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최근 미국 코넬대 유전학 연구팀이 호르몬 체계에 영향을 주지 않으면서 정자 생성만을 일시적으로 차단하는 기술을 동물실험을 통해 입증했다.마치 스위치를 끄듯 정자 생성 자체를 일정 기간 멈췄다가 이후 정상적으로 되돌리는 방식이다.그동안 남성 피임약 개발의 걸림돌은 호르몬 조절로 인한 성욕 감퇴 같은 부작용이었다.연구팀의 연구는 성욕 저하 없이 피임 효과를 거둘 수 있는 길을 열었다는 점에서 주목을 끌고 있다.연구 결과는 국제학술지 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.
정자,난관 향해 17㎝ 거리 헤엄쳐 가
사람의 새 생명은 남성의 정자가 여성의 난자와 결합하는 아주 짧은 순간에 시작된다.그러나 정자는 난자를 만나기 위해 아주 긴 여행을 한다.여성의 질 안에 들어온 정자는 자궁 속을 지나 난소가 있는 난관을 향해 약 17㎝의 거리를 헤엄쳐 간다.이 거리는 얼마 되지 않는 것 같지만 자신의 몸길이(약 0.05㎜)보다 3000배 이상 먼 곳을 헤엄치는 것이다.
정자는 1분에 3㎜의 운동 능력으로 난자에 접근해 간다.편모에 의해 움직이면서 난자가 유인하는 분비물을 따라 길을 찾아간다.1회에 사정되는 약 3억개의 수많은 정자 중 난자 근처로 갈 수 있는 정자는 100개 정도다.정자가 헤엄쳐 가는 자궁과 난관의 내부에는 복잡한 주름과 섬모가 있어 힘든 장애물 경주를 하는 것과 다름없기 때문이다.
무턱대고 빨리 헤엄치기만 한다 해서 난자와의 만남에 성공하는 것은 아니다.처음부터 있는 힘을 다해 헤엄치면 난자에 도달하기도 전에 힘이 빠져 맥을 못 추기 때문이다.또 난관(한 쌍의 길고 좁은 관,더블헤더나팔관이라고도 함)은 좌우 두 개의 길로 갈라져 있어 아무리 빠르게 헤엄쳐 간 정자라고 해도 난자가 있는 곳이 아닌 엉뚱한 길로 가면 난자와 만나지 못한다.난자는 난관 두 곳 중 한 곳에서만 있기 때문이다.
따라서 초반의 적당한 스피드와 어느 지점에서 스피드를 내야 하는지의 타이밍이 중요하다.정자는 난자에 가까워질수록 스피드를 높인다.왜 그럴까?
보통 정자는 여성의 몸속에 들어가면 여성이 보내는 화학적 신호에 반응해 움직임이 격렬해진다.이 흥분 상태로 인해 정자가 난자 속으로 파고들어갈 수 있다.정자가 격렬하게 헤엄쳐서 난자에 도달하는 데 결정적 역할을 하는 것은 산성도(pH)다.
일반적으로 정자는 알칼리성이 될수록 빨리 움직인다.예컨대 높은 산성을 띤 남성 생식기에서는 정자 역시 강한 산성을 띠면서 움직임이 둔하다.그런데 여성 생식기 안으로 들어가면 처음엔 천천히 움직이기 시작하다가 난자 쪽으로 접근하면서 알칼리성이 강해져 움직임이 활발해진다.난자에 거의 닿을 무렵에는 최고의 속도를 낸다.
이렇게 험난한 여행을 거쳐 가장 건강하고 운이 좋은 단 한 개의 정자가 난자와 결합한다.난자 근처로 간 정자 100개 중 한 개를 빼고는 모두 들러리를 서는 셈이다.정자가 난자를 만나면 머리끝에 있는 아크로신이라는 효소로 난자의 세포막을 녹이고,꼬리는 남겨둔 채 머리만 난자 속으로 들어간다.원래 난자와 정자의 크기를 비교하면,난자는 0.2㎜이고 정자는 약 0.05㎜이므로 정자는 난자의 4분의1밖에 되지 않는다.머리 부분만 따지고 보면 난자와 정자의 크기는 마치 공룡과 사람처럼 엄청나게 차이가 나는 것이다.
하나의 정자가 들어가면 난자의 세포막에서 전기반응이 일어나 다른 경쟁 정자들은 난자의 세포막에서 떨어지게 되고,시간이 지나면 난자의 겉을 둘러싸고 있는 물질이 딱딱하게 굳어 다른 정자가 들어오지 못한다.이처럼 경이롭고 역동적인 정자의 움직임을 잠시 멈추게 해 자연 임신을 피하려는 게 피임의 시작이다.
현재 남성이 선택할 수 있는 피임법은 콘돔을 사용하거나 정관수술을 받는 두 가지 방법이 대표적이다.하지만 콘돔은 매 순간 챙겨야 하는 번거로움이 있고,더블헤더정관수술은 한 번 결정하면 다시 예전 상태로 되돌리기가 쉽지 않아 남성들에겐 늘 고민스러운 선택지로 남곤 했다.
호르몬 균형 유지하고,피임 효과만 쏙
그래서 많은 남성들이 먹는 피임약의 등장을 기다려 왔지만,그동안 남성 피임약 개발이 유독 더디고 상용화가 어려웠던 이유는 호르몬을 조절하는 방식 때문이었다.인위적으로 남성 호르몬인 테스토스테론 수치를 낮추면 피임 효과는 거둘 수 있다.하지만 성욕이 줄어들거나 쉽게 피로해지는 등 일상의 활력을 잃게 되는 부작용이 뒤따랐다.
상황이 이렇다 보니 수술 없이도 피임 효과가 일정 기간 유지되면서,더블헤더원할 때면 언제든 다시 가임력을 회복할 수 있는 '비호르몬성 피임법'을 찾는 것이 과학계의 오랜 목표였다.
코넬대 폴라 코언 교수 연구팀은 쥐를 대상으로 약 6년간 연구한 끝에 호르몬 대신 정자 세포가 만들어지는 '감수분열' 과정을 주목했다.감수분열의 핵심 단계만 차단하면 정자 생성을 잠시 멈췄다가 나중에 정상적으로 되돌릴 수 있다는 사실을 확인했기 때문이다.연구팀은 저분자 화합물인 'JQ1'을 활용해 정자 형성에 꼭 필요한 특정 단백질 복합체의 작용을 정교하게 억제했다.그 결과 몸 전체의 호르몬 균형은 그대로 유지하면서도 정자가 성숙한 형태로 발달하는 단계만 일시적으로 차단해 피임 효과를 거두는 데 성공했다.
이번 연구의 큰 성과는 정자 생성이 원래 상태로 되돌아온다는 점에 있다.실제로 약물을 투여받은 수컷 쥐는 암컷과 교배해도 임신이 되지 않는 피임 효과를 보였지만,약물 투여를 중단하자 약 6주 후부터 다시 건강한 정자가 만들어지기 시작했다.이후 진행된 번식 실험에서도 태어난 새끼 쥐들에게는 유전적 이상이나 신체적 결함이 전혀 발견되지 않았고,더블헤더다음 세대의 번식 능력도 아주 정상적이었다는 게 연구팀의 설명이다.
코언 교수는 이번 연구가 정자 생성 과정의 특정 단계만 선택적으로 차단해 남성이 스스로 가임력을 조절할 수 있는 가능성을 보여준 사례라며,호르몬 부작용 없는 새로운 접근법임을 강조했다.또한 이 방법이 앞으로 주사제나 피부에 붙이는 패치 형태로 개발되면 매일 약을 챙겨 먹는 번거로움을 줄이고 피임 실패율도 낮출 수 있을 것으로 내다봤다.
물론 연구팀의 연구는 아직 쥐를 대상으로 한 초기 단계다.사람에게 적용하기까지는 더 세심한 안전성 검증이 필요하다.연구팀은 이러한 검증 과정을 거쳐 2년 안에 인체를 대상으로 한 임상 시험에 진입하는 것을 목표로 준비 중이다.인체 시험에서도 성공적인 결과를 이끌어내 호르몬 부작용 걱정 없는 새로운 남성 피임약이 상용화되길 기대한다.
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