연세대학교 치과대학 구강생물학교실 문석준 교수팀의 ‘음식 굳기와 맛 인지 상호관계 규명 Mechanosensory neurons control sweet sensing in Drosophila’이란 제목의 연구논문이 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications, IF = 11.329)’에 게재되어 학계의 관심이 모아지고 있다. 네이처 커뮤니케이션은 세계 최고 권위의 과학 전문지 ‘네이처(Nature)’의  자매지로 인지도 높은 저널이다. 

 연구팀은 음식의 맛에 영향을 미치는 여러 감각 중 ‘음식 굳기 정도’와 ‘맛 인지’의 상호관계에 대한 초파리 실험을 진행했다.  이번 실험에 사용된 초파리는 굳기를 인식하는 기계적 감각과 맛감각에 대한 신호전달 연구가 용이하다는 장점으로 활용됐다.  이에 연구팀은 회당 약 40여 마리의 초파리를 사용하여 수차례에 걸쳐 선호행동 양태를 반복 측정했다.(그림 1 참조)

            (그림 1) 초파리 행동 양태에 따른 음식 굳기 정도와 맛 인지의 상호관계

연구팀은 초파리가 딱딱한 음식과 부드러운 음식 중 어느 쪽을 더 선호하는지 행동을 분석했다.(그림 1의 a, b, c)  실험은 평평한 실험접시의 공간을 2등분해 우무형태의 배지 위에 당성분 용액 농도를 다르게 하여 떨어뜨린 후 한쪽 우무형태 배지의 경도를 점차 부드러운 상태에서 딱딱한 상태로 변화 시켰다. 실험 초기의 같은 굳기의 우무형태 배지 상태에서는 초파리들이 당성분이 강한 배지 쪽으로 몰렸으나, 점점 배지 경도를 높이자 조금 덜 달더라도 부드러운 반대편으로 옮겨가는 현상을  확인했다(그림 1의 a).

 반대로 실험 시작 시기에 같은 경도의 배지였을 때 당성분이 강한 배지에 몰려있던 초파리들은 반대편 배지가 처음보다 부드러워짐에 따라 당성분의 차이를 극복하고 부드러워진 배지 쪽으로 이동하는 것을 알 수 있었다(그림 1의 b).

이에 연구팀은 경도 차이가 나더라도 당성분의 함유량에 차이가 크다면 초파리의 선호도가 변화 한다는 점도 실험으로 밝혀냈다. 이어  배지의 경도를 10배 차이로 조성하고 더 딱딱한 배지 쪽에 반대편 보다 10배 달콤한 당성분을 제공했다. 그 결과 같은 당성분이었던 실험 초기에 부드러운 배지 쪽을 선호하던 초파리들이 경도의 차이를 극복하고 ‘당성분이 높은 배지 쪽으로 옮겨 간다는 결과’를 알 수 있었다(그림 1의 c).

            (그림 2) 초파리 촉각신경 활성화 정도에 따른 당성분 인지정도 변화 

이밖에도 연구팀은 초파리가 물성을 인식하는 촉각신경이 자극을 받아 활성화 되면, 같은 농도의 당성분을 제공하더라도 단맛을 느끼는 정도가 저하되는 것도 밝혀냈다(그림 2 참조).  연구팀은 초파리의 촉각신경 활성화 정도를 ‘온도’를 매개로 조절해봤다. 21℃의 상태에서 당성분에 대한 인지도는 농도가 증가함에 따라 증가하는 것을 확인할 수 있었지만 31℃로 환경을 맞추니 초파리의 같은 농도의 당성분에 대한 인지도가 급격히 저하됐다.

문석준 교수는 “초파리 행동 분석을 통해 음식 굳기가 단순한 기계적 자극 인지로만 연결되는 것이 아니라 음식에 대한 선호도를 결정하는 요소로 작용함을 알게 됐다”고 설명하고 “같은 단맛을 지닌 음식이라도 딱딱한 상태라면 미각기관의 기계적 자극 인지 아닌지를 알수 있었다. 또한, 신경세포가 음식 굳기 정보를 뇌에 전달해 단맛을 느끼게 하는 신경세포의 신호전달 기능을 억제시켜 선호도를 떨어뜨린 것도 확인했다”고 말했다.

       (그림 3) 이미징 기법으로 구현한 초파리의 단맛 신경세포 활성화 정도. 당성분이 함유된 부드러운 음식(좌측)에 접근한 초파리는 당성분이 함유된 부드러운 음식(우측)의 경우보다 빨간 색으로 표현 된 단맛 신경세포의 활성도가 높다. 부드러운 음식을 접하는 초파리가 단맛을 더 잘 느끼는 것으로 나타남.

그는 마지막으로 “이번 연구가 향후 다양한 감각의 상호작용 연구 수행의 토대가 될 것"이라 기대하면서 "기호식품 개발에 적용할 수 있는 과학적 근거가 되므로 식품 및 의료 산업 개발에 기여할 여지가 크다”고 전했다.