몸속 영양소 부족하면 행동에 변화···원리 알아내

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 서성배 생명과학과 교수 연구팀이 이원재 서울대 환경과학부 교수 연구팀과 함께 동물이 몸속 단백질인 필수아미노산 부족을 감지하는 장 세포와 필수아미노산을 먹도록 섭식 행동을 조절하는 원리를 알아냈다고 7일 밝혔다.

동물은 수분이 부족하면 갈증을 느끼고 물을 마신다. 혈당량이 떨어지면 당을 찾아 먹는다. 음식물을 통해 섭취해야 하는 영양소인 필수 영양소가 부족하면 자연스럽게 이를 섭취하도록 행동에 변화를 준다.

동물의 식습관을 조절하는 원리를 알아낸 연구자들.(왼쪽부터)김보람 연구원, 서성배 KAIST 생명과학과 교수, 이원재 서울대 생명과학부 교수.(사진=KAIST)

우리 몸의 중요한 영양소인 단백질은 20여종의 아미노산으로 이뤄져 있다. 10개의 아미노산은 우리 몸이 합성하지 못하는 필수아미노산으로 음식물이나 장내세균을 통해서만 보충할 수 있다. 사람의 몸은 필수아미노산 결핍을 본능적으로 알아내 부족한 필수아미노산을 좋아하도록 식성을 바꾼다. 하지만 학계에서는 우리 몸이 어떻게 필수아미노산이 부족하다는 사실을 알아내고, 식성을 유도하는지 알아내지 못했다.

필수아미노산 항상성은 수분의 항상성보다 구조가 복잡하다. 장내미생물의 종류에 따라 반드시 섭취해야 하는 필수아미노산의 종류가 달라지기 때문이다.

연구팀은 우선 초파리의 생리학적 변화를 분자생물학적 기법으로 조사했다. 필수아미노산이 부족해지면 초파리의 장 호르몬 중 하나인 CNMa 호르몬이 장 상피세포에서 분비되고, 상피세포가 필수아미노산을 흡수하면서 결핍 여부를 감지하는 것을 확인했다.

CNMa 호르몬이 발현되는 과정에서 세포 내 아미노산 센서로 알려진 Gcn2와 Tor 효소들이 관여한다는 사실도 증명했다. 분비된 CNMa 호르몬은 수용체가 발현하는 장 신경세포를 활성화해 뇌로 신호를 보내 필수아미노산을 좋아하는 식성을 가지도록 유도했다.

서성배 교수는 “영양소 센서는 모든 개체에 중요하고 진화적으로도 보존돼 있을 것 같아 초파리에서 밝힌 센서들이 포유류에게서도 비슷한 역할을 할 것”이라고 말했다.

이원재 서울대 교수는 “장내세균에서 동물의 장, 뇌로 이어지는 축을 통해 필수아미노산 결핍을 인지하고 이를 복구하기 위해 식성에서 생리학적인 변화가 일어나는 과정을 알아냈다”며 “앞으로 사람이 가진 유사한 경로를 발견하는 초석이 되는 연구”라고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 지난 5일자 온라인판에 게재됐다.