존하는 방식으로 가공됐다면 그로 인해 얻을 수 있는 이득이 있을 것이다. 그 이점이 충분히 존재한다면, 초가공식품이라 해도 어느 정도는 섭취해도 무방하다는 결론이 나온다. 첨가물 섭취로 인해 뒤따라오는 해로움은, 다른 방법으로 상쇄시킬 수 있을 테니 말이다.
물론 초가공식품보다 ‘더 나은 대안’이 있다면 그쪽을 선택하는 게 가장 좋은 방법이라는 ‘원칙’은 기억해야겠지만.
우리 몸을 이루고 있는 세포는 끊임없이 분열하고 성장한다. 세포는 분열 과정에서 자신의 DNA를 ‘복제’한다. 본래라면 복제는 기존의 것을 똑같이 가져와야 하는 것이 원칙이지만, 이 과정에서 종종 오류가 발생한다. 이를 가리켜 ‘DNA 돌연변이’라 부른다.
돌연변이는 다양한 이유로 발생한다. 부모를 통해 유전되는 경우도 있고, 본인의 체내에서 이루어지는 세포 분열 과정에서 발생하는 경우도 있다. 이밖에 DNA에 발생한 손상이 축적되면서 변이가 발생하기도 한다. 특정 화학물질 또는 자외선, 방사선 등에 노출되거나 노화에 따른 자연스러운 DNA 손상이 이러한 변이를 유발할 수 있다.
DNA 돌연변이가 축적됨에 따라 한 개인에게서 서로 다른 DNA를 가진 세포가 발견된다. 일반적으로 한 사람의 DNA는 모두 동일할 거라고 생각할 수 있지만, DNA 돌연변이의 축적에 따라 서로 다른 DNA가 공존하게 되는 것이다. 이를 ‘모자이시즘(mosaicism)’이라고 한다.
이는 본래 세포 단위에서 일어나는 현상으로 알려져 있었으나, 카이스트(KAIST) 의과학대학원을 필두로 한 국내 연구팀이 ‘미토콘드리아’ 단위에서도 DNA 돌연변이가 발생할 수 있다는 점을 최초로 규명해냈다. 미토콘드리아는 세포 내 에너지 생산을 담당하는 소기관으로, 자체적인 DNA와 RNA를 가지고 있기 때문에 세포와 마찬가지로 돌연변이를 일으킬 수 있는 주체가 된다.
대부분의 변이는 노화 과정에서 발생
연구팀은 총 31명의 대상자의 체내 조직 및 혈액으로부터 총 2,096개 단일 세포를 확보해 분석했다. 그 결과 세포들 간에 평균 3개 정도의 미토콘드리아 DNA 차이가 존재한다는 점을 확인했다. 이러한 변화는 대부분 노화 과정에서 생성된 것으로 밝혀졌으나, 그 중 약 6%는 모계 유전에 의해 애초에 변이된 상태로 전달된다는 것을 확인했다.
사실, 세포 하나만 해도 그 안에 미토콘드리아가 수백, 수천 개 단위로 존재한다. 그런 관점에서 보면 고작 3개 정도의 차이는 있으나마나한 수준이 아닌가 생각될 수 있다. 그러나 미토콘드리아는 세포의 에너지를 생산하는 역할을 담당하기에, 특정 변이에 따라 해당 세포의 에너지 생산 효율이 감소할 수 있다. 이렇게 되면 해당 세포의 담당 기능에 영향을 줄 수 있다.
세포는 하나하나가 정밀하게 구성된 시스템과 같다. 때문에 아주 작은 차이일지라도 그것이 누적되면 노화나 질병 발생과 같은 생리학적 과정에서 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 미토콘드리아 변이로 인해 에너지 생산량이 부족해지면 알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환의 발생 위험을 높일 수 있다는 것이다.
미토콘드리아 DNA 돌연변이의 연구 개요 / 출처 : 카이스트 연구뉴스
암 발생 과정에서 돌연변이 증가
암이라는 질병은 세포의 DNA 변이가 축적된 결과로 발생한다. 앞에서 설명한 DNA 변이 유발 요인들에 의해 만들어진 DNA 손상이 꾸준히 쌓이면 암 세포가 형성될 가능성이 생기는 원리다.
연구팀은 이번 연구를 진행하면서 ‘암이 발생하는 과정에서 DNA 돌연변이가 크게 증가한다’는 사실을 확인했다. 정상적인 세포에 비해 암 세포가 더 많은 DNA 돌연변이를 발생시키고 축적시킨다는 의미다.
또한, 암 세포에 의해 발생하는 변이는 미토콘드리아에서 단백질 합성 역할을 담당하는 RNA의 불안정을 유발하는 것으로 밝혀졌다. 미토콘드리아 RNA가 불안정해지면 단백질 합성 등 세포의 대사 과정에 높은 확률로 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이 때문에 암 세포가 증식하며 병변이 진행되는 등의 문제가 생길 수 있는 것이다.
노화, 질병과의 연관성을 볼 수 있는 새로운 시각
상세한 내용은 다소 복잡하지만, 결론은 좀 더 단순하게 정리할 수 있다. 기존까지 세포 핵 내에서의 DNA 돌연변이에 주로 초점을 맞췄지만, 이제는 그보다 더 작은 미토콘드리아 단위에서의 DNA 돌연변이도 접근 경로로 활용할 수 있다는 것이다.
이는 비유하자면 화학 반응에서 분자나 원자 수준에서의 분석을 넘어, 더 미세한 입자들인 소립자 수준에서의 변화와 상호작용을 이해할 수 있게 된 것과 같다. 이는 노화와 질병이 어떤 원리로 발생하는지, 보다 깊은 수준에서 이해하기 위한 초석이 될 수 있을 것이다.
한편, 이번 연구 결과는 카이스트 의과학대학원 주영석 교수의 연구팀 안지송 박사과정에 의해 국제 과학학술지 ‘네이처 지네틱스(Nature Genetics)’의 7월 22일자 온라인판에 게재됐다.
울산과학기술원(이하 UNIST) 연구팀이 약물치료 효과를 극대화할 수 있는 ‘장기칩(Organ on a Chip)’ 기술에 대한 연구 성과를 17일(월) 발표했다.
UNIST 바이오메디컬공학과 박태은 교수와 권태준 교수 연구팀은 약물치료 효과를 극대화하기 위해서는 장기와 혈관의 생체환경에 최적화된 약물 전달 기술이 필요하다는 점에 착안해 이번 연구를 진행했다.
우리 뇌에 있는 혈액-뇌 장벽(Blood-brain barrier)은 높은 ‘선택적 투과성’을 바탕으로, 뇌로 이물질이 침입하지 못하도록 막는 역할을 한다. 산소, 포도당과 같이 뇌가 필요로 하는 것들은 정상적으로 통과하지만, 그 외의 물질은 혈관을 둘러싼 내피세포에 의해 막아지는 것이다.
이러한 시스템은 세균과 같은 병원체, 또는 잠재적 위험물질로부터 뇌세포를 보호할 수 있다는 장점이 있지만, 이상이 발생했을 때 이를 치료하기 위해 투여하는 약물의 유입까지 막는다는 단점도 있어, 이를 통과할 수 있는 여러 방안들이 연구&개발돼 왔다.
기존까지는 세포 단위의 연구를 진행할 때 전통적인 세포 기반 모델은 ‘트랜스웰(transwell) 모델’이다. 이는 다공성 막으로 세포 장벽을 구현해 세포들이 이동하는 것을 볼 수 있었지만, 실제 특정 장기 혈관과 혈류가 갖는 고유한 특징을 정확히 재현하지 못한다는 어려움을 겪고 있었다.
이에 UNIST 연구팀은 쥐의 생체 세포를 배양해 혈액-뇌 장벽을 재현한 장기칩을 만들었다. 기판 위에 실제 인체 유래 세포를 배양해 특정 장기를 모방하는 기술이다. 또한, 연구를 진행해 이 장기칩이 치료용 약물을 더 잘 투과시킨다는 것을 입증했다.
이번 연구에는 장기의 생리적 특징을 보다 정확하게 나타내는 ‘세포 기반 파지 디스플레이(Phage display) 스크리닝’ 방법이 이용됐다. 세포 기반 파지 디스플레이 스크리닝은 특정 장기의 혈관에 표적이 되는 새로운 펩타이드 셔틀을 발견하기 위해 사용되는 방법으로, 선택적으로 약물을 전달하는 데 활용이 가능하다.
UNIST 연구팀은 이와 같은 배경에 착안해, ‘장기칩’을 활용하는 접근법이 충분히 신뢰할 수 있고 효율적인 방법임을 입증하고자 하는 목적으로 연구를 진행했다. 그 결과 기존 트랜스웰 모델에 비해 뇌혈관 투과 효율이 더 높게 나타났다고 밝혔다. 손가락 두 마디 크기의 장기칩을 통해 혈액-뇌 장벽의 구조와 기능을 재현했으며, 특정 혈관을 표적으로 하는 약물을 전달할 수 있는 선별 펩타이드를 발견하는 데도 성공했다.
UNIST 연구팀은 이와 같은 장기칩 기술이 향후 간, 신장, 폐와 같은 다양한 장기에 특화된 표적 치료제를 개발하는 데도 기여할 거라고 내다봤다. 이번 연구 결과는 국제 학술지인 「ACS Nano」에 지난달 22일 게재된 바 있다.
