기본 콘텐츠로 건너뛰기

카페인이 알려준 커피의 진화



 카페인하면 커피 부터 생각하는 경우가 많지만 실제로 카페인은 커피는 물론 차나 카카오에도 포함되어 있으며 최근에는 다양한 의약품이나 기호 식품에도 첨가되어 있습니다. 그런데 여기서 인간이 첨가한 건 그렇다고 치지만 커피, 차, 카카오는 모두 계통학적으로 연관이 깊은 식물들이 아닌데 어째서 카페인이 같이 들어 있는지 궁금하셨던 분들도 있었을 것 같습니다. (물론 보통은 생각하지 않는 주제긴 하지만 사실 개인적으로 그런 궁금증을 과거 품었던 적이 있었습니다.) 


 최근 프랑스 개발 연구소 (French Institute of Research for Development (IRD)​) 의 연구자들과 다양한 기관의 연구자들이 협력으로 이 문제에 대한 해답을 내놓았습니다. 이들이 사이언스에 발표한 내용에 의하면 그 비밀은 수렴진화 (convergent evolution​ : 계통적으로 다른 조상에서 유래한 생물간에 유사한 기능 또는 구조가 진화하는 현상. 예를들어 어류와 고래 같은 경우.) 에 있다고 합니다. 즉 커피가 카페인을 생합성 할 수 있게된 것은 차나 카카오와는 별개로 카페인 생합성 능력을 진화시킨 것이며 이들의 공통 조상에서 물려받은 능력이 아니라는 것입니다. 


 커피는 꼭두서니과 (Rubiaceae) 에 속하는 식물입니다. 이 과는 무려 13000 종에 달하는 식물을 가지고 있으며 이 중에서 코페아 (Coffea) 속에 속하는 몇종이 상업적인 커피를 생산하는데 사용됩니다. 연구팀은 로부스타 (Robusta) 라는 품종으로 유명한 코페아 카네포라 (Coffea canephora​) 의 유전자를 분석했습니다. 이 종의 커피나무는 전세계 커피의 거의 30% 를 공급하고 있다고 합니다. 




(코페아 카네포라의 열매 


 연구자들은 이 유전자를 다른 여러 식물의 유전자와 대조했는데 특히 카페인 생합성에 관련되는 N-methyltransferases (NMTs) 을 만드는 유전자에 집중했습니다. 이 유전자는 코페아 카네포라의 DNA 에서 중복이 되어 있으며 따라서 이 커피나무가 카페인을 더 효율적으로 생산할 수 있게 합니다. 그런데 이 유전자 중복 (sequential tandem duplication​) 이 분명히 차와 카카오의 유전자와는 다른 것이 확인되었다고 합니다. 


 이것은 커피, 차, 카카오가 공통 조상에서 카페인 합성 능력을 물려 받은 것이 아니라 독자적으로 이를 진화시켰다는 중요한 증거가 됩니다. (즉 수렴진화의 사례이며 알고보니 아버지(조상) 이 같더라는 막장 드라마식 반전은 없었습니다) 같은 조상에서 비롯되었다면 그 구성이 비슷할 테니 말이죠. 이렇게 되면 또 흥미로운 부분은 바로 왜 이들이 카페인 생합성 능력을 진화시켰느냐 입니다. 연구팀은 사실 여기에 대해서는 확실한 답변을 가지고 있지 않습니다. 


 분명 커피, 차, 카카오가 아무 이유도 없이 카페인을 만들어내지는 않을 것입니다. 여기에 대해서 지금까지 나온 그럴 듯한 설명은 카페인이 신경독으로 이들을 노리는 곤충을 물리치는 데 사용된다는 것과 수분 (sequential tandem duplication​) 에 필요한 곤충을 꾀어내기 위한 것이라는 설등이 있습니다. 다만 아직 확실히 결론이 난 것은 아닙니다. 


 이들이 왜 카페인을 만들어 내는 지는 알 수 없지만 아무튼 커피, 차, 카카오는 이제 현대인의 주요 기호 식품이 되었습니다. 카페인 합성 능력의 진화는 인간과는 무관하게 일어났겠지만 이들이 전세계적으로 널리 재배되는데는 카페인의 역할이 제법 컸을테니 아무튼 가능한 자손을 많이 퍼트리는 진화상의 목표를 생각하면 아이러니하게 매우 적절한 능력이었던 셈입니다. 


 커피나무가 카페인을 왜 생산하든 간에 어제도 오늘도 내일도 우리는 카페인이 담긴 커피를 마시고 차를 마시게 될 것입니다. 졸린눈을 비비고 일을 하거나 공부를 할 때 이만한 친구가 없기 때문이죠. 


 참고 
Journal Reference:

  1. France Denoeud et al. The coffee genome provides insight into the convergent evolution of caffeine biosynthesis. Science, September 2014 DOI:10.1126/science.1255274



  

라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

세상에서 가장 큰 벌

( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

인슐린 주사 일주일에 한 번만 맞아도 된다?

   당뇨병은 관리가 까다로운 만성 질병 중 하나입니다. 특히 인슐린 주사가 필요한 경우에는 더 관리가 어렵습니다. 하루에 주사를 몇 번씩 맞아야 하면 찌르는 것도 고통이고 실수로 건너뛰거나 용량을 실수하는 경우도 드물지 않습니다. 특히 고령 환자의 경우 더 위험할 수 있습니다. 이런 문제를 극복하기 위해 여러 제약 회사들이 새로운 투여 방법과 인슐린 제제를 내놓고 있습니다.   최근 2상 임상 시험을 마친 노보 노디스크 ( Novo Nordisk )의 인슐린 아이코덱 ( icodec )은 일주일에 한 번 투여하는 장시간 인슐린 제제입니다. 아이코덱은 효소에 의해 분해되는 것을 막는 변형 인슐린 분자로 혈액에서 알부민과 결합해 서서히 분리되기 때문에 한 번 주사로도 일주일이나 효과를 유지할 수 있습니다.   하지만 이렇게 장시간 작용하는 인슐린 제제의 경우 환자의 식사나 운동 같은 상황 변화에 인슐린 농도가 적절하게 유지되지 않을 가능성이 있습니다. 이번 2상 임상시험에서는 247명의 당뇨 환자를 두 그룹으로 나눈 후 실험군은 일주일에 한 번씩 아이코덱을 투여받고 매일 위약을 투여받았습니다. 그리고 대조군은 반대로 일주일에 한 번씩 위약을 투여받고 하루에 한 번씩 장시간 인슐린 제제인 란투스 (Lantus, glargine) 100U을 투여받았습니다.   26주에 걸친 임상 실험 결과 하루에 한 번 란투스를 투여받은 그룹이나 일주일에 한 번 아이코덱을 투여받은 그룹에서 특별한 합병증 차이를 발견할 수 없었습니다. 혈당 조절의 지표인 당화 혈색소 (HbA1c) 농도 역시 아이코덱 그룹에서 1.33% 감소한 반면 란투스 그룹에서 1.15% 정도 감소해서 큰 차이는 없었습니다. 그렇다면 하루에 한 번 투여하는 대신 일주일에 한 번 투여하는 것이 더 편리하고 실수로 두 번 투여하거나 건너 뛸 위험성이 적을 것입니다. 이 연구 결과는 뉴잉글랜드 저널 오브 메디슨 ( New England Journal...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기