세포 노화와 개체의 최대 수명

세포 노화

1961년 헤이플릭(Hayflick)과 무어헤드(Moorhead)는 섬유아세포(fibroblast)의 조직배양 실험을 통해 정상세포는 일정한 횟수의 분열(division)이 일어나면 더 이상 분열하지 못한다는 연구결과를 보고하였습니다. 이와 같은 유한한 세포분열 현상은 다른 연구자들에 의해서 계속적으로 확인되었습니다. 

대부분의 정상세포에서는 일정한 회수의 세포분열이 일어난 다음에는 더 이상 분열하지 않는 비가역적 정지(irreversible arrest)상태로 들어갑니다. 이러한 상태를 다른 용어로 노화(aging 또는 senescence)라고 합니다. 

생명체(organism)는 수많은 세포들이 모여서 구성하고 있는데, 노화된 세포가 축적되면 결국 생명체 전체적으로 노화를 초래하게 됩니다. 노화가 일어난 세포는 분열은 더 이상 일어나지 못하지만 대사(metabolism) 작용은 지속적으로 수행하면서 오랜 기간 생존할 수 있습니다. 노화세포(senescent cell)는 휴지기 세포(quiescent cell)와는 달리, 성장인자(growth factor)를 통하여 증식(proliferation)을 유도하더라도 세포분열을 다시 시작하지 못합니다. 헤이플릭은 태아의 섬유아세포 배양에서 최대 분열수는 동물의 최대수명(maximum lifespan)과 비례한다고 했습니다. 예를 들어, 생쥐는 10번 내외의 분열을 하는데 최대수명은 3.5년이고, 말의 섬유아세포는 30번 분열하는데 최대수명은 45년입니다. 인간의 섬유아세포 최대분열 수는 50~70번이며 최대수명은 120년입니다.

 

최대수명의 한계

생명체의 수명은 1일(하루살이)부터 1만년(식물의 경우)에 이르기까지 현저한 차이가 있습니다. 일반적으로 식물의 수명은 길고, 동물의 수명은 상대적으로 짧습니다. 동물의 최대 수명은 종(species)에 따라 한계가 존재합니다. 사람의 경우는 120세 정도를 최대 한계수명으로 생각하고 있지만 과학이 발전하면서 이러한 한계를 뛰어 넘을 수 있을지는 아직은 미지수로 남아있습니다. 아래 표는 다양한 포유동물의 종(species)에 따른 최대수명의 차이를 나타냅니다.

동물 명	대략적인 최대 수명
예쁜꼬마선출	3주
초파리	80일
생쥐	3.5년
고양이	30년
말	45년
침팬지	55년
코끼리	70년
인간	120년
거북이	150년

이것은 삶의 환경이 최적의 조건으로 유지된다 하더라도 쉽게 넘을 수 없는 '한계'로 생각할 수 있습니다. 최대수명은 자연 상태에서 측정되어야 하지만 현실적으로는 이것의 정확한 측정은 어렵기 때문에 장수동물의 최대수명 자료는 정확하다고는 말할 수 없습니다. 최대수명 비교표에 의하면 체중의 증가와 수명의 증가가 어떤 관련이 있음을 할 수 있습니다.

포유류는 1년 내내 체온을 일정하게 유지하는데, 체온의 유지는 세포의 호흡작용에 의하여 생성된 에너지를 이용합니다. 체중이 가벼운 동물일수록 체중에 대한 체표면적의 비율이 더 커지게 되므로 체온을 빨리 잃고 이것을 보충하기 위해서 체내의 대사율(metabolic rate)이 높아지게 됩니다. 반대로 몸무게가 무거운 동물일수록 단위체중당 대사율은 작아지게 됩니다. 대사율이 높을수록 생성되는 활성산소는 증가하기 때문에 활성산소의 해로운 영향으로 인하여 체중이 가벼운 동물일수록 수명은 짧아지게 된다는 것입니다.

예를 들어 쥐의 경우는 몸무게가 작으면서 움직임이 활발하기 때문에 사람이나 코끼리와 비교하여 단위체중당 대사율이 큰 경향을 나타냅니다.그러나 이것은 동물 종(species)간의 대체적 경향을 나타낸 것으로서, 사람의 경우는 체중이 많이 나간다고 오래 사는 것은 아닙니다.

 

100세 인들의 공통적인 특징

사람의 수명을 결정짓는 1/3은 대개 유전자에 의해서 결정이 되고 나머지는 후천적 요인이 결정한다고 보통 이야기합니다. 따라서 성공적인 노화현상은 나머지 60~70%를 차지하는 생활 습관을 포함한 환경적 요인이 큰 부분을 차지하는 것입니다. 100세인들의 경우는 당연히 유전적으로 좋은 유전자를 타고 난 것으로 생각되며, 거기에 덧붙여 후천적인 요인도 건강에 좋은 습관을 가졌다고 볼 수 있습니다. 이러한 중요한 습관을 살펴보면 다음과 같습니다.

 

• 평상시 몸을 활발하게 움직입니다. 
• 평소에도 걷기나 다른 형태의 운동을 거르지 않습니다.
• 가공된 식품보다 자연적 식품으로 균형이 잡힌 식사를 합니다.
• 신선한 과일이나 야채를 충분히 섭취합니다.
• 대인관계가 원만하고 주위에 친구나 이웃이 많습니다.
• 금연을 합니다.
• 노년에도 활동적이며 유익한 생활을 지속합니다.

 

인류의 수명을 10배 늘리는 것이 가능할까

개체 번식을 위해 스스로 수명을 줄이는 유전자 기능에 영향을 미친다면 수명 늘리기도 꿈이 아니다

 

미국 사우스캐롤라이나대 연구진이 빵의 재료로 쓰이는 효모의 수명을 유전자 조작을 통해 10배 연장하는 데 성공, 생명체 수명 연장의 가능성을 보여줬다고 인디펜던트 인터넷판이 보도했습니다.
노화현상 전공인 발터 롱고 교수가 이끄는 연구팀이 노화나 암 발생에 영향을 미치는 것으로 알려진 `RAS2′와 `SCH9′ 등 유전자를 제거한 효모를 칼로리가 충분치 않은 환경에서 배양한 결과, 보통 1주일 정도인 효모의 수명이 10주 이상으로 늘어남을 확인했습니다. 이들의 연구는 개체가 더 나은 유전자를 갖춘 후손이 번식할 수 있도록 하기 위해 스스로의 수명을 조절한다는 `이타적 행동 가설’에 따른 것입니다.
연구팀은 개체의 비만이 수명 연장에 도움이 되지 않는다는 판단 아래 실험 과정에서 되도록 영양소를 풍부히 얻을 수 없는 환경도 조성하여 실험했습니다. 영양소가 풍부한 환경에서 개체는 종족 번식에 힘쓰게 되며 그렇지 못한 경우 개체 자체의 유지에 힘쓰게 돼 결과적으로 수명이 더 늘어날 수 있게 된다고 본 것입니다.
롱고 교수는 “인류의 수명을 800세까지 늘리려면 아직 갈 길이 먼 것이 사실”이라며 “그러나 120세까지 살면서 건강을 유지하는 것이 그렇게 힘든 일이라고 보지 않으며 인류의 평균 수명 800세 실현도 꿈이 아니라고 생각한다”고 전했습니다.

개체가 환경에 적응하는 과정에서 스스로의 신체기능을 끊임 없이 보수하지만 어느 시점에 이르러서는 이를 보수하는 비용이 너무 많이 드는 까닭에 보수 활동을 포기하게 된다는 `마모설(disposable soma theory)’과도 밀접하게 관련이 있습니다.

그러나 현재 유전학자 및 노화학자 주류가 인정하고 있는 노화에 대한 입장은 이와 대치됩니다.
유전학자들은 후손을 위해 죽음을 선택하는 개체의 이타적 행동은 생존기간을 늘리려는 이기적 행동을 하는 개체들 때문에 진화 과정에서 `선택되기’ 어렵다는 입장이라는 주장입니다.
영국의 노화학자 로빈 할러데이는 `생명의 모순’이란 저작에서 “인류가 1천년의 수명을 갖게 되리란 생각은 그간의 모든 생명현상에 대한 연구 성과를 무시해야만 가능한 것”이라며 “이는 허구일 뿐 아니라 매우 오만한 생각”이라고 전했습니다.