우주에 인간이 장기간 머무르려는 야심찬 노력은 달 전초기지부터 화성 임무까지, 지구 밖 환경이 인체에 미치는 지대한 영향이라는 만만치 않은 생물학적 난관에 직면해 있다. NASA의 지원을 받은 최근 연구는 이러한 생리학적 난관에 대한 중요한 새로운 차원을 밝혀냈는데, 우주 비행이 인간의 조혈모세포 노화 과정을 현저히 가속화한다는 사실을 드러냈다. 이 발견은 우주 비행사의 건강, 임무 계획, 그리고 심우주 탐사의 장기적 실현 가능성에 중대한 영향을 미친다.
우주 여행의 숨겨진 생물학적 대가
국제우주정거장으로 향하는 네 차례의 스페이스X 보급 임무에서 회수된 샘플로 수행된 이 연구는 개별 기증자로부터 얻은 인간 조혈모세포(HSPC)를 면밀히 추적했다. 연구진은 30일에서 45일 동안 지속된 임무 기간 동안 세포 변화를 관찰했으며, 우주로 보내진 샘플을 지구에 보관된 동일 기증자의 대조군 샘플과 비교했다. *Cell Stem Cell* 저널에 발표된 이 직접적인 비교를 통해 우주 비행으로 인한 변화를 정확하게 식별할 수 있었다.
연구 결과는 세포 퇴화의 극명한 모습을 보여주었다. 우주 환경에 노출된 줄기세포는 건강한 새 세포를 생성하는 능력이 저하되었으며, DNA 손상에 대한 취약성이 증가했다. 결정적으로, 이 세포들은 염색체 말단에서 가속화된 노화 징후를 보였다. 추가 분석 결과, 이 세포들은 과활성화되어 필수적인 비축량을 고갈시키고 휴식 및 재생의 고유한 능력을 상실한 것으로 나타났다. 내부적으로 세포는 세포의 발전소인 미토콘드리아 내에서 염증 및 스트레스 표지자를 나타냈으며, 놀랍게도 세포 안정성을 유지하기 위해 일반적으로 비활성 상태로 유지되는 유전체의 휴면 부분, 즉 “다크 게놈(dark genome)”을 활성화하기 시작했다.
이러한 중대한 세포 변화는 주로 우주 비행의 독특한 스트레스 요인, 즉 미세중력 조건과 높은 방사선 노출에 기인한다. 지구의 대기와 자기장이 자연적인 방패 역할을 하지만, 궤도상의 우주 비행사들은 고에너지 우주 방사선에 노출되어 잠재적인 DNA 손상, 암 위험 증가, 신경 퇴행성 영향, 심혈관 문제, 그리고 면역 체계 기능 장애를 초래할 수 있다. 미세중력이 골밀도와 근육량에 미치는 잘 알려진 영향과 결합하여, 관찰된 HSPC 기능 장애는 우주 비행사가 손상된 조직을 복구하고, 감염과 싸우며, 암과 같은 질병에 대한 강력한 면역 감시를 유지하는 능력을 심각하게 손상시켜, 장기 임무 동안 그들의 유효 수명을 잠재적으로 단축시킬 수 있다.
흥미롭게도, 이 연구는 다양한 기증자의 줄기세포가 우주 여행에 반응하는 방식에서 상당한 가변성을 확인했다. 캘리포니아 샌디에이고 대학교 의과대학의 선임 저자이자 샌포드 줄기세포 연구소 소장인 캐트리오나 제이미슨 박사는 “줄기세포의 재생 능력은 감소했지만, 골수 기증자들 사이에 약간의 가변성이 있었는데, 이는 일부 개인의 줄기세포에서는 노화 방지 회복력 요인이 활성화되지만 다른 개인에서는 그렇지 않다는 것을 시사한다”고 언급했다. 이는 개인의 회복력에 내재된 차이가 있음을 나타내며, 이는 출판을 기다리고 있는 후속 연구에 의해 입증된 사실이다. 이러한 회복력 요인을 이해하는 것은 이제 더 최근의 스페이스X 보급 임무에 대한 조사를 포함하여 진행 중인 연구의 핵심 초점이다.
이 연구에서 얻은 통찰력은 우주 비행사의 복지에 대한 즉각적인 우려를 넘어선다. 인간 줄기세포 회복력의 핵심 구성 요소를 식별함으로써, 과학자들은 미래의 장기 우주 임무 전, 도중, 후에 실행될 수 있는 보호 전략을 개발하는 것을 목표로 한다. 이는 NASA와 스페이스X와 같은 민간 우주 기업에 매우 중요한데, 승무원의 건강과 안전이 임무 성공, 운영 비용, 그리고 영구적인 달 기지 건설이나 인간을 화성으로 보내는 것과 같은 야심찬 노력의 실현 가능성에 직접적인 영향을 미치기 때문이다. 더욱이, 통제된 우주 비행 환경에서 가속화된 인간 노화 및 질병 진행, 특히 암을 모델링하는 능력은 지구 의학의 발전을 위한 전례 없는 기회를 제공하며, 잠재적으로 지구상의 노화 관련 질환 및 암에 대한 새로운 치료법으로 이어질 수 있다.
(로이터 통신 윌 더넘 기자 보도)