우주 오래 머물면 면역 체계 바뀐다… 일부 3개월 이상 지속

우주비행사 건강 분석한 SOMA 프로젝트 결과
면역 변화 외에 DNA 손상, 산화 스트레스도

무중력 상태를 경험하는 스페이스X의 인스피레이션4 민간인 우주 비행사들./인스피레이션4

우주 관광과 달과 화성의 유인 탐사가 본격화되면서 우주 환경이 건강에 어떤 영향을 줄지 관심이 높아졌다. 앞서 중력이 거의 없는 우주에 머물면 뼈와 근육이 감소하는 것으로 밝혀졌다. 이번에 우주 비행이 인체의 면역 체계까지 바꿀 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

미국 코넬 의대 중심의 국제 공동 프로젝트 ‘SOMA(Space Omics and Medical Atlas)’ 연구진은 “우주관광에 나선 민간인과 국제우주정거장에 머물렀던 우주 비행사들을 대상으로 우주 환경이 건강에 미치는 영향을 분석한 결과, 가장 큰 변화는 면역체계에서 나타났다”고 12일 공개했다. 연구 결과는 이날 국제 학술지 네이처와 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

SOMA는 우주 환경에서 생명체의 생리학적 변화를 분석하고 데이터화하는 프로젝트다. 연구진은 우주관광을 한 민간 우주인 4명과 국제우주정거장(ISS)에서 6개월에서 1년까지 체류한 우주 비행사 64명의 의료 데이터를 분석했다. 지금까지 우주인의 건강을 분석한 연구 중 가장 규모가 큰 프로젝트다.

인스피레이션4 임무에 참여했던 민간인 우주 비행사들은 2021년 9월 16일 스페이스X의 팰컨9 로켓을 타고 지구 상공 590㎞의 저궤도로 올라갔다가 18일 지구로 귀환했다. 네이처에 실린 논문에 따르면 우주 체류 기간은 3일로 비교적 짧았으나 면역 체계와 유전자가 일부 바뀌었다. 면역반응을 조절하는 단백질인 사이토카인이 증가했고, 세포의 수명을 결정짓는 염색체의 끝 부분인 텔로미어는 길어졌다. 면역을 활성화하는 유전자의 발현 정도도 달라졌고 DNA 손상이나 산화 스트레스도 확인됐다.

이 중 95% 이상은 몇 달 안에 원래대로 돌아왔다. 하지만 뇌 단백질인 알파-시누클레인이나 콜라겐, 사이토카인의 변화는 최소 3개월 동안 지속됐다. 연구진은 “변화가 있긴 하지만 건강에 심각한 위험을 초래하지 않는 정도”라며 “인체가 우주 비행에 적응하는 초기 단계를 볼 수 있는 데이터”라고 설명했다.

연구진은 네이처 커뮤니케이션즈에 발표한 논문에서는 우주관광객 4명과 함께 우주정거장을 다녀온 우주 비행사 64명까지 면역 체계를 추적한 결과를 발표했다. 앞서 논문과 마찬가지로 우주 체류 후 면역 체계에 뚜렷한 변화가 나타났다. 특히 백혈구인 CD14와 CD16 단핵구의 염색질 접근성과 유전자 발현이 바뀌었다. 염색질 접근성은 DNA 가닥이 실패 역할을 하는 히스톤 단백질에 감겨 있다가 얼마나 풀렸는지 알려주는 척도이다. 염색질 접근성이 높아질수록 주변 단백질과의 결합이 활발해져 DNA 복제나 유전정보 전달이 많이 일어난다.

성별에 따라 면역 체계가 원래대로 돌아오는 데 걸리는 시간도 달랐다. 여성이 남성보다 유전자 발현이나 염색질 접근성이 빠르게 돌아왔다. 혈액 응고와 관련된 단백질 피브리노겐과, 염증 세포를 활성화하는 면역신호물질인 인터루킨(IL)8도 마찬가지였다.

인스피레이션4 임무 중 찍은 지구의 사진. 이 높이에서는 중력이 지상에 비해 10만 분의 1보다도 더 작고, 방사선 피폭량은 지상보다 60~150배 많다./인스피레이션4

연구진은 “이번 연구는 우주 비행이 신체에 미치는 영향을 장기적으로 분석한 결과”라며 “앞으로 우주 비행에서 우주 비행사의 면역 체계 변화를 면밀히 살펴야 한다”고 했다. 그러면서 “SOMA의 데이터를 활용해 다가오는 달, 화성으로의 우주 비행에서 건강 영향을 줄일 수 있을 것”이라고 밝혔다.

심우주 유인 탐사는 최근 가시권에 들어왔다. 지난 9일 일론 머스크가 설립한 미국의 우주 기업 스페이스X와 미국 항공기 제조사 보잉이 연달아 유인 탐사용 우주선 발사에 성공했다. 스페이스X는 4번의 시도 만에 스타십 우주선의 시험 비행에 성공했다. 스타십은 달과 화성으로 우주인을 보낼 우주선이다. 스타십은 이번 시험 비행에서 우주로 나갔다가 다시 지구로 귀환하는 데 성공했다. 보잉은 유인 우주선 스타라이너를 발사하고 우주정거장과 도킹까지 성공했다.

전문가들은 유인 우주 탐사가 활발해지면서 지구 저궤도 비행을 비롯한 우주 비행이 건강에 미칠 영향을 미리 살펴야 한다고 본다. 특히 달이나 화성까지 탐사하려면 장기적인 영향을 예측해야 한다. 이에 따라 인간이 우주 환경에 노출됐을 때 인체 반응과 환경 특이적 질환을 살피는 ‘우주 의학’ 연구는 앞으로 더 활발해질 것으로 보인다. 한국과학기술기획평가원(KISTEP) 보고서에 따르면 우주의학 시장은 2023년 7억 7000만달러(약 1조원) 규모에서 2030년에는 16억달러(약 2조 2000억원)로 연간 약 11% 성장할 것으로 전망된다.

참고 자료

Nature(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07648-x

Nature Communications(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-49211-2

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