점액질의 비밀


더러운 콧물! 감기에 걸리면 코에서 뚝뚝 떨어지고, 심하게 기침을 하면 입에서 튀어나간다. 콧물은 끈적끈적하고 역겨운 점액질로 되어 있다.

왜 우리 몸은 이런 역겨운 물질을 만드는 걸까? 그러나 점액은 우리가 생존하는 데 필요하다는 것이 밝혀졌다. 점액은 병에 걸리거나 심지어 우리를 죽일 수 있는 박테리아나 바이러스를 몸에서 제거하는 데 도움을 준다. “유쾌한 물질은 아니지만, 꼭 필요한 것입니다.” 브라이언 버튼은 말한다. 그는 채플힐의 노스캐롤라이나 대학에서 점액을 포함한 질병에 관해 연구한다.

점액은 대부분 물로 이루어져 있다. 또한, 염분과 뮤신(mucins)이라는 매우 큰 단백질을 포함하고 있다. 뮤신은 당 분자로 둘러싸여 있다. 당 분자는 뮤신이 음전하를 띠게 하며, 뮤신의 다른 분자를 끌어당긴다. 그것은 스파게티의 가닥에 토마토 소스가 들러붙는 방식과 비슷하다. 이 때문에 뮤신은 길게 늘어나고, 서로 얽히게 된다. 바로 점액이 끈적끈적한 이유다.

우리 몸은 기도, 폐, 코, 소화기관과 다른 많은 장소에서 점액을 생산한다. “점액은 기본적으로 피부가 없는 모든 표면을 덮고 있습니다.” 버튼은 설명한다.

당신이 숨을 쉴 때 박테리아나 바이러스와 같은 병원균에 노출되면, 이것들은 폐의 점액질에 들러붙는다. 섬모(cilia)라 부르는, 당신의 기도를 둘러싸고 있는 세포의 작은 머리카락 같은 구조는 당신의 목구멍으로 점액질을 밀어 넣는 데 도움을 준다. 점액은 목구멍을 타고 위로 미끄러져 내려가 위산으로 세균을 소화한다.

감기에 걸리면, 몸은 여분의 점액질을 만든다. 이것은 감염과 싸우는 데 도움을 준다. 콧물로 알려진 일부 점액질은 당신의 코에서 질질 흘러내려 몸 밖으로 세균을 옮긴다. 일반적으로 점액질은 깨끗하지만, 당신 몸의 면역 세포는 콧물을 흰색이나 노란색으로 만들 수 있다. 박테리아는 심지어 콧물을 녹색으로 변하게 할 수도 있다.

다른 동물들 역시 점액을 만든다. 일부 종은 다른 용도로 사용한다는 것을 발견했다. 예를 들어, 달팽이는 거친 지면을 따라 미끄러지듯 이동하는 데 유용하다. 먹장어(hagfish)라 부르는 바다 생물은 포식자에 대한 방어용으로 일부가 점액으로 된 엄청난 양의 끈적거리는 물질을 분사한다. 자연계에는 아직 과학이 이해하지 못한 이러한 끈적거리는 물질이 아주 많이 있다. 많은 과학자가 점액을 연구하는 이유다.


금으로 점액을 측정하다

어떤 사람들은 점액을 생산하는 기능이 망가지는 질병을 가지고 있다. 예를 들어 낭포성 섬유증(cystic fibrosis) 환자들은 너무 많고 끈적한 점액을 만든다. 그것은 섬모가 목구멍으로 점액을 넘기는데 문제를 일으킬 정도로 너무 점성이 크다. 점액은 폐의 기도 쪽에 커다랗고 끈적한 덩어리로 들러붙는다.

그렇게 점액이 붙게 되면, 그 안에서 세균이 번성할 수 있다. 낭포성 섬유증 환자들이 종종 감염을 얻게 되는 이유다. 때가 되면 폐 일부가 죽을 수 있으며, 그로 인해 숨쉬기 어렵게 된다.

환자는 점액을 제거하는 약을 먹는다. 그러나 의사는 그러한 약이 작용하는지를 알기가 쉽지 않다. 의사들이 만약 환자의 점액이 얼마나 흐르는지를 어떻게든 측정할 수 있다면, 치료할지, 한다면 얼마나 더 해야 할 지를 결정할 수 있을 것이다.

이러한 생각은 아미 올덴버그(Amy Oldenburg)의 관심을 사로잡았다. “우리가 폐에서 직접 점액의 점성을 측정할 수 있을까요?” 그녀는 묻는다. 올덴버그는 노스캐롤라이나 대학의 물리학자며, 버튼과 함께 연구한다.

미국 국립과학원회보의 2014년 연구에서 그들은 특별한 기술을 시도했다. 그들은 금을 점액에 삽입했다.

그들은 나노입자로 부르는 매우 작고 막대 모양의 금 조각을 이용했다. 금 조각은 소금 알갱이 하나의 1억5천만 분의 1 정도의 크기였다.

과학자들은 이러한 작은 금 막대조각이 점액을 측정하는 데 도움이 될 거라고 판단했다. 전문가들이 점액 안에서 금 막대조각이 빛날 때, 그 산란 정도를 관찰할 수 있다. 그것은 수영장 바닥에 놓여 있는 보석과 같이, 햇빛에 반사

되는 금속처럼 빛나 보인다.

빛이 반짝인 정도는 연구자들이 금 막대조각이 얼마나 빨리 움직이는지를 말해준다. 점성이 높은 점액질에서는 반짝임이 더 느리게 이동할 것이다.

이 실험을 위해, 올덴버그의 팀은 폐 세포에서 점액을 수집하여 실험실에서 증식시켰다. 그들은 소금물을 첨가하여 일부 점액질 표본의 점성을 약화시켰다. 그런 다음 점액에 금 나노막대를 첨가하고 그 위로 레이저를 쏘았다.

예상대로, 점성이 높은 점액은 빛 깜빡임 정도가 더 느렸다. 그것은 의사들이 환자의 점액 상태를 진단하는데 이 테스트를 사용할 수 있음을 시사한다.

현재 올덴버그와 그녀의 동료들은 환자의 폐로 금 나노막대 입자를 전달할 방법을 찾기 위해 노력하고 있다. 예를 들어, 그들은 사람이 흡입할 수 있는 액체 스프레이 안에 금 나노막대 입자를 넣을 수 있다. 의사는 환자의 코나 입을 통해 폐로 매우 얇고 유연한 유리 섬유를 넣는다. 그런 다음 섬유로 빛을 흘려보내 반사광을 측정한다.


끈적끈적한 달팽이의 공격

달팽이는 완전히 다른 방식으로 점액을 사용한다. 바로 이동을 위해서다. 지상에 점액을 분출하여, 이 끈적거리는 것에 들러붙어 나아갈 수 있다. “달팽이는 점액이 없으면 아무 데도 갈 수 없습니다.” 존 올락(John Orrock)은 설명한다. 그는 위스콘신-매디슨 대학의 생물학자다.

달팽이는 식물을 먹는다. 점액의 흔적은 그 포식자가 근처에 있다는 단서가 될 수 있다. 올락은 식물들이 포식자 달팽이가 남긴 점액을 감지할 수 있는지 궁금했다.

당신은 식물이 이러한 정보를 가지고도 할 수 있는 것이 아무것도 없을 거로 생각할 수 있다. 식물은 도망갈 수도 없다. 그러나 침략자에 대항해 자신을 방어할 수 있다. 예를 들어, 식물은 잎에서 나쁜 맛이 나는 화학물질을 만들 수 있다.

올락은 달팽이의 점액이 식물에 영향을 미치는지를 테스트하기 위한 간단한 실험을 고안했다. 그는 실험실에서 종잇조각 위로 보통의 정원 달팽이가 기어가도록 했다. 달팽이는 종이 위에 끈적끈적한 점액을 남겼다. 올락은 그 종이를 물에 담가 점액이 섞인 물을 얻었다.

다음으로, 그는 흑겨자(black mustard)를 키웠다. 정원 달팽이에게 이 식물은 좋은 먹이다. 올락은 일부에겐 그냥 물을, 나머지엔 점액이 섞인 물을 주었다. 그런 다음 양동이 안에 흑겨자와 함께 정원 달팽이를 넣었다. 며칠이 지나고, 달팽이가 각각의 흑겨자를 얼마나 먹었는지 기록했다.

올락은 달팽이가 점액이 섞인 물로 기른 흑겨자를 더 적게 먹었음을 발견했다. 이러한 식물들은 실제 점액을 감지할 수 있으며, 공격으로부터 자신을 방어하기 위해 화학성분을 생산했을 것이다. 아마도 이 흑겨자는 달팽이가 덜 좋아할 맛으로 자신을 만들었을 것이다.

그러나 올락은 다른 설명은 배제했다. 아마도 달팽이는 토양에 남아있는 다른 달팽이의 점액을 감지했기 때문에 점액이 섞인 물을 준 식물을 먹지 않았을 수도 있다. 그들은 다른 달팽이가 근처에 있고, “이런! 크고 나이 많은 달팽이가 어디선가 나타나서 인생을 망치기 전에 되도록 빨리 식물에 도착해야겠어!”라며 걱정할 수 있다고 올락은 말한다.

그래서 그는 다른 실험을 시도했다. 그는 양동이에 점액이 덮인 종이와 일반 종이를 놓고 위에 양배추 잎을 놓았다. 그다음 그는 양동이 안에 달팽이를 놓았다. 달팽이는 양쪽 모두에서 양배추를 먹었다. 그들은 점액에 신경 쓰지 않는 것 같았다. 올락은 지금 첫 번째 실험이 정확했다고 추정하고 있다: 달팽이는 점액이 섞인 물을 준 흑겨자를 먹지 않았다. 왜냐하면, 그 식물은 어떠한 방식으로 자신을 보호했기 때문이다.

플로스 원에 게재한 그의 2013년 연구는 식물이 달팽이의 점액을 경고 신호로 읽고 경계했음을 보여준다. “그건 당신이 발산하는 화학물질이 당신에게 불리하게 작용할 수 있음을 의미합니다.”라고 올락은 결론지었다.


수중세계의 점액질

달팽이는 꽤 끈적거리지만, 먹장어(hagfish)에 비하면 나은 편이다. 장어처럼 생긴 이 생물은 해저 바닥에서 죽은 동물로 배를 채운다. 위협을 당하면 몸 측면에서 1리터 가량의 점액을 분출할 수 있다. “우리는 그들을 점액질의 제왕이라고 부릅니다.”더글라스 퍼지는 말한다. 그는 캐나다 겔프대학교의 생물학자다.



점액(Slime)에는 점액질(mucus)이 포함되어 있다. 그러나 그게 전부는 아니다. 거기엔 아주 강하고 섬유 같은 비밀 물질도 들어있다. 이것은 15센티미터까지 늘어날 수 있다. 이들의 역할은 커다란 거미줄 같은 덩어리로 점액을 유지하는 것이다. 먹장어가 상어와 같은 포식자에게 점액을 쏘면 이 끈적거리는 물질은 포식자의 아가미를 틀어막을 수 있다.

퍼지는 먹장어가 그런 놀라운 섬유질을 어떻게 만드는지 알고 싶었다. 그런 섬유를 생산하는 세포의 길이는 고작 1억2천 5백만 분의 1미터에서 1억 분의 1미터 정도다. 이러한 세포가 어떻게 자신보다 대략 1,000배 더 긴 섬유를 만들 수 있을까?

이를 확인하기 위해, 퍼지의 팀은 먹장어에서 섬유질을 만드는 세포를 수집했다. 그런 다음 강력한 현미경을 사용해 세포를 연구했다. 그들은 핵이라고 부르는 세포의 한 부분에 흥미로운 변화를 발견했다. 이 부분에는 동물의 DNA가 들어있다. 제품의 설명서처럼, DNA는 만들어야 하는 분자가 무엇인지를 각각의 세포에 알려준다.

처음에, 핵은 구형과 같은 모양이었다. 그러나 세포가 섬유를 만들자, 핵은 점점 더 삼각뿔 모양으로 성장하기 시작했다. 그런 다음 삼각뿔의 끝이 더 얇고 뾰족해졌다. 또한, 핵은 세포가 섬유로 채워지면서 줄어들었다.

그것은 마치 실패에 실이 감기듯 섬유가 핵 주위를 둘러싼 것 같이 보였다. 그러한 ‘실패’는 먹장어가 점액질을 발사할 때 섬유질이 엉키는 것을 방지하는 것 같다고 퍼지는 추정한다. 그의 팀은 2014년 4월 4일 네이처 커뮤니케이션에 발표하였다.

먹장어 점액에 관해 더 많은 것을 배움으로써, 퍼지는 실험실에서 비슷한 물질을 만드는 방법을 찾을 수 있을 것이다. 먹장어의 점액질 섬유는 매우 강하기 때문에, 이를 합성할 수 있다면 로프나 심지어 방탄조끼를 만들 수 있을 것이다. 기존에는 석유를 기반으로 한 재료로 이러한 제품들을 만들었다. 석유 기반 물질의 생산과 폐기는 환경을 망친다. 실험실에서 만드는 이러한 섬유는 더 환경친화적일 수 있다.

그러니 다시 처음으로 돌아가자. 콧물은 더럽지만, 그것은 매우 유용할 수 있다. 그러니 당신의 코를 깔보지 마라! (번역 김명호)

* 번역 원문: Roberta Kwok. Secrets of slime. ScienceNews for Students, APR 3, 2015

(https://student.societyforscience.org/article/secrets-slime)


*추가한 그림 출처

기도벽 구조: http://p-hdigital.com/blog/index.php/normal-lungs-and-breathing/



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