일각고래의 길고 흰 나선형 엄니 덕분에 오랫동안 ‘바다의 유니콘’으로 불리며 신화의 대상으로 받아들여졌다. 실제로 중세 유럽에서는 이 엄니가 ‘유니콘 뿔’이라며 마법을 지닌 물건처럼 거래되기도 했다. 당연히 마법은 없지만 아직도 과학계에서는 일각고래가 엄니를 어디에 쓰는지, 왜 엄니에 왼쪽 방향 나선이 그려져 있고 곧게 뻗는가라는 의문을 풀지 못하고 있었다. 이런 가운데 덴마크 오르후스대 나노과학 센터, 화학과, 덴마크공과대(DTU) 응용수학 및 컴퓨터과학과, 물리학과, 스웨덴 예테보리 찰머스공과대 물리학과, 룬드대, 스위스 연방 재료과학 연구소, 폴 세러 연구소, 로잔 연방공과대(EPFL), 중국 과학원대, 프랑스 방사광가속기 연구소, 그린란드 국립 자연물 연구소 공동 연구팀은 첨단 3차원 X선 영상 기술을 이용해 일각고래 엄니가 특유의 나선 구조를 얻게 된 원리를 규명했다고 20일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 8월 19일 자에 실렸다. 연구팀은 다양한 X선 영상 기법을 조합해 일각고래 엄니를 정밀 분석했다. 엄니 자체가 크고 구조가 복잡해서 원자, 나노, 마이크로 규모에 걸쳐 엄니 내부 전체를 3차원으로 지도화했다. 특히 강한 X선을 엄니에 통과시킨 뒤 나노미터 크기의 광물화된 콜라겐 원섬유에서 X선이 산란되는 양상을 분석하는 ‘텐서 단층촬영’이라는 특수 3차원 X선 기법을 활용했다. 일반적인 컴퓨터 단층촬영(CT)이 ‘어디에 무엇이 있는가’를 보여준다면 텐서 단층촬영은 여기에 더해 ‘그 구성단위가 어느 방향을 향하고 있는지’까지 3차원으로 확인할 수 있다. 일각고래의 엄니는 뿔이 아닌 왼쪽 송곳니가 턱뼈와 윗입술을 뚫고 자라 나오면서 2m가 넘게 길어진 것이다. 사람의 치아와 달리 법랑질이 없고 안쪽은 상아질, 바깥쪽은 백악질로 이뤄져 있다. 분석 결과, 엄니 바깥쪽 백악질 조직은 왼쪽 방향으로 꼬여 있지만 안쪽 상아질 조직은 오른쪽 방향으로 꼬여 있는 것으로 확인됐다. 서로 반대 방향으로 감긴 두 나선이 안쪽 조직과 바깥쪽 조직의 경계면에서 맞부딪히며 일종의 생물학적 평형을 이뤄 단단한 형태를 갖게 된 것이라는 설명이다. 또 엄니를 단단하게 한 것은 광물화된 콜라겐 원섬유 때문이다. 원섬유들은 기본적으로는 엄니의 길이 방향을 따라 작은 각도로 일정하게, 일종의 헤링본 형태로 정렬돼 있었다. 미세한 각도 편차가 길이 방향으로 누적되면서 수 m 규모의 거대한 나선이 만들어졌다. 서로 반대로 감긴 두 구조가 만나는 곳은 상아질과 백악질 사이의 전이 구간으로, 생물학적으로 매우 복잡하면서도 정교한 구조를 가진 것으로 확인됐다. 이런 구조는 나선이 하나뿐이거나 막대 형태인 경우에 비해 휘거나 비틀리는 힘에 훨씬 안정적인 것으로 확인됐다. 서로 반대 방향으로 감긴 두 나선 덕분에 일각고래 엄니가 특유의 왼쪽 나선을 유지하면서도 곧게 자랄 수 있다고 연구팀은 설명했다. 실제로 일각고래 엄니는 자연계에서 알려진 유일한 ‘곧은 엄니’다. 연구를 이끈 헨리케 비르케달 덴마크 오르후스대 교수는 “고래의 수명은 80년 정도이기 때문에 이빨은 일생 동안 변해 온 환경 조건의 기록보관소나 다름없다”며 “이번 연구 결과는 바다에서 가장 상징적인 동물 중 하나를 둘러싸고 수백 년 풀리지 않았던 자연과학의 수수께끼를 풀었다는 점과 함께 자연이 극한의 기계적 성능을 지닌 재료를 어떻게 만들어내는지에 대한 새로운 통찰을 얻게 한다”고 설명했다.

인간이 속한 호모 속(genus Homo)은 아마도 오스트랄로피테쿠스 속(genus Australopithecus)에서 진화한 것으로 여겨진다. 오스트랄로피테쿠스는 현생 인류보다 작은 뇌를 지녔으나 직립 보행을 했고, 논란이 있기는 하나 아마도 원시적인 도구를 사용할 수 있었던 것으로 보인다. 오스트랄로피테쿠스 연구에 큰 기여를 했던 화석은 1970년대에 발견된 루시(Lucy)로 골격의 약 40%가 온전히 보존돼 오스트랄로피테쿠스를 이해하는 데 많은 정보를 제공했다. 통상 고생물 화석, 특히 인류 선조의 화석은 뼈의 일부만 발견되는 경우가 많다는 점을 생각하면 루시의 발견은 과학자들에게 큰 선물이나 다를 바 없었다. 하지만 루시가 마지막 선물은 아니었다. 루시의 발견 이후 수십 년이 지난 후 과학자들은 남아프리카 공화국의 스털크폰테인(Sterkfontein) 동굴에서 골격의 약 90%가 보존된 오스트랄로피테쿠스 화석인 리틀 풋(Little Foot)을 발굴했다. 그러나 주변 암석에 완전히 매몰된 상태로 발견되어 이를 떼어내 손상 없이 분리하는 데 무려 20년에 가까운 세월이 필요했다. 오랜 세월 힘든 작업 끝에 분리된 리틀 풋은 과학자들에게 여러 가지 정보를 제공했다. 하지만 중요한 정보를 담고 있는 두개골은 이미 심하게 눌려 변형된 상태였다. 귀중한 화석을 손상시키지 않고 분석하기 위해 과학자들은 이 화석을 기반암에서 분리한 2017년 이후 여러 가지 방법을 동원해 연구를 진행했다. 10일 학계에 따르면 아멜리 보데가 이끄는 프랑스 고생물학·진화·고생태계·고영장류학 연구실(PALEVOPRIM), 프랑스 국립과학연구센터(CNRS), 푸아티에 대학교 연구팀은 강력한 3차원 스캔 기술을 이용해 리틀 풋의 두개골을 물리적으로 건드리지 않고 얼굴 부분을 가상으로 복원하는 데 성공했다. 이전에도 과학자들은 ‘X선 스캔’을 통해 귀중한 두개골을 건드리지 않고 비파괴 검사 방식으로 조사했으나 많은 한계가 있었다. 화석화 과정에서 리틀 풋의 두개골 내부는 연조직이 사라지고 퇴적물로 채워졌는데, 일반적인 X선 CT(컴퓨터단층촬영)로는 밀도가 높은 퇴적층 때문에 충분한 해상도의 이미지를 얻기 어려웠기 때문이다. 이에 연구팀은 대안으로 훨씬 강력한 ‘싱크로트론 방사선 스캐닝’을 선택했다. 싱크로트론은 전자를 가속해 매우 강력한 X선을 만들어내는 시설로, 초고해상도의 단층 이미지를 얻는 데 사용된다. 연구팀은 리틀 풋의 두개골을 영국으로 가져가 다이아몬드 라이트 소스 싱크로트론의 I12 빔라인에서 약 21㎛ 해상도로 스캔했다. 이 과정에서 9000장이 넘는 이미지와 수 테라바이트(TB)에 이르는 데이터가 생성됐다. 이를 다시 퍼즐처럼 맞춰 3차원으로 재구성하는 작업에는 엄청난 컴퓨팅 파워가 필요했기 때문에 연구팀은 케임브리지대 슈퍼컴퓨터를 이용해 복원 작업을 수행했다. 이러한 노력은 결국 과학적 성과로 이어졌다. 연구팀은 리틀 풋에 대한 몇 가지 중요한 정보를 새롭게 확인할 수 있었다. 예를 들어 리틀 풋의 안와(눈이 들어가는 위치)가 상대적으로 크다는 점을 확인했는데, 이는 이 부위가 당시 진화 과정에서 어떤 선택 압력을 받았을 가능성을 시사한다. 예를 들어 인간처럼 시각 정보에 많이 의존하는 특징을 지녔을 수 있다. 또 남아프리카에서 발견된 리틀 풋은 동아프리카에서 발견된 오스트랄로피테쿠스 친척들과 여러 해부학적 특징을 공유하고 있었다. 따라서 리틀 풋이 살았던 약 360만~370만 년 전 시기에는 두 지역의 오스트랄로피테쿠스가 아직 크게 분화되지 않았을 가능성이 있으며, 이후 남아프리카 지역에서 독자적인 진화가 진행되었을 수도 있다. 과학자들은 인류의 진화 과정에 대해 많은 정보를 알아냈지만 아직도 풀리지 않은 미스터리가 많이 남아 있다. 실제로 리틀 풋이 오스트랄로피테쿠스 진화 계통에서 정확히 어디에 위치하는지도 여전히 논쟁의 대상이다. 하지만 지금처럼 여러 가지 어려움을 극복하고 연구를 계속한다면 언젠가는 우리 인간의 족보에 대해 훨씬 더 명확하게 알 수 있게 될 것이다.

인간이 속한 호모 속(genus Homo)은 아마도 오스트랄로피테쿠스 속(genus Australopithecus)에서 진화한 것으로 여겨진다. 오스트랄로피테쿠스는 현생 인류보다 작은 뇌를 지녔으나 직립 보행을 했고, 논란이 있기는 하나 아마도 원시적인 도구를 사용할 수 있었던 것으로 보인다. 오스트랄로피테쿠스 연구에 큰 기여를 했던 화석은 1970년대에 발견된 루시(Lucy)로 골격의 약 40%가 온전히 보존돼 오스트랄로피테쿠스를 이해하는 데 많은 정보를 제공했다. 통상 고생물 화석, 특히 인류 선조의 화석은 뼈의 일부만 발견되는 경우가 많다는 점을 생각하면 루시의 발견은 과학자들에게 큰 선물이나 다를 바 없었다. 하지만 루시가 마지막 선물은 아니었다. 루시의 발견 이후 수십 년이 지난 후 과학자들은 남아프리카 공화국의 스털크폰테인(Sterkfontein) 동굴에서 골격의 약 90%가 보존된 오스트랄로피테쿠스 화석인 리틀 풋(Little Foot)을 발굴했다. 그러나 주변 암석에 완전히 매몰된 상태로 발견되어 이를 떼어내 손상 없이 분리하는 데 무려 20년에 가까운 세월이 필요했다. 오랜 세월 힘든 작업 끝에 분리된 리틀 풋은 과학자들에게 여러 가지 정보를 제공했다. 하지만 중요한 정보를 담고 있는 두개골은 이미 심하게 눌려 변형된 상태였다. 귀중한 화석을 손상시키지 않고 분석하기 위해 과학자들은 이 화석을 기반암에서 분리한 2017년 이후 여러 가지 방법을 동원해 연구를 진행했다. 10일 학계에 따르면 아멜리 보데가 이끄는 프랑스 고생물학·진화·고생태계·고영장류학 연구실(PALEVOPRIM), 프랑스 국립과학연구센터(CNRS), 푸아티에 대학교 연구팀은 강력한 3차원 스캔 기술을 이용해 리틀 풋의 두개골을 물리적으로 건드리지 않고 얼굴 부분을 가상으로 복원하는 데 성공했다. 이전에도 과학자들은 ‘X선 스캔’을 통해 귀중한 두개골을 건드리지 않고 비파괴 검사 방식으로 조사했으나 많은 한계가 있었다. 화석화 과정에서 리틀 풋의 두개골 내부는 연조직이 사라지고 퇴적물로 채워졌는데, 일반적인 X선 CT(컴퓨터단층촬영)로는 밀도가 높은 퇴적층 때문에 충분한 해상도의 이미지를 얻기 어려웠기 때문이다. 이에 연구팀은 대안으로 훨씬 강력한 ‘싱크로트론 방사선 스캐닝’을 선택했다. 싱크로트론은 전자를 가속해 매우 강력한 X선을 만들어내는 시설로, 초고해상도의 단층 이미지를 얻는 데 사용된다. 연구팀은 리틀 풋의 두개골을 영국으로 가져가 다이아몬드 라이트 소스 싱크로트론의 I12 빔라인에서 약 21㎛ 해상도로 스캔했다. 이 과정에서 9000장이 넘는 이미지와 수 테라바이트(TB)에 이르는 데이터가 생성됐다. 이를 다시 퍼즐처럼 맞춰 3차원으로 재구성하는 작업에는 엄청난 컴퓨팅 파워가 필요했기 때문에 연구팀은 케임브리지대 슈퍼컴퓨터를 이용해 복원 작업을 수행했다. 이러한 노력은 결국 과학적 성과로 이어졌다. 연구팀은 리틀 풋에 대한 몇 가지 중요한 정보를 새롭게 확인할 수 있었다. 예를 들어 리틀 풋의 안와(눈이 들어가는 위치)가 상대적으로 크다는 점을 확인했는데, 이는 이 부위가 당시 진화 과정에서 어떤 선택 압력을 받았을 가능성을 시사한다. 예를 들어 인간처럼 시각 정보에 많이 의존하는 특징을 지녔을 수 있다. 또 남아프리카에서 발견된 리틀 풋은 동아프리카에서 발견된 오스트랄로피테쿠스 친척들과 여러 해부학적 특징을 공유하고 있었다. 따라서 리틀 풋이 살았던 약 360만~370만 년 전 시기에는 두 지역의 오스트랄로피테쿠스가 아직 크게 분화되지 않았을 가능성이 있으며, 이후 남아프리카 지역에서 독자적인 진화가 진행되었을 수도 있다. 과학자들은 인류의 진화 과정에 대해 많은 정보를 알아냈지만 아직도 풀리지 않은 미스터리가 많이 남아 있다. 실제로 리틀 풋이 오스트랄로피테쿠스 진화 계통에서 정확히 어디에 위치하는지도 여전히 논쟁의 대상이다. 하지만 지금처럼 여러 가지 어려움을 극복하고 연구를 계속한다면 언젠가는 우리 인간의 족보에 대해 훨씬 더 명확하게 알 수 있게 될 것이다.

공룡 멸종 직전, 지상을 호령한 최강의 포식자 티라노사우루스 렉스. 그 이름만 들어도 압도적인 위용을 자랑하는 ‘공룡의 왕’도 실은 살아생전 크고 작은 부상에 끊임없이 시달린 것으로 나타나 학계의 이목이 쏠린다. 현대의 맹수들이 치열한 생존 경쟁 속에 내몰리듯 티라노사우루스도 예외는 아니었음을 보여주는 연구 결과다. 캐나다 레지나대 제릿 미첼 연구팀은 1990년대 캐나다에서 발굴된 거대 티라노사우루스 화석 ‘스코티(Scotty)’의 갈비뼈에서 숨겨진 골절의 흔적을 발견했다. 연구팀은 캐나다 광원 시설(CLS)의 강력한 싱크로트론 X선을 이용해 화석 내부를 정밀하게 들여다봤다. 싱크로트론 X선은 화석을 손상시키지 않으면서도 내부 구조를 파악할 수 있는 첨단 기술이다. 놀랍게도 6600만년이 넘은 스코티의 화석은 미세한 구조까지 완벽하게 보존하고 있었다. 심지어 연구팀은 갈비뼈 화석 속 혈관의 흔적까지 3차원적으로 복원하는 데 성공했다. 이를 3D 프린터로 출력해 분석한 결과, 일부 혈관에서 새로 생성된 흔적을 발견했다. 이는 부러진 뼈가 아물 때 나타나는 전형적인 변화다. 스코티의 갈비뼈에는 육안으로는 확인할 수 없었던 미세 골절이 있었던 것이다. 이 골절이 언제 발생했는지 정확히 알 수는 없다. 다만 성체가 된 뒤 생긴 것이라면 거대 티라노사우루스의 갈비뼈가 부러질 정도의 강력한 충격이었을 것으로 추정된다. 연구팀은 강하게 저항하는 대형 사냥감과의 사투, 또는 다른 티라노사우루스와의 치열한 싸움 때문에 이런 충격이 가해졌을 것으로 추정했다. 이번 연구는 최강의 포식자 티라노사우루스조차 고통과 상처를 감내하며 치열하게 생존했음을 보여주는 중요한 증거다. 최첨단 과학기술은 이처럼 화석 속에 숨겨진 공룡의 비밀을 하나둘씩 벗겨내며 과거 지구의 생명체에 대한 우리의 이해를 넓히고 있다.

공룡 멸종 직전, 지상을 호령한 최강의 포식자 티라노사우루스 렉스. 그 이름만 들어도 압도적인 위용을 자랑하는 ‘공룡의 왕’도 실은 살아생전 크고 작은 부상에 끊임없이 시달린 것으로 나타나 학계의 이목이 쏠린다. 현대의 맹수들이 치열한 생존 경쟁 속에 내몰리듯 티라노사우루스도 예외는 아니었음을 보여주는 연구 결과다. 캐나다 레지나대 제릿 미첼 연구팀은 1990년대 캐나다에서 발굴된 거대 티라노사우루스 화석 ‘스코티(Scotty)’의 갈비뼈에서 숨겨진 골절의 흔적을 발견했다. 연구팀은 캐나다 광원 시설(CLS)의 강력한 싱크로트론 X선을 이용해 화석 내부를 정밀하게 들여다봤다. 싱크로트론 X선은 화석을 손상시키지 않으면서도 내부 구조를 파악할 수 있는 첨단 기술이다. 놀랍게도 6600만년이 넘은 스코티의 화석은 미세한 구조까지 완벽하게 보존하고 있었다. 심지어 연구팀은 갈비뼈 화석 속 혈관의 흔적까지 3차원적으로 복원하는 데 성공했다. 이를 3D 프린터로 출력해 분석한 결과, 일부 혈관에서 새로 생성된 흔적을 발견했다. 이는 부러진 뼈가 아물 때 나타나는 전형적인 변화다. 스코티의 갈비뼈에는 육안으로는 확인할 수 없었던 미세 골절이 있었던 것이다. 이 골절이 언제 발생했는지 정확히 알 수는 없다. 다만 성체가 된 뒤 생긴 것이라면 거대 티라노사우루스의 갈비뼈가 부러질 정도의 강력한 충격이었을 것으로 추정된다. 연구팀은 강하게 저항하는 대형 사냥감과의 사투, 또는 다른 티라노사우루스와의 치열한 싸움 때문에 이런 충격이 가해졌을 것으로 추정했다. 이번 연구는 최강의 포식자 티라노사우루스조차 고통과 상처를 감내하며 치열하게 생존했음을 보여주는 중요한 증거다. 최첨단 과학기술은 이처럼 화석 속에 숨겨진 공룡의 비밀을 하나둘씩 벗겨내며 과거 지구의 생명체에 대한 우리의 이해를 넓히고 있다.

현대 의학은 몸속을 들여다볼 수 있는 첨단 진단 장치 덕분에 크게 발전했습니다. X선 촬영, 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI), 초음파 기술은 끊임없이 발전하면서 질병을 진단하고 치료하는 데 큰 역할을 하고 있습니다. 하지만 지금까지 거둔 발전에도 불구하고 더 간편하고 정확한 질병 진단를 위해 과학자들은 끊임없이 새로운 새로운 진단 기술을 개발하고 있습니다. 2000년 대 초반부터 많은 발전이 이뤄지고 있는 광음향 단층촬영(PAT·PhotoAcoustic Tomography) 기술입니다. 광음향 기술은 이름 그대로 빛이 음파로 바뀌는 현상을 이용한 것입니다. 약한 레이저를 조직에 발사하면 그 에너지가 흡수되는 과정에서 조직이 팽창합니다. 그러면 약한 진동이 발생하는데, 이때 나오는 음파를 분석해 초음파처럼 내부를 들여다보는 것이 광음향 기술입니다. 광음향 기술은 기본적으로 초음파처럼 방사선 노출 위험 없이 조직을 들여다볼 수 있고 반사되는 초음파 대신 조직에서 나오는 음파를 확인하기 때문에 훨씬 해상도가 높아 밀리미터 크기의 혈관도 확인할 수 있습니다. 특히 최근 등장한 PAT은 3차원으로 혈관 및 조직을 확인할 수 있어 차세대 진단 기술로 주목받고 있습니다. 하지만 PAT에도 몇 가지 단점에 있습니다. 레이저가 조직에 깊이 흡수되기는 어렵기 때문에 투과가 가능한 깊이가 대개 15㎜ 정도라는 점이 대표적 단점입니다. 그러나 임상에서 PAT의 활용도를 크게 떨어뜨리는 문제점은 초음파처럼 바로 이미지를 얻지 못하고 5분 이상의 시간이 필요하다는 것입니다. 그 사이 움직이면 이미지가 흔들리는 문제가 생겨 검사자와 환자 모두 불편할 수밖에 없습니다. 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 연구팀은 오랜 연구 끝에 5분이 아니라 수초만에 이미지를 얻을 수 있는 PAT 기술을 개발했습니다. 연구팀은 한 개가 아닌 여러 곳에서 초음파 데이터를 확인하고 이미지 압축 기술과 수학적 모델로 이미지 처리 속도를 끌어올려 수초에서 1초 이내에 이미지를 확보할 수 있습니다. PAT 검사 시간이 크게 단축되면 이미지 품질이 올라가는 것은 물론이고 초음파처럼 움직임도 실시간 영상처럼 확인할 수 있어 활용도가 크게 높아집니다. 물론 환자도 많이 편해지고 오래 기다릴 필요가 없습니다. 연구팀은 7명의 건강한 자원자와 2형 당뇨 환자, 유방암 환자, 류머티즘 관절염 환자에서 이 기술을 테스트했습니다. 그 결과 새로운 PAT 장치가 암 조직 근처의 염증, 관절염이 있는 손가락, 혈관이 좁아진 다리와 발 혈관 등 과거에는 쉽게 구할 수 없었던 이미지를 빠르고 정확하게 얻을 수 있다는 점을 알아냈습니다. 물론 실제 의료 현장에서 사용되기 위해서는 더 많은 환자를 대상으로 한 임상 시험과 관계 기관의 승인이 필요합니다. 앞으로 후속 연구와 검증을 거쳐 PAT가 초음파나 CT, MRI처럼 의료 현장에서 혁신을 일으킬 수 있을지 주목됩니다.

국내 연구진이 패혈증을 일으키는 병원균과 항생제 내성을 가진 슈퍼박테리아를 자폭시켜 없앨 수 있는 방법을 찾아냈다. 서울대 약대, 포항가속기 연구소, 제주대 약대, 덕성여대 약대 공동연구팀은 독소-항독소 단백질의 3차원 구조를 밝혀내 독소 활성화를 통한 병원균 사멸 유도원리를 확인했다고 10일 밝혔다. 이번 연구는 항생제 내성 슈퍼박테리아를 없앨 수 있는 차세대 항생제 설계의 실마리가 될 것으로 기대되고 있다. 이 같은 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘핵산 연구’ 2월 10일자에 실렸다. 20세기 초 처음 등장한 항생제는 많은 생명을 구한 기적의 약으로 받아들여졌다. 그렇지만 남용으로 인해 항생제 효과가 제대로 나타나지 않는 항생제 내성균이 등장했다. 2020년 세계보건기구(WHO) 보고에 따르면 최근 개발된 항생제 대부분은 슈퍼박테리아에 취약한 것으로 확인됐다. 또 현재 개발된 항생제들은 대부분 그람 음성균을 타겟으로 하고 있어서 그람 양성균에 의한 감염에는 대응이 쉽지 않다는 것이 확인됐다. 연구팀은 패혈증 원인균이자 그람 양성균인 포도상구균에서 유래된 독소단백질과 독소-항독소 결합체 단백질의 3차원 구조를 4세대 방사광가속기를 이용한 X선 결정학으로 밝혀냈다. 또 생물리학 분석으로 독소단백질의 활성화 부위를 확인했다. 그 결과 활성 유지를 통해 병원균의 mRNA를 분해하는 것을 밝혀냈다. 즉 두 단백질의 강제적 결합방해를 통해 독소단백질이 지속적인 독소 활성을 나타내도록 해 포도상구균, 폐렴막대균, 탄저균, 결핵균을 사멸할 수 있음을 규명했다. 이봉진 서울대 약대 교수는 “이번 연구결과는 구조기반 약물 설계법을 이용한 빠른 약물 개발을 가능케 할 것”이라며 “슈퍼박테리아 중 빠른 대처가 필요한 메티실린 내성 황색포도상구균 뿐만 아니라 폐렴막대균, 탄저균, 결핵균에 대처할 수 있는 약물 설계 실마리가 될 것으로 기대한다”고 설명했다.

영국령 저지섬 동굴에서 110년 전쯤 발굴됐던 네안데르탈인의 치아 화석 십여점을 다시 분석한 결과, 현생인류인 호모사피엔스의 특징도 함께 존재하는 것으로 나타나 두 종의 혼혈이 생각보다 흔했던 것으로 나타났다. 영국 일간 데일리메일 보도에 따르면, 1910년과 1911년 저지섬 생브렐라드에 있는 동굴 안에서 한 작은 화강암 바위 윗부분에서 발굴된 치아 화석 13점은 처음에 네안데르탈인 1명에게서 나온 것으로 추정됐지만 영국 연구진에 의한 새로운 분석 연구에서 적어도 2명의 개인에게서 나온 것이라는 결론이 내려졌다.게다가 두 사람의 치아는 모두 현대 인간의 고유 특징을 공유하고 있어 이들은 네안데르탈인과 호모사피엔스 사이의 혼혈이었을 가능성을 시사한다. 예를 들어 치아의 목 부분으로 치관과 치근 사이 잘록한 부분인 치경부(cervix)가 인간의 것과 같은 모양을 하고 있다는 것이다.라코트 드생브렐라드(La Cotte de St Brélade)라는 이름의 이 동굴 유적지에서는 1920년대까지 계속된 초기 발굴 조사에서 네안데르탈인과 관계가 있는 중기구석기 양식의 석기 2만여 점이 추가로 나왔었다. 이 동굴 퇴적층에 관한 최근 분석에서는 이들 치아 화석의 연대가 4만8000년 전까지 거슬러 올라간다. 이는 네안데르탈인이 멸종하기 8000년 전으로 이들 화석이 지금까지 발견된 가장 최근의 네안데르탈인의 유골 중 일부일 가능성이 있다는 점을 의미한다. 이에 대해 이번 연구를 주도한 영국 국립자연사박물관의 생물인류학자 크리스 스트링어 박사는 “현대 인류는 4만5000년 전 유럽의 일부 지역에서 네안데르탈인과 활동시기가 겹친다. 이런 점을 고려하면 생브렐라드 동굴에 살았던 사람들의 특징은 네안데르탈인과 현생인류의 공통 조상을 가질 수 있었다는 점을 시사한다”면서 “혼혈 집단에 관한 이론은 현재 조사 중인 치아 화석들에서 고대 DNA를 추출함으로써 검사할 수 있다”고 설명했다. 저지섬 동굴에서 발굴한 모든 화석 표본은 연구진에 의해 3차원 X선이나 미세단층촬영 기술로 스캔돼 휴먼 포슬 레코드(Human Fossil Record)라는 온라인 사이트를 통해 공개됐다. 이에 대해 연구에 참여한 영국 켄트대의 고인류학자 매트 스키너 박사는 “우리는 저지 헤리티지(저지섬 문화유산)와의 협력으로 누구나 이들 화석을 가상으로 조사할 수 있도록 했다. 사람들은 교육이나 소장용으로 고해상도 사본이나 3D 모델을 내려받아 인쇄할 수 있다”면서 “이는 실물 화석 다음으로 가장 좋은 것”이라고 말했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘인류진화저널’(Journal of Human Evolution) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

약 2억3700만 년 전 지구에 존재한 한 파충류는 비록 날개가 없지만 익룡의 초기 조상 중 하나였다는 연구 결과가 나왔다. 미국 버지니아공대 등 국제연구진은 최신 CT 촬영기법으로 날개가 없지만 긴 뒷다리가 특징인 라게르페티드(lagerpetids)와 날개가 있는 프테로사우루스(pterosaurs·이하 익룡)의 유사성을 밝혀냈다.익룡은 공룡의 근연종으로 공룡 만큼 잘 알려지지 않았지만 크기는 전투기부터 모형비행기 수준까지 다양하며 비행 능력이 뛰어났다. 익룡은 약 6600만 년 전 공룡과 함께 멸종하기 전까지 약 1억5000만 년 동안 하늘을 지배하며 비행 능력을 진화해온 최초의 파충류였다. 하지만 익룡이 어느 동물에서 진화하고 비행 능력을 얻을 수 있었는지는 지난 200년간 풀리지 않은 수수께끼였다.그런데 이번 연구에서 연구진은 수수께끼의 파충류 라게르페티드가 열쇠가 될 수 있다고 주장한다. 연구 공동저자 스털링 네스빗 버지니아공대 교수는 “‘익룡이 어디에서 왔을까?’라는 질문은 파충류 진화 역사에서 여전히 풀지 못한 수수께끼 중 하나”라면서도 “이제 우리는 답을 얻었다고 생각한다”고 말했다. 라게르페티드는 이미 학계에서 알려지긴 했지만 발견된 화석은 비교적 드문 편이다. 라게르페티드에 속하는 드로모메론 그레고리(Dromomeron gregorii)의 화석은 1930~1940년대 텍사스주에서 처음 발견됐지만 지난 2009년에 이르러서야 식별될 수 있었다. 이 발굴의 특징은 일부 두개골 등 머리 부위가 잘 보존됐다는 것인데 이 파충류는 균형 감각이 뛰어나 민첩할 가능성이 높다는 것을 시사한다. 연구진은 남아메리카 대륙에서 라게르페티드에 속하는 더 많은 종을 발견한 뒤 이 그룹이 2억3700만 년 전부터 2억1000만 년 전인 후기 트라이아스기 동안 고대 초대륙인 판게아 전역에서 서식한 작고 날개 없는 파충류라고 결론지었다. 고생물학자들은 이미 라게르페티드 뼈의 길이와 모양 등 특징이 익룡 뼈의 특징과 비슷하다고 지적한 바 있다. 하지만 이전에 발견된 화석은 거의 없었기에 라게르페티드는 공룡에 좀 더 가까운 것으로 여겨졌다.이에 따라 연구진은 최근 몇 년간 북아메리카 대륙뿐만 아니라 브라질과 아르헨티나 그리고 마다가스카르에서 발굴된 라게르페티드 두개골과 앞다리뼈 그리고 척추뼈를 자세히 조사했다. 또 최근 발견된 두개골에 대해 미세단층촬영(μCT)을 시행해 뇌와 감각기관을 재구성했다. 여기서 μCT는 X선을 사용해 물리적 물체의 3차원 단면을 만든다. 또 다른 공동저자 미셸 스토커 버지니아공대 조교수는 “CT 데이터는 고생물학 연구에서 획기적인 것”이라면서 “이런 섬세한 화석 중 일부는 거의 80년 전 발굴됐는데 이 기술로 최초로 발굴된 드로모메론 두개골 속 뇌와 내이의 해부학적 구조를 세심하게 재구성해 익룡의 초기 조상임을 확인할 수 있었다”고 설명했다. 연구진은 라게르페티드의 뇌와 감각기관이 익룡의 것과 비슷한 점이 많다고 판단했다. 익룡의 향상된 감각 능력과 관련한 뇌 특징도 라게르페티드에 존재하는 데 이런 특징은 비행 전에 진화됐음을 나타낸다. 라게르페티드는 스스로 날 수 없었지만 익룡이 날 수 있도록 해주는 신경해부학적 특성들 중 일부를 이미 진화시켰다는 것이다. 연구에 참여한 스위스 프리부르대학의 세르조샤 에버스 박사는 “비행은 정말 매력적인 행동으로 지구 역사 동안 여러 차례 진화됐다”면서 “이 종과 다른 멸종 동물과의 관계에 관한 새로운 가설이 제시하는 점은 익룡 비행의 기원을 이해하는 데 있어 중요한 진전”이라고 말했다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 최신호(12월 9일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국 과학자들이 손상 없이 미라 내부를 들여다볼 수 있는 신기술을 개발했다. 25일(현지시간) CNN은 시카소 노스웨스턴대 의과대학과 아르곤국립연구소, 덴버 메트로폴리탄 주립대학교 전문가로 구성된 연구팀이 1911년 이집트 하와라에서 발견된 미라의 주인공에 대해 몇 가지 단서를 알아냈다고 보도했다. 2017년 무렵부터 실험을 진행한 연구팀은 지금까지와는 전혀 다른 방법으로 미라의 주인공을 밝혀내는 데 집중했다. 마이크로-컴퓨터단층촬영(CT) 기술과 싱크로트론 X레이 회절분석을 조합한 첨단 기술을 활용했다. 첨단 방사광가속기 APS(Advanced Photon Source) 고성능 엑스레이 빔을 쏴 의료용CT의 100배에 달하는 3차원(3D) 이미지를 얻었다.마이크로CT와 방사광 X레이 회절분석을 활용한 뼈와 치아 구조 분석 선구자인 스튜어트 R. 스톡 노스웨스턴대학교 교수는 “CT 스캔을 통해 미라 내용물의 3차원 로드맵을 만들었다. 사람 머리카락 직경보다 작은 X선 빔을 미라 위에 비추며 내부를 확인했다”고 설명했다. 한 세기 가까이 미라 내부는 침습적 방법을 통해 확인했다. 비파괴검사를 적용한 건 이번이 처음이다.1911년 이집트 하와라에서 발견된 미라는 1900년 전 로마 시대 때 만들어진 것으로 ‘하와라 초상화 미라 4번’이라는 이름으로 불린다. ‘하와라 초상화 미라’는 1888~1889년과 1910~1911년 고대 이집트 하와라 지역에서 발견된 미라들로 윗부분에 초상화가 그려진 점이 특징이다. 발견 당시 마 소재로 둘러싸여 있었던 미라는 초상화에 성인 여성이 그려져 있는 것과 달리 크기가 매우 작아 궁금증을 자아냈다. 과학자들은 미라가 몸무게 23㎏, 신장 94㎝ 상당의 여자 어린이의 것이라는 사실을 밝혀냈다. 신기술을 이용해 두개골과 치아 상태 등을 살핀 결과 영구치도 나지 않은 어린이의 나이는 5세 정도로 추정됐다.특히 장기를 모두 꺼낸 미라의 배 부분에서 발견된 탄산칼슘 덩어리가 눈길을 끌었다. 분석 결과 방해석으로 만들어진 7㎜짜리 풍뎅이 조각이었다. 스톡 교수는 “풍뎅이는 부활의 상징”이라면서 내세에서 고인의 영혼을 지켜달라는 의미의 부적으로 넣은 것으로 판단했다. 또 시신을 미라로 만들고 조각품까지 넣은 것으로 보아 상류층이었을 것으로 분석했다. 다만 미라의 주인이 왜 죽었는지는 밝혀내지 못했다. 일단 미라 속 어린이는 특별한 외상이 없는 것으로 조사됐다.　 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

1895년 독일의 과학자 빌헬름 뢴트겐은 X선을 발견해 과학계에 보고했다. 이후 100년 이상 X선은 의료 현장에서 없어서는 안될 진단 도구로 자리매김했다. 물론 기술이 발전하면서 CT처럼 X선 기술을 응용한 새로운 진단 장비들이 개발되었지만, 흑백의 X선 이미지는 아직도 의료 현장에서 가장 흔하게 볼 수 있는 사진이다. 그런데 이런 X선 사진을 흑백에서 컬러로 바꿀 수 있는 새로운 진단 기술이 개발 중이다. 몇 년 전 뉴질랜드의 X선 이미지 기술 스타트업인 마스 바이오이미징 (Mars Bioimaging, MBI)은 컬러 X선 기술을 선보였다. 이 기술의 핵심은 본래 흑백인 X선 사진에 컬러를 덧붙이는 것이 아니라 조직의 종류와 두께에 따라 흡수되는 X선의 양이 다르다는 점을 이용해 각 조직을 컬러로 표시해준다는 것이다. 단지 흡수되는 정도의 차이를 흑백 영상으로 표시하는 기존의 X선과 달리 내부의 구조를 3차원 적으로 파악하는 것이다. 그런데 더 흥미로운 사실은 이 기술이 본래 유럽 원자핵 공동 연구소 (CERN)의 거대 강입자 충돌기(LHC)를 위해 개발되었다는 것이다. CERN의 과학자들은 입자 충돌기에서 나오는 수많은 입자와 에너지의 궤적을 추적하기 위해 특수한 센서와 이 데이터를 처리할 프로세서를 개발했다. 마스 바이오이미징은 이 기술을 응용해 X선 이미지도 같은 방식으로 처리할 수 있는 메디픽스3 (Medipix3) 프로세서를 개발했다. 연구팀은 2018년 첫 인체 이미지를 얻는 데 성공했으며 이후 이 기술의 상용화를 위해 연구를 계속했다. 그렇게 나온 첫 제품이 바로 마스 마이크로랩 5X120 (Mars Microlab 5X120)이다. 마스 마이크로랩 5X120은 높이 1m, 길이 1.4m, 폭 0.75m 크기의 이동식 3D 스캐너로 전신이 아니라 팔과 손을 촬영하는데 특화된 장비다. 물론 3차원적으로 인체 내부 장기와 조직을 촬영하는 일은 3D CT로도 가능하지만, 마스 마이크로랩 5X120 스캐너는 방사선 피폭량은 0.05mSv 수준으로 CT는 물론 일반 X선 촬영보다도 훨씬 적다. 덕분에 환자에게 더 안전할 뿐 아니라 여러 차례 촬영해도 부담이 적다. 덕분에 수술 후 환자에서 치료 경과를 추적하는 데 매우 효과적이다. 이동식 장비로 환자가 침상에서 바로 찍을 수 있다는 것 역시 큰 장점이다. 제조사 측은 3명의 골절 환자에서 이 3D 스캐너의 성능을 테스트했으며 앞으로 더 많은 환자를 대상으로 테스트해 2021년에 실제로 상용화한다는 계획이다. 이 기술이 실제로 안전하고 효과적인 것으로 판명된다면 X선 이미징 기술을 다시 한 단계 끌어올릴 것으로 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

난중일기·청자 등 국보 보존처리 성공부석사 조사당 벽화 ‘6년 대수술’ 돌입유물의 구조·상태 육안 파악 어려워CT 촬영기 등 노후 장비 개선 절실지난 6월 18일 경북 영주 부석사. 경내 성보박물관에 보관·전시돼 오던 국보 제46호 부석사 조사당 벽화 6폭이 무진동 특수차량에 실려 사찰 밖으로 나섰다. 고려 우왕 3년(1377년)에 제작된 것으로 추정되는 벽화가 외부로 반출된 건 700여년 만에 처음이었다. 국내에 남아 있는 가장 오래된 사찰 벽화의 행선지는 대전에 위치한 문화재청 국립문화재연구소 문화재보존과학센터. 일명 ‘문화재종합병원’이다. 세월의 흐름만큼 벽화의 병은 깊었다. 조사당 안쪽 벽면에 자리했던 벽화는 일제강점기인 1916~1918년 해체·분리돼 목재보호틀에 담긴 채 무량수전과 보장각, 성보박물관으로 거처를 옮겨다녔다. 과거 여러 차례 보존처리가 이뤄졌지만 분리할 때 보강 재료로 사용한 석고 탓에 백화 현상이 심각했고 채색층에 긁힘과 박리·박락 현상, 벽체의 균열도 극심했다. 지난 3월 문화재위원회가 벽화의 종합검진과 대수술을 결정했다. 입원 기간은 2026년까지 6년 정도. 절차는 일반 병원과 비슷하다. 우선 방사선 기술을 활용한 비파괴 구조 분석으로 벽화 구조를 정밀 진단하고 초분광분석 등으로 채색층 제작 기법을 연구한다. 이어 국내외 전문가 논의에서 보존처리 범위와 재처리 기법을 정한 뒤 보존처리와 복원에 들어간다. 보존처리 전 과정에 대한 연구 성과를 기록으로 남기는 일이 마지막이다. 인간의 생로병사와 마찬가지로 유물도 늙고, 병드는가 하면, 사고로 다치기도 한다. 문화재보존과학센터는 훼손된 유물의 원형을 보존하고 새 생명을 불어넣는 문화재 보존·복원 전담 국가기관이다. 센터가 문을 연 것은 2009년. 행정업무를 담당하는 기획운영팀과 무기질보존팀, 유기질보존팀 등 3개 팀으로 구성돼 있다. 무기질보존팀은 금속·도자기·석조·벽화 유물을, 유기질보존팀은 지류·직물·목재·비파괴 진단 업무를 담당한다. 학예연구관과 연구사, 연구원 등 36명이 소속돼 있다. 이곳에서 보존처리를 마치고 원래 소장처로 돌아간 유물은 지난해까지 총 4458점이다. 숭례문현판, 보물 제326호 이충무공유물, 국보 제76호 난중일기, 국보 제326호 청자 ‘순화4년’명 항아리 등이 대표적이다. 고려청자의 기원으로 평가받는 청자 ‘순화4년’명 항아리는 1년 6개월간 보존처리를 받고 2018년 소장처인 이화여대박물관에 인계됐다. 이 유물은 국립중앙박물관에서 현재 전시 중인 ‘새 보물 납시었네, 신국보보물전’에서 만날 수 있다. 장성윤 무기질보존팀 학예연구관은 “문화재 보존·복원에서 가장 중요한 고민은 원형과 재료”라면서 “전통재료가 우선 고려돼야 하지만 안정적으로 보존할 수 있는 현대의 재료를 쓰는 것도 필요하다”고 설명했다. 또한 나중에 추가 보존처리를 위해 제거가 가능한 가역성 재료를 사용해야 한다는 점도 강조했다. 육안으로 확인이 어려운 유물의 구조와 상태를 파악하려면 과학 장비의 활용이 필수다. 적외선·자외선 조사, 엑스선컴퓨터단층촬영(X선 CT) 등이 비파괴 진단 주요 기법으로 사용된다. 특히 X선 CT는 내부 구조를 3차원으로 형상화한 형태를 기록하기 때문에 원형 유지가 중요한 문화재 보존·관리에서 독보적인 역할을 한다. 센터 설립 때 들여온 장비들이 노후화되면서 정밀한 유물 진단을 위해 시설 개선이 필요하다는 지적이 나온다. 이순녀 선임기자 coral@seoul.co.kr

코로나19를 일으키는 SARS-CoV-2 코로나바이러스는 사람 세포에 침투한 후 내부에서 세포의 자원을 이용해 유전자와 단백질을 만든다. 인체의 자원을 가로채 자신의 유전자와 단백질을 만든 바이러스 입자들은 세포를 파괴한 후 탈출해 새로운 숙주가 될 세포를 찾아 나선다. 현재 전 세계 과학자들은 이 과정을 차단할 수 있는 약물을 개발하기 위해 사력을 다하고 있다. 가장 먼저 치료제로 승인을 받은 렘데시비르의 경우 코로나바이러스의 RNA 의존 RNA 중합효소 (RNA-dependent RNA polymerase, RdRp)를 억제하는 약물이다. 그 외에 바이러스가 세포 내로 침투하는데 필요한 프로테아제(Protease)나, 바이러스가 세포에 달라붙는데 필요한 돌기 단백질 (Spike protein) 등이 현재 개발 중인 코로나 19 치료제의 주요 목표다. 미국 에너지부 산하의 오크리지 국립연구소 (ORNL) 및 아르콘 국립연구소의 과학자들은 상온에서 X선을 이용해 코로나바이러스의 주요 단백질을 만드는데 필요한 프로테아제의 3차원 구조를 확인했다. (사진 참조) 이 프로테아제는 바이러스가 생산한 긴 단백질 사슬을 적당한 크기로 잘라 바이러스 복제에 필요한 단백질로 만든다. 따라서 이 과정을 막으면 코로나바이러스의 증식을 막을 수 있다. 따라서 과학자들은 코로나바이러스 프로테아제의 3차원적 구조를 상세히 연구했다. 다만 이를 위해서 프로테아제를 매우 낮은 온도에서 얼려야 하는 문제점이 있었다. 저널 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 발표된 논문에서 오크리지 및 아르곤 국립연구소의 과학자들은 프로테아제 결정의 크기를 키워 온도를 낮추지 않고도 X선을 통해 프로테아제의 3차원 형태를 분석했다. 연구를 이끈 오크릿지 국립연구소의 안드레이 코발레프스키(Andrey Kovalevsky)에 의하면 이 프로테아제는 바이러스이 심장이나 다름없는 중요한 효소로 그 기능이 정지되면 코로나바이러스가 더 이상 증식하거나 퍼지지 못하게 된다. 이번 연구는 바이러스가 실제로 증식하는 온도에서 3차원 구조를 확인했다는 데 의의가 있다. 연구팀은 현재 이 데이터를 바탕으로 슈퍼컴퓨터 서밋 (Summit)을 통해 프로테아제에 가장 잘 결합할 수 있는 물질을 찾고 있다. 프로테아제와 결합해서 그 기능을 방해하면 코로나 19 치료제로 사용할 수 있기 때문이다. 물론 이번 연구가 바로 신약 개발이 가능하다는 의미는 아니지만, 효과적인 신약 개발을 도울 수 있을 것으로 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

아래에서 위로 좁아지는 원통형 굽다리 받침 위에 해학스러운 사슴 모양의 둥근 몸통이 날렵하게 솟구쳤다. 몸통 위로는 ‘V’자 모양 원통형 뿔을 살포시 얹었다. 머리에서 꼬리까지 약 20㎝ 정도인 이 사슴모양뿔잔은 1500년 전 아라가야 시대 조형미의 정점을 보여주는 작품이다. 특히 액체를 채운 것으로 추정되는 몸통 부분은 겉에 이음매가 안 보일 정도로 매끄러워 어떻게 만들었을지 궁금증을 자아냈다. 문화재청 국립문화재연구소 문화재보존과학센터는 엑스선컴퓨터단층촬영(X선 CT)으로 경남 함안군 말이산 고분군 45호분에서 나온 사슴모양뿔잔의 제작 기술을 확인했다고 25일 밝혔다. X선 CT는 기계가 360도로 돌면서 투과시킨 X선으로 추출한 단층 이미지를 모아 3차원으로 재구성하는 방법이다. 의료, 자동차, 전자 분야에서 비파괴 조사에 이용한다. 문화재의 경우 내부 구조가 복잡한 유물에 사용한다. 이 방법으로 조사한 결과, 사슴모양뿔잔은 V자 원통형 뿔잔과 몸통 상·하부, 굽다리의 4개 부분을 각각 이어 붙여 만들었다. 몸통은 사슴 모양 머리에서 목까지는 흙으로 메워 빈 공간이 없었다. 원통형 뿔과 몸통은 서로 이어져 물이나 술 등 액체를 뿔에 부으면 원통에 채워진다. 뿔과 몸통 상부가 서로 붙어 있었고, 특히, 몸통 내부에는 접착력을 높이기 위해 손으로 누른 흔적이 확연했다. 육안으로 잘 안 보이던 이음새도 확연하게 드러났다. 표면은 매끄럽게 다듬었지만, 몸통 뒤에서 바라볼 때 왼편 쪽에 접합부위가 선명하다. 박종서 문화재보존과학센터 연구관은 “사슴 머리를 지탱할 수 있는 몸체의 바닥 부분을 만든 다음 원통형 뿔잔과 연결한 몸체 상부를 왼쪽으로 눌러 붙여 몸체를 완성했다. 그 뒤에 굽다리 받침을 연결한 것으로 보인다”고 설명했다. 이번 조사는 경남 함안군과 두류문화재연구원 요청으로 진행했다. 문화재보존과학센터는 사슴모양뿔잔 외에도 집모양토기, 배모양토기, 등잔모양토기 등 4점의 아라가야 토기를 분석했다. 문화재청은 이번 결과를 문화재 정밀 디지털 자료로 구축하고, 발굴 보고서에도 수록한다. 김기중 기자 gjkim@seoul.co.kr

건강검진이나 암이 의심스러울 때 사람들은 병원에서 X선이나 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI), 양전자단층촬영(PET)을 한다. 비용도 비용이지만 CT, PET 검사는 검사 직전에 조영제라는 방사성 의약품을 삼키거나 주사를 맞아야 한다. 조영제에 대한 거부반응 뿐만 아니라 그로 인해 검사과정에서 나타날 수 있는 신체적 불쾌감 때문에 꺼리는 검사를 꺼리는 이들도 많다. 국내 연구진이 조영제 같은 방사성 물질 도움 없이도 암이나 특정 질병을 정확하게 진단해 낼 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국전자통신연구원(ETRI) 지능로봇연구실, 을지대 의대, 이화여대, 한국기초과학지원연구원 공동연구팀은 자성을 띠는 산화철 나노 입자를 이용해 암은 물론 여러 특정 질병을 찾아낼 수 있는 의료영상 장비인 ‘자성입자 영상시스템’(MPI) 개발에 성공했다고 21일 밝혔다. 이번 연구성과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’에 실릴 계획이다. 암 확진 환자의 경우는 PET 검사를 통해 암의 정확한 위치를 찾는데 도움을 받을 수 있지만 단순한 건강검진이나 진단 목적으로 PET 촬영을 할 경우 적은 양이지만 방사선 피폭 때문에 우려하는 사람들이 많다. 연구팀은 산화철이 자성을 띠는 물질이지만 인체에 무해하다는 점에 착안해 외부에서 자기장을 걸어 산화철 위치를 파악하는 MPI 기술을 개발했다. 산화철 입자에서 나오는 자기장 신호를 인체의 3차원 공간 정보와 결합하면 정확한 질병 부위를 찾을 수 있게 된다. 더군다나 산화철 입자는 인체에 무해할 뿐만 아니라 사람 몸 속에 있는 항원-항체 단백질을 산화철 입자에 코팅해 주입하면 질병 발생 부위를 손쉽게 찾을 수 있을 뿐만 아니라 장기적으로 사용이 가능해 만성질환 추적과 진단에도 도움이 된다. 더군다나 항원-항체를 바꿔주면 다양한 질병을 탐색이 가능하다. 이 때문에 MPI는 2000년대 초부터 개발이 시작됐지만 실제 생체 영상을 촬영할 수 있는 기술을 갖고 있는 곳은 전 세계적으로 필립스와 마그네틱 인사이트라는 2곳에 불과하다.연구팀은 자기장 발생장치, 중앙제어시스템, 관련 소프트웨어까지 장비에 필요한 원천기술 대부분을 독자 개발했으며 크기 역시 가로 세로 각각 170㎝, 60㎝로 소형화해 소모 전류량을 상용화된 다른 MPI 장비보다 100분의 1 수준이다. 소형화되면서 제작 가격도 20분의 1 수준으로 낮췄다. 연구팀은 이번에 개발한 MPI 기술로 생쥐를 대상으로 실험한 결과 자성 나노입자의 정확한 위치를 찾는데 성공했다. 연구진은 이번 기술을 실제 임상현장에서 사용하기까지는 7년 정도가 걸릴 것으로 보고 있다. 홍효봉 ETRI 박사는 “이번 기술은 인체에 무해한 산화철 나노입자를 이용해 각종 질병을 확인할 수 있다는 점에서 기존 영상장비들과 차별화된 것”이라며 “특히 항원-항체를 달리 함에 따라서 다양한 질병을 탐색할 수 있기 때문에 암은 물론 만성질환 등 다양한 질병을 관리하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 본다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1572년 11월 덴마크의 천문학자 티코 브라헤(1546~1601)는 밤하늘을 관측하다 카시오페아 자리에 나타난 초신성(超新星)을 처음 발견했다. 당시 그는 “이전에는 볼 수 없었던 반짝이는 천체를 관측했다”면서 “이후 2년 동안 쭉 조사했는데 금성만큼이나 밝았다”고 적었다. 브라헤가 발견한 이 초신성이 바로 그의 이름을 딴 ‘티코의 신성’(Tycho’s supernova)이다. 정식명칭으로는 SN1572로 명명된 티코는 천체 망원경의 도입과 함께 수백 여 년이 지난 지금도 천문학자들의 주요 관측 대상이 되고있다. 지난 19일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 ‘찬드라 X선 우주 망원경’(Chandra X-ray Observatory)의 적외선 데이터와 DSS(Digitized Sky Survey)의 가시광 데이터를 합쳐만든 초신성 티코의 이미지를 홈페이지에 공개했다. 이 이미지는 티코의 3차원적 특성을 강조하기 위해 만들어진 것으로 붉은색은 지구와 멀어지는 물질, 파란색은 지구쪽으로 이동하는 물질을 의미한다. 이를 통해 초신성에 대한 정확한 이해의 폭을 넓혀보고자 하는 것이 전문가들의 생각. 초신성은 이름만 놓고보면 새로 태어난 별 같지만 사실 종말하는 마지막 순간의 별이다. 일반적으로 별은 생의 마지막 순간 남은 ‘연료’를 모두 태우며 순간적으로 대폭발을 일으킨다. 이를 초신성 폭발이라고 부르며 이 때 자신의 물질을 폭풍처럼 우주공간으로 방출한다. 사진 속 거품처럼 부풀어 오른 물질이 바로 초신성 폭발이 남긴 잔해로 이 물질을 통해 또다시 별이 만들어지고 또 지구와 같은 행성이 생성된다. 곧 별의 죽음은 새로운 천체의 탄생을 의미하기도 한다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

국내 연구진이 새로운 초전도 절연기술을 개발해 의료기관에서 많이 사용되는 자기공명영상(MRI) 장치를 더 작고 가볍게 만들 수 있게 됐다. 한국전기연구원 초전도연구센터 연구진은 MRI 내부에 들어가는 핵심부품인 초전도 전자석의 재료를 적게 사용하면서도 발열을 막을 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. MRI는 초전도 전자석으로 고주파 자기장을 만들어 인체 내부 수소 원자핵으로부터 발생되는 영상신호를 2차원, 3차원 단면을 보여주는 전신 검사장비이다. X선, 컴퓨터단층촬영(CT)과 달리 방사선을 사용하지 않아 안전하고 해상도가 뛰어난 영상을 다양한 각도에서 자유자재로 촬영할 수 있다는 장점이 있다. MRI 해상도는 자기장의 크기에 비례하는데 자기장 크기는 ‘초전도 전자석’에 좌우된다. 초전도는 금속이나 화합물을 일정 온도 이하로 냉각할 때 전기저항이 사라져 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 현상이다. 전기저항이 0이기 때문에 같은 단면적의 구리선과 비교했을 때 훨씬 많은 전류를 흘릴 수 있는데 일정 전기량이 넘어가면 초전도선 일부에서 초전도 상태를 벗어나는 현상이 나타난다. 이렇게 되면 일반 금속보다 저항이 커져 열이 발생해 타버린다. 아직까지는 초전도 발열현상이 명확히 밝혀지지는 않은 상태다. 이 때문에 현재는 하나의 초전도선을 타지 않게 하기 위해 10배 정도 많은 구리를 초전도선으로 둘러싸고 있다. 문제는 이렇게 될 경우 구리가 많이 사용돼 전체 부피와 무게가 커진다는 단점이 있다.연구팀은 정상 동작시에는 일반 절연체와 같이 전기가 새지 않도록 절연기능을 수행하다가 초전도선에서 발열현상이 나타나면 자동으로 전기를 흘려주는 도전재로 전환하는 ‘스마트 인슐레이션’ 기술을 개발했다. 스마트 인슐레이션 기술은 발열 발생시 주변 다른 선들과 전류를 나누기 때문에 초전도선을 둘러싸는 구리의 양을 절반 가까이 줄일 수 있게 된다. 전기연구원 김석환 박사는 “일반 의료기관에서 MRI를 설치할 때 장치의 크기와 무게 때문에 많은 어려움을 겪는데 이번 스마트 인슐레이션 기술을 활용하면 MRI의 소형화와 경량화가 가능해질 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

개미 중에는 매우 독특한 생활 방식을 지닌 것들이 많다. 작물을 재배하는 개미부터 다른 개미를 노예처럼 부리는 개미, 진딧물과 공생하거나 혹은 식물과 공생하는 개미까지 온갖 방법으로 번영을 누리는 곤충이 개미다. 이 가운데 집게 턱 개미(Tran-jaw ant)는 집게처럼 생긴 턱을 스프링처럼 장전해 엄청난 속도로 닫는 방식으로 유명하다. 빠른 속도로 닫히는 큰 턱에 잡히면 웬만한 곤충도 살아남기 어렵다. 그런데 이보다 더 빠르게 턱을 움직이는 개미가 발견됐다. 미국 일리노이 대학의 앤드류 수아레즈 교수 연구팀은 이렇게 빠른 턱을 지닌 개미를 연구하던 중 드라큘라 개미의 일종인 미스트리움 카밀래(Mystrium camillae)의 턱이(사진) 지구상 어떤 생물체보다도 빠르게 움직인다는 사실을 발견했다. 이 개미의 턱은 0.000015초 만에 움직이기 때문에 연구팀은 초고속 카메라로 1만6000배 느린 영상을 찍어 그 움직임을 파악했다. 그 속도는 KTX만큼 빠른 시속 320㎞에 달한다.미스트리움에서 가장 독특한 부분은 집게 턱 개미처럼 좌우로 벌어졌다가 빠르게 닫히는 형태가 아니라 손을 모은 것처럼 있던 턱이 교차하면서 X자 형태가 되는 식으로 움직인다는 것이다. 따라서 이 개미는 집게 턱 개미와는 달리 상대방을 치명적인 턱으로 물 수 없다. 대신 엄청난 탄성 에너지를 이용해서 상대방을 튕겨내거나 혹은 자신이 튕겨 나간다. 이것이 방어용인지 공격용인지는 분명하지 않지만, 양쪽 모두에 유용하게 쓰일 수 있을 것이다. 연구팀에 따르면 이는 동물의 부속지 가운데 가장 빠른 속도로(fastest known moving animal appendages) 미스트리움이야 말로 세상에서 가장 빠른 동물이라고 할 수 있다. 이런 빠른 움직임은 근육의 힘만으로 불가능하다. 집게 턱 개미와 마찬가지로 미스트리움 역시 스프링 같은 근육과 인대로 장전된 턱을 순간적으로 발사하는 방식으로 초당 90m의 속도로 턱을 움직인다. 절지동물 가운데는 의외로 이런 형태의 턱이나 부속지를 가진 생물들이 많은데, 최근 초고속 카메라의 발달과 곤충의 미세 구조를 3차원적으로 파악할 수 있는 고해상도 X선 이미지 기술이 발달하면서 이들의 비밀이 밝혀지고 있다. 사실 아직 우리가 모를 뿐 이보다 더 동작이 빠른 동물 역시 존재할 가능성이 크다. 앞으로도 이들에 대한 연구가 계속될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

국내 연구진이 손가락보다 작은 치료용 방사선 생성기를 개발하고 이를 이용해 피부암을 치료할 수 있는 치료기를 개발해 주목받고 있다. 카이스트 원자력및양자공학과 조성오 교수와 강남세브란스병원 이익재 교수 공동연구팀은 탄소나노튜브를 이용해 진공 밀봉형 초소형 X선 튜브와 X선 근접 피부암치료장비를 개발했다고 22일 밝혔다. 특히 이번 장비는 의료용 장비개발업체인 비츠로네스텍과 함께 연구를 해 곧바로 상용화가 가능하다는 것이 장점이다. 피부암은 발병률이 가장 높은 암으로 전 세계적으로 매년 300만명에 가까운 환자가 발생하고 있다. 피부암은 수술이나 약물 요법으로 치료하지만 외과수술은 흉터가 남고 약물은 내성이 생길 가능성이 있다는 단점이 있다. 또 상처가 비정상적으로 아물어 나타나는 켈로이드도 수술이나 약물요법, 레이저로 치료하지만 완치가 쉽지 않다. 이 때문에 방사선을 이용하는 치료기술이 많이 활용되고 있는데 방사선 치료술은 흉터가 남지 않고 치료 시간도 짧으며 고령이나 타질환으로 수술이 어려운 경우에도 쉽게 활용할 수 있다. 문제는 발생하는 방사선 에너지가 높아 치료부위 외 정상세포도 훼손될 수 있다는 점이다.연구팀이 개발한 X선 근접 암치료장비는 현재 사용되고 있는 방사선치료기보다 제작 비용이 저렴하고 국부적 치료도 가능해 정상 세포의 손상을 최소화할 수 있다. 실제로 연구팀은 피부암과 켈로이드 세포와 동물실험을 실시한 결과 기존 방사선 치료장비인 선형가속기와 동등한 치료효과가 나타나는 것을 확인했다. 또 인체 삽입도 가능해 유방암, 자궁암, 직장암에도 활용할 수 있다. 조성오 교수는 “X선 튜브를 더 소형화 하면 내시경에 장착해 위암, 식도암, 대장암, 췌장암 등도 치료할 수 있을 것”이라며 “암 치료 이외에도 의료용 영상장비, 3차원 반도체 비파괴검사, 물질 분석, 나노측정 장비 등 첨단 의료장비나 산업장비에도 활용할 수 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

초고속 ‘뉴클레오티드’ 설계 기술 대구경북과학기술원(DGIST) 정보통신융합공학전공 김민수 교수와 뇌인지과학전공 구재형 교수팀이 빅데이터 기술을 적용해 유전자 진단과 신약 개발에 필수적으로 사용되는 ‘올리고뉴클레오티드’를 빠르고 정확하게 설계해 내는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.이 기술은 동식물 전체 유전자 데이터베이스를 색인 구조로 바꿔 검색엔진에서 정보를 검색하는 것처럼 입력한 설계 조건과 목표 유전자에 적합한 올리고뉴클레오티드를 초고속으로 정확하게 설계하도록 하는 내용이다. 김성호 UC버클리대 교수 초청 강연 카이스트(총장 강성모)는 구조생물학 분야의 세계적 석학인 김성호(79) 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 명예교수를 초청해 특별강연을 갖는다. 김 교수는 X선 결정구조 분석법으로 tRNA의 3차원 구조를 세계 최초로 밝힌 인물이다. 김 교수는 23, 30일 의과학연구센터에서 ‘우주와 지구의 기원’, ‘생명과 인류의 기원’이라는 내용으로 대학생과 대학원생을 대상으로 강연을 할 예정이다. 성균관대 내일부터 ‘국제솔라포럼’ 성균관대 에너지과학과는 한국전기화학회와 함께 ‘제5회 국제솔라포럼’을 25~27일 서울 성균관대 600주년 기념관에서 개최한다고 23일 밝혔다. 이번 포럼에서는 최근 주목받고 있는 멀티스케일 페로브스카이트 태양전지와 관련한 다양한 주제가 논의될 예정이다. 25일에는 태양전지 분야 석학으로 알려진 스위스 로잔공대 마이클 그라첼 교수가 기조강연을 통해 태양전지 분야의 최근 연구 동향과 핵심 과제에 대해 이야기할 계획이다.