국내 교수, ‘60년 생물학 난제’ 생체시계 작동 원리 풀었다

김재경 KAIST 수리과학부 교수

국내 수학과 교수가 60년 묵은 생물학의 난제를 풀었다. 김재경 KAIST 수리과학과 교수는 수학 모델링을 이용해 온도가 바뀌어도 생체시계가 제때 작동하는 원리를 풀었다고 5일 밝혔다.

생체시계는 밤 9시 경이 되면 멜라토닌 분비를 시작해 잠을 자게하고 아침 7시 경에는 깨게 만든다. 하지만 일반적인 생화학 반응은 온도가 올라가면 반응속도가 빨라지기 마련이다. 몸에 열이 나거나 여름철에는 수면 시간이 짧아질 수 있다는 것이다.

다행히 인체 생체시계는 온도 변화와 상관없이 일정하게 유지된다. 이러한 성질은 1954년 발견됐지만 작동 원리는 60년이 지나도 밝혀지지 않았다.

김 교수는 생체시계의 핵심 단백질인 ‘피어리드2(Period2)’와 이를 조절하는 ‘인산화’ 스위치에 주목했다. 미분방정식을 이용해 만든 수학 모델로 분석한 결과, 피어리드2를 분해하는 방법이 두 가지 있다는 사실과 인산화 스위치가 두 방법의 비율을 적당히 조절하는 원리를 확인했다.

온도가 37도 이상으로 올라가면 인산화 스위치는 피어리드2가 느리게 분해되는 쪽의 비율을 높여 분해속도를 전체적으로 늦추고, 30도 이하로 온도가 내려가면 빠르게 분해되는 쪽의 비율을 높여 분해속도를 빠르게 만드는 식이다.

김 교수는 “인산화 스위치를 조절하는 물질을 개발한다면 야간 근무나 잦은 해외 출장 때문에 발생할 수 있는 생체시계 이상을 예방할 수 있을 것”이라며 “수학과 생물학의 교류가 활발해진다면 생물학의 난제를 푸는 데 수학이 크게 기여할 수 있다”고 말했다.

연구결과는 ‘셀’ 자매지 ‘몰러큘러 셀’ 1일 자에 실렸다.

이재웅 동아사이언스기자 ilju2@donga.com