코로나19의 원인인 ‘사스 코로나바이러스-2’(코로나19 바이러스)를 인공적으로 합성한 ‘코로나19 결손바이러스’를 사용해 코로나19 바이러스를 없애는 새로운 방법이 제시됐다. 미 펜실베이니아주립대 생물학과 마르코 아르케티 교수 연구팀은 이런 개념을 입증하기 위한 치료제를 설계했다고 밝혔다. 아르케티 교수에 따르면, 코로나19 바이러스와 같은 바이러스가 사람의 세포를 공격할 때 먼저 세포 표면에 달라붙어 유전물질을 세포 안으로 주입한다. 그리고 세포를 빼앗아 바이러스의 유전물질을 대량으로 복제해 결국에는 붕괴한 세포로부터 수많은 바이러스 입자를 방출하는 것으로 한층 더 체내에서의 감염을 확대해간다.  숙주의 체내에서 바이러스의 복제가 반복되면 드물게 유전물질 합성에 실패해 바이러스의 게놈 일부가 결손할 수 있다. 게놈이 결손하면 바이러스로 행동하는데 필요한 단백질을 합성할 수 없다. 이런 바이러스는 정상적으로 증식할 수 없어 결손바이러스라고 부른다. 하지만 결손바이러스가 있는 세포 안에 정상적인 바이러스가 들어가면 결손바이러스의 게놈이 정상 바이러스의 게놈을 이용 증식해 정상 바이러스를 대체하는 현상이 일어날 수 있다. 이는 결손바이러스가 정상 바이러스의 증식을 방해하는 작용으로, 학술적으로는 ‘간섭’이라고 하며, 이런 간섭을 일으키는 결손을 지닌 바이러스 입자는 ‘결손갑섭(DI)입자’라고 부른다. DI입자가 바이러스의 증식을 막는데 주목한 연구팀은 코로나19 바이러스의 게놈을 90% 차단해 이 바이러스의 DI입자를 만들었다. 그 DI입자를 코로나19 바이러스, 즉 정상 바이러스에 감염된 원숭이의 세포에 주입하는 실험을 시행했다. 그 결과, 실험 시작 24시간 뒤 정상적인 코로나19 바이러스 양이 절반으로 감소하는 한편 이 바이러스의 DI입자는 정상 바이러스의 3배 속도로 증식하는 것으로 나타났다. 이에 대해 아르케티 교수는 “DI입자는 결손이 있는 탓에 코로나19 바이러스로는 기능하지 않으며 단독으로 증식할 수 없다. 하지만 야생형(질병 유발형) 코로나19 바이러스와 동시에 감염되면 정상 바이러스의 증식 과정을 빼앗아 DI입자를 복제한다”면서 “게다가 게놈이 짧은 덕에 정상 바이러스보다 빠르게 자가 복제해 바이러스의 증식을 막게 된다”고 설명했다. 또 “정상 바이러스가 50% 감소하는 것만으로는 코로나19를 치료하는 것과 관계가 없겠지만, 정상 바이러스의 DI입자가 정상 바이러스보다 빠르게 증식할 수 있기에 우리 연구자들은 시간이 지남에 따라 DI 입자의 유효성이 더욱 증가할 것으로 예상한다”고 말했다. 아르케티 교수는 “정상 바이러스의 DI입자가 항바이러스약으로 쓰일 수 있는지를 검증하기 위해서는 추가 실험이 필요하다”고 강조하면서 “연구를 진행해 미세 조정을 가하면 이런 DI입자가 코로나19의 치료약으로 사용될 가능성이 있다”고 말했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘피어제이’(PeerJ) 최신호에 실렸다.

화이자와 함께 세계 최초로 코로나19 백신 개발에 성공했던 독일 바이오엔테크가 이번엔 말라리아 백신 개발에 나선다. 이 회사가 코로나19 백신에서 세계 최초로 상용화했던 메신저 리보핵산(mRNA) 기술을 활용할 계획이다. 바이오엔테크는 26일(현지시간) 세계보건기구(WHO) 고위대표부와 우르줄라 폰데어라이엔 유럽연합(EU) 집행위원장, 켄업 재단, 게이츠 재단 등과 공동으로 기자회견을 열고 말라리아 근절 이니셔티브의 일환으로 백신 개발 프로젝트에 착수한다고 밝혔다. 내년 임상, 2023년 접종 목표다.현존하는 말라리아 백신은 모스퀴릭스 1종인데, 이 백신의 예방 효능은 36%로 WHO 목표치인 75%에 못미친다. 2019년부터 가나와 케냐, 말라위 등 말라리아로 인한 피해가 심각한 아프리카 나라들에서 모스퀴릭스 시범 접종을 실시 중이다. 미국 존스홉킨스 블룸버그대 공중보건대학원의 프라카시 스리니바산 조교수는 abc방송과의 인터뷰에서 “말라리아를 일으키는 기생충인 플라스모디움의 유전정보(게놈)는 바이러스의 그것보다 복잡하다”며 말라리아 백신 개발의 어려움을 설명했다. 매년 전 세계에서 2억 2900만명이 말라리아에 걸리고, 이 중 400만명은 사망한다. 사망자의 90% 이상이 아프리카 대륙에서 나오며, 사망자의 3분의 2는 어린이다.

1989년 6월 등굣길에 14세 여자아이를 성폭행하고 목졸라 살해한 범인의 정체가 밝혀졌다. 범인은 1995년에 이미 스스로 생을 마감해 법정에 세울 수 없었지만 32년 동안 딸을 죽인 이의 정체를 몰라 애를 태웠던 어머니는 한을 풀게 됐다. 32년의 미제사건(콜드케이스)이 해결된 것은 피해자의 몸에 남아 있던 아주 적은 양의 유전자(DNA) 분석이 가능해졌기 때문이었다고 미국 폭스뉴스가 22일(현지시간) 전했다. 네바다주 라스베이거스의 한 고교에 다니던 스테퍼니 아이작슨(당시 14)은 늘 다니던 통학 길에서 갑자기 사라졌다. 그날 밤 근처 들판에서 사망한 채 발견됐다. 경찰은 소녀가 성폭행당한 뒤 목이 졸려 숨진 것으로 판단했다. 여러 주를 넘나들며 수사를 했지만 범인은 오리무중이었다. 수십 년간 수사를 이어갔지만 단서를 찾지 못했다. 사건에서 채취한 DNA 정보는 국가 데이터베이스에 등록됐지만 양이 아주 적었다. 당시 분석 기법으로는 일치하는 용의자를 찾을 수 없었다. 그러다 지난해 경찰은 라스베이거스의 유전자 분석업체 대표 저스틴 우의 도움을 받아 극소량의 DNA만을 남긴 미제 살인사건들에 대한 수사에 다시 착수했다. 한 주민이 기부한 것이 결정적 계기가 됐다. 아이작슨의 사건은 올해 1월 재수사 대상에 선정됐다. 용의자의 DNA 샘플은 수백 건의 미제사건 해결을 도운 민간 연구소 오스람(Othram) 에 보내졌다. 당시 현장에 남겨진 증거는 세포 15개가 전부였다. 다행히 텍사스주에 본사를 둔 오스람은 DNA가 120pg(피코그램, 1조 분의 1g) 미만, 세포 15개 미만이라도 게놈 시퀀싱(DNA 염기서열 분석)을 통해 용의자를 식별할 수 있었다. 영국 BBC에 따르면 보통 소비지가 직접 구매해 DNA 검사를 하는 킷은 샘플의 DNA 양이 750~1000 나노그램이면 충분히 검사할 수 있다. 이들 샘플은 가계 뿌리를 찾거나 건강 관련 정보를 얻기 위해 공공 웹사이트에 업로드된다. 하지만 범행 현장에 남겨진 DNA 정보는 수십에서 수백 나노그램정도 밖에 안된다. 그런데 아이작슨 사건에서는 0.12나노그램 밖에 안돼 세포 수 15개 밖에 안 됐는데 이것만으로도 게놈 시퀀싱에 성공한 것이다. 이어 유전자 계보 분석을 활용해 가계도를 만들었고, 먼 친척을 통해 일치하는 DNA 정보를 하나하나 찾아내 결국 라스베이거스 주민 대런 마천드를 용의자로 지목했다. 마천드는 아이작슨이 살해되기 3년 전 또 다른 살인사건과 관련해 체포된 일이 있었는데 당시 검출된 DNA 정보가 아이작슨의 옷에서 발견된 것과 일치했다. 라스베이거스 경찰은 22일 기자회견을 열어 “이 사건이 잘 풀린 것은 아주 적은 양의 DNA 정보라도 활용 가능했기 때문”이라고 밝혔다. 데이비드 미텔만 오스람 CEO는 “미제 사건에서 남은 모든 증거를 사용하는 것이어서 사실 이번 일에 나서기 두려웠다”면서도 “공식 발표된 사건 중에 가장 적은 DNA 정보로 범인을 찾은 사례”라면서 다른 미제사건도 해결되길 희망한다고 말했다. 아이작슨의 어머니는 취재진에게 누군가 대신 읽어준 편지를 통해 “딸을 죽인 범인을 알아내서 기쁘다”면서 “사건이 해결될 줄은 몰랐다”며 고 소감을 전했다. 한편 이번 사건 해결에 이용된 유전자 분석 기법은 2018년에 악명 높은 연쇄살인범 골든스테이트 킬러를 검거했을 때 쓴 방법과 정확히 같은 것이라고 BBC는 전했다. 오스람은 지금도 여러 콜드케이스를 해결하기 위해 열심히 분석 중인데 1881년에 발생한 사건까지 있다고 했다.

2019년 늦가을 중국에서 시작된 코로나19는 순식간에 전 세계로 확산됐다. 교통수단의 발달로 하루 이틀이면 전 세계 원하는 곳 어디든 갈 수 있게 된 영향이 컸다. 외국 여행이 코로나19 같은 바이러스뿐만 아니라 항생제 내성을 가진 장내미생물과 유전자까지 옮기는 계기가 될 수 있다는 연구가 나왔다. 코로나19 대확산 이후 ‘0’으로 수렴됐던 외국 여행 수요가 코로나 종식 후 다시 늘어난다고 하더라도 여전히 경계를 늦춰서는 안 된다는 뜻이다. 미국 세인트루이스 워싱턴대 의대 부설 게놈과학·시스템생물학센터, 병리·면역학과, 분자미생물학과, 의생명공학과, 네덜란드 마스트리히트대 의대 의료미생물학과, 암스테르담대 의대, 에라스무스대 메디컬센터 의료미생물학·감염과, 암스테르담 국제보건발전연구소 공동연구팀은 외국 여행객들이 항생제 내성(AMR) 유전자를 가진 장내미생물을 갖고 귀국하는 경우가 늘고 있다고 9일 밝혔다. 이 같은 연구 결과는 의생명과학분야 국제학술지 ‘게놈 의학’ 6월 7일자에 실렸다. 연구팀은 2013년 11월부터 2016년 7월까지 18세 이상 네덜란드 성인 남녀를 대상으로 한 ‘여행 후 다항성박테리아 운반’(COMBAT) 연구 데이터를 활용했다. 연구팀은 특히 동남아시아, 남아시아, 북아프리카, 동아프리카 등 4개 지역을 여행했던 190명을 무작위로 선정해 여행 전후 장내미생물 군집과 유전자 변화를 조사했다. 이번 연구에서 주목한 지역들은 열악한 위생 상태와 의료 상황 때문에 항생제 내성균이 많이 발견되는 이른바 ‘핫스폿’(hot spot)이다.사람은 약 39조개의 미생물을 갖고 있는데 대부분 대장이나 소장 등 소화기관에 집중돼 있다. 이들 소화기관에 있는 미생물을 ‘장내미생물’이라고 부른다. 장내미생물은 영양소 분해나 소화를 돕는 역할을 하는 정도로만 알려져 있었지만 최근 다양한 연구를 통해 비만, 대장암을 포함한 다양한 암종과 면역계질환, 치매나 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌질환, 우울증, 양극성장애 같은 신경정신질환에도 상당한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 실제로 장내미생물에는 인체에 유익한 것과 유해한 것들이 모두 존재하고 있다. 최근에는 항생제 오남용과 항생제가 포함된 각종 화학물질로 키운 농축산물을 통해 항생제 내성을 가진 유해한 장내미생물도 늘고 있는 추세다. 연구팀은 여행 전후로 실험대상자들의 장내미생물을 메타게놈 염기서열 분석법으로 조사하고 지금까지 알려진 AMR 유전자 자료들과 비교했다. 그 결과 여행자들 대부분 출국 전에는 없었던 AMR 유전자를 가진 장내미생물들이 여행 이후 발견됐다. 이렇게 발견된 AMR 유전자는 56종이었으며 그중에는 항생제 내성이 강해 어떤 항생제도 통하지 않는 고위험 AMR 유전자도 10종이 포함돼 있었다. 특히 동남아시아 지역으로 여행을 다녀온 실험대상자들에게서 고위험 AMR 유전자가 가장 많이 발견된 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 AMR 유전자는 여행 이후에 발견된 만큼 해외여행이 바이러스뿐만 아니라 항생제 내성 장내미생물을 전달하고 확산시키는 수단이라고 지적했다. 연구를 이끈 네덜란드 마스트리히트대 의대 존 펜더스 교수(의료미생물학)는 “백신접종으로 집단면역이 형성돼 코로나19가 사실상 종식되면 다시 여행자들이 늘어날 텐데 이때 보건학적으로 가장 우려되는 점은 항생제 내성 박테리아의 빠른 확산”이라면서 “이번 발견은 항생제 내성 박테리아 확산 차단을 위한 공중보건정책을 수립할 때 큰 도움이 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아서 코난 도일이 창조한 명탐정의 대명사 ‘셜록 홈즈’는 당시에는 생소했던 과학수사의 개념과 방법론을 제시한 것으로도 유명하다. 소설 곳곳에서 홈즈는 의뢰인이나 범인의 옷자락이나 신발에 묻은 흙만 보고도 어디서 왔는지를 맞추는 모습을 보여준다. 과학수사가 도입되기 이전이었던 당시는 물론 지금도 이해하기 쉽지 않은 부분이지만 생물학자와 수학자들이 신발에 묻은 먼지나 흙만으로도 어디서 왔는지를 알아낼 수 있다는 연구결과를 내놔 사람들을 놀라게 했다. 미국 코넬대 의대, 뉴욕 빈 탈알 빈 압둘아지즈 알사우드 계산의생명과학연구소, 마운트시나이 아이칸의대, 싱가포르 국립게놈연구소, 스페인 바르셀로나 과학기술연구원, 스위스 취리히연방공과대(ETH) 계산과학과를 중심으로 케냐, 인도, 칠레, 이탈리아, 프랑스, 브라질, 노르웨이, 스웨덴, 우크라이나, 오스트리아, 영국, 우루과이, 한국, 중국, 호주, 포르투갈, 독일, 나이지리아, 터키, 베트남, 일본, 콜럼비아, 폴란드, 이집트 등 28개국 67개 연구기관이 참여한 국제공동연구팀은 전 세계 도시마다 독특한 미생물 ‘지문’을 갖고 있는 것을 확인했다고 29일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀’ 5월 27일자에 실렸다. 연구팀은 최근 3년 동안 6개 대륙, 60개 도시에서 4728개의 표본을 채취해 8조개의 유전자를 검출했다. 60개 도시에는 한국의 서울도 포함됐다. 연구팀은 이들 도시에서 사용되는 지하철, 버스, 고가열차, 전차 등 대중교통을 대상으로 대기장소의 벤치, 개찰구, 매표소 등의 표면을 3분 이상 면봉으로 닦는 방식으로 샘플을 채취했다. 이렇게 모아진 면봉에서 DNA를 채취해 슈퍼컴퓨터를 이용해 분석한 결과, 샘플의 97%가 31개 미생물종에 포함된 것으로 나타났으며 이것들의 비율이 도시마다 달라 도시의 특성을 파악할 수 있게 해주는 ‘핵심 도시 미생물’이라고 연구팀은 밝혔다. 사람 피부에서 볼 수 있는 세균이거나 토양, 물, 공기, 먼지 등에서 발견되는 것들도 포함돼 있었다. 또 1만 929개의 바이러스와 748개의 박테리아는 지금까지 전혀 알려지지 않았던 것으로 이번에 처음 발견됐다.이번 연구에 따르면 각각의 도시마다 다른 곳에서는 찾아볼 수 없는 독특한 미생물 지문을 갖고 있기 때문에 마치 셜록 홈즈처럼 신발만 있다면 어디서 왔는지 90% 이상의 정확도로 알아낼 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 연구를 주도한 미국 코넬대 의대 크리스토퍼 메이슨 교수(생리학·생물물리학)는 “이번 연구는 알려진 감염병 뿐만 아니라 알려지지 않은 미지의 감염병 발생을 사전에 감지하고 다른 도시환경에서 항생제 내성 미생물 확산의 가능성까지도 예측할 수 있게 도와줄 것”이라며 “미생물의 진화 연구에 대한 새로운 발견에도 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

나이가 어릴수록 혈액 속 노폐물이 적어 피가 깨끗하다. 과학자들이 혈액의 각종 지표를 통해 정확한 생물학적 나이와 노화 속도를 알아낼 수 있는 분석법을 개발해 주목받고 있다. 싱가포르 바이오기업 제로PTE 피터 페디체프 박사 주도로 러시아 스콜코보 과학기술연구원, 모스크바 물리·공학연구소, 쿠르차토프 국립연구소, 미국 로스웰 파크 통합암연구센터, 미국 바이오기업 게놈프로젝션 과학자들로 구성된 공동 연구팀은 노화의 속도와 생물학적 나이를 정확하게 판단할 수 있는 방법을 개발했다. 연구팀은 이번 분석법을 통해 사람의 최대 수명은 100세를 훌쩍 넘는 120세 이상이라고 예측하기도 했다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 5월 26일자에 실렸다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

나이가 어릴수록 혈액 속 노폐물이 적어 피가 깨끗하다. 과학자들이 혈액이 나타내는 각종 지표를 통해 정확한 생물학적 나이와 노화속도를 알아낼 수 있는 방법을 개발해 주목받고 있다. 싱가포르 바이오기업 제로PTE, 러시아 스콜코보 과학기술연구원, 모스크바 물리·공학연구소, 쿠르차토프 국립연구소, 미국 로스웰 파크 통합암연구센터, 미국 바이오기업 게놈프로젝션 연구자들로 구성된 국제공동연구팀은 노화의 속도와 생물학적 나이를 정확하게 판단할 수 있는 방법을 개발했다. 연구팀은 이번 분석법을 통해 사람의 최대 수명은 100세를 훌쩍 넘는 120세 이상이라고 예측하기도 했다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 5월 26일자에 실렸다. 노화는 신체기능이 점진적으로 저하되고 만성질환의 위험이 증가하는 것과 연관돼 있다. 이 때문에 많은 연구자들은 노화로 인해 나타날 수 있는 만성질환을 비롯한 각종 질환관리를 위해 생물학적 나이를 판단할 수 있는 방법을 찾았지만 정확도가 떨어졌다. 연구팀은 1999년부터 2014년까지 조사된 미국 국립보건영양조사(NHANES)와 영국 바이오뱅크의 자료를 활용했다. 연구팀은 NHANES에서 18~85세 남녀 4만 592명과 바이뱅크에서는 39~75세 남녀 47만 6495명을 대상으로 각종 혈액지표를 중심으로 나이, 생활방식 등를 종합적으로 고려해 생물학적 나이를 결정하고 노화의 속도를 예측할 수 있는 ‘동적 유기체 상태지표’(DOSI)를 만들었다. DOSI 수치가 높을수록 노화가 많이 진행된 것이며 이 수치를 활용하면 현재 정확한 생물학적 나이를 판단해 만성질환 발병 가능성과 면역기능 상태, 병에 걸렸을 경우 얼마나 빨리 나을 수 있는지를 알 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 이번 분석법을 활용해 인간이 살 수 있는 최대수명은 100세를 훌쩍 넘는 120~150세라는 예측을 내놓기도 했다. 이번 연구를 이끈 싱가포르 바이오기업 제로PTE 피터 페디체프 박사는 “이번에 개발한 기술은 노화로 인해 발생할 수 있는 각종 질병을 사전에 예측해 대응함으로써 개인이나 사회의 의료비용을 낮추는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아이의 키가 얼마나 클지, 건강하게 오래 살 수 있을지 궁금하다면 엄마를 보면 알 수 있다는 재미있는 연구결과가 나왔다. 영국 케임브리지대 미토콘드리아 생물학연구부, 공중보건·1차의료학과, 임상신경과학과, 옥스포드 노보노디스크 연구센터, 스페인 국립연구회 생물학연구센터 공동연구팀은 미토콘드리아 속 유전자가 키, 수명과 같은 신체적 특징 뿐만 아니라 당뇨, 다발성 경화증 등 질병 유발에도 중요한 역할을 한다고 밝혔다. 이 같은 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘네이처 유전학’ 5월 18일자에 실렸다. 세포 소기관인 미토콘드리아는 세포들이 기능할 수 있도록 에너지를 공급하기 때문에 ‘세포 공장’이라고 불린다. 미토콘드리아는 세포핵 유전자(DNA)와 다른 독자적인 DNA를 갖고 있는데 모체에서만 유전된다는 특징이 있다. 연구팀은 생명유지에 중요한 역할을 하는 미토콘드리아가 단순히 미토콘드리아 DNA 이상으로 인한 질병 유전에만 영향을 미친다는 점에 의문을 품고 연구를 시작했다. 연구팀은 대규모 생물·의학데이터베이스 ‘영국 바이오뱅크’에 등록된 사람들 중 40~69세의 50만 2682명을 대상으로 미토콘드리아 DNA와 키, 몸무게, 체질량지수 같은 신체지수, 흡연, 음주, 수면시간, 식사패턴 등 생활습관, 각종 건강지표를 비교했다.분석 결과, 미토콘드리아 DNA는 키, 수명 같은 신체·건강 특징 뿐만 아니라 성인 당뇨로 알려진 제2형 당뇨병, 다발성 경화증, 간 및 신장기능, 안검하수, 철분 결핍으로 인한 빈혈, 혈액 지표 등 다양한 질병 발생 가능성에도 영향을 미친다는 사실이 확인됐다. 연구팀은 미토콘드리아 DNA가 단순히 유전병 뿐만 아니라 다양한 신체적 특징과 건강에 영향을 미칠 수 있는 이유는 미토콘드리아가 세포 에너지를 생산하기 때문이라고 설명했다. 연구를 이끈 케임브리지대 미토콘드리아 생물학연구부 패트릭 치너리 교수는 “이번 연구는 인간 게놈의 0.1% 정도에 불과한 미토콘드리아 DNA가 유전병 이외 일반적인 질병과 각종 신체적 특징의 유전에 중요한 역할을 한다는 사실을 처음으로 밝혀냈다는데 의미가 있다”라며 “유전병 이외의 질병에 대한 새로운 치료전략을 마련하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우리가 먹는 식품들 중 채소나 육류 같은 가공되지 않은 자연물을 제외한 가공식품들에는 다양한 식품첨가물이 들어있다. 식품첨가물은 가공식품 의 제조와 보존을 위해 사용하는 것들로 식용색소 같은 인공착색료, 합성감미료, 화학조미료, 합성보존료, 산화방지제, 방부제 등 다양한 종류가 있다. 특히 인공착색제는 식품의 빛깔을 좋게 만들이 위해 쓰이는 색소로 아이스크림부터 사탕, 과자, 청량음료, 소시지 등 가공식품 대부분에 들어가 있다. 인체에 무해하고 맛이 나지 않고 향기나기도 하는데 식품위생법에 근거해 사용되고 있다. 그런데 의과학자들이 외과수술 같은 질병치료를 받는 사람, 노약자처럼 면역기능이 약한 이들은 식용색소로 인해 알레르기 반응과 질병을 유발할 수 있다는 연구결과를 내놨다. 미국 뉴욕 마운트시나이 아이칸의대 정밀면역연구소, 종양과학과, 게놈학·다중생물학연구소, 약물발견연구소, 약리과학과, 매사추세츠공과대(MIT) 비교의학연구분과, 뉴욕대 의대 생물분자의학연구소 공동연구팀은 가공식품 속에 들어가는 식용색소, 인공착색제가 면역기능이 약화된 사람에게는 대장염, 알레르기 같은 질병을 유발시킬 수 있다는 연구결과를 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 메타볼리즘’ 5월 14일자에 발표했다. 대장염은 대표적인 염증성 장질환으로 심할 경우 대장암으로 진행되기도 한다. 대장염은 정상적 면역기능을 억제하는 면역세포 인터루킨-23(IL-23)이 활성화되거나 면역기능이 약화돼 조절장애가 발생할 경우 유발된다. IL-23은 대장염 뿐만 아니라 각종 면역질환을 일으키는 것으로도 알려져 있다. 연구팀은 생쥐 20마리에게 적색 40호(알룰라 레드 AC), 적색 3호(에리트로신), 황색 6호(선셋 옐로우 FCF), 청색 1호(브릴리언트 블루 FCF) 식용색소 4종을 물 1ℓ에 0.25g 정도로 희석시켜 한 달 이상 섭취시켰다. 이 같은 식용색소들은 과자, 아이스크림, 음료, 약에 널리 쓰이고 있다. 식용색소 황색 6호는 현재 한국에서는 사용 금지돼 있다. 연구팀은 생쥐 절반은 유전자 변형을 통해 IL-23 조절기능을 포함한 면역기능을 제거했다. 연구팀은 인공색소의 염증질환 유발 여부를 확실히 실험하기 위해 면역기능이 약화된 생쥐들을 두 집단으로 나눈 뒤 한 집단은 인공색소가 포함된 물을 마시도록 했고, 다른 그룹은 인공색소가 없는 물을 마시도록 하고 관찰했다. 그 결과 면역기능이 약화된 생쥐들은 인공색소를 섭취한 뒤 대장염에 걸리는 것으로 나타났다. 특히 적색 40호, 황색 6호는 대장염을 쉽게 유발시키는 것으로 조사됐다. 면역기능이 약화된 생쥐들이라도 인공색소가 포함되지 않은 일반 물을 마시면 대장염이 생기지 않는 것으로 나타났다. 면역기능이 정상적인 생쥐들은 적색 40호, 황색 6호가 섞인 물을 한 달 넘게 섭취해도 대장염을 비롯해 염증질환이 발병하지 않는 것으로 조사됐다고 연구팀은 밝혔다. 마운트시나이 아이칸의대 세르지오 리라 교수(임상면역학)는 “과학자들은 지난 세기 대기·수질오염 증가와 식생활에서 식품첨가물이 포함된 가공식품 섭취가 급격히 늘었는데 이런 요인이 염증질환과 자가면역질환 발생률을 높인 것으로 보고 있다”라고 설명했다. 리라 교수는 “이번 연구는 가공식품 내 식품첨가물이 염증 및 자가면역질환을 일으킬 수 있음을 보여주고 있다”라며 “생쥐에게서 나타난 결과가 사람에게도 적용될 수 있는지는 추가 연구가 필요하다”라고 덧붙였다. 이번 연구에 앞서 아동, 청소년이 황색이나 적색 식용색소가 포함된 식품을 많이 섭취할 경우 행동장애를 유발시킬 수 있다는 기존 연구들도 있었지만 명확한 관계가 밝혀지지 않아 여전히 논란이 되고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

105년 이상 산 사람들은 자기 몸이 DNA를 복구하는 능력의 효율성을 높이는 특별한 유전자를 지녔을 가능성이 크다는 연구 결과가 나왔다. 이탈리아와 영국 등 국제연구진은 이탈리아에서 사는 105세 이상과 110세 이상의 초고령자 81명과 68세 전후의 고령자 36명의 유전자 염기서열을 비교 분석했다. 그 결과, DNA 복구와 세포 건강상태 그리고 손상 세포의 자멸과 관련한 특정 유전자의 변화는 105세 이상의 초고령자들에게서 흔한 것으로 나타났다. 연구진은 “극도로 오래 사는 사람들의 게놈을 이렇게 세밀하게 해독한 사례는 이번 연구가 처음”이라고 말했다. 연구진에 따르면, 이 결과는 어떤 사람들이 그렇게 오래 살면서도 어떻게 나이와 관련한 질병의 참상을 피할 수 있는지를 밝혀준다. 연구 주저자인 파올로 가라냐니 볼로냐대 교수는 “노화는 몇몇 만성질환과 증상에 관한 공통적인 위험 인자다. 우리는 105세 이상의 이탈리아인 유전자를 연구하고 이들을 같은 지역의 더 젊은 집단과 비교하기로 했다”면서 “이 젊은 연령층의 사람들은 많은 노화 관련 질병을 피하는 경향이 있어 건강한 노화의 가장 좋은 사례가 된다”고 말했다.구체적으로 연구진은 이른바 준초백세인으로 불리는 105세 이상과 초백세인으로 불리는 110세 이상의 초고령자 총 81명을 모집한 뒤 평균 나이 68세의 건강한 고령자 36명과 비교했다. 연구진은 각 참가자의 혈액 표본을 채취해 전유전자 염기서열 분석을 시행해 초고령자와 고령자의 유전자 차이를 확인할 수 있게 했다. 연구진의 분석을 바탕으로 가라냐니 교수와 동료 연구자들은 105~110세 이상과 120세 이상의 집단에 더 자주 존재하는 ‘COA1’과 ‘STK17A’라고 불리는 두 유전자 사이의 다섯 가지 일반적인 유전자 변화를 확인했다. 이런 결과는 100세 이상의 이탈리아인 333명과 60세 이상의 이탈리아인 358명을 비교한 이전 연구 결과와 대조돼 같은 유전자 변형이 100세 이상의 사람들에게도 흔하다는 것을 보여줬다. 기존 코호트 연구에서 유전적 변화는 STK17A의 특정 조직에서의 활동 증가와 관계가 있었다. STK17A는 DNA 손상에 관한 세포 반응, 위험한 활성 산소 수준, 손상 세포의 자멸에 관여하는 유전자다. 반면 COA1의 활동은 일부 세포에서 감소했다. 이 유전자는 세포에서 에너지를 생산하고 기능 장애가 노화의 핵심 요소인 미토콘드리아와 세포핵 사이의 적절한 소통을 유지하는 열쇠가 된다. 게다가 연구진은 게놈의 이 부위 변화는 일부 조직에서 BLVRA의 발현을 증사하는 것과도 비슷하다고 지적했다. 이 유전자는 또 활성 산소를 제거하는 역할을 하며 이에 따라 세포 건강에도 중요하다. 연구에 참여한 볼로냐대학의 생물인류학자인 크리스티나 줄리아니 박사는 “기존 연구에서는 DNA 복구가 여러 동물 종 전체에 걸쳐 수명을 연장하는 메커니즘 중 하나라는 점을 보여줬다”면서 “우리는 이것이 인간에게도 사실이라는 점을 보여줬다”고 말했다. 자세한 연구결과는 국제학술지 ‘이라이프’(eLife) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국 플로리다주에서 매머드 뼈 화석 일부가 발견됐다. 지난달 30일 올랜도 센티널은 플로리다주 아카디아에서 콜롬비아매머드 대퇴부(넓적다리) 화석이 발견됐다고 보도했다. 지난달 25일, 현지 아마추어 고생물학자 데릭 데메테르와 헨리 새들러가 ‘화석 사냥꾼’ 사이에서는 보물창고로 불리는 피스 리버 하류에서 길이 120㎝, 무게 22㎏에 달하는 뼈 화석을 발굴했다. 강 하류 침전물 사이에 숨죽이고 있었던 화석은 매머드 중에서도 덩치가 가장 큰 콜롬비아매머드의 것이었다. 보존 상태도 매우 뛰어났다. 인근 대학교 직원인 데메테르는 “콜롬비아매머드의 대퇴골 화석을 발견했다. 보고도 믿을 수 없었다. 무게도 무게지만 발견 자체로 놀라운 일”이라며 흥분을 감추지 못했다. 중학교 교사인 새들러 역시 “일생에 단 한 번 있을까 말까 한 발견이다. 운이 좋은 것 같다”고 좋아했다.두 사람은 수년 전부터 매머드는 물론, 지구상 상어 중 가장 거대했을 것으로 추정되는 메갈로돈, 신생대 에오세 시기(약 5300만∼5000만 년 전)에 나타난 글립토돈 등 수천 점의 화석을 발굴했다. 하지만 이렇게 큰 매머드 화석은 처음이라고 입을 모았다. 이어 방사성탄소연대측정 전이지만, 밀도 등을 생각했을 때 뼈대 나이는 10만 년 정도로 추정된다고 덧붙였다. 매머드는 불과 1만 년까지 시베리아와 북미 일대를 누비고 다녔다. 심지어 시베리아 북동부 브란겔섬에 고립돼 왜소화된 매머드는 불과 3700년 전에 멸종했다. 그중 후기 플라이스토세(12만9000~1만2000년 전)에 살았던 콜롬비아매머드는 키 4m, 무게 10t에 이르는 거대한 몸집으로 매머드의 상징처럼 여겨진다.그간 콜롬비아매머드 진화에 대한 여러 가설이 난무했으나 최근 연구 결과 콜롬비아매머드는 약 42만 년 전 크레스토브카 계통과 털매머드가 만나 태어난 교잡종으로 드러났다. 2021년 3월 11일 자 ‘네이처’에 따르면 100만 년도 더 된 초기 플라이스토세(258만~78만 년 전) 매머드 시료 두 점과 약 60만 년 전 중기 플라이스토세(78만~12만9000 년 전) 매머드 시료 한 점의 게놈을 해독한 결과, 북미의 콜롬비아 매머드 게놈의 약 40%는 크레스토브카 계통에서, 40%는 털매머드에서 온 것으로 나타났다. 나머지 20%는 후기 플라이스토세의 털매머드에서 온 것으로 확인됐다. 즉 42만 년 전 크레스토브카 계열과 털매머드 사이의 잡종으로 태어난 콜롬비아매머드 후손이 약 10만 년 전 북미로 건너온 털매머드와 또 만나 피가 섞인 것이다. 이처럼 10만 년 전 살았던 것으로 추정되는 콜롬비아매머드의 화석을 발견한 데메테르와 새들러는 “화석을 통해 한때 플로리다 초원에 매머드가 돌아다녔다는 사실을 알게 되면, 당신도 경이로움을 느낄 것”이라면서 “덕분에 시간여행을 한 기분”이라는 소감을 전했다. 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

스코틀랜드 고지대에서 나온 약 10억 년 된 미세 화석은 생명체 진화에 있어 중요한 잃어버린 연결 고리일 수 있다고 과학자들이 밝혔다. 영국 셰필드대와 미국 보스턴칼리지 공동연구진은 토리돈 호수 근처 암석에서 두 개의 뚜렷한 세포 형태 배열로 이뤄진 구형 원시 생물의 미화석을 발견했다고 밝혔다.‘비셀룸 브라시에리’(Bicellum Brasieri)라는 학명이 붙여진 이 화석화 된 생물은 단세포 생물보다 복잡하지만 완전한 다세포 생물은 아니어서 그 중간 단계에 있는 생물로 추정되며 지금까지 기록된 가장 초기 형태의 다세포 생물일 가능성이 있다. 이는 약 40억 년 전 단세포 생물의 출현과 약 6억 년 대기 중 산소 농도의 급상승으로 생물 종이 급증한 ‘캄브리아기 대폭발’ 사이의 간극을 메꾸는 것이다. 이른바 원생대로 불리는 이 고고학적 틈새 시대에 대해서는 거의 알려지지 않았지만, 이번에 확인된 생물을 시작으로 연구를 진행해나가면 단세포 생물이 어떻게 오늘날 수많은 동물로 진화할 수 있었는지를 밝히는 데 도움을 줄 수 있을지도 모른다.특히 이번 화석은 스코틀랜드 북서부 고지대에 있는 토리돈 호숫가 암석에서 발견된 것으로 전해졌다. 한때 호수 바닥에 살던 이 멸종 생물들은 녹조류와 육지 식물의 조상으로 여겨진다. 이에 대해 연구 주저자인 찰스 웰먼 셰필드대 교수는 “복잡한 다세포화의 기원과 동물의 기원은 지구 생명의 역사에서 가장 중요한 사건들 중 두 가지로 여겨진다. 우리 발견은 이 두 가지를 모두 밝혀준다”면서 “이번 발견은 다세포 동물의 진화가 최소 10억 년 전 일어났으며 동물 진화 이전의 초기 사건은 바다가 아닌 호수와 같은 담수에서 있어났을 수도 있다는 점을 시사한다”고 설명했다. 연구 공동저자인 폴 스트로터 보스턴칼리지 교수도 “생물학자들은 동물의 기원에는 단세포 생물에서 이전에 진화했던 기존 유전자의 통합과 용도 변경 등이 포함돼 있다고 추측했다”면서 “우리가 비셀룸 (브라시에리)에서 보는 것은 5억 년 뒤 동물 게놈에 통합됐을지도 모르는 세포와 세포의 접착 및 세포 분화를 포함한 유전자 체계의 한 사례”라고 말했다. 앞으로 연구진은 다세포 생물의 진화에 관한 더 많은 정보를 제공할 수 있는 화석을 찾기 위해 스코틀랜드의 사암 퇴적물을 조사할 계획이다. 자세한 연구 결과는 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’(Current Biology) 최신호에 실렸다. 사진=셰필드대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

한국인 1만명 게놈(유전체) 해독이 5년 만에 완성됐다. 1만명 게놈 데이터는 우리 국민에게 맞는 디지털 헬스케어, 정밀의료, 신약개발 등 첨단 바이오분야에 활용될 전망이다. 울산과학기술원(UNIST)과 울산시는 26일 울산과기원 제4공학관에서 ‘울산 만명 게놈 프로젝트’ 완료를 선언했다. 이 프로젝트는 2016년 시작해 현재까지 건강인 4700명과 질환자 5300명 등 한국인 1만 44명 게놈 정보를 수집해 해독했다. 관련 연구로서는 국내 최대 규모다. 이 사업에는 최근까지 180억원 이상이 투입됐다. 울산과기원과 울산시가 주관해 산·학·연·관 협력사업으로 추진됐다. 울산대병원, 울산병원, 울산중앙병원, 보람병원, 동강병원 등 지역 병원과 경상대, 경희대, 충북대, 가톨릭대, 서울대, 고려대, 한의학연구원 등 대학 및 연구소, 울산과기원 1호 벤처인 클리노믹스를 비롯한 기업도 함께 했다. 연구를 주도한 박종화 울산과기원 바이오메디컬공학과 교수는 “게놈은 바이오산업의 반도체로, 많은 나라가 개인의 해독된 게놈 정보를 핵심 공공데이터로 구축해 바이오산업 경쟁력 강화에 나서고 있다”고 밝혔다. 박 교수는 “이번 프로젝트는 한국인의 유전적 다형성을 정밀하게 지도화했다는 데 의미가 있다”고 설명했다. 이 사업은 두 가지 의미에서 큰 사업 성과를 거둔 것으로 분석된다. ‘한국인 만명의 게놈 정보(Korea10K)’와 ‘국내 최고 수준 슈퍼컴퓨팅 분석 인프라 구축’이다. Korea10K는 한국인 표준 유전자 변이정보 데이터베이스로서 그 가치가 크다. 차세대 게놈 사업 핵심인 ‘다중 오믹스(생물학적 정보를 총망라해 해석하는 학문) 빅데이터’로 활용될 수 있기 때문이다. 이번 사업에서는 혈액, 타액 등을 통해 수집된 게놈, 전사체, 외유전체 등 오믹스 정보와 건강검진 정보, 임상 정보, 생활 습관 정보 등이 종합적으로 구축됐다. 이 데이터는 통합 분석을 통해 특정 질병 원인에 대한 변화를 찾는 ‘다중 오믹스 분석’에 활용될 수 있다. 이는 한층 더 정밀한 유전적 질환 분석이 가능할 수 있다는 것을 의미한다. 만명 게놈 분석을 위한 고성능 인프라를 구축했다는 점도 의미가 크다. 울산과기원 게놈산업기술센터는 수년간 대량의 게놈 정보 분석을 위해 초고성능, 고집적 연산 전자 장비와 대용량 저장 공간을 구축해왔다. 빅데이터 효율적 분석을 위한 자체 기술력 향상도 이어져, 자동화된 파이프라인을 통한 수천 명의 전장 게놈 기초 분석이 진행되고 있다고 과기원 측은 밝혔다. 울산과기원 연구진은 2020년 5월, 한국인 1000명 게놈에 대한 분석 결과를 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표해 주목받기도 했다. 현재 1000명 게놈 분석 데이터는 영국 의학연구위원회 센터, 영국 케임브리지, 미국 버클리 캘리포니아대, 서울대, 한국과학기술원(KAIST) 등 국내외 23개 연구기관에 분양돼 연구에 활용 중이다. 이용훈 울산과기원 총장은 “만 명 게놈 프로젝트를 통해 확보된 데이터, 인프라와 노하우는 바이오·헬스 분야의 혁신적 경쟁력이 될 것”이라며 “디지털 헬스케어, 정밀 의료, 신약 개발 등 첨단 바이오 분야를 선도해 지역과 함께 성장할 수 있는 모델을 만들어가겠다”고 말했다. 울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr

머스크의 뉴럴링크, 공룡창조 가능성 언급전문가 “공룡 게놈지도 없다” 반박공룡 유전자 확보도 난제 일론 머스크가 설립한 뇌신경과학 스타트업 뉴럴링크가 유전자 공학 기술을 이용해 영화 ‘쥐라기 공원’의 세계를 실제로 만들 수 있다고 밝혔다. 1993년 개봉해 전 세계적으로 흥행한 영화 ‘쥐라기 공원’은 한 부유한 사업가가 유전자 복제 기술을 통해 멸종한 공룡을 되살려내고 인간의 통제하에 공룡 테마파크를 만들려 하지만, 부활한 공룡들이 인간을 공격하고 놀이공원의 파멸을 가져온다는 이야기를 다루고 있다. 9일 영국 일간 인디펜던트 등은 뉴럴링크 공동창업자 맥스 호닥이 트위터에 이 같은 글을 올렸다고 말했다. 호닥은 “우리가 원한다면 아마도 쥐라기 공원을 만들 수 있을 것”이라며 “유전학적으로 진짜 공룡이 아니라 아마도 (유전자) 공학과 번식 작업을 통해 완전히 이색적인 새로운 공룡 종을 얻을 수 있을 것”이라고 말했다. 하지만 호닥은 영화와 달리 유전자 공학 기술이 생물 다양성에 기여할 수 있다며 긍정적으로 평가했다. 그는 “생물 다양성은 분명히 가치가 있고 (생물) 보존은 중요하다”며 “하지만 왜 우리는 거기서 멈추는가. 좀 더 의도적으로 새로운 다양성을 만들어내면 어떨까”라고 썼다. 다만, 그는 멸종된 공룡을 되살려낼 구체적인 유전자 공학 기술에 관해선 설명하지 않았다고 미국 매체 더힐은 전했다.멸종된 공룡 되살리기 위해선 몇 가지 난제 극복해야 인디펜던트는 유전자 조작 기술을 활용해 멸종된 공룡을 되살리기 위해선 몇 가지 난제를 극복해야 한다고 지적했다. ‘쥐라기 공원’에선 호박 화석 내에 보존된 고대 모기의 피에서 공룡 유전자를 추출하는 것으로 설정되지만, 전문가들은 그럴 가능성은 없다고 진단했다. 영국 자연사박물관의 공룡 연구원인 수지 메이드먼트 박사는 “우리는 호박 화석 내에 보존된 모기와 파리를 갖고 있지만, 호박 안에 있는 대부분의 모기는 조직까지 보존된 게 아니라 껍질일 뿐이고, 모기의 몸에 피가 있지도 않다”고 밝혔다. 또 영화에서는 공룡의 유전자 지도에서 빠진 부분을 개구리 DNA로 메워내 공룡을 되살려낼 수 있는 것처럼 묘사되지만 현재 멸종된 공룡의 게놈 지도는 없다. 메이드먼트 박사는 “게놈은 생물의 완전한 DNA 세트를 의미한다”며 “완벽한 게놈이 없으면 DNA의 어떤 부분이 빠졌는지 알 수도 없다”고 강조했다. 또 영화 ‘쥐라기 공원’은 공룡을 되살려내기 위해 개구리 유전자를 활용하지만, 실제로 그런 일이 벌어진다면 공룡의 후예인 조류나 공룡과 같은 조상을 둔 악어의 유전자를 활용하는 것이 맞는다고 말했다. 김채현 기자 chkim@seoul.co.kr

삼성전자는 ‘삼성미래기술육성사업’을 통해 올해 상반기부터 지원할 과학기술 분야 27개 연구 과제를 선정했다고 5일 밝혔다. 기초과학 분야 13개, 소재 분야 7개, 정보통신기술(ICT) 분야 7개 등이며 총 464억원의 연구비가 지원된다. 우선 기초과학 분야에서는 13개가 선정됐으며, 과제 성공시 세계 최초이거나 파급 효과가 클 것으로 기대되는 과제들이 포함됐다. 서울대 수리과학부 류경석 교수는 머신러닝에 사용되고 있는 다양한 학습 모델의 공통점을 세계 최초로 수학적으로 규명하는 연구에 도전한다. 이를 활용하면 인공지능이 다양한 학습 모델을 습득할 수 있는 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 포스텍 화학과 황승준 교수는 왕관 모양과 같이 생긴 ‘크라운 에테르’라고 불리는 분자를 화학 촉매에 사용해 물질 변환 효율을 획기적으로 향상시키는 연구를 진행 중이다. 이 연구는 지구온난화 원인인 이산화탄소 분해 등을 해결하는데 기여할 것으로 전망된다.소재 분야에서는 DNA 염기서열 해독, 양자 광원 등의 분야에서 7개 과제를 지원한다. 서강대 화학과 조규봉 교수는 인간 게놈 프로젝트를 통해서도 여전히 밝혀지지 않은 Y염색체 DNA 서열을 완전히 해독하는 연구를 수행한다. 이번 과제는 남성 불임 등 Y염색체 관련 난임 질환 연구와 유전자 맞춤형 의료 분야에 기여할 전망이다. 양자통신용 광원 기술을 개발하는 디지스트(DGIST) 신물질과학전공 조창희 교수도 이번 육성사업의 지원을 받는다. 현재 극저온에서만 구동하는 양자통신용 광원을 상온에서 구현하기 위해 진행중인 연구다. ICT 분야에서는 미래 산업 경쟁력 강화를 위한 핵심 기술 연구 분야에서 7개 과제가 선정됐다.서울대 컴퓨터공학부 김건희 교수는 인공지능(AI) 기술 발전에 따라 발생할 수 있는 개인정보 침해와 성별 등에 대한 편향, 사실관계 오류 등의 문제를 해결하는 연구를 한다. 이 연구를 통해 사회규범을 준수하고 신뢰할 수 있는 AI의 개발이 기대된다. 충북대 전산학부 김기웅 교수는 심전도, 뇌전도 등 생체에서 발생하는 전기 신호를 비접촉 방식으로 측정할 수 있는 기술을 개발할 예정이다. 이 기술은 환자 상태 관찰 등 의료 분야에 유용하게 활용될 것으로 예상된다. 한편 삼성전자는 1조 5000억원을 출연한 ‘삼성미래기술육성사업’을 통해 2013년부터 이번 선정 과제까지 667개 연구를 지원해왔다. 안석 기자 sartori@seoul.co.kr

브라질에서 각기 다른 코로나19 변이 바이러스에 감염된 사례가 보고돼 나와 방역당국이 비상에 걸렸다. 미국 CNN의 12일 보도에 따르면 두 사례 모두 전형적인 경증에서 중증도의 독감과 유사한 증상을 보였으며, 이중 30대 환자는 입원이 필요하지 않은 정도의 양호한 건강상태로 알려졌다. 당국에 따르면 한 환자는 두 가지 변이 바이러스에 동시 감염됐으며, 또 다른 환자에게서는 브라질발 변이 바이러스와 기존의 변이 바이러스가 함께 검출됐다. 전문가들은 각기 다른 변이 바이러스의 동시 감염이 다른 균주의 게놈 바이러스 재조합 가능성을 높여 또 다른 변이 바이러스의 생성으로 이어질 수 있다고 경고했다. 한 연구진은 “코로나19 바이러스의 재감염 사례는 이미 보고돼 왔지만, 각기 다른 변이 바이러스의 동시 감염 가능성은 면역 반응 시스템의 상호작용에 새로운 전환을 가져올 수 있다”고 설명했다. 영국과 더불어 변이 바이러스가 창궐한 브라질에서는 현지시간으로 지난 11일 하루동안 2233명의 사망자가 발생했으며, 누적 사망자는 약 27만 3000명에 달한다.이날 상파울루주 주지사는 브라질에 닥친 코로나19 2차 팬데믹과 관련한 새로운 긴급 폐쇄조치 명령을 내렸다. 상파울루 주지사는 “브라질은 무너지고 있으며 바이러스 확산을 억제하기 위한 더 제한적인 조치가 필요하다”고 밝혔다. 변이 바이러스는 세계 곳곳에서 발생하고 있다. 미국에서는 동부와 서부에 각기 다른 바이러스가 등장했고, 일본에서는 필리핀발 변이 바이러스 감염자가 최초로 확인됐다. 세계보건기구(WHO)는 ““브라질의 코로나 상황은 전국에서 나타나는 확진자·사망자 증가세와 함께 크게 악화하고 있다”면서 “병원 중환자실의 병상 점유율이 빠르게 높아지면서 의료체계에 겨의 여유가 없는 상태”라고 말했다. 이어 ”브라질의 사망자 증가 폭이 갈수록 커지고 있으며, 브라질 상황이 중남미 뿐만 아니라 전 세계를 위협할 가능성이 크다“고 덧붙였다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

급성 호흡기 질환인 디프테리아를 일으키는 세균이 다양한 항생제에 내성을 갖는 사례가 급증하면서 세계적인 위협이 될 가능성이 있다는 우려 섞인 연구 결과가 나왔다. 영국 케임브리지대 등 국제연구진은 1896년부터 2018년까지 122년간 채집한 디프테리아균 표본 512개의 데이터를 분석했다. 그 결과 디프테리아균에는 항생제 내성을 갖게 하는 유전자의 수가 늘고 있어 언젠가 현재의 백신을 넘어 진화할 가능성이 큰 것으로 나타났다. 디프테리아는 디프테리아균 독소가 함유된 기침이나 재채기와 같은 호흡기 비말 또는 감염된 피부 분비물과의 접촉으로 발병하는데 치사율이 5~10%에 달할 정도로 치명적이고 특히 5세 미만 소아나 40세 이상 성인이 감염될 경우 치사율은 20%에 이른다. 또 1명의 환자가 전염시킬 수 있는 환자 수인 기초감염재생산지수(R0)가 6~7로, 코로나19(2.2~6.47)나 독감(1.4~1.6)과 비교해도 높다. 국내에서는 디프테리아를 치명률이 높거나 집단 발생 우려가 커 발생 또는 유행 즉시 신고하고 읍압격리가 필요한 ‘제1급 법정감염병’으로 지정해 관리하고 있다. 디프테리아는 질환이 감염된 뒤 회복돼도 자연면역이 형성되지 않아 과거 영유아에서 주요한 질병 및 사망의 원인이었지만 다행히 백신이 개발되면서, 백신 접종률이 높은 국가에서의 발생률은 현저히 낮아졌다. 국내에서도 1950년대 말 백신이 도입되고 1982년 DTaP 백신을 사용하면서 환자 발생이 급격히 감소해 1987년 1명의 환자가 보고된 이후 추가 감염 사례는 보고되지 않았다. 하지만 코로나19의 발생으로 전 세계적으로 디프테리아 예방접종 일정이 늦어지고 있어 디프테리아 발병 사례가 급증하고 있다고 연구진은 밝혔다. 이번 연구에서 연구진은 환자에게서 분리한 61개의 박테리아 유전체(게놈)의 배열을 정하고 이를 다른 변이 디프테리아균 411종에 관한 공개 자료와 통합해 서로 다른 발병이 어떻게 관련되고 확산했는지를 밝혀냈다. 연구진의 분석에 따르면 여러 대륙, 특히 아시아와 유럽에 걸쳐 유전적으로 비슷한 디프테리아균 군집이 발견됐는데 이는 박테리아가 적어도 한 세기 동안 인간 집단 안에서 정착해 이동해 왔다는 것을 보여준다. 게놈 데이터는 또 항생제 내성과 독소 변이를 일으키는 유전자의 존재도 밝혀냈다. 디프테리아균 독소는 주요 발병 성분으로 독소 유전자에 의해 암호화돼 있으며 18종의 변이가 발견됐으며 그중 몇 개는 독소의 구조를 바꿀 가능성이 있는 것으로 확인됐다. 이에 대해 연구 저자인 케임브리지대의 고든 듀건 박사는 “디프테리아 백신은 독소를 중화하도록 설계됐기에 독소의 구조를 바꾸는 유전자 변이체는 백신의 효과에 영향을 줄 수 있다”면서 “우리의 데이터가 현재 쓰이는 백신이 효과가 없게 될 것임을 나타내지는 않지만 독소 변이체의 다양성이 커지고 있다는 사실은 백신과 독소를 표적으로 하는 치료법을 정기적으로 평가할 필요가 있다는 점을 시사한다”고 설명했다. 연구진은 또 디프테리아균의 항생제 내성을 관찰하면서 최근 10년간의 박테리아가 90년대보다 4배나 많이 내성 유전자를 갖고 있다는 것을 발견했다. 연구에 참여한 로버트 윌 박사는 “디프테리아균의 게놈은 복잡하고 엄청나게 다양하다. 디프테리아균은 임상 치료에 사용하지 않는 항생제에 대해서조차도 내성을 얻고 있다”면서 “무증상 감염이나 다른 질병의 치료를 목적으로 한 대량의 항생제 노출 등 다른 요인도 작용하고 있을 것”이라고 설명했다. 또다른 연구 저자로 감염증 연구자인 안쿠르 무트레자 박사도 “디프테리아가 어떻게 진화하고 확산하고 있는지를 이해하는 연구가 반드시 필요하다”고 지적했다. 연구진은 “게놈 배열 결정은 우리에게 디프테리아균을 실시간으로 관찰할 강력한 도구를 제공해 공중보건기관들이 너무 늦기 전에 강력한 조치를 취하도록 할 것”이라고 말했다. 이와 함께 “우리는 디프테리아에게서 눈을 떼지 말아야 한다. 그렇지 않으면 디프테리아가 잠재적으로 변형돼 더 잘 적응하는 형태가 돼 다시 한 번 세계적으로 큰 위협이 될 위험이 있다”고 지적했다. 자세한 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

SF 영화 속 캐릭터인 울버린처럼 미 공군이 병사들이 부상을 입었을 때 빠르게 치유할 수 있는 기술을 개발하고 있다. 영국 일간 데일리메일 19일자 보도에 따르면, 미 공군과학연구소(AFOSR)는 미시간대 연구진과 협력해 전투 중 입은 상처와 화상 그리고 기타 부상을 인체의 자연적인 상처 치유 속도보다 5배 빠르게 치료하는 ‘세포 재프로그래밍’(cellular reprogramming)을 연구하고 있다. 세포 재프로그래밍의 과정은 세포의 분열 및 성장, 세포의 이동 및 조직과 같은 활동을 제어하기 위해 다른 유전자들을 멈추게 하는 전사 인자라고 불리는 단백질을 사용해 유전체(게놈)를 수정한다. 전사 인자 단백질은 상처에 직접 뿌리는 분무식 붕대를 통해 투여할 수 있어 외부로 노출된 근육 세포의 상처 표면을 덮는 피부 세포로 변환해 더 빨리 치유할 수 있게 해준다.연구를 주도한 미시간대의 계산의학생물정보학과 부교수이자 수학과 부교수인 인디카 라자파크세 박사는 이 프로젝트를 위해 ‘라이브 셀 이미징 현미경’을 사용하고 있다. 이 기술을 통해 연구진은 세포의 내부를 고해상도로 볼 수 있어 상처의 치유 과정을 더 잘 이해할 수 있다. 라자파크세 박사는 “미국에는 다른 국가들과 달리 과학을 인간에 적용하고 의학의 중요한 요구를 충족할 수 있는 놀라운 기회가 있다”면서 “우리는 이를 수행할 자원이 있고 이를 최대한 활용하는 것이 우리의 의무”라고 말했다. 유전자를 수정한 뒤에는 필요에 따라 다른 유형의 세포로 변하도록 염기서열을 작성할 수 있다. 예를 들어 한 병사가 근육이 드러난 부위에 부상을 입으면 근육 세포를 피부 세포로 재프로그래밍해서 상처를 빠르게 덮을 수 있다. 이 기술은 상처에 직접 전사 인자를 적용하는 분무식 붕대처럼 작용할 것이다. 연구진은 “이 방식은 노출된 심부 근육 세포의 표면을 피부 세포로 바꿀 것이며 이는 오늘날 피부 이식 수술보다 더 높은 치유 가능성을 의미할 것”이라고 말했다. 연구진은 정확한 전사 인자를 수학적으로 확인하고 전사 인자가 원하는 변화에 가장 잘 영향을 미칠 수 있는 세포 주기의 시점을 예측하기 위해 데이터 기반 알고리즘을 개발했다. 이때 라이브 셀 이미징 현미경은 알고리즘을 더욱더 개선하기 위한 데이터를 제공한다. 연구에 참여한 AFOSR의 프레더릭 레브 박사는 “수학이 그렇게 빨리, 그렇게 유망한 결과를 제공하는 사례는 드물다. 대개 기본적인 수학 연구가 기술에 적용할 수 있는 모델로 제작하는 기간은 보통 몇십 년이 걸린다”면서 “하지만 라자파세크 박사의 경우 거의 몇 년밖에 걸리지 않았다”고 말했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

세계에서 가장 오래된 동물의 DNA를 과학자들이 발견해냈다. 이는 120만 년 된 신종 매머드의 엄니 화석에서 나온 것이다. 이전까지 가장 오래된 동물의 DNA는 78만~56만 년 전 고대 말에서 나온 것이었다. 스웨덴 고생물유전학센터(CPG) 러브 달렌 교수가 이끄는 국제연구진은 1970년대 시베리아 영구동토층에서 각각 발굴된 매머드 엄니 3마리분에서 추출한 DNA를 사용해 유전체(게놈)를 분석했다.그 결과 그중 하나가 120만 년 전까지 거슬러 올라갔고 발굴 지명을 따서 크레스토프카 매머드라는 이름이 붙여졌다. 나머지 두 매머드의 엄니는 각각 110만 년, 70만 년 된 것으로, 이들 역시 각 지명을 따서 아디차 매머드와 추코치야 매머드라는 이름이 붙여졌다. 이번 발견은 크레스토프카 매머드와 아디차 매머드가 약 250만 년 전 시베리아에서 서식한 유일한 매머드 종인 스텝 매머드와 비슷한 시기에 존재했다는 점을 시사한다. 연구에 참여한 스웨덴 생명과학연구실의 톰 판데르팔크 박사는 “이전 모든 연구는 당시 시베리아에는 스텝 매머드만 존재했다는 점을 보여줬지만 이번 DNA 분석은 크레스토프카 매머드와 아디차 매머드라는 유전적 계통들도 존재했다는 점을 보여준다”고 말했다. 이 연구는 몇백만 년 된 표본에서 DNA 염기서열을 추출해 처음으로 인증받은 결과를 나타낸 것이다. 연구진은 이들 표본에서 극소량의 DNA만이 남아 있어 이를 추출하는 작업이 어려운 일이었다고 말했다. 달렌 교수는 “이 DNA들은 믿을 수 없을 정도로 오래됐다”면서 “이들 표본은 바이킹 유적보다 1000배 더 오래됐고 심지어 인간과 네안테르탈인의 존재 이전까지 거슬러 올라간다”고 설명했다. 연구진은 또 약 150만 년 전 마지막 빙기 때 북아메리카에 서식한 컬럼비아 매머드가 크레스토프카 매머드와 털매머드의 교잡종이었다고 제안했다. 컬럼비아 매머드 게놈의 거의 절반이 크레스토프카 계통이고 나머지 절반은 털매머드에서 나온 것으로 나타났기 때문이다. 이에 대해 또 다른 연구 공동저자인 덴마크 코펜하겐대의 파트리시아 페치네로바 박사는 “북아메리카의 가장 상징적인 빙하기 동물인 컬럼비아 매머드는 약 42만 년 전 일어난 교잡화를 통해 진화한 것으로 보인다”고 설명했다. 약 100만 년 전에는 아직 진화가 일어나지 않았기에 털매머드나 컬럼비아 매머드가 없었다. 이 시기는 고대 스텝 매머드의 시대이자 크레스토프카 매머드와 아디차 매머드의 시대이기도 했다. 그리고 많은 종이 전 세계로 뻗어나간 시기였다. 또 기후 변화와 해수면 변화의 주요한 시기이자 지구의 자기극이 위치를 바꾼 마지막 시기이기도 했다. 이밖에도 연구진은 아디차 매머드의 게놈과 70만 년 전 살았던 최초의 털매머드의 게놈 그리고 몇천 년 전 매머드의 게놈을 비교했다. 이를 통해 아디차 매머드가 털매머드의 조상일 수 있다는 것을 알아냈다. 그리고 이들 매머드가 어떻게 추운 환경에서 적응했는지, 그리고 이런 적응력이 종분화 과정 동안 어느 정도까지 진화했는지를 조사할 수 있었다. 그 결과 매머드 계통 대부분의 적응력은 시간이 지남에 따라 느리고 점차적으로 발생한 것으로 나타났다. 자세한 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature) 최신호(2월 17일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미세한 벌레의 신경망을 본뜬 인공지능이 발전을 거듭하고 있다. 모델은 흙속에서 박테리아를 먹고사는 예쁜꼬마선충. 지금까지 인류가 가장 완벽하게 파악한 동물이다. 배양과 보존, 관찰이 쉬운 데다 수명이 2~3주에 불과해 연구에 안성맞춤이다. 길이 1㎜의 이 투명한 벌레는 암수 한 몸이 99%, 수컷이 1%다. 성충의 체세포 숫자는 딱 959개(수컷은 1031개), 신경세포는 정확히 302개(수컷은 385개)다. 다세포 생물 중 유전체 전체의 DNA 서열, 즉 게놈이 모두 밝혀진 최초의 동물이다. 두 차례의 노벨생리의학상(2002년 세포자살, 2006년 RNA 간섭)에 직접 기여했으며 2008년에는 녹색형광단백질 연구에 이용돼 노벨화학상 수상에 한몫했다. 2019년에는 뉴런(신경세포) 전체의 연결망을 그린 지도, 즉 커넥톰이 완성돼 과학저널 네이처의 표지를 장식했다. 무엇보다 이 벌레는 자연에서 매우 다양한 행동을 한다. 예컨대 좋아하는 온도를 찾아가고, 수컷이 배고플 때는 먹이를, 배부를 때는 짝짓기 상대를 찾아간다. 먹고 배탈이 난 먹이는 다시 먹지 않고, 주변에 먹이가 적으면 알을 덜 낳으며, 술에 취하면 물에서 수영하는 행태와 땅에서 기어가는 행태를 뒤섞어서 보인다. 단순한 구조에도 불구하고 정보를 효율적이고 조화롭게 처리하는 능력을 갖춘 것이다. 이 같은 성능은 인공지능 연구자들의 눈길을 끌었다. 지난해 10월 미국 MIT와 오스트리아 과학기술대의 공동 연구진이 ‘네이처기계지능’에 발표한 논문을 보자. 이들은 예쁜꼬마선충의 신경계를 모방하는 새로운 수학 모델을 개발해 인공신경망에 장착했다. 인공신경망은 살아 있는 뇌와 마찬가지로 서로 연결된 많은 신경세포로 구성된다. 특정 세포의 활성화 여부는 수신하는 신호를 합산해 결정된다. 합계값이 어떤 문턱값을 넘으면 해당 세포는 자신과 연결된 신경세포들에 신호를 보낸다. 다음 세포들에게서도 동일한 과정이 반복된다. 신경망에서는 이러한 문턱값 혹은 가중치를 매개변수라고 한다. 이들 매개변수에 대한 조정은 신경망이 특정한 과제를 해결할 수 있을 때까지 자동학습 과정을 통해 계속된다. 연구팀은 자율주행차의 차선 유지라는 과제를 선정했다. 도로의 이미지가 계속 입력되면 이를 바탕으로 핸들을 오른쪽으로 꺾을지, 왼쪽으로 꺾을지를 결정하는 것이다. 이들의 알고리즘은 다른 최첨단 기계학습 알고리즘보다 훨씬 간단했지만 성능은 뒤지지 않는 것으로 나타났다. 논문의 저자들은 “오늘날 수백만 개의 매개변수가 있는 심층학습 모델은 자율주행과 같은 복잡한 작업을 학습하는 데 자주 사용된다. 그러나 우리는 새로운 접근 방식을 통해 신경망의 크기를 100분의1 규모로 줄일 수 있었다. 이 시스템에서 사용하는 훈련 가능한 매개변수는 7만 5000개에 불과하다”고 밝혔다. 이 연구팀은 지난주 미국에서 열린 인공지능학술대회(AAAI)에서 진전된 성과를 발표했다. 훈련 단계뿐만 아니라 업무수행 과정에서도 학습을 계속하는 인공신경망을 개발한 것이다. 유연하게 모습을 바꾼다는 의미에서 ‘액체’망이라는 이름을 붙였다. 새로운 데이터 입력에 지속적으로 적응하도록 기본 방정식의 매개변수를 변경하는 게 특징이다. “앞으로 로봇제어, 자연어와 영상 처리 등 모든 형태의 시계열 데이터를 처리하는 성공적인 방법이 될 것”이라고 논문의 주 저자인 라민 하사니는 말한다. 또한 대부분 신경망의 행태는 학습단계 후에 고정되므로 수신하는 데이터 흐름의 변화에 적응하지 못한다. 폭우로 인해 자율주행 차량의 카메라 시야가 가려지는 경우에 제대로 작동하지 못하는 것이다. 이와 달리 ‘액체’ 신경망은 예상 밖이거나 잡음이 심한 데이터에 더 탄력적으로 대응할 수 있다. 새 신경망은 다른 최첨단 시계열 알고리즘을 몇 퍼센트 포인트로 앞서는 성능을 보였다. 대기 화학에서 교통 패턴에 이르기까지 데이터 세트의 미래값을 보다 정확하게 예측한 것이다. 또한 네트워크의 크기가 작은 덕분에 막대한 컴퓨팅 능력을 동원하지 않고도 과제를 수행했다. 저자들은 “자연에서 영감을 받은 뛰어난 신경망은 미래 지능 시스템의 핵심 요소가 될 수 있다”고 말한다.