국내 연구진이 사람이 접근하기 어려운 공간의 환경 탐사와 소형 물체 회수 등 원격 작업을 가능하게 하는 소형 소프트 로봇을 개발했다. 카이스트 신소재공학과, 미국 캘리포니아공과대(칼텍), 싱가포르 난양공과대(NTU) 공동 연구팀은 딱정벌레를 모사한 소형 소프트 로봇에 인공 근육, 카메라, 촉각 센서를 결합한 ‘비틀봇’을 개발했다고 13일 밝혔다. 이번 연구는 과학 저널 ‘사이언스 어드밴시스’에 실렸다. 사람은 물체를 잡을 때 눈으로 위치를 확인하고 손끝 감각으로 접촉 상태를 살핀다. 로봇도 주변 상황에 맞춰 작업하기 위해서는 동작 기능과 감지 기능이 연결돼야 한다. 그러나 부드러운 소재를 활용하는 소프트 로봇에는 구동, 감지, 제어 기능이 따로 구현되거나 복잡한 장치를 사용해 크기를 작게 하기가 쉽지 않다. 이에 연구팀은 딱정벌레의 다리 근육, 관절 움직임의 관계를 분석하고 비틀봇의 인공 근육 배치와 다리 구조에 반영했다. 열을 받으면 수축하는 고분자 소재인 액정탄성체(LCE)를 3D 프린팅해 인공 근육을 제작하고 전기로 열을 발생하는 구동 모듈을 결합했다. 각 부위의 인공 근육을 독립적으로 움직이고 작동 순서를 조절해 전진과 방향 전환 움직임도 구현했다. 또 딱정벌레가 먹이를 붙잡는 데 사용하는 집게 모양의 큰턱을 본떠 부드러운 로봇 집게인 소프트 그리퍼를 만들고 여기에 인공 근육, 압력 센서를 결합해 물체를 잡고 접촉 상태를 감지하도록 했다. 인공 근육이 수축하면 집게가 움직여 물체를 잡고 압력 센서는 물체와 접촉할 때 가해지는 압력을 감지하며 물체가 센서를 누르면 내부 전극 사이의 간격과 전기적 특성이 달라지는 원리로 접촉 상태를 확인하는 방식이다. 로봇 조종은 손가락 움직임에 따라 전기저항이 달라지는 신축성 센서 패치를 사용했다. 손가락을 굽혀 패치가 늘어나면 내부의 탄소 나노튜브의 전도 경로가 변해 저항 신호가 달라지는데 이 신호를 전진, 좌회전, 우회전, 물체 집기 네 가지 명령으로 구분하고 블루투스로 비틀봇에 전달해 해당 동작을 수행하도록 했다. 사용자는 로봇 탑재 소형 카메라로 주변 영상을 확인하고 집게의 압력 센서가 보내는 정보로 물체와 접촉 상태를 살필 수 있다. 이를 바탕으로 다음 동작을 결정해 손가락 움직임으로 명령을 보낸다. 사용자 명령이 로봇에 전달되고 로봇 감지 정보가 다시 사용자에게 돌아오는 양방향 피드백을 구현한 것이다. 연구팀은 비틀봇이 장애물을 피해 목표 물체에 접근하고 물체를 잡아 운반하는 작업을 시연했다. 이번에 개발된 소프트 로봇 기술은 사람이 접근하기 어려운 공간에서 주변 상황을 확인하고 작은 물체를 회수하는 환경 탐사, 산업 설비 점검 등에 활용되는 원격 작업용 소프트 로봇 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다. 제1저자로 참여한 김인호 성균관대 교수는 “이번 연구는 로봇이 감지한 정보를 사용자의 다음 동작으로 연결하는 양방향 피드백을 구현했다는 점이 특징”이라며 “인공 근육의 구동 속도와 에너지 효율을 높이고 감각 정보를 활용한 제어 기술을 고도화해 다양한 환경에서 작업할 수 있는 소프트 로봇으로 발전시킬 계획”이라고 말했다.

비만은 만병의 근원이다. 비만은 대사증후군, 고혈압, 당뇨 같은 만성 질환의 위험성을 높일 뿐 아니라 장기적으로 심혈관 질환이나 암 위험도를 높여 심각한 합병증이나 조기 사망 위험도를 높일 수 있다. 비만은 혈당이나 혈압을 올릴 뿐 아니라 만성 염증을 유발해 신체 여러 장기와 조직에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그런데 왜 뚱뚱하면 만성 염증이 생길까? 최근 과학자들은 그 이유 중 하나로 지방 세포의 철사멸(ferroptosis·철 의존성 세포괴사)에 주목하고 있다. 이탈리아 포지아 지방 보건 당국, 이탈리아 카탄자로 마그나 그라에시아 대학교와 시에나 대학교, 미국 템플 대학교 산하 스바르로 건강 연구 기관(SHRO) 소속 공동 연구팀은 지방세포에서 철사멸에 대한 최신 연구 자료를 종합한 리뷰 논문을 발표했다. 이들은 국제 분자 과학 저널에 발표한 논문에서 지방세포가 과도한 양의 지방을 축적하는 경우 철사멸이 잘 생기는 기전을 검토했다. 지방세포는 본래 지방을 저장하는 세포이긴 하나 과도한 양의 지방을 저장하는 경우 스트레스를 받아 철이 비정상적으로 축적된다. 이 상태에서 산화에 취약한 다불포화지방산(PUFA)까지 세포막에 과도하게 축적되면 세포막 손상 가능성이 커지면서 지방세포가 철사멸로 파괴될 가능성이 커진다. 물론 인체의 세포는 정해진 수명에 따라 끊임없이 죽고 새로 생성되는 것이 일반적이나 과도한 지방이 축적된 스트레스 상황에서는 지방세포들이 철사멸을 일으키면서 염증 반응을 유발한다. 손상된 지방세포가 철사멸로 죽는 과정에서 염증 신호 물질을 분비하면 이를 처리하기 위해 대식세포가 달려와 더 많은 염증 물질을 분비하는데, 이것이 주변 지방세포에 더 많은 스트레스를 주고 결국 연쇄적인 철사멸을 유발하게 되는 것이다. 이렇게 염증 반응이 증폭되면 여기서 각종 염증 매개 물질들이 흘러나와 지방조직뿐 아니라 인체 전반에 만성 염증을 유발하고 인슐린 저항성을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 본래는 감염이나 물리적 충격으로 죽은 세포를 처리하는 정상적인 면역 시스템이 과도한 지방 축적이라는 스트레스 상황에서 오히려 몸을 해치는 방향으로 자극하는 셈이다. 연구팀은 커큐민, 레스베라트롤, 퀘르세틴처럼 철사멸 과정을 억제하는 것으로 알려진 물질들이 존재하긴 하나 아직은 증거가 제한적이라서 치료제 개발을 위해서는 추가 연구가 필요하다고 지적했다. 따라서 현재 단계에서 비만으로 인한 만성 염증을 억제할 수 있는 가장 좋은 방법은 비만 자체를 없애는 것이다. 규칙적인 운동과 적절한 식단으로 체중을 조절하는 것이 가장 좋은 방법이며, 그래도 안 될 때는 전문가의 도움을 받는 것이 권장된다. 내 몸의 만성 염증을 가라앉히기 위해서는 원인을 없애는 것이 가장 좋은 방법이다.

국내 연구팀이 비만이 되면 지방조직 내 염증은 키우고 열 생산은 억누르는 단백질 신호가 강해진다는 사실을 밝혀내 눈길을 끈다. 서울대 약대, 수의과대, 동국대 약대, 고려대 구로병원, 덴마크 코펜하겐대 공동 연구팀은 지방세포 속 ‘Gα12/13’ 단백질이 비만 지방조직의 염증과 에너지 대사를 동시에 조절한다는 사실을 규명했다고 13일 밝혔다. 이번 연구는 단순히 식욕을 줄이는 방식의 기존 비만 치료제와는 달리 지방조직 자체를 정상화하는 치료 전략의 실마리가 될 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 현재 사용되는 비만 치료제는 주로 식욕을 억제하고 포만감을 높이는 방식이다. 그렇지만 치료를 멈추면 체중이 다시 늘어나는 요요 현상이 흔해 효과를 유지하기 위해서는 장기간 약을 사용해야 한다는 단점이 있다. 사실 지방조직은 단순히 남는 에너지를 쌓아두는 창고가 아니라 호르몬을 분비하고 면역 반응을 조절하는 내분비 기관으로 봐야 한다는 연구들이 늘고 있다. 비만이 되면 지방조직에 면역세포가 몰려들고 만성 염증이 생기면서 조직 구조와 기능이 나쁜 방향으로 바뀐다. 이에 연구팀은 G단백질 연결 수용체 신호에 주목했다. 이것은 세포 표면에서 호르몬이나 신경전달물질 같은 바깥 신호를 받아 세포 안으로 전달하는 수용체로 신호를 실어 나르는 G단백질과 짝을 이뤄 작동한다. G단백질 중에 Gα12와 Gα13(Gα12/13)은 ‘Rho/ROCK’ 경로를 통해 세포골격을 재구성하고 유전자 발현을 조절하며 인슐린 반응과 에너지 대사에도 관여하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 비만하거나 고지방 먹이를 먹인 생쥐의 지방조직에서 Gα12와 Gα13 발현이 늘어난다는 사실을 확인했다. 사람의 지방조직에서도 두 유전자의 발현량은 체질량지수(BMI)가 높을수록 함께 높아지는 것으로 나타났다. 연구팀은 지방세포에서만 Gα13을 없앤 생쥐, 몸 전체에서 Gα12를 없앤 생쥐, 그리고 이 둘을 교배해 두 단백질을 모두 없앤 ‘이중 결손’ 생쥐 등 세 종류의 생쥐를 만들었다. 연구팀은 이 생쥐들에게 고지방 먹이를 주고 비만과 대사 이상 변화를 비교했다. 그 결과, Gα12나 Gα13 가운데 하나만 없어도 지방조직 염증은 눈에 띄게 줄었다. 염증을 일으키는 신호가 약해졌고 세포가 염증 물질을 터뜨리며 죽는 ‘파이롭토시스’(염증성 세포사멸)도 줄었다. 지방조직에 모인 대식세포는 염증을 부추기는 성질에서 염증을 가라앉히는 성질로 바뀌었다. 이는 지방조직과 간에 쌓이는 중성지방을 줄이고 혈당을 처리하는 능력, 인슐린 감수성을 높이는 등 몸 전체의 대사 개선으로 이어졌다. 두 단백질을 모두 없앤 생쥐에게서는 효과가 더 컸다. 항염증 효과는 그대로 유지되면서 지방조직으로 스며드는 T림프구가 더 줄었고 지방세포가 열을 내며 에너지를 태우는 신호가 강해졌다. 연구팀에 따르면 Gα12/13은 체내 열 생산 효율을 떨어뜨리는 브레이크 역할을 한다. Gα12/13을 제거하면 열 생산 단백질의 발현, 세포의 발전소인 미토콘드리아의 생성, 지방산 산화, 흰색 지방이 갈색 지방처럼 바뀌는 ‘갈색지방화’ 관련 유전자 발현이 모두 늘어난다는 것이다. 산소 소비량과 전신 에너지 소비량도 함께 증가했다. 이윤희 서울대 약대 교수는 “이번 연구는 Gα12/13 경로를 표적으로 삼으면 지방조직의 유익한 재구성을 촉진할 수 있고 비만 관련 대사질환의 유망한 치료 전략이 될 수 있음을 보여준다”며 “식욕을 다스리는 기존 치료제와 작용 방식이 다른 만큼 지방조직의 염증과 에너지 대사를 동시에 공략하는 보완적 치료 표적을 찾는 데 기반이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

나이가 들면서 소리가 잘 들리지 않는 현상을 단순한 자연스러운 노화 과정으로 치부하기 쉽다. 그러나 최근 의학계에서는 난청이 단순히 ‘듣는 문제’에 그치지 않고, 뇌의 인지기능을 저하시켜 치매 발생 위험을 크게 높이는 주요 원인이라는 연구 결과가 잇따라 발표되고 있다. 미국 존스홉킨스대학교 연구팀이 성인 639명을 12년간 추적 관찰한 연구에 따르면, 난청의 정도가 심해질수록 치매 발생 위험이 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 경도 난청의 경우 치매 위험이 약 1.9배 높아졌으며, 중등도 난청은 약 3배, 고도 난청은 약 4.9배까지 치매 위험이 급증했다. 또한 미국 의사협회 이비인후과-두경부외과학 학술지(JAMA Otolaryngology-Head ＆ Neck Surgery)에 게재된 연구에 의하면, 청력검사로 확인된 난청이 8년간 새로 발생한 치매 사례 중 약 32%에 기여한 것으로 보고됐다. 고령층에서 나타나는 인지장애의 상당 부분이 청력 손실과 직접적인 연관이 있음을 보여주는 대목이다. 난청과 인지기능 저하의 핵심 원인은 ‘청각 자극 감소’에 있다. 대화할 때 우리의 뇌는 상대방의 말소리를 듣고 이해하며, 적절한 대답을 구성하는 복합적인 활동을 수행한다. 그러나 난청으로 인해 뇌로 전달되는 청각 자극이 부족해지면, 청력을 담당하는 뇌 영역의 활용도가 떨어지면서 해당 부위의 부피가 줄어들고 기능 퇴화가 촉진된다. 의학 전문가들은 보청기를 활용한 적절한 청각 재활이 이러한 위험을 효과적으로 낮출 수 있다고 본다. 이비인후과 전문의 김성근 원장(김성근이비인후과)은 “고령자의 난청과 인지기능 사이의 관계를 다룬 여러 임상 사례와 연구 결과에 따르면 보청기 착용과 같은 적절한 청각 재활이 청력 관리뿐 아니라 인지장애 예방에 도움이 될 수 있음이 밝혀졌다”고 설명했다. 실제로 미국 의사협회 신경학 학술지(JAMA Neurology)에 게재된 20년 장기 추적 연구에 따르면, 난청이 있더라도 보청기를 적극적으로 사용한 이들은 사용하지 않은 이들에 비해 치매 발생 위험이 약 61% 낮았다. 김 원장은 “보청기 착용과 같은 청각 재활을 통해 주변 소리를 다시금 잘 듣는다면 청력과 관련된 뇌 기능을 회복하고 인지기능을 관리하는 데 도움을 받을 수 있다”고 덧붙였다. 이처럼 보청기를 통한 청력 관리의 중요성이 강조되고 있음에도 불구하고, 국내의 보청기 사용률은 여전히 저조한 편이다. 국가별 보청기 착용률 통계에 따르면 보청기가 필요한 국내 난청인 중 실제로 보청기를 쓰는 비율은 12.6%에 불과했다. 난청을 단순 노화로 여겨 방치하거나, 보청기 착용에 대한 거부감으로 치료 시기를 놓치는 경우가 많기 때문이다. 고령의 가족에게서 대화 중 말을 잘 알아듣지 못하거나 TV 소리를 지나치게 크게 키우는 등 난청 의심 증상이 보인다면, 이비인후과를 찾아 전문적인 청력검사를 받고 개개인의 상태에 맞는 청각 재활 방안을 모색해야 한다. 보청기는 단순히 주변 소리를 증폭하는 것에 그치지 않고, 외부 소리를 정밀하게 분석해 착용자가 듣지 못하는 소리는 선별적으로 키우고 큰 소리는 줄여주는 조율 메커니즘을 갖추고 있다. 이러한 기능이 말소리 이해를 돕고 대화 중 활성화되는 뇌 영역의 퇴화를 막아준다. 보청기의 인지기능 재활 효과를 극대화하기 위해서는 가정 내에서의 대화 습관도 중요하다. 단순히 단답형으로 끝나는 질문보다는 뇌를 자극할 수 있는 구체적인 대화를 유도하는 것이 좋다. 예컨대 “옛날에 여행 갔었죠?”라는 질문보다는 “예전에 가족들과 갔을 때가 언제였죠?”, “어떻게 이동했나요? 비행기를 탔나요, 배를 탔나요?”와 같이 ‘언제, 어디서, 어떻게’를 떠올리게 하는 질문이 연상 작용과 문장 구성 연습을 도와 효과적인 인지 훈련이 된다. 착용 초기에는 조용한 환경에서 얼굴을 마주 보고 대화하다가, 적응 기간이 지나면 점차 소음이 있는 환경으로 대화 연습을 넓혀가는 것이 바람직하다. 마지막으로 보청기는 한 번 구매해 맞추고 끝나는 기기가 아닌 지속적인 관리가 필요한 의료기기다. 사용자의 귀 상태, 주변 소리 환경, 소리 선호도에 맞춰 정밀하게 조율(fitting)되어야 하기 때문이다. 김성근 원장은 “보청기를 처음 알아본다면 이비인후과에서 귀와 청력 상태를 정확히 확인한 후 맞춤 보청기를 처방받고 청각사로부터 잘 조절받아야 한다”며 “이후에도 정기적인 귀·청력 검사와 보청기 피팅이 지속적으로 이뤄져야 만족스러운 보청기 효과를 누릴 수 있다”고 강조했다.

폐경은 서서히 찾아오는 노화 과정이 아니라 여성 온몸의 생리 지표가 한꺼번에 뚝 꺾이는 ‘절벽’ 같은 사건이라는 분석이 나왔다. 게다가 성호르몬 이상 신호는 폐경보다 약 10년 정도 앞서 시작되는 것으로 조사됐다. 이스라엘 바이츠만 과학연구소 분자세포생물학 연구부, 면역학 및 재생 생물학 연구부, 카플란 메디컬 센터 산부인과, 클라릿 건강보험, 헬렌 슈나이더 여성 병원 공동 연구팀은 미국과 이스라엘 여성 약 100만 명의 임상검사 결과 3억 건 이상을 분석해 이 같은 결과를 얻었다. 이번 연구 결과는 의학 분야 국제 학술지 ‘네이처 메디슨’ 10월 13일 자에 실렸다. 폐경은 여성 난소의 난포가 고갈되면서 월경이 영구적으로 끝나는 현상이다. 성호르몬 수용체는 뇌, 혈관, 뼈, 간 등 거의 모든 조직에 있어 폐경 영향은 생식 기능을 넘어선다. 그동안 폐경 연구는 미국의 ‘SWAN’ 같은 장기 추적 연구가 이끌어 왔다. 하지만 참가자 수와 검사 항목이 적었고 대규모 의료 데이터에는 마지막 월경 날짜가 거의 기록돼 있지 않아 정밀한 분석이 어려웠다. 연구팀은 천문학에서 천체 사진을 선명하게 복원할 때 사용하는 ‘디컨볼루션’(역합성곱) 기법에서 아이디어를 얻었다. 사람마다 폐경 나이가 다르기 때문에 나이별 평균 검사값에서 폐경 연령 분포의 영향을 수학적으로 걷어내 마지막 월경을 기준으로 한 시간표를 복원하는 방식이다. 연구팀은 1999~2022년 미국 국민건강영양조사(NHANES) 자료와 2004~2024년 이스라엘 인구 절반 정도가 가입한 건강보험기관 클라릿의 자료를 활용했다. 그 결과 미국 자료의 검사 항목 90개 중 52개에서 폐경 시점에 수치가 급변하는 현상이 확인됐다. 에스트라디올, 난포자극호르몬(FSH) 같은 성호르몬은 물론 골밀도, 간 수치, 콜레스테롤 등 혈중 지질, 신장 기능, 혈액 삼투압까지 거의 모든 신체 시스템이 영향을 받았다. 이런 결과는 미국과 이스라엘 자료 모두에서 비슷하게 나타났다. 같은 방식으로 분석한 남성에게서는 이런 변화가 나타나지 않았다. 연구팀에 따르면 변화 크기는 장기마다 에스트로겐에 얼마나 민감한지에 따라 달라진다. 뼈는 에스트로겐 영향에 특히 민감하고, 지질 대사 중심인 간이 그 뒤를 이었다. 혈액 삼투압은 에스트로겐이 민감도를 조절하는 항이뇨호르몬(바소프레신)의 지배를 받는다. 혈중 납 농도도 폐경과 함께 증가했는데 이는 뼈에 쌓여 있던 납이 빠져나온 탓으로 추정했다. 폐경으로 인한 변화는 대부분 질병 위험이 커지는 방향이었다. 대신 월경 출혈이 멈추면서 빈혈은 오히려 줄었다. 체내 철 저장량을 보여주는 페리틴 수치는 폐경 시점에 크게 상승했다. 폐경 뒤 골다공증 유병률은 같은 나이대 남성보다 훨씬 가파르게 올랐고 심근경색과 뇌졸중도 증가 속도가 빨라졌다. 우울과 수면 문제는 폐경 직후 일시적으로 높아졌다. 폐경 이듬해 중등도 이상 우울 비율은 19%로 이후 24년간의 11%보다 높았다. 성호르몬의 변화는 훨씬 일찍 시작됐다. 항뮐러관호르몬(AMH)은 마지막 월경 약 15년 전, FSH는 약 14년 전, 에스트라디올은 약 12년 전부터 변화 속도가 빨라졌다. 에스트라디올과 FSH는 기존 연구에서 알려진 시점보다 7년가량 이른 것으로 확인됐다. 또 폐경 전 10년 동안 호르몬 수치의 개인 간 편차가 점점 커졌는데 이는 폐경 이행기 후반에 성호르몬이 크게 요동치고 월경 주기가 불규칙해지는 현상과 들어맞는다. 폐경 호르몬 요법을 받는 여성에게서는 이 같은 급변이 눈에 띄게 줄었으며 특히 뼈와 간, 신장 지표에서는 폐경 전 추세가 완만하게 이어지는 모습이었다. 유리 알론 바이츠만 과학연구소 교수는 “이번 연구로 변화를 감지하고 예방적 관리를 시작할 수 있는 시점이 폐경 10년 가까이 전으로 앞당겨졌다”며 “이번 분석법은 사춘기, 임신, 질병 발병처럼 시점을 정확히 알기 어려운 다른 생애 전환기 연구에도 사용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

과학기술의 발달로 다양한 암 치료 방법이 개발되면서 암 생존율은 높아지고 있는 추세다. 그러나 암 전이는 암 치료, 소위 완치를 향해 가는 길의 가장 큰 걸림돌이다. 다양한 요인이 있지만 종양이 커지면서 내부에 쌓이는 압력이 암세포 전이에 관여한다고 알려졌지만 살아 있는 종양 내부 압력을 관찰하기가 쉽지 않았다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단, 미국 샌프란시스코 캘리포니아대(UCSF) 공동 연구팀은 자기공명영상(MRI)으로 종양 내부 압력을 처음으로 측정해 암 전이 가능성을 가진 세포 위치를 밀리미터(㎜)보다 작은 해상도로 미리 알아낼 수 있는 ‘엠큐브 센서’를 개발했다고 12일 밝혔다. 이 연구 결과는 나노과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 실렸다. 기존에는 암 조직에 가해지는 압력을 확인하기 위해 주로 빛을 이용한 센서나 현미경을 사용했다. 그러나 이런 방법으로는 빛이 잘 도달하지 않는 깊은 곳이나 살아 있는 동물의 종양을 오랜 시간 관찰하기는 쉽지 않았다. 그래서 연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 MRI로 종양 내부 특정 부위에 가해지는 압력 변화를 장기간 관찰하는 기술을 개발했다. 연구팀이 개발한 엠큐브 센서는 신체에 안전한 알지네이트 하이드로젤 안에 작은 자성 나노입자를 넣은 구조다. 알지네이트 하이드로젤은 해조류에서 유래한 물질을 이용한 수분 함유 고분자 소재로 생체적합성과 높은 수분 보유력, 구조 조절성이 좋아 상처 드레싱, 경구 약물 전달체, 세포 배양 지지체, 웨어러블 바이오센서 등에 활용된다. 외부 압력을 받은 하이드로젤이 수축하면 자성 나노입자 주변 물 분자 환경이 달라지면서 MRI 신호가 변한다. 연구팀은 이 원리를 이용해 종양 특성을 모사한 3차원 세포 배양체인 종양 오가노이드와 동물 실험으로 종양 내부 압력 스트레스 변화에 따른 암세포 반응을 추적했다. 그 결과, 암에 축적된 스트레스 변화 속도가 암세포 전이 변화에 영향을 줄 수 있다는 것을 발견했다. 암세포에 가해지는 압력이 천천히 증가할 때는 암세포에 뚜렷한 변화가 나타나지 않았지만 급격한 압력 스트레스 증가에 노출된 암세포에서는 생리적 불균형 상태인 산화 스트레스가 강하게 발생했고 물리적 자극에 반응하는 YAP/TAZ 유전자 발현이 증가했다. 또 세포 간 연결이 느슨해지고 이동성과 침습성이 높아지는 상피-간엽 형질전환(EMT) 과정이 촉진됐다. EMT는 암세포가 원래 조직에서 떨어져 나와 다른 장기로 퍼지는 전이 과정에 관여하는 핵심 원리 중 하나다. 연구팀은 이를 통해 종양 내부에 압력이 급격히 쌓이면 암세포가 전이에 유리한 성질을 갖게 될 수 있음을 규명하고 암 전이의 새로운 기전을 제시했다. 연구를 이끈 천진우 IBS 단장은 “이번 연구는 살아 있는 종양의 ‘보이지 않는 힘’을 MRI로 추적하고 암세포에 작용하는 이런 압력 스트레스 변화가 전이 성향과 밀접하게 연결돼 있음을 밝혀냈다는 점에 의미가 크다”며 “엠큐브 센서는 암 전이뿐 아니라 조직 재생, 염증, 섬유화 등 다양한 생명 현상에서 물리적 힘이 어떤 역할을 하는지 밝히는 데 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

경기도의회 여성가족평생교육위원회 소속 최순자 의원(더불어민주당, 비례)은 지난 11일 자신이 회장으로 활동 중인 의원연구단체 ‘경기육아정책연구’의 연구용역팀(책임연구원 숭실대학교 김상옥 교수)과 자리를 함께하고, 영유아의 발달 과정과 경기도형 부모교육 정책 전반에 관한 심도 있는 의견을 나눴다. 이번 만남은 현재 연구과제로 추진을 앞두고 있는 ‘경기도 아동 최적 발달 지원을 위한 정책방안 연구’의 전반적인 추진 방향을 더욱 구체적으로 다듬기 위해 마련된 자리였다. 최 의원은 “우리 사회가 지속 가능해지려면 아이들이 발달 과정에서 부모의 사랑과 관심을 충분히 받으며 자라야 한다”라며 “생후 3년 영아기는 인간 발달의 결정적 시기인 만큼, 이번 연구가 아이의 발달을 기준으로 경기도 육아정책 전반을 다시 들여다보는 계기가 돼야 한다”고 강조했다. 경기도형 부모교육과 관련해서는 “부모가 달라지면 아이가 달라진다”라며 ▲혼인·출생신고 등 생애 계기와 연계한 부모교육 ▲맞벌이·한부모 가정도 닿을 수 있는 전달체계 ▲발달 전문성에 기반한 교육 내용 표준화와 강사 질 관리 등을 연구에 담아 달라고 김 교수에게 당부했다. 최 의원은 “화려한 구호보다 아이들의 삶이 실제로 나아지는 정책으로 평가받겠다”며 “연구 결과를 토론회와 보고회를 통해 도민과 공유하고 경기 보육 정책에 반영되도록 힘쓰겠다”라고 전하며 회의를 마무리했다.

많은 사람이 간 질환은 주로 알코올 섭취로 인해 생긴다고 알고 있지만 최근에는 비알코올성 지방간(대사이상 지방간질환) 환자들도 늘어나고 있는 추세다. 실제로 전 세계적으로 지난 30년 동안 대사이상 지방간질환 환자는 성인 4명 중 1명꼴에서 3명 중 1명 이상으로 늘어났다. 건강보험심사평가원 국민관심질병 통계 등에 따르면 2018년 31만 8000여명에서 2022년 40만 7000여명으로 5년 새 40% 넘게 증가했다. 최근에는 알코올성 지방간질환자보다 비알코올성 지방간질환자가 더 많은 추세를 보이고 있다. 대사이상 지방간질환의 증가 원인은 비만, 당뇨, 고지혈증 같은 대사질환의 확산과 맞물려 있다. 고열량·고당분 위주의 서구화된 식습관으로 섭취 열량은 늘었지만 몸을 움직일 기회는 줄어 쓰고 남은 에너지가 간에 지방으로 쌓이면서 생기는 것이다. 그래서 간 건강이 걱정된다면 늦은 밤 라면, 과자, 치킨 같은 야식의 유혹을 과감하게 뿌리칠 수 있어야 한다는 지적이 나왔다. 미국 오리건 보건과학대 소화기·간장학(Hepatology)과, 간호학부, 매사추세츠 종합병원 소화기과, 임상·중개역학과 공동 연구팀은 저녁 식사 이후나 잠자리에 들기 직전에 음식을 먹는 ‘야간 섭식’ 행위가 대사이상 관련 지방간질환과 간경변증 위험이 높다고 12일 밝혔다. 이 연구 결과는 ‘임상 소화기학 및 간장학 저널’ 10월 9일 자에 실렸다. 야식은 앞서 많은 연구에서 심장질환, 비만과 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 야식 습관이 간에 미치는 영향에 집중했다. 연구팀은 야간 교대근무자들이 24시간을 주기로 하는 일주기와 생활이 어긋나는 문제를 겪고 비만, 심장질환 발생률이 높다는 점에 주목했다. 간은 24시간을 주기로 돌아가는 인체 일주기 리듬에 정교하게 맞춰 있는 장기이기 때문에 사람들이 먹는 음식을 바꾸거나 식사 시간을 바꾸는 것만으로도 건강에 변화를 줄 수 있을 것으로 연구팀은 예상했다. 이에 연구팀은 간호사 건강연구(NHS), 간호사 건강연구Ⅱ(NHS Ⅱ), 의료전문가 추적연구 등 미국 전국 단위 대규모 데이터 3가지를 분석했다. 연구팀은 세 연구에 참여한 약 20만명이 응답한 식습관, 생활습관 자료를 추출해 섭식 행동에 따라 집단을 나눈 뒤 지방간질환이나 간경변증이 있다고 보고한 사람들과의 상관관계를 분석했다. 그 결과, 야식을 한다고 응답한 집단은 그렇지 않은 집단보다 모든 형태의 간질환 위험이 20~30% 높았다. 체내 생체시계가 잠을 재촉하는 밤 시간에 음식을 먹으면 몸이 음식을 효율적으로 대사하는 능력이 떨어지고 결국 비만과 당뇨, 그리고 간 건강 악화로 이어질 수 있다. 연구팀은 분석에 앞서 진행한 동물모델 실험에서 간은 식사 시간과 수면 시간의 엇박자에 가장 취약한 장기 중 하나라는 사실을 밝혀냈다. 연구를 이끈 앤드루 맥힐 오리건 보건과학대 교수는 “수면이든 식사든 운동이든 행동의 타이밍이 정말 중요하다는 사실”이라며 “이번 연구는 늦은 저녁 식사 패턴이 대사 건강과 간 건강에 좋지 않은 결과와 관련 있다는 점을 보여주는 것으로 잠들기 몇 시간 전까지만 칼로리 섭취를 제한하는 것만으로도 간 건강에 상당히 도움이 될 수 있다”고 설명했다.

전 세계 암 사망 원인 1위를 차지하는 폐암은 오랫동안 ‘담배’가 주범으로 지목되어 왔다. 그러나 담배를 전혀 피우지 않는 비흡연자나 30~40대 젊은 층에서 폐암이 발병하는 사례가 늘면서 환경적 요인만으로는 설명하기 어려운 유전적 소인에 대한 궁금증이 커져 왔다. 이런 가운데 국내 연구진이 대규모 메타분석을 통해 폐암 발병에 영향을 미치는 유전적 원인을 체계적으로 규명해냈다. 서울대병원 영상의학과 이지영·구진모 교수, 임상유전체의학과 김시현 교수, 심장혈관흉부외과 나권중 교수 및 내셔널 주이시 헬스 영상의학과 윤순호 교수 공동 연구팀은 폐암 관련 전 세계 연구 28개를 종합 분석한 결과를 12일 발표했다. 연구팀은 유전적으로 전달되는 ‘생식세포 병원성 변이(Pathogenic Germline Variants)’의 유병률과 관련 위험 요인을 다각도로 분석했다. 분석 결과, 전체 폐암 환자의 7.9%에서 암 발병에 관여할 수 있는 유전적 소인이 확인됐다. 폐암 환자 100명 중 약 8명은 타고난 유전적 변이가 암 발병의 주요한 원인 중 하나로 작용했다는 의미다. 특히 임상적 특성에 따라 암 발병 위험도가 높은 ‘고위험군’을 선별해 분석했을 때 유전적 소인의 영향력은 더욱 압도적이었다. 폐암 가족력이 있거나 젊은 나이에 발병한 경우, 혹은 여러 암이 동시에 또는 시차를 두고 발생하는 다발성 원발성 폐암 환자 등의 고위험군에서는 생식세포 병원성 변이 유병률이 32.3%에 달했다. 이는 별도로 선별되지 않은 일반 폐암 환자군(4.7%)과 비교했을 때 7배에 가까운 수치다. 가장 흔하게 발견된 유전자 변이는 손상된 DNA를 복구하는 역할을 하는 유전자들이었다. 유전자별 유병률은 BRCA2가 0.96%로 가장 높았으며, 이어 ATM(0.67%), TP53(0.57%), CHEK2(0.49%), BRCA1(0.48%) 순으로 나타났다. 통상 유방암이나 난소암의 주요 원인으로 잘 알려진 BRCA 유전자 등이 폐암 발병에도 깊게 관여하고 있음이 통계적으로 입증된 셈이다. 인종 및 임상적 특성에 따른 차이도 관찰됐다. 전체 유병률에서는 인종 간 현저한 차이가 없었으나, 주요 DNA 손상 복구 유전자 변이의 경우 동아시아인보다 비아시아인 및 혼합 인종 집단에서 더 빈번하게 조사됐다. 또한 분석 대상 환자군의 평균 연령이 낮을수록, 검사 대상 유전자 수가 많을수록 병원성 변이가 발견될 확률이 높은 경향을 보였다. 김시현 교수는 “유방암과 난소암에서는 BRCA 유전자 변이 등 유전적 소인이 잘 확립되어 있던 반면, 폐암은 유전적 특성 분석이 상대적으로 부족했다”며 “이번 연구는 기존 연구를 종합해 폐암의 유전적 지도와 위험 인자를 체계적으로 제시했다는 점에서 중요한 학술적 의미가 있다”고 설명했다. 이지영 교수는 “가족력이나 젊은 발병 연령 등 고위험 특성을 가진 폐암 환자에서 생식세포 변이 유병률이 눈에 띄게 높았다”며 “이번 연구 결과는 고위험군 환자를 대상으로 한 맞춤형 유전 평가 도입의 당위성을 제시하며, 나아가 환자 본인은 물론 가족들의 암 예방과 조기 진단 전략 수립에 실질적인 도움을 줄 수 있을 것”이라고 강조했다. 한편, 폐암의 유전적 패러다임을 바꿀 기초 자료로 평가받는 이번 연구 결과는 국제적으로 저명한 학술지인 ‘흉부종양학회지(Journal of Thoracic Oncology, 피인용지수 23.3)’ 온라인판에 최신호로 게재됐다.

알포트 증후군은 체내 4형 콜라겐을 생성하는 유전자 변이로 발생하는 대표적인 유전성 콩팥질환이다. 초기에는 미세 혈뇨로 시작해 점차 단백뇨와 콩팥 기능 저하로 진행되며, 비교적 이른 나이에 말기신부전에 이를 위험이 크다. 콩팥 외에도 청력 감퇴(난청)나 시력 이상을 동반하는 특징이 있다. 과거 알포트 증후군은 인구 5만 명당 1명꼴로 발생하는 희귀질환으로 알려졌다. 하지만 최근 유전체 연구에 따르면 중증으로 진행할 수 있는 고위험 유전자 변이 보유자가 약 2500명당 1명꼴로 추정되어 기존보다 약 20배 이상 흔한 것으로 나타났다. 이런 가운데 원인을 알 수 없는 혈뇨나 단백뇨가 지속되고 가족 중 콩팥병이나 난청 환자가 있다면 유전성 콩팥질환인 ‘알포트 증후군’을 의심하고 조기 검사를 받아야 한다는 연구 결과가 나왔다. 국내 알포트 증후군 환자 대다수가 진단 사각지대에 놓여 있어 적극적인 진단 체계 마련이 시급하다는 지적이다. 세브란스 어린이병원 소아신장과 박평강·이금화 교수 연구팀은 국민건강보험공단 및 건강보험심사평가원의 빅데이터를 분석해 국내 알포트 증후군의 유병 현황과 진단 전후 치료 양상을 종합적으로 확인했다고 12일 밝혔다. 이번 연구 결과는 대한신장학회 공식 국제학술지 ‘신장 연구와 임상 실제(Kidney Research and Clinical Practice)’에 게재됐다. 연구팀은 2014년부터 2023년까지 희귀질환 산정특례에 등록된 국내 알포트 증후군 환자를 분석한 결과, 2023년 기준 실제 등록 환자는 약 800명에 불과했다. 유전체 분석 데이터로 추산한 국내 관련 유전자 변이 보유자(약 2만 6000명) 및 중증 위험군(약 8800명)과 비교하면, 실제 진단받아 등록된 환자는 전체 추정 대상자의 32분의 1(약 3%) 수준에 머물러 있는 셈이다. 이처럼 진단율이 저조한 이유는 초기 증상이 다른 흔한 콩팥질환과 비슷해 오인되기 쉽기 때문이다. 실제로 진단받기 전 환자의 약 30%는 면역 매개성 사구체신염 등으로 잘못 분류되어 있었으며, 이로 인해 적절한 알포트 증후군 맞춤 치료를 제때 받지 못한 것으로 조사됐다. 박평강 교수는 “알포트 증후군은 알려진 것보다 훨씬 흔한 질환임에도 여전히 많은 환자가 정확한 진단을 받지 못하는 사각지대에 있다”며 “이유 없이 혈뇨나 단백뇨가 지속되면서 가족 중 콩팥병이나 난청 환자가 있다면 유전성 콩팥질환 가능성을 꼭 확인해 봐야 한다”고 강조했다. 이금화 교수 역시 “특히 학교 소변검사 등에서 이상 소견이 발견된 소아·청소년 중 가족력이나 소변 이상 이력이 있다면 미루지 말고 적극적으로 소아신장 전문의를 찾아 진료를 받는 것이 무엇보다 중요하다”고 당부했다.

직장에서 실수는 누구나 한다. 그런데 같은 실수를 해도 그 무게를 느끼는 정도는 사람마다, 그리고 일하는 환경마다 다르다. 이런 상황에서 영국 런던정치경제대학(LSE) 심리·행동과학과 연구팀은 남성이 대부분인 팀이나 회사에서 일하는 여성일수록 실수를 털어놓기 어려워하고 실수를 배움의 기회로 여기는 경향도 약하다고 11일 밝혔다. 이 연구 결과는 심리학 분야 국제 학술지 ‘최신 조직 심리학’ 10월 8일 자에 실렸다. 금융업은 오랫동안 남성이 많은 분야로 꼽혀 왔다. 작은 실수 하나가 큰 손실로 이어질 수 있어 압박감도 크다. 유럽 주요 금융사 임원 가운데 여성은 아직 20%가 안 되는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 이런 환경에서 남성과 여성이 자기 실수를 어떻게 받아들이는지 알아보려 했다. 연구팀은 영국 금융권 여성 단체 ‘은행·금융 여성’(WIBF)과 함께 금융업 종사자에게 온라인 설문을 보냈다. 응답자 1692명 중 금융업 미종사자를 빼고 1485명을 대상으로 분석했다. 연구팀은 참여자들에게 ‘동료가 일을 다시 해야 하거나 작은 마감을 놓치는 정도의 실수’를 했다고 상상한 뒤 세 가지 질문에 1~7점으로 답하게 했다. 실수를 편하게 말할 수 있는지, 불이익을 받을 것 같은지, 회사가 실수를 배움의 기회로 여기는지 물었다. 또 함께 일하는 사람 가운데 남성 비율도 조사했다. 연구팀은 직급과 업종, 근무 시간의 영향을 걸러낸 뒤 성별과 남성 비율에 따라 점수가 어떻게 달라지는지 분석했다. 분석 결과, 여성은 남성보다 실수를 더 부정적으로 받아들이는 것으로 나타났다. 이런 차이는 남성 비율이 높은 직장일수록 컸다. 남성 비율이 높아질수록 여성의 점수가 점점 낮아지는 경향이 뚜렷했다. 남성이 4분의 3 이상인 팀에서 여성이 ‘실수를 편하게 털어놓을 수 있다’고 답한 점수는 평균 5.46점으로 같은 환경에서 일하는 남성(5.94점)보다 0.48점 낮았다. ‘실수를 배움의 기회로 여긴다’는 점수도 여성은 4.20점으로 남성(4.54점)보다 낮았고 이런 팀에서는 ‘실수는 배움의 기회’라는 데 동의한 여성의 비율은 남성보다 약 8%포인트 낮았다. 반대로 남성 비율이 낮은 직장에서는 여성의 점수가 남성과 비슷하거나 오히려 조금 더 높았다. 남성들의 생각은 직장의 남녀 구성이 달라져도 거의 바뀌지 않았다. 남성이 많은 환경에서는 특히 여성이 실수를 더 무겁게 느낀다는 뜻이다. 연구팀은 이에 대해 남성이 압도적으로 많고 압박이 심한 팀에서는 두려움이나 완벽주의, ‘실수는 절대 안 된다’는 분위기가 자리 잡을 수 있다고 설명했다. 눈길을 끄는 대목은 ‘실수 때문에 불이익을 받을 것 같은가’라는 질문이다. 비슷한 직급과 업무 분야끼리 비교했더니 이 질문에서는 남녀 차이가 없었다. 연구팀은 응답자들이 ‘불이익’을 인사 기록에 남거나 승진에서 밀리는 것 같은 공식적인 처벌로 받아들였기 때문일 수 있다고 봤다. 대신 여성들은 눈에 보이지 않는 불이익을 더 걱정하는 것으로 보인다. 실수 한 번으로 ‘능력이 부족한 사람’으로 찍히거나, 그 실수가 꼬리표처럼 두고두고 따라다닐 수 있다는 걱정이다. 공식적 처분은 같아도 여성은 심리적으로 ‘더 얇은 얼음’ 위에 서 있을 수 있다고 생각한다는 것이다. 심리적 안전감은 팀 안에서 질문을 하거나 실수를 인정해도 창피를 당하거나 벌을 받지 않을 것이라고 믿는 마음이다. 여성이 아주 적은 팀에서는 여성이 눈에 잘 띄기 때문에 작은 실수도 크게 보이기 쉽다. 그래서 남성이 대부분인 팀의 여성들이 이 심리적 안전감을 덜 느낄 수 있다고 연구팀은 분석했다. 실수에서 배우는 과정은 새로운 아이디어와 혁신의 출발점이기 때문에 이 문제는 여성 개인만의 일이 아니다. 이에 대한 해법은 생각보다 간단하다. 연구팀은 남성이 많은 팀을 이끄는 남성 리더가 자신의 실수를 먼저 솔직하게 털어놓으면 팀 분위기를 바꿀 수 있으며 여성들이 소속 팀 안팎에서 실수를 편하게 이야기할 수 있는 동료 모임을 만드는 것도 도움이 된다고 조언했다. 연구를 이끈 그레이스 로던 교수는 “실수할 자유가 고르지 않으면 시간이 지나면서 전문성과 자신감, 승진에서 격차가 생길 수 있다”며 “이는 능력의 차이가 아니라 배울 기회의 차이 때문인 만큼 실수를 너그럽게 받아들이는 문화는 여성뿐 아니라 모두에게 이롭다”고 설명했다.

최근 통계에 따르면 국내 반려동물 인구가 약 1500만 명으로 전체 인구의 약 30%에 이르고 반려견 양육 가구는 약 455만 가구에 이른다. ‘짝이 되는 동무’라는 사전적 의미처럼 일상생활 대부분을 반려견과 함께, 심지어 한 침대에서 잠을 자는 사람들도 많다. 그런데 일반적으로 반려견과 침대를 같이 쓰면 잠을 설친다고 생각하는 이들이 많다. 그런데 그 반대라면? 캐나다 토론토대 인류학과, 토론토 미시소거대 인류학과, 미국 듀크대 진화인류학과 공동 연구팀은 반려견과 함께 자더라도 사람의 수면 시간과 수면 효율에는 변화가 거의 없으며 오히려 한밤중에 먼저 뒤척이는 쪽은 개보다 사람인 경우가 많다고 10일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 10월 8일 자에 실렸다. 개는 하루에도 여러 차례 나눠 자는 수면 패턴을 갖고 있어 밤에 몰아서 자는 사람과는 수면 리듬이 다르다. 이 때문에 개와 사람이 함께 자면 사람의 잠이 방해받는다는 주장이 나오기도 했다. 이에 연구팀은 사람과 반려견이 밤사이 서로 활동에 어떤 영향을 주고받는지 주목했다. 연구팀은 2021년 11~12월 약 4주 동안 캐나다 온타리오주에 사는 성인 25명과 그들이 키우는 반려견 38마리를 관찰했다. 품종에 따른 활동량 차이를 줄이기 위해 2~12살 시베리안 허스키와 알래스칸 맬러뮤트만 참여시켰다. 사람은 손목에, 개는 목줄에 움직임을 1분 단위로 기록하는 활동량 측정기(액티그래피)를 부착했다. 관찰이 끝난 뒤에는 실험 기간 동안 잠의 질을 스스로 평가하는 ‘피츠버그 수면 질 지수’(PSQI) 설문을 진행했다. 참가자 중 개와 항상 한 침대에서 잔다는 사람은 4명, 가끔 함께 잔다는 사람은 10명, 같이 안 잔다는 사람은 11명으로 나타났다. 연구팀은 사람이 잠든 시간대를 기준으로 사람과 개의 움직임을 1분 단위로 맞춘 뒤 한쪽이 움직인 직후 다른 쪽도 따라 움직이는지를 앞뒤 5분 범위에서 비교했다. 두 대상의 활동 상태가 얼마나 함께 변하는지를 -1부터 +1 사이 값으로 나타내는 통계 지표를 활용했다. 분석 결과, 사람들의 평균 수면 시간은 6.23시간, 잠자리에 누워 있던 시간 중 실제로 잔 비율인 수면 효율은 79.3%였다. 0~21점 범위로 점수가 높을수록 잠의 질이 나쁘다는 뜻인 PSQI 평균 점수는 6.84점이었다. 개가 침대에서 자는지, 따로 자는지 등은 측정기로 잰 총 수면 시간과 수면 효율에 통계적으로 의미 있는 영향을 주지 않았다. 개의 밤 활동량 역시 잠자리 위치나 함께 사는 가족 수, 음식 섭취 정도에 따라 달라지지 않았다. 그렇지만 개를 두 마리 이상 키우는 사람은 한 마리만 키우는 사람보다 스스로 느끼는 잠의 질이 더 나쁜 것으로 나타났다. 측정기 기록에서는 차이가 나타나지 않아 객관적 수면과 주관적 느낌이 다른 것으로 확인됐다. 사람과 개의 밤 활동은 서로 연동돼 있었다. 개가 많이 움직인 밤에는 사람도 많이 움직였다. 사람과 개 36쌍을 분석한 결과 22쌍(61%)에서 뚜렷한 연관성이 확인됐다. 이 가운데 사람이 먼저 움직이고 개가 뒤따른 경우가 10쌍(45%)으로 가장 많았고 1분 안에 함께 움직인 경우가 8쌍(36%), 개가 먼저 움직인 경우는 4쌍(18%)으로 나타났다. 개가 먼저 움직인 4쌍도 모두 개가 침대 밖에서 자는 경우였다. 이는 개가 주인의 잠을 깨운다고 본 기존 연구와는 반대되는 결과로 실제로도 참가자의 84~88%가 개 짖는 소리나 움직이는 소리 때문에 깬 것은 아니라고 답했다. 진화인류학자로 이번 연구를 이끈 데이빗 샘슨 캐나다 토론토 미시소거대 교수는 “이번 연구는 개가 사람 잠에 미치는 영향만 주로 살폈던 기존 연구와 달리 양방향 영향을 1분 단위로 추적하고 품종 차이까지 통제했다는 데 의미가 있다”며 “사람과 개는 최소 1만 5000년 동안 함께 진화하며 서로의 몸짓과 감정을 읽는 능력을 키워 온 만큼 밤에도 서로의 활동에 영향을 주고받는다는 점은 분명하다”고 말했다.

얼음과 눈으로 가득한 남극반도 해안가에 최근 초록빛과 붉은빛이 번지고 있다. 이 색깔의 정체는 눈과 얼음 위에서 살아가는 아주 작은 미세 생물인 ‘눈조류’다. 식물처럼 광합성을 하는 이 미세 생물들이 눈밭 위에서 한꺼번에 자라면서 흰 동토의 땅을 초록색으로 물들이고 있다. 이에 대해 미국 웨스턴워싱턴대 환경과학과, 콜로라도 볼더대 항공우주공학과 공동 연구팀은 남극 해안의 눈을 초록빛으로 만드는 결정적 원인은 다름 아닌 ‘펭귄의 배설물’이라는 사실을 규명했다고 9일 밝혔다. 펭귄이 눈밭에 남긴 배설물이 눈조류에 비료 역할을 하며 폭발적 성장을 이끌어 내고 있다는 것이다. 이 연구 결과는 지구물리학 분야 국제 학술지 ‘지구물리학 연구 저널: 생물지구과학’ 8일 자에 실렸다. 연구팀은 남위 63도에 위치한 디셉션섬부터 남위 68도 스토닝턴섬까지 위도 5도 범위의 남극반도 서쪽 해안 9개 지역에서 초록 눈, 붉은 눈, 깨끗한 흰 눈 등 111개의 눈 시료를 채취해 현미경과 화학 장비로 정밀 분석했다. 그 결과, 초록색으로 물든 눈 속에는 눈조류의 성장에 필수적인 영양소인 인산염이 대량으로 포함돼 있었으며 야생동물의 영향이 강한 곳일수록 인산염 농도가 높고 조류의 번성 정도가 심하다는 점이 증명됐다. 초록 눈의 인산염 농도는 붉은 눈보다 약 10배, 깨끗한 흰 눈보다 무려 70배 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 이 인산염의 출처가 펭귄과 바닷새의 배설물인 ‘구아노’라는 사실을 확인했다. 펭귄과 도둑갈매기 같은 바닷새들은 크릴이나 물고기를 잡아먹은 뒤 해안가 눈밭으로 돌아와 배설물을 남긴다. 펭귄들이 눈 위를 뒤뚱거리며 돌아다니는 동안 배설물이 발과 몸에 묻어 눈밭 전체로 넓게 퍼지게 된다. 바다에서 유입된 영양분이 배설물 형태로 육지 눈밭에 공급되면서 눈조류가 자라기 좋은 최적 환경이 만들어진 것이다. 이는 바다의 먹이사슬과 육지 눈 생태계가 서로 깊이 연결되어 있음을 보여주는 중요한 발견이라고 연구팀은 밝혔다. 눈조류는 영양분과 환경 상태에 따라 자기 몸 색깔을 자유롭게 바꾼다. 게다가 펭귄 배설물 덕분에 인산염 같은 영양분이 넉넉하게 공급되면 조류는 광합성을 돕는 엽록소를 세포 속에 가득 채운다. 남극의 짧은 여름 동안 햇빛을 최대한 많이 받아 빠르게 자라기 위해서다. 이 때문에 영양 상태가 좋은 눈조류는 짙은 초록색을 띤다. 초록 눈의 엽록소 농도는 붉은 눈보다 약 7배 높은 것으로 나타났다. 반대로 영양분이 부족해지거나 햇빛이 너무 강하고 혹독한 환경이 되면 조류는 성장을 멈추고 몸을 보호하기 시작한다. 이때 조류는 붉은색 색소인 ‘아스타잔틴’을 만들어낸다. 아스타잔틴은 연어 살이나 새우 껍데기를 붉게 만드는 색소로 강한 자외선으로부터 조류 세포를 보호하는 ‘천연 자외선 차단제’ 역할을 한다. 남극의 눈이 초록색으로 보이는 것은 조류가 영양분을 듬뿍 먹고 활발히 자라는 중이라는 신호이고 붉게 보이는 것은 혹독한 환경에서 버티고 있다는 신호인 셈이다. 눈조류가 번성해 눈의 색깔이 어두워지면 남극의 빙하와 눈이 녹는 속도가 훨씬 빨라진다. 핵심은 물체가 햇빛을 얼마나 반사하는지 나타내는 ‘알베도’(반사율) 개념이다. 깨끗한 흰 눈은 거울처럼 햇빛의 대부분을 반사하지만 눈조류가 자라 눈 표면이 어두워지면 햇빛을 반사하지 못하고 흡수하게 된다. 이를 생물에 의해 눈밭이 어두워진다는 의미로 ‘생물학적 암색화’라고 부른다. 연구팀에 따르면 붉은 눈은 흰 눈보다 햇빛 반사율이 약 20% 떨어졌고 초록 눈은 반사율이 약 40%나 떨어졌다. 반사율이 떨어진 만큼 눈은 햇빛 에너지를 흡수해 스스로 따뜻해지고 더 빨리 녹는다. 초록 조류가 눈을 녹이는 효과는 붉은 조류보다 약 2배나 더 강력한 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 엘리아 칸 콜로라도 볼더대 박사는 “기후변화로 해빙이 줄어들면서 젠투펭귄 같은 일부 펭귄 종은 번식지를 남쪽으로 빠르게 옮겨가고 있는데 펭귄 서식지가 남쪽으로 이동하면 펭귄 배설물로 비옥해지는 눈조류 서식지 역시 함께 넓어진다”라며 “남극이 따뜻해질수록 펭귄과 바닷새의 배설물이 만든 초록 눈이 남극 전역으로 넓어져 남극의 눈과 얼음을 한층 더 빠르게 녹여 버리는 연쇄 반응을 일으키게 된다”고 설명했다.

몸이 아프거나 마음이 불편하면 아무리 너그러운 사람이라도 저절로 짜증이 나기 마련이다. 아이를 키우는 일도 마찬가지다. 자녀를 키울 때 필요한 물건이나 환경적 자원이 부족하면 부모는 엄청난 스트레스를 받는데, 이 스트레스는 아이를 제대로 돌보지 못하게 만들고 산후우울증으로 이어지는 경우도 많다. 미국 텍사스 댈러스대 연구팀은 생쥐 실험으로 새끼를 양육하는 동안 자원이 부족한 상황이 되면 스트레스가 발생해 자녀에 대한 양육 행동을 저해하고 산후우울증으로 이어지는 등 뇌 신경 변화를 가져온다고 9일 밝혔다. 이 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘신경과학 저널’ 10월 5일 자에 실렸다. 연구팀은 새끼를 양육할 때 가용 자원이 부족한 상황이 신경 활동을 어떻게 변화하는지 분석했다. 특히 연구팀은 새끼와 접촉할 때 켜지는 신경세포 다발에 주목했다. 이 신경세포들은 무언가를 하고 싶게 만드는 동기 부여 행동은 물론 새끼를 보살피는 모성 행동과도 관련이 있다. 연구팀은 어미 쥐가 새끼를 위한 둥지를 만들 깔개를 충분히 주지 않은 뒤 어미와 새끼를 관찰했다. 그랬더니 어미 쥐가 새끼를 잘 돌볼 때 신경세포가 움직일 것이라는 예상과 달리 어미 쥐가 해를 가하거나 거칠게 다루기 직전과 해로운 행동을 할 때만 신경 활동이 올라갔다. 반면 새끼와 떨어져 있을 때는 둥지 재료를 넉넉히 받은 어미 쥐보다 이 신경세포 집단의 활동이 낮았다. 연구팀은 이에 대해 뇌가 극심한 스트레스 상황에 잘못 적응하면서 나타나는 일종의 ‘오작동 신호’(부적응적 뇌 신호)라고 설명했다. 연구팀이 주목했던 신경세포는 먹고 싶고 갖고 싶다는 생각을 갖게 하는 일반적 의욕에도 관여한다. 그래서 연구팀은 둥지 재료가 부족했던 어미 쥐가 먹이 보상을 받을 때도 뇌 반응이 달라지는지 확인했다. 그 결과, 음식 보상을 받을 때는 둥지 재료가 충분해 스트레스를 받지 않았던 어미 생쥐와 차이가 없었다. 뇌 신경의 이상 반응은 뇌 전체의 의욕 저하가 아니라 새끼를 돌보는 ‘특정한’ 상황에서만 발생한다는 것이다. 연구팀에 따르면 흔히 스트레스를 받으면 뇌세포 활동이 전반적으로 둔감해질 것이라고 생각하지만 실제로는 훨씬 복잡하다는 것이다. 신경세포들이 어떻게 반응하는지는 어미가 지금 어떤 행동을 하고 있는지 상황과 맥락이 중요하다고 강조했다. 연구를 이끈 밀리 린콘코르테스 교수는 “이번 연구는 양육 자원 부족이 특정 신경세포에 작용해서 돌봄 행동만 방해한다는 사실을 보여준다”며 “추가 연구를 통해 인공지능 기계학습으로 새끼에 대한 학대와 유사한 행동을 미리 예측할 수 있는 행동 신호를 찾아내는 방법을 개발할 예정”이라고 말했다.

생성형 인공지능(AI)을 사용하다 보면 멀쩡한 답을 내놓다가 갑자기 이른바 ‘위험한 답’을 내놓는 순간을 간혹 마주하게 된다. 미국 조지 워싱턴대 물리학과 연구팀은 AI 모델이 적절한 응답을 하다가 잠재적으로 위험한 응답으로 전환되는 ‘티핑포인트’를 예측할 수 있는 수학 공식을 개발했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘패턴스’ 10월 9일 자에 실렸다. AI가 내놓을 수 있는 답변을 ‘산맥 속 여러 골짜기’라고 가정할 때 어떤 골짜기에는 개인이나 사회에 바람직한 답변이 있고 또 다른 골짜기에는 실질적 해를 끼칠 수 있는 답변이 있다. AI가 질문을 받게 되면 이런 여러 답변들이 서로 경쟁하면서 최종적으로 표출할 답을 도출한다. 연구팀이 관심을 가진 것은 AI가 안전한 골짜기에서 위험한 골짜기로 넘어가는 순간이었다. 챗GPT 같은 생성형 AI 안에는 대화의 어느 부분에 주목할지 정하는 ‘어텐션 헤드’가 수백 개 있다. 연구진은 이들을 일일이 분석하는 대신 모든 헤드의 효과를 합쳐 하나처럼 행동하는 ‘대표 헤드’를 가정했다. 수조 개 기체 분자의 움직임을 온도와 압력 몇 개의 변수로 설명하는 물리학의 방법론을 AI에 적용한 것이다. 연구팀에 따르면 AI는 흠잡을 데 없는 답변을 몇 차례 내놓아 사용자가 AI를 믿도록 안심시킨 다음 나쁜 답변을 내놓는 일종의 ‘가스라이팅’ 패턴을 보인다. 연구팀은 고등학교 수학에서 배우는 벡터와 좌표, 지수함수, 부등식, 분수를 이용해 AI의 돌변 시점을 예측하는 공식을 만들었다. 연구팀은 AI와 나눈 대화를 모두 벡터로 바꾼 뒤 질문, 좋은 답, 나쁜 답을 화살표로 단순화했다. 대화 전체에서 나침반 바늘이 좋은 답과 나쁜 답 중 어느 쪽을 더 가리키는지 계산해 나쁜 답이 나오기 전 좋은 답이 몇 번 이어질지 예측하는 분수 공식을 얻었다. 연구팀의 공식을 저축에 빗대면 분자는 질문과 앞선 대화들이 좋은 답 쪽에 쌓아 준 ‘여유분’을, 분모는 좋은 답이 하나 나올 때마다 그 여유분이 깎이는 양이다. 여유분이 바닥나는 순간 AI는 나쁜 답을 내놓는 악마로 돌변한다. 좋은 답 자체가 나쁜 답을 끌어당기는 구조여서 무난한 답이 이어지다가도 갑자기 위험한 답이 나올 수 있다는 것이다. 연구팀은 이 공식을 GPT-2, 피티아, OPT 계열의 공개 모델 7종으로 검증했다. 그 결과 19건 중 18건에서 즉시 돌변과 지연 돌변을 구분해 냈다. 백신 거부, 타인을 해치는 일, 자해 등에 관한 질문을 순서만 바꿔 물어보면 특정 순서에서는 모든 질문에 나쁜 답이, 다른 순서에서는 모든 질문에 무난한 답이 나왔다. 연구팀에 따르면 미국의 비영리단체 디지털혐오대응센터(CCDH)가 챗GPT 같은 상용 챗봇을 시험한 보고서에서도 공식과 부합하는 행동 패턴이 나왔다. 닐 존슨 조지워싱턴대 교수는 “이번 연구는 두 가지 재미있는 부분이 있다”며 “우선 수십억 개의 움직이는 부품을 가진 기계가 펜과 종이, 고등학교에서 배우는 기초 수학만으로 도출한 공식을 따른다는 점이고 또 하나는 대화 순서가 대화 내용만큼이나 중요하다는 것”이라고 말했다. 존슨 교수는 “몇 번의 간단한 벡터 계산만으로 위험 신호를 감지할 수 있는 만큼 앞으로 스마트폰에 ‘경고등’을 내장하는 일도 가능할 것”이라고 덧붙였다.

“상어들과 함께 살아가는 법을 다시 배우는 것이 중요합니다. 우리는 예전에도 그렇게 해냈고, 이번에도 해낼 수 있다고 확신합니다.” 부산 북항 친수공원에 나타나 시민들의 관심을 모은 상어 ‘부캉이’가 몸길이 약 3ｍ의 암컷 흑상어로 확인됐다. 국제자연보전연맹(IUCN) 적색목록상 위기종인 흑상어는 수온 변화에 따라 장거리를 이동하는 회유성 어종이다. 최근 상어의 출현은 국내에서만 나타나는 현상이 아니다. 캐나다 동부 해역에서는 과거보다 북쪽에서 백상아리가 잇따라 발견되고 있다. 바다가 따뜻해지면서 먹잇감의 서식 범위가 달라지고, 이를 따라 상어의 활동 영역까지 변하고 있다는 분석이 나온다. 최근 영국 BBC는 캐나다 노바스코샤주 인근 해역에서 백상아리의 출현이 눈에 띄게 늘고 있다고 보도했다. 올여름 노바스코샤 해역에는 몸길이 약 4.2ｍ의 백상아리 한 마리가 나타났다. 연구진이 ‘컨텐더’(Contender)라는 이름을 붙인 이 상어는 불과 몇 달 전까지만 해도 미국 플로리다주 인근에서 발견됐지만 봄이 지나 여름이 되면서 북쪽으로 이동했다. 최근 미국 동부와 캐나다 동부 해역에서는 백상아리가 과거보다 북쪽에서 발견되는 사례가 늘고 있다. 미국 동부에서는 물개의 개체 수가 회복하면서 이를 먹이로 삼는 백상아리의 개체 활동도 활발해졌고, 캐나다 동부의 차갑고 깊은 바다 역시 새로운 백상아리 서식지로 주목받고 있다. 문제는 상어의 활동 범위가 넓어지면서 사람과 마주칠 가능성도 커지고 있다는 점이다. 지난 9월 캐나다 퀘벡주 가스페 해안에서는 다이버가 백상아리의 공격을 받는 사고가 발생했다. 다이버의 부상은 생명을 위협할 정도는 아니었지만, 사고 이후 지역 다이빙·수상레저 업체들이 긴장하면서 일부 업체가 다이빙을 취소하기도 했다. ● 따뜻해진 바다 따라 먹잇감 이동…상어도 활동 범위 넓혀그렇다면 백상아리는 왜 점점 북쪽으로 이동하는 것일까. 백상아리는 원래 어느 정도 차가운 바다에서도 활동할 수 있는 종이다. 몸의 근육 온도를 주변 바닷물보다 높게 유지하는 특성이 있어 차가운 물에서도 빠르게 움직이며 사냥할 수 있다. 다만 체온을 유지하려면 그만큼 많은 에너지가 필요하기 때문에 먹이가 풍부한 해역을 찾는 것이 중요하다. 최근 캐나다와 미국 연안에서는 백상아리의 주요 먹잇감인 물개 개체 수가 증가하고 있다. 여기에 기후변화로 바닷물이 따뜻해지면서 일부 어종이 더 북쪽으로 이동하고 있다는 연구 결과도 나온다. 먹이가 되는 물고기가 북쪽으로 이동하면 이를 먹는 물개가 늘어나고, 다시 물개를 쫓아 백상아리도 이동할 수 있다는 것이다. 실제로 노바스코샤 앞바다의 표층 수온은 최근 30년 동안 약 1.5도 상승한 것으로 알려졌다. 같은 기간 해저 수온은 약 3도 오른 것으로 분석됐다. 따뜻해진 바다가 해양 생물의 분포를 바꾸고, 먹이사슬을 따라 상위 포식자인 상어의 활동 범위까지 변화시키고 있는 셈이다. 노바스코샤주 핼리팩스에서 다이빙 강사이자 해양과학 교육자로 활동하는 알라나 카나란은 2010년 이 지역으로 이주했을 당시만 해도 백상아리를 보는 일이 흔하지 않았다고 회상했다. 그는 이후 다른 지역에서 활동하다 2020년 노바스코샤로 돌아왔고, 그사이 바다의 모습이 크게 달라졌다고 말했다. 카나란은 “여름철 바닷물이 따뜻해지고 시야가 흐려지는 시기에 물속에서 상어의 존재를 느낄 때가 있다”고 말했다. 실제로 주변에서는 백상아리와 가까이 마주친 사례도 잇따르고 있다. 한 다이버는 노바스코샤주 세인트마거릿만 인근의 유명 다이빙 장소에서 물속 바닥을 살피던 중 머리 위로 지나가는 백상아리를 발견하기도 했다. 백상아리가 인간을 먹잇감으로 적극적으로 노리는 것은 아니다. 다만 물속에서 움직이는 사람을 먹잇감인 물개로 착각하거나 호기심 때문에 접근하는 경우가 있는 것으로 알려졌다. 특히 잠수복을 입은 다이버나 서핑보드가 물 위에서 만들어내는 실루엣이 백상아리의 먹잇감과 비슷하게 보일 수 있다. 대부분은 일정한 거리를 유지하며 지나가지만 드물게 공격으로 이어질 수 있다. 캐나다의 다이빙 업계에서는 이에 따라 상어와의 접촉 가능성을 교육 과정에 포함하고 있다. 카나란은 다이버들에게 상어의 공격 위험은 여전히 매우 낮지만 과거보다 주의를 기울일 필요가 있다고 설명했다. ● “예전엔 보기 힘들었는데”…늘어나는 백상아리 목격상어가 더 자주 목격되는 또 다른 이유로는 사람들의 해양활동 증가도 꼽힌다. 노바스코샤의 인구가 증가하고 바다를 찾는 다이버와 보트 이용객도 늘면서 과거보다 상어를 발견할 ‘눈’이 많아졌다는 것이다. 해양생물학자 닐 해머슐래그는 최근 몇 년 사이 노바스코샤 해역에서 백상아리 목격이 늘었다고 말했다. 다만 이를 곧바로 백상아리 개체 수 증가로 해석해서는 안 된다고 설명했다. 실제로 한 연구팀이 지난해 55일 동안 조사한 결과 120마리의 서로 다른 백상아리를 확인했지만, 약 80%는 한 차례만 발견됐다. 특정 개체들이 이 지역에 정착했다기보다는 상당수가 해역을 이동하는 과정에서 관찰됐다는 의미다. 해머슐래그는 노바스코샤 주변 바다가 여전히 차갑지만 백상아리가 활동하기에 적합한 범위에 있으며, 물개와 참치 등 먹잇감도 풍부하다고 설명했다. 백상아리는 한 번 먹이가 풍부한 지역을 경험하면 다시 돌아올 가능성도 있다. 개체가 이동 경로와 먹이가 풍부한 장소를 기억하고 다음 이동에 활용할 수 있기 때문이다. ● “무조건 위험 신호로만 볼 필요는 없어…적절한 거리 유지해야”다만 상어가 북쪽 해역으로 이동하는 현상을 무조건 위험 신호로만 볼 필요는 없다는 의견도 나온다. 전문가들은 사람들이 상어의 존재를 인지하고 적절한 거리를 유지하는 것이 중요하다고 강조한다. 물개가 많이 서식하거나 물이 탁해 시야가 좋지 않은 곳에서는 특히 주의해야 한다. 노바스코샤의 다이버들도 상어의 출현을 이유로 바다를 포기하기보다는 환경 변화에 맞춰 행동을 조심하는 방식을 택하고 있다. 문제는 앞으로다. 기후변화가 계속되면서 바닷물의 온도와 해양 생태계가 달라지면 상어뿐 아니라 다양한 해양생물의 서식 범위도 바뀔 수 있다. 부산 북항의 ‘부캉이’ 역시 기후변화 때문이라고 단정할 수는 없지만, 우리나라 연근해에서 대형 상어가 잇따라 발견되고 있다는 점에서 달라지는 바다에 대한 관심을 높이는 계기가 되고 있다. 국립수산과학원은 우리나라 연근해의 대형 상어 출현 현황을 지속적으로 관찰하고 생태 연구를 강화할 계획이라고 밝혔다. 결국 바다에서 벌어지는 변화는 상어 한 마리의 이동만으로 설명되지 않는다. 수온이 달라지고, 먹잇감이 이동하고, 그 먹잇감을 따라 포식자까지 움직인다. 기후변화가 바다의 생태계 전체를 조금씩 바꾸고 있는 것이다. 올해 북쪽으로 향한 백상아리들이 내년에도 같은 해역으로 돌아올지는 아직 알 수 없다. 다만 분명한 것은 바다를 이용하는 인간 역시 이제 달라진 해양 생태계와 함께 살아가는 방법을 고민해야 한다는 점이다. 인간이 저지른 환경 오염은 지구 온난화를 불렀고 이는 결국 인간의 생명을 위협하는 기후 위기라는 거대한 부메랑으로 돌아왔습니다. 더 이상 기후 위기는 남 일이 아닌, 현재 우리가 직면한 뼈 아픈 현실입니다. [지금, 지구]는 지금 지구 곳곳에서 일어나고 있는 기후 위기 소식을 전해드립니다.

인공지능(AI) 기술 발달로 보안의 중요성이 점점 커지고 있다. 국내 연구진이 빛의 패턴을 변화시켜 지문처럼 활용할 수 있는 광(光) 보안 기술을 개발해 화제가 되고 있다. 광주과학기술원(GIST) 전기컴퓨터공학과, 카이스트 전기및전자공학과 공동 연구팀은 겉보기에는 같은 색을 나타내지만 현미경으로 확대하면 소자마다 서로 다른 빛의 지문을 보여주는 나노 광학 보안소자를 개발했다고 8일 밝혔다. 이 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 실렸다. 기존 광학 보안 기술에서는 눈에 보이는 색을 균일하게 유지하면서 복제하기 어려운 무작위 보안 정보를 구현하기가 쉽지 않았다. 눈에 보이는 색과 무작위 광학 정보가 같은 미세 구조의 영향을 받는 경우가 많아 명확히 차이를 보이는 광학 지문을 만들어 내는 능력을 높일수록 색이 불균일해지고 반대로 색을 균일하게 만들면 광학 지문의 다양성이 떨어지게 된다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 눈에 보이는 색과 숨겨진 광학 지문을 서로 다른 구조가 각각 담당하도록 설계했다. 여러 층으로 쌓아 빛의 반사를 조절하는 ‘적층 캐비티’는 일정한 색을 만들고 구리 나노 입자와 아래쪽 구리층 사이의 작은 틈에서 형성되는 ‘나노갭 캐비티’는 빛을 다르게 산란시켜 소자마다 고유한 광학 지문을 만든다. 연구팀은 두 캐비티를 위·아래로 결합한 ‘다중 캐비티 공진’ 구조를 구현해 두 광학 특성의 상호 영향을 줄였다. 실제로 색을 결정하는 위쪽 산화하프늄(HfO2) 층의 두께를 바꿔 녹색·노란색·주황색·보라색 등 서로 다른 색을 만들었을 때도 숨겨진 광학 지문은 거의 그대로 유지됐다. 연구팀은 구리 입자가 촘촘하면서도 불규칙하게 놓이도록 해 작은 면적에서도 서로 다른 광학 지문이 만들어지도록 했다. 연구팀은 구리와 산화하프늄 등 필요한 물질을 진공 상태에서 차례로 얇게 쌓아 전체 구조를 연속적으로 제작했다. 복잡한 미세 패턴을 일일이 새기는 공정 없이도 대면적에 구현할 수 있게 했다. 연구팀은 지름 약 5㎝ 반도체 웨이퍼 하나에 가로 150개, 세로 150개씩 총 2만 2500개의 광학 보안소자를 제작했다. 웨이퍼 전체는 육안으로 거의 같은 색으로 보였지만 각각의 소자를 현미경으로 관찰하면 서로 다른 무작위 광학 지문이 나타났다. 연구팀은 이 중 500개의 광학 지문을 무작위로 골라 비교한 결과 서로 다른 지문은 뚜렷하게 구별됐으며 같은 지문을 반복해서 측정했을 때는 안정적으로 다시 인식할 수 있음을 확인했다. 연구팀은 강한 물줄기를 최대 5분간 분사한 뒤에도 광학 지문을 다시 판독할 수 있었고 120도 고온에서도 광학 지문이 인증 기준을 유지했다. 또 고온에서 진행한 가속시험 결과를 바탕으로 반사 특성을 기준으로 20도에서 약 10.7년의 수명을 확보할 수 있을 것으로 분석됐다. 정현호 GIST 교수는 “이번에 개발한 기술은 눈에 보이는 색과 소자마다 무작위로 만들어지는 숨은 광학 정보를 하나의 표면에 함께 구현하면서 간섭을 줄였다는 데 의미가 있다”며 “제품의 외관을 유지하면서 고유한 인증 정보를 함께 넣을 수 있어 위조 방지와 정품 인증을 위한 광학 보안 기술에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

혈액암에서 높은 치료 효과를 보이는 CAR-T 세포치료제를 난소암과 위암 등 고형암에도 적용할 수 있는 가능성이 제시됐다. 고형암에서 새로운 치료 표적으로 L1CAM 단백질을 발굴하고, 이를 선택적으로 공격하는 CAR-T 세포치료제를 개발한 연구 결과다. 연세암병원 종양내과 정민규·김건민 교수, 산부인과 남은지 교수, 병리과 박은향 교수 연구팀은 난소암과 위암에서 발현되는 L1CAM을 표적으로 하는 CAR-T 세포치료제를 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘저널 포 이뮤노테라피 오브 캔서(Journal for ImmunoTherapy of Cancer, IF 11.7)’에 게재됐다. CAR-T 치료는 환자의 T세포를 채취한 뒤 암세포의 특정 표적을 인식하고 공격할 수 있도록 유전적으로 변형해 다시 환자에게 투여하는 치료법이다. 혈액암에서는 뛰어난 효과를 나타내고 있지만, 고형암은 적절한 표적을 찾기 어렵고 CAR-T 세포가 종양 내부로 침투하기 어렵다는 점 때문에 치료제 개발에 한계가 있었다. 연구팀은 새로운 치료 표적을 찾기 위해 환자 종양조직을 분석했다. 연세암병원 난소암 환자 227명과 위암 환자 132명의 조직을 조사한 결과, 난소암 환자의 약 37%, 위암 환자의 22%에서 L1CAM이 높은 수준으로 발현되는 것을 확인했다. 특히 L1CAM 발현이 높은 난소암 환자는 발현이 낮은 환자보다 전체생존기간이 짧은 것으로 나타났다. 연구팀은 L1CAM을 선택적으로 인식하도록 CAR-T 세포를 제작하고, T세포 활성화를 유도하는 CD28과 ICOS 자극 인자를 결합해 항암 효과를 높였다. 개발된 L1CAM CAR-T는 L1CAM이 발현된 난소암과 위암 세포를 선택적으로 공격했다. 실제 난소암 환자에게서 얻은 암세포에서도 항암 효과가 확인됐다. 특히 환자의 종양을 동물에 이식한 난소암 모델에서는 CAR-T를 낮은 용량으로 한 차례 투여한 뒤 종양이 완전히 소실되는 결과가 나타났다. 위암 동물모델에서도 뚜렷한 종양 억제 효과가 확인됐다. 난소암에서 흔한 복막 전이를 고려한 투여 전략도 제시됐다. CAR-T를 정맥으로 투여하는 대신 복강에 직접 투여했을 때 종양 억제 효과가 더 높았으며, 투여된 CAR-T 세포가 종양 주변에서 더 오래 유지되는 것으로 나타났다. 정민규 교수는 “이번 연구는 새로운 표적인 L1CAM과 이에 최적화한 치료제 구조, 종양 특성에 맞는 투여 전략을 통해 난소암과 위암에 CAR-T 치료가 가능할 수 있다는 근거를 제시했다”며 “향후 L1CAM 발현 여부를 기반으로 치료에 적합한 환자를 선별하고, 난소암과 위암을 비롯한 L1CAM 양성 고형암 환자에게 새로운 치료 기회를 제공할 수 있도록 후속 연구를 이어가겠다”고 말했다. 이번 연구는 국가신약개발사업단(KDDF), 한국연구재단, 보건복지부·한국보건산업진흥원 연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

사람들은 누구나 ‘주머니 속 PC’라고 하는 스마트폰을 갖고 다닌다. 그 스마트폰 속에 소형 인공지능(AI) 챗봇이 포함돼 있다. 문제는 챗봇들에는 자해, 재정적 손실, 극단주의적 관념을 조장할 수 있는 정보와 답변을 내놓지 않도록 하는 안전 감독 장치가 매우 취약하다. 좋은 답변만 하다가 갑자기 나쁜 답변을 내놓는 순간이 있는데 AI가 그렇게 돌변하는 순간을 정확하게 파악하기란 쉽지 않다. 그런데 미국 조지 워싱턴대 물리학과 동적 온라인 네트워크 실험실 연구팀은 AI 모델이 적절한 응답을 하다가 잠재적으로 위험한 응답으로 전환되는 ‘티핑포인트’를 예측할 수 있는 수학 공식을 개발했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘패턴스’ 10월 9일 자에 실렸다. 오프라인 AI(온디바이스 AI)는 환자 데이터를 클라우드로 보낼 수 없는 의사, 비밀유지계약을 지켜야 하는 변호사, 통신 신호가 닿지 않는 군인 등이 선호한다. 문제는 사실관계가 맞아 거짓은 아니더라도 바람직하지 않은 ‘나쁜 답’은 이런 사람들에게 큰 문제를 일으킬 수 있게 한다. 더군다나 기업들이 마련한 자사 AI 알고리즘에 적용하는 안전 도구는 대부분 클라우드에 의존하거나 기기가 다시 온라인 상태가 돼 이미 피해가 발생한 뒤에야 AI의 오동작을 포착한다. 연구팀은 피해가 발생하기 전에 이런 실패를 예측할 수 있는 방법을 찾아 나섰다. 물리학자인 연구자들은 원자 하나를 이해함으로써 복잡한 물질이 어떻게 거동하는지 설명한다는 점을 떠올렸다. 유효 어텐션 헤드 하나를 이해하면 시스템 전체가 어떻게 변하는지 파악할 수 있다는 것이다. AI가 내놓을 수 있는 답변을 ‘산맥 속 여러 골짜기’라고 가정할 때 어떤 골짜기에는 개인이나 사회에 바람직한 답변이 있고 또 다른 골짜기에는 실질적 해를 끼칠 수 있는 답변이 있다. AI가 질문을 받게 되면 이런 여러 답변들이 서로 경쟁하면서 답하게 된다. 연구팀이 주목한 것은 AI가 언제 안전한 골짜기에서 더 위험한 골짜기로 넘어가는지였다. 연구팀에 따르면 AI는 흠잡을 데 없는 답변을 몇 차례 내놓아 사용자가 AI를 믿도록 안심시킨 다음 바람직한 답변을 내놓는 패턴을 보인다. 연구팀은 고등학교 수학에서 배우는 벡터와 좌표, 내적, 지수함수, 부등식, 분수를 이용해 AI의 돌변 시점 예측 공식을 만들었다. 연구팀은 AI의 모든 말을 벡터로 바꾼 뒤 대화를 중립 질문, 좋은 답, 나쁜 답 화살표로 단순화했다. 지금까지 대화를 하나로 합친 나침반 바늘이 좋은 답과 나쁜 답 중 어느 쪽을 더 가리키는지 고교 수학의 벡터 내적으로 비교해 나쁜 답이 나오기 전 좋은 답이 몇 번 이어질지 계산하는 분수 공식을 얻었다. 연구팀의 공식을 통장에 빗대면 질문과 앞선 대화가 좋은 답 쪽에 쌓아 준 ‘여유분’이 분자, 좋은 답이 하나 나올 때마다 그 여유분이 깎이는 양이 분모다. 여유분이 바닥나는 순간 AI는 나쁜 답으로 돌변한다. 좋은 답 자체가 나쁜 답을 끌어당기는 구조여서 무난한 답이 이어지다가도 갑자기 위험한 답이 나올 수 있다는 것이다. 연구팀은 이 공식을 GPT-2, 피티아, OPT 계열의 공개 모델 7종으로 검증했다. 그 결과 19건 중 18건에서 즉시 돌변과 지연 돌변을 구분해 냈다. 백신 거부, 타인을 해치는 일, 자해 등에 관한 질문을 순서만 바꿔 물어보면 특정 순서에서는 모든 질문에 나쁜 답이, 다른 순서에서는 모든 질문에 무난한 답이 나왔다. 연구팀에 따르면 미국의 비영리단체 디지털혐오대응센터(CCDH)가 챗GPT 같은 상용 챗봇을 시험한 보고서에서도 공식과 부합하는 행동 패턴이 나왔다. 닐 존슨 조지워싱턴대 교수는 “이번 연구는 두 가지 재미있는 부분이 있다”며 “우선 수십억 개의 움직이는 부품을 가진 기계가 펜과 종이, 고등학교에서 배우는 기초 수학만으로 도출한 공식을 따른다는 점이고 또 하나는 대화 순서가 대화 내용만큼이나 중요하다는 것”이라고 말했다. 존슨 교수는 “몇 번의 간단한 벡터 계산만으로 위험 신호를 감지할 수 있는 만큼 앞으로 스마트폰에 ‘경고등’을 내장하는 일도 가능할 것”이라고 덧붙였다.

뇌졸중 환자의 재발 위험을 낮추기 위해서는 혈압과 혈당, 콜레스테롤 관리뿐 아니라 환자가 생활하는 지역의 대기환경도 살펴볼 필요가 있다는 연구 결과가 나왔다. 특히 여러 대기오염물질 가운데 ‘아황산가스(SO₂)’가 뇌졸중 재발과 유의한 연관성을 보인 것으로 나타나 주목된다. 고려대 구로병원 신경과 이건주 교수, 순천향대 의료IT공학과 황정은 교수, 분당서울대병원 신경과 김성은·배희준 교수 공동 연구팀은 급성 허혈성 뇌졸중 환자 2만7,340명을 대상으로 퇴원 후 대기오염 노출과 뇌졸중 재발의 관계를 분석한 결과 이같은 사실을 확인했다고 8일 밝혔다. 연구팀은 2014년 3월부터 2021년 4월까지 국내 뇌졸중 전향적 다기관 코호트인 CRCS-K-NIH에 등록된 환자를 대상으로 전국 대기측정소 자료를 활용해 환자의 거주지역에서 퇴원 후 3개월간 노출된 대기오염물질의 평균 농도를 추정했다. 분석 대상은 미세먼지(PM10), 초미세먼지(PM2.5), 이산화질소(NO₂), 아황산가스, 일산화탄소(CO), 오존(O₃) 등 6개 물질이었다. 이후 1년간 뇌졸중 재발 여부를 추적했다. 분석 결과는 예상 밖이었다. 6개 대기오염물질 가운데 뇌졸중 재발과 통계적으로 유의한 연관성을 보인 것은 아황산가스뿐이었다. 아황산가스 농도가 높을수록 뇌졸중 재발 위험이 증가하는 경향이 확인됐다. 특히 중요한 것은 ‘노출 기간’이었다. 퇴원 후 1개월간의 평균 아황산가스 농도에서는 뚜렷한 연관성이 확인되지 않았지만, 2개월로 기간을 늘리자 연관성이 강해졌고 3개월에서는 통계적으로 유의한 수준에 도달했다. 단순히 한두 차례 오염에 노출되는 것보다 일정 기간 지속적으로 노출되는 환경이 뇌졸중 재발과 관련될 가능성을 시사하는 대목이다. 지역별로는 인천·울산·부산 등 주요 항만지역에서 아황산가스 농도가 상대적으로 높았다. 그러나 이들 3개 도시 거주자를 모두 제외한 추가 분석에서도 뇌졸중 재발과의 연관성이 유지돼 특정 지역의 특수한 환경만으로 설명하기는 어려웠다. 이번 연구의 의미는 뇌졸중 이차예방 범위를 ‘환자의 몸’에서 ‘환자가 생활하는 환경’으로 넓혔다는 데 있다. 그동안 뇌졸중 재발을 막기 위해 혈압·혈당·지질 조절과 항혈전제 등 약물치료가 핵심으로 강조됐다. 이번 결과는 여기에 대기질이라는 환경적 요인도 함께 고려할 필요가 있음을 보여준다. 다만 아황산가스가 뇌졸중 재발의 직접적인 원인이라고 단정해서는 안 된다. 관찰연구인 만큼 인과관계를 입증한 것은 아니며, 특정 아황산가스 농도를 기준으로 치료나 생활방식을 결정할 단계도 아니다. 연구팀은 환자들이 기존의 이차예방 치료를 충실히 유지하면서 대기질 정보를 참고하는 것이 필요하다고 강조했다. 이번 연구는 뇌졸중 재발 예방이 약물과 생활습관 관리에만 머무르지 않고, 환자가 살아가는 환경까지 아우르는 방향으로 확대될 가능성을 보여줬다는 점에서 의미가 있다.