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[바이오토픽] (이번 주 Science 커버스토리) 우주여행이 인체에 미치는 영향
의학약학 양병찬 (2019-04-15 09:39)

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멀리 날아간 쌍둥이(far-flung twins): 우주에서의 1년이 유전체에 미친 영향

한 일란성쌍둥이를 대상으로 한 연구에서, 국제우주정거장에서 1년간 생활한 쌍둥이 중 한 명의 분자적·생리적·인지적 변화가 확인되었다. 이번 주 《Science》 표지에 실린 그림은 지구와 우주에 각각 머물렀던 쌍둥이를 묘사하고 있으며, 배경에는 로켓과 우주정거장이 그려져 있다. 자세한 내용은 127쪽(참고 1)과 eaau8650(참고 2)을 참조하라.

※ Science 표지; Illustration: Ray Oranges @ Machas

"미 항공우주국(NASA)의 일란성쌍둥이 우주비행사 스콧 & 마크 켈리는 쌍둥이 상태를 거의 회복했다." 이게 당최 뭔 소리일까?

그것은 "2015-16년 마크는 지구에 머물러 있고 스콧이 거의 1년간 우주비행을 하는 동안, 스콧의 몸이 얼마나 변했는지"를 추적한 연구팀의 평결이다. 그들은 4월 11일 《Science》에 발표한 논문에서(참고 2), "일단 우주에서 돌아온 후, 스콧에게 일어났던 많은 유전적·생화학적 변화와 그 밖의 변화들은(참고 3) 거의 사라졌다"고 보고했다.

이번 연구는 겨우 두 명을 대상으로 수행된 것이기 때문에, 다른 우주비행사들에게 널리 적용될 수 있는 가능성은 낮다. 그러나 NASA는 이 정보가 향후 「우주비행사의 건강에 관한 연구」들에 지침을 제공하기를 기대하고 있다. 그중에는 열 명씩으로 구성된 세 팀의 우주비행사들을 각각 1년, 6개월, 2~3개월 동안 우주로 보내는 실험이 포함되어 있다.

또한 NASA는 2024년까지 우주비행사들을 달 표면에 보내는 프로젝트를 진행하고 있는데, 이것은 도널드 트럼프 행정부가 지난달 발표한 계획 중 하나다. 인체가 장기간의 우주비행에 어떻게 반응하는지를 이해하는 것은, 그런 계획에 참여하는 우주비행사들의 건강을 유지하는 데 필수적이다.

"성과를 내고 싶어 하는 행정부의 욕구는, 이런 문제들을 가능한 한 빨리 이해하려고 노력하는 NASA의 기본적인 생명과학 프로그램을 재촉하고 있다"라고 텍사스 주 휴스턴에 있는 계약대행회사 KBRwyle에서 우주비행사의 생리학을 연구하는 스튜어트 리는 말했다.

자연적 실험

연구자들은 수십 년 동안 '저중력, 고방사선'으로 특징지어지는 우주환경이 인체에 미치는 영향을 연구해 왔다. NASA는 스콧 & 마크 켈리 덕분에 ('거의 동일한 유전정보'와 '유사한 인생경험'을 가진 두 사람을 비교분석하는) 전례없는 기회를 얻었다. 스콧은 연구가 진행되는 동안 국제우주정거장에 탑승한 채 340일 동안 계속 비행했고(참고 4), 평생 동안 총 520일을 우주공간에 머물렀다. 마크는 평생 동안 네 번에 걸쳐 비교적 짧은 우주왕복선 비행(space-shuttle flight)에 참여하여, 총 54일간 우주를 비행했다.

10개 연구팀은 25개월 동안 두 사람을 대상으로 일련의 테스트를 수행했는데, 그중에는 우주비행 전후에 채취한 혈액·소변·대변 샘플의 비교분석이 포함되어 있다. "이번 일란성쌍둥이 시험은 '우주비행에 대한 인체의 반응'을 광범위하게 분석한, 사상 유례없는 연구였다"라고 콜로라도 주립대학교의 수전 베일리(방사선암생물학)는 말했다. 마크는 원하는 것을 뭐든 먹고 마신 반면, 스콧은 우주정거장에 탑승한 상태에서 엄격하게 처방된 식생활 및 운동 요법을 준수했다.

그 결과 스콧의 신체는 수많은 변화를 경험했지만, 일단 지구로 돌아온 후에는 그중 대부분이 역전된 것으로 나타났다. "그중에는 스트레스와 관련된 표지 유전자(gene marker)들의 변화가 포함되어 있는데, 이는 아마도 환경변화 때문인 것 같다"라고 존스 홉킨스 대학교의 앤드루 페인버그(유전학)는 말했다.

미묘한 변화

스콧이 지구로 돌아온 지 6개월 후까지 대체로 지속된 유전적 변화 중 하나가 그의 염색체에 영향을 미쳤다. 그리하여 염색체 중 일부가 끊어져 거꾸로 달라붙는, 소위 역위(inversion) 현상이 나타났다. 이는 DNA 손상으로 이어졌는데, 아마도 그가 우주에 머무는 동안 경험한 고용량 방사선(high amounts of radiation)과 관련된 것으로 생각된다.

"또한 스콧이 우주비행을 하는 동안, 많은 텔로미어(염색체 말단에 모자처럼 붙어있는 부분)들이 알 수 없는 이유로 길어졌다"라고 베일리는 말했다. 텔로미어의 길이가 늘어난 것은 베일리가 기대했던 것과 정반대 현상이다. 왜냐하면 텔로미어는 나이가 들어감에 따라 짧아지는데, 우주비행은 노화와 거의 같은 방식으로 인체에 스트레스를 가하기 때문이다. "스콧의 텔로미어는 지구에 귀환한 지 48시간 이내에 다시 짧아져 비행 전 길이와 거의 같아졌지만, 이제는 비행 전에 비해 짧은 텔로미어들의 수가 더 많아졌다. 이는 심혈관질환이나 특정 암(癌)의 발병위험을 증가시킬 수 있다"라고 베일리는 말했다.

켈리 형제는 둘 다 NASA에서 퇴직했다. 스콧은 ‘우주에서 머물렀던 시간’에 대한 집필과 강연 활동에 전념하고 있으며, 마크는 2020년 열리는 연방 상원의원 선거에서 애리조나 주를 대표하기 위해 출사표를 던졌다(참고 5).

※ 참고문헌
1. https://science.sciencemag.org/content/364/6436/127
2. https://science.sciencemag.org/content/364/6436/eaau8650
3. https://www.nature.com/news/astronaut-twin-study-hints-at-stress-of-space-travel-1.21380
4. https://www.nature.com/news/astronaut-twins-study-raises-questions-about-genetic-privacy-1.17199
5. https://www.nytimes.com/2019/02/12/us/politics/mark-kelly-senate-mccain.html

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-019-01149-y


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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로 활발하게 활동하...
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