한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 서성배 생명과학과 교수팀이 이원재 서울대 생명과학부 교수팀과 함께 동물이 섭식행동을 조절하는 구체적인 원리를 규명했다고 7일 밝혔다.
체내 단백질, 필수아미노산 부족을 감지하는 장 세포와 필수아미노산을 섭취하도록 하는 원리를 살폈다. 필수아미노산을 생산하는 장내미생물이 이런 메커니즘에 어떠한 영향을 미치는 지도 규명했다.
동물은 수분이 부족하면 갈증을 느끼고 물을 마시고, 혈당량이 떨어지면 당을 찾아 먹는다. 필수 영양소(동물에서 합성되지 못해 음식물을 통해서 섭취해야 하는 영양소)가 부족하면 자연스럽게 이를 섭취하기 위한 행동 변화가 있다.
단백질도 중요한 영양소로 20여종 아미노산으로 이뤄져 있다. 그중 10개의 아미노산은 우리 몸이 합성하지 못하는 필수아미노산(EAA)으로 음식물이나 장내세균을 통해서만 보충된다. 인체는 EAA의 체내 결핍을 본능적으로 인지할 수 있다고 알려져 있다. 또 결핍된 EAA를 선호하도록 식성을 바꿔서 EAA를 더 많이 섭취할 수 있게 유도함으로써 EAA들을 효과적으로 보충한다고 알려져 있다.
공동연구팀은 이번 연구에서 어떤 유전자가 체내 EAA 부족을 감지하는지 찾아내고, 어떤 신호를 통해 부족한 아미노산을 섭취하도록 섭식행동을 조절하는지 규명했으며, EAA을 생산하는 장내미생물이 이런 메커니즘에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위한 실험을 진행했다.
연구진은 초파리에 다양한 EAA 결핍 상황을 유도해서 초파리의 생리학적 변화를 분자생물학적 기법을 통하여 조사했다. 연구 결과 EAA 결핍 상황이 되면 초파리의 장 호르몬 중 하나인 CNMa 호르몬이 장 상피세포(enterocytes)에서 분비됨을 밝혀냄으로써 상피세포가 EAA를 흡수하면서 결핍 여부를 감지한다는 사실을 밝혀냈다.
또한 공동연구팀은 CNMa 호르몬이 발현되는 과정에서 기존에 세포 내 아미노산 센서로 잘 알려진 Gcn2와 Tor 효소들이 관여한다는 사실도 증명했다. 분비된 CNMa 호르몬은 그 수용체가 발현하는 장 신경세포(enteric neuron)를 활성화해서 뇌로 신호를 보냄으로써 EAA를 선호하는 식성을 가지도록 유도한다는 사실도 연구팀은 밝혀냈다.
제1 저자인 KAIST 김보람 박사는 “이번 연구 결과는 장내미생물에서 동물의 장, 그리고 뇌로 이어지는 장내미생물-장-뇌 축을 통해 아미노산 결핍이 일어난다는 사실을 처음으로 밝혔다는데 큰 의미가 있으며, 초파리뿐만 아니라, 사람을 포함한 척추동물에서도 이런 경로를 통해 장내미생물이 동물의 식성을 조절할 가능성을 제기한다”며 “만약 장내미생물과 동물의 식습관이 장-뇌 축을 통해 조절된다면, 미생물 섭취라는 방법을 통해 현대인의 불균형한 식습관으로 인한 만성 질병을 개선할 수도 있을 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
