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개인 영양학 : 사람마다 효과가 다르다

다양성
- 개인 영양학 : 사람마다 효과가 다르다  
- 다이어트 체질마다 다르다
- 인삼 : 사람마다 다르다
- 열성이 질병에 살아남고
- 남성과 여성이 아닌 다양성

진실의 반대말이 신념이고, 과학의 반대말이 체험담이다
- 체험담에는 편견이 많다
- 체험담에는 잘못된 프레임, 이상한 믿음엔진
- 체험담에 오류가 많은 이유 : 관측, 기억의 오류
- 체험담에 오류가 많은 이유 : 통계, 양적 개념 부재
- 위약도 30%의 사람에게는 매우 성공적인 체험담을 제공한다

개인영양학시대 열린다

    강석기, 일러스트가 있는 과학에세이 147

지난 2000년 인간게놈 초안이 발표되면서 많은 사람들이 ‘개인 게놈에 기반한 개인의학시대’가 현실로 다가오고 있다며 흥분했다. 실제로 그 뒤 게놈분석비용이 급격히 떨어지면서 이제 1000달러면 게놈을 해독하는 시대가 됐다. 개인정보유출 등 윤리문제로 일반화되고 있지는 않지만 암환자 치료 등 의료 분야에서는 이미 개인게놈에 기반한 치료가 진행되고 있다. 예전에는 의사가 선호하는 항암체를 투여한 반면 지금은 환자의 암세포 유전자를 조사해 최적의 항암제를 선별해 투약하는 추세다. 앞으로 개인의학이 보편화되면 약효는 높고 부작용은 낮은 치료를 받고 싶은 모든 환자들의 꿈이 현실화될 것이다.

혈당관리가 중요하지만…

이런 개인맞춤형 웰빙 트렌드가 영양 분야에서도 활짝 열릴 전망이다. 학술지 ‘셀’ 2015년 11월 19일자에는 개인영양학을 이용해 혈당조절식단을 만드는데 성공했다는 임상연구결과가 실렸다.이스라엘 와이즈만연구소의 연구자들은 탄수화물 함량과 혈당지수에 기반한 기존 식단설계에 대한 문제점을 해결하기 위해 개인영양학을 개척했다. 혈당은 당뇨병을 비롯해 각종 대사질환에 걸릴 위험성을 예측하는 주요 인자다. 따라서 혈당수치가 급격히 오를 수 있는 식품은 섭취를 줄이는 게 좋다. 혈당지수는 특정 식품을 섭취한 직후 나타나는 혈당수치의 변화를 나타내는 수치다. 상식적으로 당 또는 탄수화물을 많이 함유한 식품이 혈당지수가 높을 것이다. 실제로 청량음료나 쌀밥, 빵, 감자 같은 식품은 혈당지수가 높다. 이들 데이터는 많은 사람들을 대상으로 한 결과를 모아 분석한 평균값이다. 그런데 문제는 개인에 따라 특정 식품에 대한 혈당지수의 편차가 꽤 크다는 것. 혈당지수가 높다고 해서 감자를 잘 안 먹는 사람에게 막상 감자를 먹게 하고 측정을 해보면 별로 변화가 없을 수도 있다는 말이다. 심지어 똑같은 식품이 어떤 사람에게는 혈당지수를 높이고 어떤 사람에게는 낮추기도 한다. 이 문제를 궁극적으로 해결하려면 개인에 따라 혈당조절에 어떤 식품이 좋고 어떤 식품이 나쁜지 파악해서 맞춤형 건강식단을 제시하는 것이다. 이번 논문은 이런 개인영양학이 가능함을 보여주고 있다.

스마트폰 앱에 실시간 데이터 입력

연구자들은 이스라엘 성인 평균을 대표하는 임상참여자 800명을 뽑았다. 즉 54%는 과체중이고(체질량지수 25 이상) 22%는 비만(30 이상)이다. 참여자들은 피부아래 당수치를 측정하는 장치를 부착하고 일주일 동안 생활하면서 식단과 수면, 운동 등 각종 생활지표를 스마트폰 앱을 통해 실시간으로 기록했다. 장치가 기록한 식후 당반응(PPGR)은 혈당수치와 거의 같은 맥락으로 움직이기 때문에 개인에 따른 특정 식품의 혈당지수인 셈이다. 연구자들은 이렇게 얻은 방대한 데이터를 처리해 결과를 얻는 동시에 이를 토대로 개인에 따른 최적의 식단을 제안하는 프로그램도 개발했다. 또 참여자들의 대변시료를 얻어 장내미생물의 분포도 분석했다. 데이터를 분석하자 예상대로 특정 식품에 대한 평균 식후 당반응은 대체로 그 식품의 혈당지수와 같은 패턴이었다. 그러나 개인에 따라서는 편차가 컸다. 예를 들어 탄수화물 함량이 똑같이 20그램인 바나나와 쿠키에 대해, 한 사람은 바나나를 먹을 때 혈당수치가 올라가고 쿠키를 먹을 때는 변화가 없는 반면 다른 사람은 정 반대의 패턴을 보였다. 연구자들은 이런 차이가 개인에 따른 유전과 생리, 생활습관, 장내미생물분포 등의 차이에서 비롯된다고 해석했다.

 

탄수화물 함량이 같은 바나나와 쿠키에 대한 식후당반응이 개인에 따라 정반대 패턴을 보인다. 참가자 445번은 바나나(노란선)에 민감한 반면(위), 참가자 644번은 쿠키에 민감하다.  ⓒ 셀

너에게 좋다고 나에게도 좋은 건 아냐

연구자들은 이런 정보를 토대로 만든 최적의 식단제안프로그램이 정말 실효성이 있는가를 알아보기 위해 별도로 참가자 100명을 모아 임상에 들어갔다. 프로그램을 만드는데 데이터를 제공한 기존 참가자로 실험할 경우 일반화하기 어렵기 때문이다. 새 참가자들이 일주일 동안 동일한 과정을 통해 얻은 데이터를 프로그램에 넣자 각자의 혈당관리에 좋은 식단과 나쁜 식단이 나왔다. 참가자들은 일주일 동안은 좋다는 식단에서 골라 식사를 했고 일주일 동안은 나쁘다는 식단을 위주로 먹었다. 그 결과 실제로 프로그램이 좋다고 예측한 식단을 먹었을 때는 혈당관리가 잘 된 반면 나쁘다고 예측한 식단을 먹었을 때는 혈당관리가 안 됐다. 즉 나한테 어떤 식품이 좋고 나쁜지 한 번 스크린을 하면 그 뒤 나에게 좋은 식품 위주로 식단을 설계할 수 있다는 말이다. 이는 기존의 시스템, 즉 개별 식품의 혈당지수에 따른 일률적인 식단 설계와는 차원이 다른 얘기다. 즉 프로그램이 제안한 혈당관리에 좋은 식품과 나쁜 식품은 그 식품에 따라 결정되는 게 아니라 사람에 따라 결정된다. 즉 피자나 감자도 어떤 사람에게는 좋은 식품이, 어떤 사람에게는 나쁜 식품이 된다. 흥미롭게도 이렇게 분류된 식품을 먹을 경우 장내미생물의 조성에도 영향을 미쳤다. 즉 일주일 동안 혈당관리에 좋은 음식을 먹고 나면 로제부리아 이눌리니보란스(Roseburia inulinivoans), 유박테리움 엘리겐스(Eubacterium eligens), 박테로이데스 불가투스(Bacteroides vulgatus) 같은 미생물이 늘어나다. 당뇨병 환자들에서는 이 녀석들의 수치가 낮다는 사실이 알려져 있다. 반면 비만인 사람들의 장에 많이 사는 비피도박테리움 아돌레슨티스(Bifidobacterium adolescentis)는 줄어든다. 결국 혈당조절에 좋은 식품은 장내미생물 분포에도 영향을 미쳐 각종 대사질환에 걸릴 위험성을 낮추는 것으로 보인다.

 
연구자들이 개발한 프로그램은 동일한 식품이라도 사람에 따라 혈당관리에 좋다고 제안하기도 하고 나쁘다고 제안하기도 한다. 예를 들어 피자의 경우 참가자 E3와 E6에게는 좋은 음식(녹색)이지만 참가자 P6, E8, P8, P12에게는 나쁜 음식(빨간색)이다. hummus(후무스)는 병아리콩으로 만든 아랍음식이고 schnitzel(슈니첼)은 독일권의 고기요리다. ⓒ 셀

개인의 취향을 무시한 채 좋고 나쁜 걸 국가가 정해 일방적으로 통보하는 전체주의는 이제 누구나 눈살을 찌푸릴 과거유산이 됐다. 아직까지 남아있는 몇몇 전체주의 나라들이 웃음거리인 이유다. 그럼에도 우리 실생활에는 여전히 전체주의적 사고의 유산이 많이 남아있다. 그것도 ‘과학’의 이름으로. 물론 대부분이 악의가 있어서 그런 건 아니고 현실적으로 통계에 기반한 평가가 최선이기 때문인 면이 있다. 그럼에도 많은 사람들이 이런 측면을 인식하지 못한 채 이런 권고사항을 절대적인 진리로 받아들이는 건 문제 아닐까. 아울러 “이건 이래서 몸에 좋다” “저건 저래서 몸에 나쁘다” “이걸 먹었더니 암이 나았다” 등 요즘 많은 건강프로그램에서 나오는 얘기들은 설사 거짓이나 과장이 아니더라도 그 사람의 얘기지 일반화해 나에게도 적용할 수는 없다는 사실을 기억해야겠다. 머지않은 미래에 개인영양학의 혜택을 받게 되면 좋겠다는 생각이 문득 든다.

누구에게나 이로운 건강식/보양식은 없다.

양병찬님 번역 : Why you shouldn’t always listen to dietary guidelines

심지어 토마토도 누군가의 혈당을 급상승시킬 수 있다고 합니다.

아이스크림 선디는 혈당을 급상승시킨다. 그러나 토마토는 어떨까? 토스트는? 새로운 연구에 의하면, 똑같은 식품이라도 사람에 따라 반응이 달라질 수 있다고 한다. 이제 의사들은 천편일률적인 식사권고를 재고해야 할지도 모르겠다. "우리는 비만과 당뇨가 권장식단을 준수하지 않기 때문에 생긴다고 생각하는 경향이 있다. 그러나 우리의 연구결과를 살펴보면, 문제는 다른 데 있다고 생각하게 될 것이다"라고 이번 연구를 지휘한 이스라엘 바이츠만 연구소의 에런 시걸 박사(컴퓨터생물학)는 말했다.
현행 권장식단은 대부분 `평균적인 사람들이 먹으면 건강에 이로운 식품`을 위주로 편성되어 있다. 영양학자들은 혈당급상승을 막는 식단을 설계하면서, 혈당지수(GI: glycemic index)가 높은 식품을 피하여 탄수화물 섭취를 제한하는 데 주안점을 둔다. 그러나 탄수화물 함유량과 GI는 `식품이 특정인에게 미치는 영향`을 평가하는 데 큰 도움이 되지 않을 수도 있다.
식사와 신체대사 간의 상호작용을 이해하기 위해, 시걸 박사가 이끄는 연구진은 800명의 참가자들을 대상으로 혈액구성, 신체측정치, 생활방식, 장내미생물에 관한 자료를 수집함으로써 대사상태를 분석했다. 또한 일주일에 걸쳐 참가자들에게 두 가지 식사(연구진이 설계한 식사, 참가자들이 직접 만든 식사)를 제공하고, 참가자들의 혈당이 어떻게 변동하는지를 모니터링했다.
연구진의 분석결과는 놀라웠다. 참가자 개개인의 반응이 일관성을 유지하고 있음에도 불구하고, 동일한 식품에 대한 참가자들의 혈당반응이 참가자에 따라 - 마치 완전히 다른 식품에 반응하는 것처럼 - 현저히 다르게 나타난 것이다. 연구진은 연구결과를 정리하여 《Cell》 11월 19일호에 기고했다. 이와 더불어, 연구진은 기계학습 알고리즘을 이용하여 참가자들의 데이터를 분석함으로써, 개인이 특정 식품에 대해 나타내는 반응을 예측하는 시스템을 개발했다.

 

연구진은 이상의 연구결과를 바탕으로 하여, 26명의 참가자들을 대상으로 개인별 맞춤식단을 개발했다. 연구진은 `혈당상승을 유발하는 정도`에 관한 데이터를 근거로 하여 식품을 선정했는데, 식단을 구성하고 보니, 어떤 사람에게는 `좋은 식품(혈당을 서서히 상승시키는 식품)`이 어떤 사람에게는 `나쁜 식품(혈당을 급상승시키는 식품)`으로 분류된 것으로 나타났다. 실제로 연구진이 참가자들에게 맞춤식단을 제공해 보니, 연구진의 예상대로 `좋은 식단`은 혈당을 서서히 상승시키고, `나쁜 식단`은 혈당을 급상승시키는 것으로 밝혀졌다.
"이번 연구는 `대사의 개인적 차이`에 대한 흥미로운 정량적 데이터를 제공했지만, 그 기본적 관점은 완전히 새로운 것은 아니다. 우리는 지난 수십 년 동안, `동일한 식품이라도, 어떤 사람은 다른 사람보다 더 높은 혈당상승을 경험할 수 있다`는 사실을 알고 있었다"라고 보스턴 소아병원의 데이비드 루드비히 박사(내분비학 및 영양학 연구자)는 논평했다. "개인별 혈당반응의 차이를 이해하기 위해, 건강과 생활방식의 개인별 다양성을 분석하는 것은 중요하다. 그러나 새로운 알고리즘에 입각하여 개인별 맞춤식단을 구성하는 것은, 데이터가 부족하므로 시기상조라고 생각한다"라고 그는 덧붙였다.
연구진도 루드비히 박사의 지적을 받아들이며, 후속연구를 통해 미비점을 보완할 계획임을 밝혔다. 연구진은 당뇨 고위험군 환자들을 대상으로 한 장기간의 연구를 통해, 자신들이 설계한 맞춤식단이 전통식단보다 혈당관리에 효과적임을 입증할 방침이다. 또한 연구진은 맞춤식단 설계과정을 단순화하여, 적은 정보로도 식단설계가 가능하도록 할 생각이다.
영국 리즈 대학교에서 당뇨병 환자의 식단을 관리하는 일리너 스콧 박사(당뇨병 전문가)는 연구진이 제안한 맞춤식단 개념을 지지한다. 루드비히 박사와 마찬가지로, 그녀도 이번 연구결과에 그리 놀라지 않는 눈치다. 왜냐하면 그녀는 임상에서 개인별 혈당반응의 차이를 몸소 경험하고 있기 때문이다. "개인별 맞춤식단은 강한 동기를 갖고 있는 환자들(예: 최근 심근경색을 경험한 환자, 당뇨병을 앓는 임신부)에게 매우 큰 도움이 된다"라고 그녀는 말했다.
"식품에 대한 반응이 개인별로 다양하다는 것은 자명한 사실임에도 불구하고, 우리는 그동안 매우 안이하게 대처해 왔다. 다양한 신체측정치, 행동, 장내미생물 등에 근거하여 개인의 대사을 예측함으로써, 대사질환을 좀 더 적절하게 치료하는 날이 올 것으로 기대한다"라고 스콧 박사는 말했다.

※ 원문정보: Eran Segal, "Personalized Nutrition by Prediction of Glycemic Responses", Cell, Volume 163, Issue 5, p1079–1094, 19 November 2015.


없어도 사는 데 지장 없는 유전자를 가진 사람들

생명과학  양병찬 (2017-04-13 09:23)

파키스탄인들을 대상으로 한 연구에서, ‘없어도 사는 데 지장 없는 유전자’가 1,300개 밝혀졌다. 이는 일부 신약의 임상시험 실패원인을 밝히는 데 기여할 것으로 보인다.
특정 유전자가 마우스에서 어떤 기능을 하는지 알고 싶을 때, 과학자들은 해당 유전자를 녹아웃(knockout)시킨다. 인간의 경우에는 그런 시험이 불가능하지만, 어떤 사람들은 선천적으로 녹아웃인 경우가 있다. 다시 말해서, 하나 이상의 유전자를 갖지 않고 태어나는 사람들이 있다는 뜻이다(참고 1). 이제 10,500명의 파키스탄인들을 대상으로 한 연구에서, 1,300개 이상의 유전자를 갖지 않아도 특별한 의학적 문제가 없는 것으로 밝혀졌다. 이는 어떤 신약이 임상시험에서 실패하고 어떤 신약은 성공하는 이유를 밝히는 데 도움이 될 것으로 보인다.
이번 연구는 '외견상 건강한 인간 녹아웃을 찾는 연구'의 최신판이다. 지금껏 아이슬란드인(참고 2)과 영국인들을 대상으로 그런 연구가 행해진 적이 몇 번 있었다. "인간지놈프로젝트에서는 18,000개의 인간유전자 목록을 제시한 바 있다. 우리가 진행하는 프로젝트의 의도는 '그중에서 특정 유전자가 누락되면 어떤 생물학적 결과가 일어나는지'를 이해하는 것이다"라고 이번 연구를 공동으로 지휘한 브로드연구소의 세카 캐써레산 박사(심장병 유전학)는 말했다.
파키스탄인들은 종종 사촌과 결혼하는데, 이럴 경우 특정 유전자의 변이를 양친이 모두 자녀에게 물려줄 가능성이 있다. 이때 해당 유전자가 성염색체 상에 존재하지 않는다면, 자녀에게 전달된 한 쌍의 유전자는 완전히 녹아웃(full knockout)되어 불능화될 수밖에 없다. 캐써레산 박사가 이끄는 연구진은 파키스탄인 10,503명을 대상으로 「장기간의 심장병 및 당뇨병 연구」를 수행하던 중, 그들의 DNA를 시퀀싱해 봤다. 그랬더니 1,317개의 유전자가 완전히 녹아웃되어 있는 게 아닌가! 다음으로, 연구진은 그런 사람들의 혈액을 분석하여, 200개의 임상적 생체지표(예: 콜레스테롤)에 이상이 있는지 여부를 확인해 봤다.
그 결과, 일곱 개의 유전자가 불능화된 사람 두 명에게서 몇 가지 생체지표의 이상(예: 인슐린의 혈중농도 저하)이 감지되었다. 연구진은 이상의 연구결과를 정리하여 4월 12일 《Nature》에 발표했다(참고 3).
이번 연구의 핵심내용을 살펴보면 다음과 같다. 예컨대 Lp-PLA2라는 효소의 유전자변이는 동맥 플라크(arterial plaque)와 관련된 것으로 알려져 있다.  따라서 혈액 속에 Lp-PLA2가 많이 존재하면 심장마비가 일어날 가능성이 높으므로, 제약회사들은 이미 수십억 달러를 들여 「Lp-PLA2 차단제(Lp-PLA2-blocking drug)」를 개발해 왔다. 그런데 이번 연구에서, Lp-PLA2 유전자가 하나 이상 결핍된 파키스탄인들은 해당 약물을 복용해도 심장병 위험이 낮아지지 않는 것으로 나타났다. 이는 '「Lp-PLA2 차단제」가 임상시험에서 실패한 이유'를 밝힌 다른 유전자연구 결과와 일맥상통한다(참고 4).
한편 연구진은 또 하나의 심장병치료제 표적인 ApoC-III에 대한 긍정적인 단서를 찾아냈다. ApoC-III는 트리글리세라이드(일명 중성지방)에 대한 대사능력을 제한하는 단백질로 알려져 있다(참고 5). 캐써레산 박사가 이끄는 연구진은 APCO3 유전자 하나가 결핍된 사람들을 연구해 봤지만, 최근 4년간 한 쌍이 모두 결핍된 사람들을 만나본 적이 없었다. 미국인들 중에는 그런 사람이 한 명도 없었던 것이다. 그런데 연구팀은 이번에 열한 명으로 이루어진 파키스탄인 가족을 발견했는데, 양친과 자녀 아홉 명이 모두 APCO3 유전자를 갖고 있지 않은 것으로 나타났다.
연구진이 가족 구성원들에게 '지방이 가득 든 밀크세이크'를 먹게 했더니, 그들의 혈중 지질농도가 별로 올라가지 않는 것으로 나타났다. 이는 그들의 동맥에 지방이 별로 축적되지 않아 심장마비 위험이 감소한다는 것을 의미한다. 또한 그 가족은 외관상 완벽하게 건강한 것으로 나타났으므로, 현재 실시되고 있는 「ApoC-III 차단체(ApoC-III–blocking drug)」의 임상시험에 청신호를 보내는 것으로 보인다. 「ApoC-III 차단체」는 궁극적으로 다른 심장병 예방제와 쌍벽을 이룰 수 있을 것으로 보이는데(참고 6), 그 역시 'PCSK9라는 유전자가 결핍되어도 건강한 여성'에게서 힌트를 얻어 개발된 것이다.
"이번 연구는 특정 녹아웃이 인간의 건강에 미치는 영향을 테스트한 최초의 연구다. 특정 유전자가 녹아웃된 사람들은 매우 드물므로, 우리는 좀 더 많은 사례들을 수집하고 싶어 한다"라고 영국 퀸메리대학교의 데이비드 반 힐 박사(인간유전학)는 말했다. 그는 작년에 영국계 파키스탄인의 녹아웃에 대한 소규모 연구결과를 발표한 바 있다(참고 7). 연구진에 의하면, 약 20만 명의 파키스탄인들을 조사하면 약 8,700개 유전자의 녹아웃을 발견할 수 있을 것으로 추산된다고 한다. 그러나 이중에는 초기 발생과정에 필수적이어서 인간 녹아웃이 탄생할 수 없는 것도 있다고 한다.
캐써레산 박사를 비롯한 여러 연구자들은 "인간녹아웃프로젝트(Human Knockout Project)를 출범시켜, 여러 프로젝트와 대규모 집단연구들의 결과를 하나의 데이터베이스로 통합해야 한다"고 목소리를 높이고 있다. 이번 연구의 공저자인 브로드연구소의 대니얼 매카서 박사는 조만간 EXAC라는 대규모 인간유전체컬렉션(참고 8)에서 나오는 녹아웃 유전자를 포함하는 인간녹아웃프로젝트의 원형(prototype)을 발표할 계획이다. 그의 궁극적인 계획은, 학계의 연구자들과 제약회사들이 데이터베이스에 등재된 개인들을 섭외하여, 임상시험에 참여시키도록 하는 것이다.