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삼천칼럼

인공모유제조를 향한 노력

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머리말

지난 7월 2일호 미국화학회의 Chemical & Engineering News(Volume 96, Number 27, pp.26-29(2018))가 'Synthesizing mothers' milk'라는 제목으로 특집기사를 실었다. 이 글은 이 기사내용에 바탕을 두고 추가적 내용을 더하여 작성하였음을 밝힌다.
여성들의 사회활동이 활발해지고, 직장생활이 일상화되면서 신생아들에게 모유를 먹여 키우는 일이 점점 어려워지고 있다. 반면 여러 연구보고서는 모유의 장점과 모유로 아기들을 키워야 하는 필요성을 반복해 강조하고 있다. 과연 모유는 다른 우유들과 비교해 어떤 점에서 우수성을 보여줄까? 모유의 우수성은 실로 눈부시다고 할 정도이며, 모유를 먹는 유아는 물론 산모에게도 여러 면에서 유익함이 밝혀졌다. 모유를 먹고 자란 어린이는 유년기 이후에도 훨씬 건강하다는 사실도 증명되었다. 모유의 장점과 유리한 점을 요약하면 다음과 같다.


  1. 유아 돌연사 증후군(SIDS, Sudden Infant Death Syndrome)의 감소 (~73%)
  2. 지능발달
  3. 심리적 장애 발생 위험 감소
  4. 감기와 독감에의 저항력
  5. 유아 백혈병 위험 감소
  6. 중이염 발병 감소
  7. 유년시절 당뇨 발병 위험 감소
  8. 천식과 습진 위험의 감소
  9. 치아문제의 감소
  10. 후년 비만 위험 감소
  11. 저인슐린과 고렙틴(leptine) 레벨과 관련됨
  12. 우수한 단백질의 소화력
  13. 모유 중 칼슘과 철분의 우수한 흡수성
  14. 산부의 임신전 체중회복에 도움을 줌
  15. 산부 자궁의 회복과 사후출현의 감소
  16. 산부의 (후의) 유방암 위험 감소
  17. 산부의 당뇨병(Ⅰ과 Ⅱ형) 발병 확률 감소


모유는 단백질, 지방, 비타민, 탄수화물의 완전한 배합물로 아기의 건강을 위해 최적화되어 있다. 모유에서만 살아있는 세포인 백혈구가 발견된다. 백혈구는 감염으로부터 유아를 보호한다. 항체, 살아있는 세포들, 효소, 호르몬 등이 모유를 이상적으로 만드는 요소들이며, 이들은 유아용 조유(調乳, formula)에 첨가가 불가능하다. 모유 수유를 할 수 없는 산모들을 위해 우유(모유) 은행(milk bank)과 기증우유(donor milk)가 점점 중요해지고 있다.

 

미국의 소아과 한림원(American Academy of Pediatrics, AAP)은 출산 후 첫 6개월은 전적으로 모유 수유를 추천하며, 나아가 12개월 간 지속할 것을 제안한다. 모유 수유가 아기와 산모의 육체적, 정신적 건강을 위해 최선의 방법이라고 언급하며, 강력히 모유 수유를 권장하고 있다.
산모는 프로락틴과 옥시토신이라는 호르몬의 영향으로 출산 후 모유를 생산해 신생아에게 모유 수유를 할 수 있게 된다. 우리는 최초로 생산된 모유를 초유라 부른다. 초유에는 면역글로불린(IgA) 함량이 많다. 이 면역 단백질이 식도와 위벽을 코팅해 신생아가 스스로 면역체계를 작동시킬 수 있을 때까지 보호해준다. 또 대변을 나오게 하는 하제 역할도 하여 태변(胎便)을 배설케 한다. 또 빌리루민 축적을 막아 황달 발생도 줄여준다.

 

모유의 조성

인간 모유는 단백질 0.8-0.9%, 지방 4.5%, 탄수화물 7-8%, 미네랄 0.2%를 포함한다.

 

1. 단백질
모유 100ml 당 단백질이 약 1.1g 포함되어 있으며, 유장(乳漿, whey)과 건락소(乾酪素, 카세인(casein))가 주성분이다. 유장이 60여%를 차지하고 있으며 나머지 40여%가 카세인이다. 이러한 단백질 구성은 신생아가 소화를 쉽게 할 수 있도록 도와준다. 또한 유장은 여러 단백질의 혼합물로 큰 질병 예방 능력을 지니고 있다.
모유에 들어있는 주요 단백질은 아래와 같다.
 •락토페린(lactoferrin): 식도와 장기 내에서 철성분에 의존하는 박테리아(대장균, 이스트균 등)의 성장을 막는다. 0.2g/100ml.
 •IgA: 면역글로불린A도 바이러스와 박테리아로부터 신생아를 보호한다. E.Coli와 알레르기로부터 보호해준다. 다른 면역단백질, IgG와 IgM도 박테리아와 바이러스 감염으로부터 보호한다. 산모의 어류 섭취가 모유 내 이 단백질 양을 증가시켜준다. 0.1g/100ml
 •리소자임(lysozyme): 유아를 E.Coli와 살모넬라(Salmonella)로부터 보호한다. 장내 유익한 균주군의 성장을 돕고, 항염증 기능을 돕는다. 0.05g/100ml
 •비피더스 인자(bifidus factor): 모유에 있는 L.bifidus(락토바실루스 비피더스) 생육에 필요한 인자다. L.bifidus는 신생아 장내에서 서식하는 젖산균의 일종으로, 장내 유해균의 번식을 억제한다.
 •카세인(casein): 모유 단백질에서 절반 가까이를 차지하며(0.4g/100ml) 여러 종류의 단백질 혼합물이다.
 •락토알부민: 특히 알파 락토알부민은 위와 같은 산성분위기에서는 사슬이 풀려 올레산과 착물을 만든다. 이 착물을 HAMLET라 칭하며, 종양세포를 죽인다. 이 때문에 여러 학자들은 모유 수유가 암으로부터 아기를 보호해 준다고 믿고 있다. 0.3g/100ml
 •Whey 단백질: 유장단백질은 여러 단백질의 혼합물이다. 베타-락토알부민, 알파-락토알부민, 세럼알부민, 면역글로블린 등이 주성분이다. 모유 단백질의 60여%를 차지한다.

 

2. 지방
모유에는 지방이 꽤 많이 들어있다. 그 함량이 대략 4.2g/100ml나 된다. 지방은 신생아의 건강한 발육에 필수적이다. 특히 뇌의 발달과 지용성 비타민의 흡수를 위해 필요하며, 주된 에너지(칼로리)원이기도 하다. 긴사슬 지방산은 뇌, 망막 및 신경계 발달에 필수적이다.

 

3. 탄수화물
모유에 가장 많이 포함되어 있는 성분은 탄수화물이다. 탄수화물의 주성분은 락토스(적당, lactose)로, 7g/100ml을 함유하고 있다. 락토스는 유아가 모유에서 얻는 에너지의 약 40%를 차지한다. 락토스는 위 속의 건강을 해치는 박테리아를 감소시키며, 칼슘, 인, 마그네슘 등의 섭취를 돕는다. 동시에 건강에 도움을 주는 박테리아가 위에서 잘 자라도록 도와준다. 다음은 올리고당(oligosaccharides, 0.5g/100ml)으로, 인간 모유에만 들어있는 올리고당류가 많아 이들의 중요성에 많은 관심을 두고 있다.

 

4. 기타
모유에 들어있는 비타민은 산모가 취하는 비타민 종류와 양에 의존한다. 따라서 산모가 영양분을 충분히 섭취해야 한다. 지용성 비타민 A, D, E와 K 등은 유아 건강에 필수적이다. 수용성인 비타민C, 리보플라빈, 니아신, 판토텐산 등도 필수적이다. 칼슘, 인, 나트륨, 칼륨(포타슘), 염소 등 미네랄도 마찬가지다.

 

인간 우유 올리고당(HMO: Human Milk Oligosaccharides)

현재까지 모유에는 200여 가지 이상의 올리고당이 들어있으며, 매일 각 올리고당의 함량이 변한다고 밝혀졌다. 현재까지의 연구결과에 따르면 HMO는 신생아의 면역계를 도와주며, 유도수용체 노릇을 해 질병을 유도하는 병원균이 세포 표면에 달라붙지 못하게 한다. 또 HMO는 나쁜균을 쫓아내는 이로운 장내 미생물균 유전체(microbiomes) 생성을 촉진한다. 이외에도 이들이 항균성을 지녀 제약회사들의 큰 관심의 대상이 되고 있다. 물론 유아용 조유(formula) 제조업체들은 이들 HMO가 저렴한 가격으로 공급될 수 있기를 고대하고 있다.
지난 10여 년 간 분석화학자들의 도움으로 모유에 들어있는 올리고당 중 대략 ¾의 구조가 밝혀졌다. 그러나 각각의 올리고당은 약 30개의 구조단위가 연결된 구조를 지니며, 이 구조를 파악해내기란 매우 어려운 일이다. 현재까지 시판이 허락된 모유 올리고당은 2가지 밖에 없으며, 독일에서 곧 3가지 HMO가 추가적으로(시험적으로) 조유에 사용할 수 있게 될 것이라고 전해진다. 현재까지 시판되고 있는 HMO 두 가지는 2'-Fucosyllactose(2'-FL)과 Lacto-N-neotetraose이다. 2'-FL은 모유에 가장 많이 들어있는 올리고당이다.

 

HMO를 구성하고 있는 기본 구조단위는 다음 다섯 가지 당이다.

이들 당에는 히드록시(-OH)기가 여러 개 있어 사슬을 이어 나갈 때 보호기를 사용하여 원하는 반응을 행한 후 보호기를 제거하는 번거로운 과정을 거쳐야 한다.

(원하는 화학반응에 참여하는 히드록시(-OH)기가 아닌 다른 히드록시(-OH)기들에는 화학반응에 참여하는 것을 막기 위하여 일부 히드록시(-OH)기에 보호기를 사용하여 화학반응에 참여하지 않도록 만든다.)

한 예로 Lacto-N-tetraose를 이런 방법으로 합성하려면 20단계(!)를 거쳐야 한다.
일부 연구실에서는 효소합성법을 시도하고 있으나, 알맞은 효소를 찾기란 쉽지 않다. 여러 개의 효소를 사용하면서 동시에 화학적 방법을 혼용하기도 한다. 산업적 스케일에서는 발효법(fermentation)을 선호하며, 유전공학을 통해 얻은 박테리아를 사용한다.
HMO 속에 들어있는 올리고당의 생리적 기능 및 약리작용에 대한 이해가 매우 부족한 현실이다. 그러나 최근에 미국 캘리포니아대(샌디아고)의 한 연구팀은 HMO의 한 성분인 디시알릴락토-N-테트로스가 조산아에서 발생하는 괴사성 소장결장염으로부터 아기를 보호한다는 사실을 발견했다. 또 다른 연구진들은 HMO의 올리고당이 항생제에 저항성이 큰 균들에 대한 안티바이오필름 기능을 가진다는 사실도 밝혀냈다. 이에 덧붙여 일부 올리고당이 현재 사용중인 항생제와 시너지 효과를 보여, 항생제 사용량을 줄일 수 있는 가능성도 보여준다. 이밖에도 이미 앞에서 언급한 모유 수유의 장점 중 대부분이 HMO 올리고당에 기인한다고 믿고 있으며, 이 분야에 대한 연구가 급진전되고 있다.
인간 모유에 HMO가 200여 종 이상이 들어있는 데 반해, 소젖에는 60개 종류도 안되며, 쥐젖에는 단 두 가지가 들어있다. 인간 HMO 중 대략 155 종류의 구조가 밝혀졌다. 현재 세계적으로 유아조유시장은 100억 달러(약 12조원) 규모이다.

 

모유의 저장, 냉동과 해동

모유의 유익성을 연구하기 위해서는 넉넉한 양의 모유 공급이 필수적이다. 이를 해결하기 위해 모유은행이 일부 가동중이지만 여러 연구를 위해서는 턱없이 부족한 실정이다. 또 산모가 수유를 할 수 없을 때 모유를 저장해 신생아에게 먹일 수 있게 하려면 산모의 모유를 잘 저장해 아기에게 공급해야 한다. 아무리 잘 저장하여도 저장했던 모유는 방금 짠 모유에 비해 박테리아와 싸우는 능력이 떨어지고, 항산화제, 비타민 및 지방농도에 뒤지기 마련이다.
짜낸 모유는 얼마나 저장할 수 있을까? 물론 저장한 모유를 언제 사용할 지에 따라 실온이나 냉장고와 냉동고에 각각 저장이 가능하다. 일반지침은 아래와 같다.

냉동 장소

안전한 저장시간

매우 청결한 조건시*

  실온 (16-25℃)

  4시간

  6시간

  냉장고 (4℃)

  3일

  5일

  냉동고 (-18℃)

  6개월

  9개월

  냉동 우유를 냉장고에서 녹인 경우

  실온에서 2시간

  냉장고에서 24시간

* 산모와 저장 용기 및 저장 장소의 청결을 최대한으로 유지했을 경우

 

저장 모유는 지방(크림)층이 위로 떠오르는 경향이 있으므로 아기에게 제공하기 전에 젖병을 부드럽게 흔들어주어 골고루 섞일 수 있도록 해 주어야 한다. 저장 모유를 컵이나 병으로 먹이는 경우, 아기 입에서 박테리아가 우유 속으로 들어가게 되므로 남긴 우유는 버려야 한다. 얼렸다 녹인(냉장고에서 녹이거나 따뜻한 수돗물(최대 37℃)로 녹인다.) 모유는 실온에서 2시간 이내에 먹이고, 그 이후에는 버려야 한다. 한번 녹인 모유는 재냉동하지 말아야 한다. 때에 따라서는 아기가 자신의 체온과 비슷한 온도의 우유를 선호하기도 한다.

 

맺음말

모유의 과학에는 아직도 풀어야 할 과제가 한둘이 아니다. 모유의 장점이 새로 발견될 때마다 그 이유를 찾기가 더욱 어려워진다. 위에서 언급한 모유의 장점에 관한 생리적 기능을 모유 중 어느 성분의 작용때문인지 밝혀내야 하기 때문이다. 모유에 포함되어 있는 올리고당에 관심이 집중되고 있는 이유는 모유 내 올리고당의 다양성(분자량, 조성, 구조, 기능)에 있다. 더 좋은 조유를 개발하여 공급하려는 인조모유개발업체들은 올리고당의 구조와 기능이 밝혀져 속히 저렴한 가격에 대량 공급이 가능해지길 고대하고 있다.
한편 과학적 난제도 산적되어 있다. 모유 속 올리고당의 구조 확인, 합성법 개발, 기능구명은 물론, 어떤 생화학적 과정으로 이들이 산모 체내에서 합성되는지도 밝혀져야 한다. 현재까지 시판이 허락된 올리고당이 2가지밖에 없다는 사실이 이를 방증한다. 따라서 만족할만한 인공모유의 개발은 아직 멀어 보이기만 하다. 그러나 그만큼 할 일이 많다는 역설이 된다.

 

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