1930년대에 과학자들은 어린 시절 제한된 식단을 먹은 물벼룩과 쥐가 더 오래 산다는 것을 발견했다. 그 후 같은 효과가 초파리와 생쥐에서도 나타났다. 우리가 몰랐던 것은 유아기에 먹은 식사가 몇 주, 몇 달, 심지어 몇 년 후의 건강에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지였다. 최근 《네이처》 연구가 그 답을 찾았을지도 모른다.

일본 고베에 있는 이화학연구소(RIKEN) 생체시스템역학연구센터의 생물학자 오바타 후미아키가 이끄는 연구팀은 초파리가 유충으로서 먹은 것을 성체까지 기록으로 전달하여 수명에 영향을 미치는 단백질을 발견했다.

실험실 초파리는 효모와 설탕의 혼합물을 먹는데, 효모가 주요 단백질 공급원이다. “우리는 식단에서 효모 농도만 8퍼센트에서 1~2퍼센트로 줄였습니다.”라고 오바타는 설명한다. 이 저단백질 식단은 유충 기간의 대략 중간쯤에 도입되었다. 파리들이 성체로 우화한 후에는 표준 먹이로 돌아갔다.

오바타의 실험에서 단백질 제한을 받은 파리들은 암컷과 수컷 모두 잘 먹은 형제자매들보다 더 오래 살았다. 하지만 대가가 따랐다. 파리들은 더 창백하고 가벼웠으며, 때로는 28퍼센트나 적게 나갔다. 암컷들은 또한 더 적은 알을 낳았다.

“사실 매우 흔한 일입니다. 생식과 수명은 항상 상충 관계에 있습니다.”라고 오바타는 말한다. “이 초기 생애 식이 제한의 경우도 마찬가지입니다. 알을 덜 낳고 약간 더 작습니다. 하지만 수명은 연장됩니다.”

하지만 이 전형적인 상충 관계가 전부는 아니었다. 연구팀이 저효모 유충 먹이에 단백질의 구성 요소인 아미노산을 다시 첨가하자 수명 연장 효과가 사라졌다. 어쨌든 성체 파리의 몸은 유충 때 얼마나 많은 단백질을 먹었는지 기억하고 있었다. 오바타와 동료들은 이것을 영양 기억이라고 부르고 그 기억이 몸의 정확히 어디에 저장되는지 찾아 나섰다.

저단백질 식단과 표준 식단으로 자란 성체 파리의 유전자 활동을 비교한 결과, 초기 단백질 섭취에 대한 정보를 저장할 수 있는 약 100개의 후보 단백질이 나타났다. “우리는 기본적으로 하나씩 확인하며 어느 것이 중요한지 조사했습니다.”라고 오바타는 말한다.

수색 범위를 좁히기 위해 연구팀은 유충 먹이에 표지를 달아 성체 파리 몸에서 어떤 단백질이 유충 때 먹은 음식으로 만들어졌는지 알아냈다. 유충은 두 아미노산인 라이신과 아르기닌이 더 희귀하고 무거운 탄소와 질소 동위원소로 만들어진 합성 식단으로 자랐다. 유충이 성체 파리가 되자 연구팀은 다른 더 가벼운 동위원소로 표지된 두 번째 아미노산 세트가 든 먹이로 바꿨다.

그런 다음 연구자들은 질량 분석법을 사용하여 파리 머리에서 나온 단백질 조각의 무게를 측정했다. 같은 단백질 조각이라도 유충 먹이로 만들어졌는지 성체 먹이로 만들어졌는지에 따라 몇 단위 더 무겁거나 가볍게 나타날 수 있었다. “이것은 기본적으로 이 안정 동위원소 실험으로만 가능합니다.”라고 오바타는 말한다.

성체가 된 지 3일째, 파리 머리 속 단백질의 거의 64퍼센트가 여전히 유충이 먹은 아미노산으로 만들어져 있었다. 6일째에는 그 비율이 약 46퍼센트로 떨어졌다. 그중에서도 눈에 띄는 것은 리보솜 단백질로, 다른 모든 단백질을 만드는 복합체의 일부이다. 유충 때 단백질 제한 식단을 먹은 파리들은 이 단백질을 더 적게 가지고 있었고 성체 첫 주 동안 새로운 단백질을 더 느리게 만들었다.

이것은 즉시 의문을 제기했다. 파리들은 번데기 껍질 안에서 변태를 겪으며 번데기는 먹지 않는다. 따라서 성체 리보솜 단백질에 들어간 유충 아미노산은 변태 동안 어딘가에 저장되어야 했고, 그것을 보관한 무엇인가는 유충이 얼마나 많은 단백질을 먹었는지에 민감해야 했다.

연구팀은 유충 식단에 반응하고 성체까지 살아남는 단백질을 찾아 나섰다. 그리고 그것을 찾았다.

그것은 유충 혈청 단백질 2, 즉 Lsp2라는 단백질이었다. 유충은 먹기를 멈추는 변태를 위한 식료품 저장고로 이 단백질을 비축한다. “파리들은 초기 생애에 이 Lsp2를 엄청나게 발현합니다.”라고 오바타는 말한다. “그리고 우리는 이 Lsp2 단백질의 일부 이월이 있다는 것을 알고 있었습니다.