우주에서 노화 20~25% 더 빨라져…세균 감염도 우려 수준

연세대, 일본·미국·EU 등과 공동 연구…"면역력도 더 떨어져 우주 여행자 건강 챙겨야"

우주에서는 동물 면역력이 떨어지고, 세균 감염은 되레 증가한다는 연구 결과가 공개됐다. 노후 정도도 20~25% 정도 빨랐다.

이진일 연세대학교 미래캠퍼스 생명과학기술학부/우주생명과학연구소 교수 연구팀은 국제 공동 연구를 통해 이 같은 사실을 과학적으로 규명했다고 1일 밝혔다.

해외 연구팀은 아츠시 히가시타니 일본 도호쿠대학교 교수, 고 나다니엘 슈웨츠크 미국 하이오대학교 및 노팅엄대학교  교수, 티모시 에더리지 엑서터대학교 및 오하이오대학교 교수 등이다. 유럽연합(EU) 유럽우주국(ESA)도 이 연구에 참여했다.

국제학술지 NPJ 마이크로그래비티에 우주에서의 예쁜꼬마선충 면역 기능 저하 연구결과를 게재한 이진일 연세대 교수(왼쪽)와 현재 필리핀 TNRI 연구소에 근무 중인 알프레도 알칸타라 박사.(사진=연세대)

이진일 교수는 "올해 1월 미국항공우주국(NASA)은 국제우주정거장(ISS)에 체류 중이던 크루-11 대원들을 조기 귀환시켰다. 우주비행사 1명이 20여 분간 말을 제대로 하지 못하는 일이 발생했는데, 원인을 밝혀내지 못했다"며 "우주에서의 동물 면역력 저하 및 감염 증가가 원인일 것으로 추정된다"고 설명했다.

연구팀은 지난 8년간 우주에서 예쁜꼬마선충 분자근육실험(MME)을 총 3차례 실시했다.

첫 실험이 진행된 2018년 'MME1' 프로젝트에서는 우주 환경으로 인해 예쁜꼬마선충 근육 위축이 발생한다는 사실을 과학적으로 밝혀냈다. 연구 결과는 2023년 국제학술지(International Journal of Molecular Sciences)에 발표됐다.

두 번째 실험 프로젝트 'MME2'는 지난 2021년 6월 3일 미국 케네디우주센터에서 스페이스X 로켓을 통해 ISS로 실험 탑재체가 옮겨져 33일간 연구가 진행됐다.

MME2 임무에서는 정상적인 예쁜꼬마선충과 면역 기능이 저하된 돌연변이 예쁜꼬마선충을 장내 세균인 '엔테로박터 호르마에케이'를 실험했다. 이 세균은 선충의 장에 감염되었을 때 내부에서 선명한 붉은색 형광을 나타내도록 유전공학적으로 조작했다.

연구결과 우주로 보내진 선충은 지구에 남겨둔 선충보다 더 많은 붉은색 세균 신호를 나타냈다. 또한 면역 기능이 저하된 돌연변이 선충에서는 붉은색 신호가 더 많았다.

연구팀은 우주 실험 외에도 지상 실험을 병행했다. 연세대가 보유한 장비 ‘3D 클리노스탯’으로 미세중력 모사 실험을 수행했다. 이 장비는 선충을 지속적으로 회전시켜 중력 방향이 원심력에 의해 분산되도록 하는 방법으로 미세중력 환경을 모사할 수 있다.

이 외에 연구팀은 추가 유전학 실험을 통해 우주 환경에서 선충 면역체계가 감염을 막기 위해 더 활발하게 작동한다는 사실도 확인했다. 또한 선충이 미세중력에 노출됐을 때 감염을 예방하는 데 관여하는 면역 유전자들도 발견했다.

이진일 교수는 "3D 클리노스탯에서 실험한 선충에서도 세균 감염이 증가하는 현상이 나타났다"며 "또한 예쁜꼬마선충이 지구보다 우주 환경에서 세균에 더 많이 감염될 수 있음을 의미한다"고 설명했다.

'MME2' 연구 결과는 우주 및 미세중력 과학분야 국제 학술지 NPJ 마이크로그래비티에 최근 게재됐다.

예쁜꼬마선충은 모사 미세중력 환경 및 우주 미세중력 환경에서 세균 감염이 증가했다. 하단 오른쪽이 우주 미세중력 환경에서 세균 감염이 많이 나타났다.(사진=연세대)

세 번째 연구는 2022~2023년 이진일 교수 연구팀과 아츠시 히가시타니 교수 연구팀이 일본우주항공연구개발기구(JAXA) 우주 실험 ‘NIS’에 참여하며 이루어졌다. 우주 미세중력 환경에서 예쁜꼬마선충의 운동신경세포와 근육에서 노화 정도를 분석하는 실험을 진행했다.

실험결과 선충 노화 속도가 지상 대비 평균 20~25% 정도 가속됐다. 연구 결과는 올해 미국 실험생물학회연합(FASEB)이 발행하는 국제 학술지에 게재됐다.

이진일 교수는 "이들 실험에서 주로 신경세포와 시냅스, 면역 등의 연구를 진행했다"며 "우주 환경에서 면역력 저하로 인해 동물 숙주 내 세균 감염이 증가할 수 있음을 입증한 최초의 연구"라고 말했다.

이 교수는 또 "아폴로 우주비행사들 사이에서 감기와 질병이 증가한 현상 일부를 설명하는데 기여할 것"이라며 "면역 기능에 문제가 있거나 고령인 우주 여행자에 대한 보다 엄격한 안전 및 건강 관리 지침이 마련돼야 할 것"이라고 강조했다.

연구는 한국연구재단(NRF)과 미국 공군 과학연구국(AFOSR) 산하 아시아 항공우주연구개발국(AOARD) 지원을 받았다.