체중 문제는 현 인류의 가장 심각한 문제 중 하나로 부각되고 있으며, 선진국뿐만 아니라 많은 아시아 국가 및 라틴 아메리카 국가 등 개발 도상국에서도 체중 문제는 문자 그대로 인류가 직면한 삶의 중요한 문제로 인식되고 있다. 세계보건기구(WHO)의 조사에 따르면, 많은 선진국 인구의 절반 이상이 비만을 겪고 있으며, 세 명 중 한 명 (국민의 1/3)은 심각한 수준이라고 한다. 평상시 우리가 먹는 고칼로리, 지방질 음식은 엉덩이, 복부 등에 축적될 뿐만 아니라 음식물 순환에 의해 몸 속으로 들어온 지방은 혈액에도 남게 된다. 혈중 지질 수치의 증가는 곧 심장병 및 뇌졸중의 위험이 증가하는 것을 의미한다.

혈중 지질을 모니터하는 유전적 통제 회로: 스위스 취리히 연방공과대학(ETH-Zurich) 바이오시스템 과학 및 공학과 마틴 푸쎄네거(Martin Fussenegger) 교수가 이끄는 연구팀은 인간 유전자 요소로 이루어진 임플란트 유전자 회로를 개발했다. 이 회로는 조기 경보 시스템 및 치료법으로 이용될 것이다. 또한, 본 장치는 혈중 지방 수치를 지속적으로 모니터할 수 있으며 피드백 기능을 가진다. 더구나 혈중 지방 수치가 지나치게 상승하면 특정 반응 물질을 내보내어 인간이 포만감을 느끼게 하는 기능을 가지고 있다.

이러한 매우 복잡한 통제 시스템을 만들기 위해, 생물공학자들은 특정 단백질을 생산하고 단계적으로 반응하는 서로 다른 유전자를 기술적으로 조합하였다. 연구진은 본 유전자를 인간 세포에 삽입하고 이를 작은 캡슐에 주입하였다. 연구진은 지방성 음식을 섭취해온 비만 쥐를 이용하여 기초 연구를 진행하였다. 유전자 통제 시스템이 들어 있는 캡슐을 쥐에게 삽입하고 지방 수치를 높이자, 쥐들은 음식물 습취를 중단했으며 체중이 눈에 띄게 줄어들었다. 혈중 지질 수치도 정상으로 돌아오자, 통제 시스템은 포만감을 느끼는 신호 생산을 중단하였다.

“우리가 쥐들에게 충분한 양의 고칼로리 음식을 주었음에도 불구하고, 쥐들의 체중이 감소하였다.”라고 푸쎄네거는 강조했다. “체내에 삽입된 통제 시스템이 쥐에게 포만감을 계속해서 느끼게 했기 때문에 쥐들은 먹이를 덜 섭취하였다. 일반 동물들이 먹는 5% 지방이 함유된 음식을 쥐들에게 주자 체중이 줄지 않았고 음식 섭취량은 줄어들었다”라고 생물공학자들은 말했다.

서로 다른 음식물 지방에 대한 센서: 새로 개발한 복제 통제 시스템의 가장 큰 장점 중 하나는 단순히 한 종류의 지방을 감지하는데 그치지 않고, 지방 포만도 및 섭취한 식물성 지방의 양도 한 번에 측정 가능하다는 것이다. 그러나 본 개발품을 인간에게 바로 적용하는 것은 간단하지 않다. 적용 가능한 적절한 제품을 생산하기 위해서는 몇 년의 연구 개발이 더 필요할 것으로 사료된다. “그럼에도 불구하고, 머지 않은 미래 언젠가 체질량지수(BMI)가 30이 넘는 비만인들이 임플란트 통제 시스템의 도움을 받아 체중을 줄일 것이라 예상한다. 또한, 본 개발품이 지방흡입술 또는 비만대사 수술과 같은 수술적 치료를 대신하는 대안이 될 것이다. 즉, 우리가 만든 임플란트 통제 시스템은 외과적 수술 없이 사용이 가능하다는 장점을 가진다. 다른 장점으로는 통제하기 힘든 질병의 진행 없이 예방 효과를 가지며, 인간 자체의 포만감에 대한 메커니즘을 활용한다는 것”이라고 푸쎄네거는 말했다.

다양한 성능을 가지는 복잡한 통제 시스템이 푸쎄네거 연구팀에서 개발한 첫 번째 성과물은 아니다. 몇 년 전 연구진은 통풍에 대처하는 피드백 통제 시스템을 개발한 바 있다. 그러나 본 개발품은 푸쎄네거와 동료 연구원들이 지금까지 만들어 본 적 없는 가장 복잡한 구성을 가지며, 본 제품이 시현되기까지 수년간 노력한 본 분야의 많은 생명공학자들의 도움 없이는 불가능했을 것이다.

그림설명: 본 그림은 임플란트 통제 시스템을 삽입한 쥐를 나타낸 것이다. 공학적으로 조작된 복제 항 비만 유전자는 지속적으로 혈중 지질 수치를 측정하고 이를 판단하여 수치가 기준치를 초과하면 식욕을 억제시킨다. 이로 인해 쥐는 음식물 섭취량이 줄어들고 체중이 감소하게 된다. 쥐들은 평소 자신이 먹는 지방의 60%를 적게 먹게 된다. (잭슨 연구실에서 실험 중인 쥐의 개략도) (제공: M. 푸쎄네거)

참고문헌: Katrin Rossger, Ghislaine Charpin-El-Hamri, Martin Fussenegger. A closed-loop synthetic gene circuit for the treatment of diet-induced obesity in mice. Nature Communications, 2013; 4 DOI: 10.1038/ncomms3825 

출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2013/11/131126123927.htm /  KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-12-04