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🎁댓글 이벤트🎁 평생 살아가면 어떤 기분일까? 💀인간은 왜 죽는가 Part.3 l 선을 넘는 과학자들

해파리는 인간과 달리 유성생식과 무성생식 모두를 할 수 있으며, 잘린 몸도 쉽게 재생하고 심지어 늙지도 않습니다. 이러한 해파리의 생물학적 특성은 인간의 한계와 비교할 때 매우 우월하게 느껴집니다. 인간은 유성생식만 가능하고, 신체 일부가 손상되면 재생이 어렵고, 결국 노화로 인해 죽음을 맞이합니다. 반면 해파리는 폴립 단계에서 사실상 영생에 가까운 삶을 누릴 수 있습니다. 이처럼 해파리의 비밀을 알게 된다면 인간도 언젠가 노화를 극복할 수 있을지에 대한 궁금증이 생깁니다. 생명의 나무를 살펴보면, 모든 생명체는 40억 년 전의 조상 세포에서 유래했다는 사실을 알 수 있습니다. 인간의 세포 역시 부모의 세포에서 유래했으므로, 세포의 관점에서 보면 모두 같은 나이를 가지고 있습니다. 하지만 유성생식 과정에서 정자와 난자가 만나 새로운 생명체가 만들어질 때 나이가 0으로 초기화되는 현상이 일어납니다. 이러한 원리를 바탕으로 생명공학 기술에서는 유도만능줄기세포를 통해 나이 든 세포를 다시 어린 세포로 되돌릴 수 있게 되었습니다. 피부 세포를 유전자 조작하면 배아줄기세포처럼 다양한 세포로 분화할 수 있게 되는데, 이는 노화의 되돌림이 과학적으로 가능하다는 강력한 증거입니다. 실제로 유전자 변형이나 약물, 식습관 변화 등을 통해 수명을 늘릴 수 있는 다양한 연구 결과가 발표되고 있습니다. 예쁜꼬마선충의 유전자 하나를 변형해 수명을 두 배로 늘린 연구, 그리고 당뇨병 치료제인 메트포르민이 당뇨병 환자뿐 아니라 정상인보다도 더 오래 살게 한다는 임상시험 결과는 수명 연장의 가능성을 보여줍니다. 또한 소식이 거의 모든 생물에서 장수 효과를 보인다는 점, 젊은 쥐의 피를 늙은 쥐에 주입하면 회춘 효과가 나타난다는 파라바이오시스 실험 등은 수명과 노화가 유전, 약물, 환경에 의해 조절될 수 있음을 시사합니다. 이제 노화 극복은 더 이상 상상의 영역이 아니라 실제 임상시험 단계에 접어들었습니다. 약물이나 처치가 인간의 수명을 실제로 늘릴 수 있는지, 그리고 그 과정이 안전한지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 앞으로의 세대에서는 100세, 120세, 심지어 140세까지 사는 것이 현실이 될 수도 있습니다. 하지만 이러한 과학적 진보가 가져올 사회적, 윤리적 문제에 대해서도 깊이 고민해야 할 시점입니다.

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[강연] 성장과 노화의 연결고리 _ by류형돈｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 6강

노화는 단순히 시간이 흐르는 과정이 아니라, 분자적 수준에서 발생하는 마모와 부식의 결과입니다. 열역학 제2법칙에 따르면 고립된 계의 무질서도인 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 흐릅니다. 우리 몸의 설계도인 DNA 역시 외부의 도움 없이 방치되면 산산조각이 나기 마련입니다. 하지만 생명체는 에너지를 섭취하여 끊임없이 스스로를 수리하며 이 법칙에 저항합니다. 이러한 복구 기전 덕분에 생명은 수천만 년 동안 유전 정보를 보존하며 이어져 올 수 있었습니다. 모든 생명체가 반드시 노화해야 하는 것은 아닙니다. 말미잘처럼 무성 생식을 하는 생물은 모든 세포의 건강을 완벽하게 유지하여 노화 없이 영생에 가까운 삶을 살기도 합니다. 반면 인간과 같은 유성 생식 생물은 한정된 자원을 종족 번식에 집중하는 전략을 선택했습니다. 생식 세포의 품질 관리에는 막대한 에너지를 쏟아붓지만, 그 대가로 신체를 구성하는 체세포의 관리는 소홀해지게 됩니다. 결국 노화는 종의 번영을 위해 개체의 신체를 소모품으로 사용하는 진화적 선택의 결과라고 볼 수 있습니다. 우리를 늙게 만드는 주범 중 하나는 생존에 필수적인 산소와 에너지 대사 과정에서 발생하는 활성산소입니다. 포도당을 산화시켜 에너지를 만드는 과정에서 전자가 무질서하게 튀어나가면, 불안정한 활성산소가 형성되어 세포 내 단백질과 DNA를 공격합니다. 이는 마치 자동차가 시간이 지나며 녹이 슬어가는 과정과 흡사합니다. 자외선 역시 분자의 화학 결합을 끊어 활성산소 생성을 촉진하며, 피부의 탄력을 유지하는 콜라겐과 엘라스틴을 파괴하여 노화를 가속화하는 외적 요인으로 작용합니다. 장수 마을의 사례와 수많은 동물 실험을 통해 증명된 가장 확실한 노화 지연 방법은 칼로리 제한, 즉 소식입니다. 영양 공급을 줄이면 세포는 성장을 멈추고 비상 체제로 전환되어 스스로를 보호하고 수리하는 유전자를 활성화합니다. 초파리부터 원숭이에 이르기까지 적게 먹은 집단은 더 건강하고 긴 수명을 누린다는 사실이 확인되었습니다. 이는 단순히 체중의 문제가 아니라, 세포 내부의 신호 전달 체계가 변화하여 무질서한 산화 반응을 억제하고 신체의 내실을 다지는 복구 기전이 강화되기 때문입니다. 현대 생물학은 인슐린과 성장 호르몬이 노화의 속도를 결정하는 핵심 인자임을 밝혀냈습니다. 음식을 많이 섭취하여 인슐린 신호 전달 체계가 강해지면 세포는 성장에만 집중하게 되고, 그 과정에서 노화가 촉진됩니다. 반대로 이 신호 전달 체계를 적절히 억제하면 세포는 배고픈 상태를 인지하며 항산화 유전자를 발현시키고 수명을 연장합니다. 성장과 노화는 동전의 양면과 같아서, 몸집을 키우고 빠르게 성장하는 데 자원을 많이 쓸수록 신체의 복구와 유지 보수 기능은 상대적으로 약화될 수밖에 없는 구조적 한계를 지닙니다. 인류는 역사의 대부분을 굶주림 속에서 보냈기에, 우리 몸은 에너지를 최대한 저장하고 식욕을 자극하는 방향으로 진화했습니다. 하지만 불과 100년 전부터 시작된 식량 혁명으로 인해 인류는 유례없는 풍요의 시대를 맞이했습니다. 진화의 속도가 환경의 변화를 따라잡지 못한 결과, 굶주림에 최적화된 우리 체질은 과잉 영양 상태에서 각종 퇴행성 질환과 빠른 노화에 직면하게 되었습니다. 따라서 현대인에게 소식은 단순한 다이어트가 아니라, 진화적 불일치를 극복하고 신체의 균형을 되찾는 과학적인 생존 전략입니다. 수명 연장은 의학의 발전뿐만 아니라 상하수도 정비와 같은 위생 환경의 개선에 큰 빚을 지고 있습니다. 또한 성호르몬이 수명에 미치는 영향에 대한 역사적 연구는 남녀의 수명 차이를 설명하는 중요한 단서를 제공합니다. 최근에는 노화된 세포만을 선택적으로 제거하거나 특정 약물을 통해 노화를 역전시키려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 노화는 피할 수 없는 운명이 아니라 조절 가능한 생물학적 과정으로 이해되고 있으며, 과학은 이제 인간이 건강하게 오래 살 수 있는 새로운 가능성의 문을 열고 있습니다.

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[강연] 우리 몸을 움직이는 에너지, 너의 정체는? (3) _ 정종경 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 7강 | 7강 ③

우리 몸은 에너지가 넘치거나 부족할 때 이를 정교하게 조절하는 시스템을 갖추고 있습니다. 음식을 섭취해 혈당이 올라가면 췌장에서 인슐린이 분비되어 에너지를 저장하도록 유도하고, 반대로 굶주린 상태에서는 글루카곤이 분비되어 저장된 에너지를 다시 꺼내 쓰게 만듭니다. 이러한 조절은 개체뿐만 아니라 세포 수준에서도 세밀하게 일어납니다. 세포 내 에너지 화폐인 ATP가 소모되어 AMP가 많아지면, 세포는 이를 심각한 에너지 부족 신호로 인식합니다. 이때 활성화되는 특정 신호 전달 물질은 단백질 합성이나 DNA 복제처럼 에너지가 많이 드는 작업을 일시적으로 중단시켜 세포의 생존을 도모하는 중요한 역할을 수행합니다. 다양한 영양소 중 포도당이 주된 에너지원으로 쓰이는 이유는 그 효율성과 운반의 용이성 때문입니다. 단백질은 몸을 구성하고 조절하는 중요한 역할을 하기에 에너지원으로 쓰이는 것은 최후의 수단이며, 지방은 에너지 밀도는 높지만 물에 잘 녹지 않아 혈액을 통한 운반이 까다롭습니다. 반면 포도당은 수용성이라 몸 구석구석 전달되기 쉽고, 특히 우리 뇌는 포도당만을 유일한 에너지원으로 사용하기에 그 중요성이 매우 큽니다. 또한 산소가 부족한 극한의 상황에서도 젖산 발효를 통해 즉각적으로 ATP를 만들어낼 수 있는 유연성을 갖추고 있어 생명체의 생존 전략에 가장 적합한 연료라고 할 수 있습니다. 암세포는 정상 세포와는 확연히 다른 독특한 에너지 대사 방식을 보입니다. 산소가 충분한 상황에서도 미토콘드리아를 통한 효율적인 호흡 대신, 세포질에서 포도당을 분해하는 해당 작용에 주로 의존하는데 이를 '바르부르크 효과'라고 부릅니다. 이는 에너지 생산 측면에서는 비효율적이지만, 세포 분열에 필수적인 DNA나 단백질, 지방의 원료가 되는 중간 산물들을 빠르게 확보할 수 있다는 전략적 장점이 있습니다. 이러한 특성을 의학적으로 이용한 것이 PET-CT 검사입니다. 방사성 동위원소가 붙은 포도당을 주입하면 암세포가 이를 과도하게 흡수하는 것을 포착하여 종양의 위치와 전이 상태를 정확하게 파악할 수 있습니다. 운동 시 에너지가 소비되는 과정은 강도와 시간에 따라 달라집니다. 단거리 달리기처럼 폭발적인 힘을 쓰는 운동은 산소가 부족해 젖산 발효가 일어나지만, 중강도의 유산소 운동을 지속하면 미토콘드리아가 본격적으로 가동됩니다. 운동 시작 후 약 30분까지는 포도당과 글리코겐을 주로 사용하며, 그 이후부터 효율이 높은 지방을 본격적으로 태우기 시작합니다. 한편 운동 직후 아미노산을 섭취하는 것은 근육 성장에 매우 효과적입니다. 강한 운동으로 미세하게 손상된 근육 조직에 아미노산이 공급되면, 이는 단순한 영양 보충을 넘어 세포 성장을 촉진하는 신호탄 역할을 하여 근육의 회복과 발달을 돕기 때문입니다. 세포 내 발전소라 불리는 미토콘드리아는 그 구조와 기능 면에서 매우 효율적으로 설계되어 있습니다. 미토콘드리아 내부의 좁은 막 사이 공간에서 수소 이온의 농도 차이를 이용해 ATP를 합성하는 방식은 거대한 세포막 전체를 사용하는 것보다 훨씬 빠르고 효율적입니다. 또한 에너지 생산 과정에서 필연적으로 발생하는 유해한 활성산소가 세포 전체로 퍼져 독성 작용을 일으키지 않도록 내부에서 이를 제거하는 방어 체계도 철저히 갖추고 있습니다. 특히 신경 세포처럼 긴 돌기를 가진 세포는 에너지가 집중적으로 필요한 말단 부위로 미토콘드리아를 직접 이동시켜 필요한 곳에서 즉시 에너지를 생산하는 유연한 공급 전략을 구사합니다. 미토콘드리아의 기원과 유전 방식은 생명 과학이 풀어가는 흥미로운 신비 중 하나입니다. 자체적인 DNA와 리보솜을 가지고 세균과 유사한 유전자 구조를 띠는 점은 과거 독립된 생명체였던 세균이 세포 안으로 들어와 공생하게 되었다는 '세포 내 공생설'의 강력한 증거가 됩니다. 또한 미토콘드리아는 주로 어머니를 통해서만 유전되는 '모계 유전'의 특징을 보입니다. 수정 과정에서 정자의 미토콘드리아는 난자에 의해 자가포식으로 철저히 제거되는데, 이는 운동 과정에서 혹사당해 손상되었을 가능성이 큰 부계의 미토콘드리아를 배제하고 가장 건강한 상태의 유전 정보를 자손에게 물려주려는 생명체의 정교한 생존 전략으로 해석됩니다. 노화와 수명의 문제는 에너지 대사의 조절과 깊은 연관이 있습니다. 적게 먹는 '소식'이 장수에 도움이 된다는 사실은 초파리부터 영장류에 이르기까지 다양한 종을 대상으로 한 실험을 통해 과학적으로 증명되었습니다. 과도한 에너지 생산 과정에서 발생하는 활성산소의 피해를 줄이고, 세포 내 자가포식을 활성화하여 노후된 세포 소기관을 정비하는 것이 노화를 늦추는 핵심 기전입니다. 최근에는 인슐린 신호 전달 체계를 조절하여 수명을 연장하려는 라파마이신 같은 약물 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 하지만 약물의 부작용을 고려할 때, 영양 불균형이 없는 적절한 식단 조절이 건강한 삶을 유지하는 가장 확실한 방법입니다.

고형종, 박중진, 정종경

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