인간 타액의 진화, 영장류까지 거슬러 올라가다

by 로리 카이저Laurie Kaiser, 버펄로 대학교University at Buffalo

타액Saliva은 소화 촉진, 튼튼한 치아 유지, 구강 질환 예방 등 중요한 역할을 하지만 우리 대부분은 당연하게 여기는 체액이다.

인간 타액의 진화가 버펄로 대학교 교수 두 명과 대학원생 두 명 덕분에 비로소 어둠을 뚫고 나왔다. 

스테판 룰(Stefan Ruhl, DDS, Ph.D.) 치과대학 구강생물학과 교수 겸 학과장, 그리고 오메르 고쿠멘(Omer Gokcumen, Ph.D.) 인문과학대학 생물학과 부교수는 인간 타액을 생성하는 단백질 유전자가 빈번한 복제, 손실, 그리고 조절 변화를 겪었으며, 이는 특히 영장류 계통에서 두드러지게 나타났다는 사실을 발견했다.

"우리의 연구는 식단과 질병에 대한 진화적 적응이 인간을 포함한 영장류의 생물학에 어떤 영향을 미쳤을지 보여준다"고 수년간 타액 생물학의 다양한 측면을 연구한 루엘은 설명한다.

이들은 최근 학회지 '게놈 생물학과 진화(Genome Biology and Evolution)'에 연구 결과를 발표했다.

예일대학교에서 생물학 박사 과정을 마치고 현재 미국 국립과학재단National Science Foundation (NFS) 박사후 연구원으로 재직 중인 전 생물학 박사과정생 페타르 파직Petar Pajic이 이 연구에 기여했으며, 논문 제1저자다.

현재 생물학 박사과정생인 루안 란다우Luane Landau 또한 이 연구에 기여했다.

연구진은 DNA와 RNA 데이터를 사용하여 종을 비교한 결과, 분비성 칼슘 결합 인단백질secretory calcium-binding phosphoprotein (SCPP) 유전자가 진화 과정의 중요한 순간, 즉 초기 동물의 골격 형성, 어류의 치아 법랑질 출현, 포유류의 우유 생산 시점에 변화하고 확장된다는 사실을 발견했다.

진화인류학 전문가인 고쿠멘Gokcumen은 "음식물, 미생물, 병원균과 끊임없이 상호작용하는 생물학적 유체인 타액이 다른 시스템보다 더 빠르게 진화할 수 있다는 것이 우리의 생각이었다"고 말한다. "

이 유전자좌locus가 그러한 진화적 역학을 이해하는 모델이 될 수 있을 것이라고 생각했습니다."
 

하긴 아들놈 과거를 생각하니 이놈 침 닦아주다 볼짱 다 봤다.

인간과 다른 종의 타액 차이

이 연구는 루엘, 고쿠멘, 파직이 공동으로 수행한 다른 연구들에 앞서 진행되었으며, 타액의 기능에 대해 더 자세히 이해하고자 하는 욕구에서 시작되었다.

"우리는 침이 혈액에 존재하는 거의 모든 성분을 포함하고 있다는 것을 알고 있다"고 루엘은 말하며, 침이 3,000개가 넘는 성분으로 구성되지만, 그중 풍부한 성분은 12개 정도에 불과하다고 설명한다.

"침샘salivary glands에서 생성되는 풍부한 단백질은 구강 건강을 유지하는 데 매우 중요한 요소일 것이다. 침샘은 치아를 보호하도록 진화했기 때문이다"고 그는 말한다.

"치아는 신체에서 무기질 물질이 환경에 노출되는 유일한 곳입니다. 치아는 음식에서 나오는 산과 충치를 유발하는 박테리아가 생성하는 산, 그리고 씹는 행위에 따른 단순한 기계적 마찰에 의해 끊임없이 위협을 받습니다."

연구를 시작했을 때, 연구진은 처음에는 인간의 침이 인간과 유전적으로 98% 이상 상동하는 유인원의 침과 동일할 것이라고 생각했다.

"그들의 혈액을 살펴보면, 그 구성이 우리와 거의 똑같다. 우리는 침도 마찬가지일 거라고 생각했는데, 한두 가지 다른 성분만 연구할 수 있을 거라고 생각했다"고 루엘은 말한다.

"정말 큰 착각이었습니다. 한두 가지가 아니라 여러 가지 다른 물질이 존재했습니다."

이러한 발견으로 연구팀은 인간의 침과 다른 동물의 침을 비교하게 되었다.

"우리는 타액 단백질 구성이 식단의 영향을 받는다는 것을 증명했다"고 루엘은 말한다. "특정 동물이 사는 환경과 선호하는 섭취량은 진화적으로 타액 단백질의 구성을 형성합니다."

예를 들어, 비인간 영장류의 타액에는 전분을 더 단순한 당으로 분해하는 효소인 아밀라아제amylase가 상대적으로 적은 반면, 인간은 훨씬 더 많이 함유되어 있다.

이러한 변화는 인간이 일찍부터 전분을 소비하게 된 반면, 유인원은 그렇지 않았기 때문에 발생했다.

연구진은 추가 검토를 통해 인간에게 매우 풍부한 타액 단백질을 암호화하는 소수 다른 유전자가 있으며, 이 유전자들은 우유 카제인milk caseins과 동일한 유전자 군집에서 발견된다는 것을 발견했다.

이 유전자들은 타액이 무기질화를 통해 치아를 보호하는 것처럼, 성장하는 유아에게 뼈 성장에 필요한 칼슘을 제공한다.

루엘은 "인간과 유사한 타액 유전자의 진정한 발달은 영장류 계통에서 이루어졌다"고 말한다.

"비인간 영장류는 식성이 까다롭고 주로 다양한 과일과 채소를 선택하기 때문에 흥미로웠습니다. 영장류의 타액 단백질 다양성은 다양한 맛의 종류를 구별하거나 먹는 식물에 함유된 유해 물질로부터 자신을 보호하는 능력과 관련이 있을 것으로 생각합니다." 

계통발생학적 나무의 다른 가지에서도 비슷한 일이 일어났다.

"박쥐의 식성은 매우 다양합니다. 과일을 먹는 박쥐, 곤충을 먹는 박쥐, 피를 빠는 박쥐가 있습니다." 루엘은 말한다. "박쥐의 타액 성분을 연구하는 것도 흥미로울 것입니다. 영장류처럼 타액 단백질의 다양성이 진화했을 것으로 예측합니다."

타액은 구강 건강의 구체적인 특징을 보여줄 수 있다.

또 다른 연구 분야는 전통적으로 서로 다른 식습관을 가진 전 세계 여러 문화권의 타액 성분입니다. 이를 통해 타액 자체뿐만 아니라 개인마다 구강 질환에 걸리는 경향이 다른 이유를 더 잘 이해할 수 있다.

"질병과 질환에 대한 신뢰할 수 있는 바이오마커를 찾으려면 먼저 탄탄한 기준선을 확립해야 한다"고 루엘은 말한다.

"다양한 개인 간에 바이오마커가 있다는 것은 알고 있지만, 타액의 정상적인 기준 수치가 유전적 배경과 관련이 있는지, 아니면 우리가 어디에서 어떻게 살고 먹는지와 관련이 있는지는 아직 알 수 없습니다." 

그는 의사들이 혈액과 소변을 건강 지표로 사용하는 반면, 치과 의사와 치과 연구자들은 타액을 생체액으로 활용해야 하며, 타액은 구강 건강에 대한 많은 정보를 제공할 수 있으므로 더 자주 사용해야 한다고 덧붙였다.

곡쿠멘은 구강 건강에 중요한 유전자의 급속한 진화가 일부 개인을 특정 질환에 더 취약하게 만들 수 있다고 덧붙였다.

"특정 환경적 상황에서는 충치나 대사 변화 등이 이러한 질환에 더 취약해질 수 있다"고 그는 설명한다.

"이러한 맥락에서, 이번 연구 결과는 구강 및 전신 건강과 관련된 개인 맞춤형 의료 접근법을 탐구하는 문을 열어줍니다. 더 나아가, 이 연구는 새로운 유전자가 종 전체에서 어떻게 출현하고 다양화될 수 있는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다." 

More information: Petar Pajic et al, Saliva Protein Genes in Humans were Shaped During Primate Evolution, Genome Biology and Evolution (2025). DOI: 10.1093/gbe/evaf165

Journal information: Genome Biology and Evolution 
Provided by University at Buffalo