인류의 꿈 불로장생, 해파리는 알고 있다!

“나는 불로불사하는 황제로 영원히 이 나라를 다스릴 것이다!”

불로불사를 꿈꾸던 진시황은 과연 얼마나 오래 살았을까? 진시황은 기원전 210년 나라를 살핀다는 명목으로 길을 나섰다 병을 얻어 죽었다. 그의 나이 고작 50세, 게다가 객사(客死)였다. 길을 떠난 목적은 불사의 약을 구하기 위해서였다고 한다.

그의 병은 수은 중독 때문이라는 설도 있다. 당대에는 수은을 불사의 약으로 알고 먹었다고 한다. 전해 내려오는 이야기에는 언제나 더하고 뺄 것이 있다 치더라도 불로장생을 꿈꾸던 황제의 최후로는 걸맞지 않다.

불로장생은 인간의 오랜 꿈이기도 하고 부질없는 욕망과 어리석음을 상징하는 말이기도 하다. 진시황의 전설과 같은 최후를 듣고 나면 역시 인간은 언젠가 죽어서 흙으로 돌아가는 것이 자연의 섭리라고 되새기게 된다. 하지만 누구나 죽는 것이 자연의 섭리가 아니라면 어떤가? 주변을 돌아보자. 나무는 1천 년, 2천 년을 살고 세균은 적절한 조건이 갖춰지면 지속적으로 분열한다. 분열 횟수에는 제한이 없으니 무한분열이 가능하다. 즉 노화가 없는 것이다.

이렇게 죽지 않고 사는 것은 식물이나 세균에만 국한된 이야기가 아니다. 무성생식을 하는 멍게, 불가사리, 히드라, 해파리 등도 적절한 조건이 주어지면 늙지도 죽지도 않을 수 있다. 불로장생! 진시황이 무덤에서 벌떡 일어날 얘기다.

‘투리토프시스 누트리쿨라(Turritopsis nutricula)’ 라는 해파리는 이론적으로 무한히 생명을 반복할 수 있다고 알려져 있다. 투리토프시스는 카리브해 연안에 서식하는 5mm 크기의 아주 작은 해파리다. 보통 해파리들은 번식이 끝난 뒤 죽는 반면 투리토프시스는 번식 뒤에 오히려 나이를 거꾸로 먹는다. 투리토프시스는 번식이 끝나면 다시 미성숙 상태인 폴립으로 돌아간다. 몸체를 원통형 모양으로 취한 뒤 바위 등에 붙어 지내는 것이다.

익히 알려진 것처럼 도마뱀은 꼬리나 다리가 잘려도 재생할 수 있는 능력이 있다. 이형분화의 원리로 하나의 세포를 다른 종류의 세포로 바꾸는 것이다. 투리토프시스는 도마뱀과 마찬가지로 이런 이형분화를 할 수 있는데, 꼬리나 다리처럼 신체의 일부가 아니라 몸 전체를 재생할 수 있다.

그런데 죽지 않는 해파리라니…, 계속 번식만 하고 죽지 않는다면 개체 수가 얼마나 많을까? 정확한 개체 수는 파악되지 않고 있다. 본래 투리토프시스는 카리브해에 서식했지만 지금은 열대 기후의 바다 어디서나 발견되기 때문이다. 이는 화물선들이 배의 안정을 위해 싣는 물을 따라 전 세계로 퍼져나간 것으로 추정된다.

무성생식을 하는 생물의 지속가능한 삶은 특별한 효소 때문에 가능하다. 바로 ‘텔로머라아제’다. 텔로머라아제는 DNA 염색체 끝부분에 있는 말단소체, 텔로미어(telomere)를 보호하는 특정 효소다. 지난 2009년 엘리자베스 블랙번, 캐롤 글라이더, 잭 조스택 박사 등 3명은 텔로머라아제 효소와 텔로미어의 역할을 규명한 연구로 노벨의학상을 수상했다. 텔로머라아제 효소가 인체의 노화와 암세포의 성장에 미치는 영향을 밝혀낸 공로다.

세포의 염색체 가장자리에 있는 말단소체는 대게 동일한 염기서열이 수천 번 반복돼 있다. 그런데 염색체를 복제할 때마다 이 반복 부위를 조금씩 잘라내게 된다. 한번 분열할 때마다 말단소체의 길이는 조금씩 짧아진다. 세포분열이 반복되고 말단소체의 길이가 계속 짧아지면 세포가 더 이상 분열할 수 없는 때가 온다. 이것이 바로 노화다. 모든 생물은 세포분열을 하면서 말단소체가 점차 짧아지는데 그 길이에 따라 수명이 다르다. 같은 연령이라도 사람마다 노화 정도에 차이가 있는 것도 이 텔로미어의 길이가 각각 다르기 때문이다.

한편 텔로머라아제 효소는 생물이 세포분열을 한 뒤 염색체의 말단부가 짧아지는 것을 보충해주는 역할을 한다. 인체에서 텔로머라아제는 난자가 수정된 직후인 배아기 단계까지만 존재한다. 배아기 세포가 성장해 뇌세포나 심장세포와 같이 분화된 후에는 텔로머라아제의 생산이 중단된다. 단 생산세포로 분화된 세포만 예외적으로 이 효소를 가지고 있게 된다.

그런데 앞서 말한 해파리나 멍게, 불가사리, 히드라 등의 무성생물은 스스로 텔로머라아제를 활성화해 노화를 억제하거나 방지한다. 현재 스웨덴 고텐부르크 대학 연구팀은 인간 노화를 억제하는 방법을 찾기 위해 무성생식하는 동물을 연구하는 중이다. 특히 인간과 유전자의 유사성이 있는 멍게, 불가사리를 집중적으로 연구하고 있다.

앞서 인간은 배아기 이후로 텔로머라아제의 생산이 중단된다고 했으나 예외의 세포가 있다. 바로 암세포다. 암세포에서는 텔로머라아제가 활성화돼 지속적으로 세포분열이 있어도 말단소체가 짧아지지 않는다. 즉 영구히 분열할 수 있는 것이다. 인간의 몸에서 영원한 것이 암세포라니…. 인간을 고통과 죽음으로 몰아넣는 병 속에 불멸의 비밀이 숨어 있다는 것은 그야말로 불로장생의 아이러니가 아닐 수 없다.

본격적인 고령화 사회에 접어들면서 오래 산다는 것이 꼭 좋은 일만은 아니라는 인식도 있다. 병들고 쇠약한 몸과 외로움, 경제적인 어려움 등은 수명 연장의 그늘이다. 하지만 오래 살면서 젊음과 활력도 유지할 수 있다면 누구라도 그 신선수를 마시지 않을까? 어쩌면 우리 모두는 여전히 진시황과 같은 꿈을 꾸고 있는지 모른다.

글 : 이소영 과학칼럼니스트

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“활성산소(Free Radical)는 노화나 질병을 유발하는 역기능만 하는 게 아닙니다. 세포가 살아가는 데 필요한 신호를 작동시키는 순기능도 있거든요. 그래서 건강한 사람이 항산화제를 지나치게 많이 먹으면 활성산소를 제거해 순기능을 약화시키기 때문에 부작용이 있을 수 있다는 학자들이 많이 있습니다.”

2010년 2월 말, 이화여대 이서구 교수팀이 활성산소에 대한 새로운 내용을 발표했다. 노화와 암, 당뇨병, 심장병 등의 주범으로 알려진 활성산소가 세포의 성장을 촉진하는 데 꼭 필요하다는 내용이다. 산소 없이 하루도 살 수 없는 사람이 몸속에 생긴 활성산소에 공격당한다니 어떻게 된 일일까? 또 이것이 어떻게 세포의 성장을 돕는다는 것일까? 차근차근 살펴보기로 하자.

사람이 들이마신 산소는 세포 속으로 움직여 탄수화물과 지방을 산화, 즉 태워서 분해시키는 데 사용된다. 이렇게 음식 속의 탄수화물과 지방을 산화시켜야 우리에게 필요한 에너지로 사용할 수 있기 때문이다. 그런데 산소가 우리에게 에너지만 주는 것은 아니다. 산소는 우리 몸에서 음식물을 연소시키는 과정 중에 활성산소이라는 유해성 산소를 만든다.

보통 정상적인 산소는 우리 몸속에서 약 100초 이상 머무르지만 불안정한 활성산소는 순식간에 생겼다가 없어진다. 이렇게 잠깐 존재하면서도 반응성이 매우 강해 우리 몸을 공격해 망가뜨린다.

활성산소의 종류는 초과산화수소이온, 과산화수소, 하이드록시 라디칼, 싱클레트 옥시전 등 총 4가지다. 이 가운데 ‘물 분자’에 추가로 ‘산소 원자’ 하나를 달고 있는 형태를 지닌 과산화수소는 반응성이 뛰어나다. 늘 혹과 같은 산소 원자를 상대방에게 건네고 자신은 안정된 물 분자 형태를 취하려는 욕망을 지니고 있기 때문이다.

이런 활성산소들은 우리 몸의 기본단위인 세포의 세포막을 공격해 원래 세포의 기능을 상실하게 만들고, 세포 내 유전자를 공격해 해당 세포가 재생하지 못하게 막는다. 결국 신호전달체계를 망가뜨리거나 면역력을 떨어트려 당뇨병, 동맥경화, 암 등의 체내 질병으로 이어지는 것이다. 또 세포의 재생을 막기 때문에 노화를 유발하거나 촉진시키는 일도 하는 셈이다.

한 가지 재미있는 사실은 우리 몸이 활성산소를 만들어내 우리 몸을 침투한 세균이나 바이러스를 죽이기도 한다는 점이다. 우리 몸의 TLR4란 단백질이 병원균의 체내 침투를 인식하면 소량의 활성산소가 만들어지고 살균기능을 수행한다.

그러나 살균기능을 위해 생성된 활성산소는 자기 자신의 세포도 공격하므로 자연히 병균침입을 많이 받은 신체 부위는 상처를 입게 된다. 이에 우리 몸은 활성산소가 만들어지면 자동적으로 항산화 효소들이 작동시켜 이를 제거한다. 이런 항산화 효소는 간, 심장, 위, 췌장, 혈액, 뇌 등 모든 부위에 들어있다.

활성산소가 세포가 아닌 유해한 균을 공격한다는 것까지는 쉽게 이해가 된다. 그런데 세포 성장에는 어떻게 관여한다는 것일까?

세포는 뇌, 면역세포, 인슐린 등이 보낸 외부 신호를 받기 위해 세포막 바깥에 수용체를 여러 개 두고 세포막의 좁은 지방 축적 구역에서 신호전달활동을 한다. 이 구역에 1차 신호전달물질이 들어오면, 2차 신호전달물질을 만든 후 다시 대상 단백질로 신호를 보낸다.

이서구 교수팀이 연구한 결과에 따르면 활성산소 중 하나인 과산화수소가 2차 신호전달물질로 사용돼 세포 분열과 성장에 중요한 역할을 하는 단백질에 신호를 전달한다. 세포가 항산화 효소의 일종인 퍼옥시레독신(Prx)을 껐다 켰다 하면서 과산화수소를 세포 안 신호전달물질로 활용하는 것이다. 퍼옥시레독신은 원래 과산화수소를 없애는 효소로 알려져 있다.

이런 일이 어떻게 가능한 것일까. 우선 세포막의 신호 전달 구역에는 다른 항산화 효소는 없고 퍼옥시레독신만 있다. 이 효소는 과산화수소가 신호전달기능을 할 때 1차 신호전달물질의 영향을 받아 항산화 기능을 잃는다. 다시 말해 스위치가 꺼진 상태로 있는 것이다. 그러면 이 구역에 과산화수소가 쌓여 세포의 성장과 분화 신호가 핵까지 전달할 수 있다. 신호전달이 끝나면 퍼옥시레독신의 스위치가 다시 켜지므로 과산화수소를 없애는 기능을 할 수 있게 된다.

이처럼 활성산소는 질병과 노화의 원인만이 아니라 세포 성장과 분화에 도움을 주기도 한다. 또 과산화수소와 퍼옥시레독신처럼 활성산소와 항산화효소가 신호전달하는 과정을 자세히 알게 되면 암이나 당뇨병 등 활성산소 때문에 생겼던 질병들을 치료할 길을 찾을 수 있을지 모른다.

활성산소가 너무 많으면 세포를 죽이는 독성물질이 된다. 하지만 필요한 때와 장소에 필요한 만큼만 생성되면 세포의 성장을 돕고 분화를 촉진하는 좋은 기능을 한다. 활성산소가 하나도 없다면 세포가 자라지 못한다는 이야기이기도 하다. 만약 활성산소를 독성물질로만 규정했다면 이런 내용들은 알려지지 않았을 수도 있다. 모든 가능성을 열어두고 의문을 풀려는 과학자의 노력이 얼마나 중요한 지 다시금 생각하게 된다.

글: 과학향기 편집부

※ 과학향기 제247호 ‘원자폭탄보다 무서운 활성산소(2005년 4월 11일자)’에서 일부 내용을 발췌했음을 알려드립니다.
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