코로나19를 일으키는 바이러스의 변이가 속속 등장하면서 경각심이 꽤 커졌지만, 변이가 두려운 바이러스는 사실 이뿐만이 아닌 모양이다. 최근 이탈리아 연구진은 광견병 바이러스가 변이를 통해 사람 간 전파가 이뤄지다 보면 개뿐만 아니라 사람마저 지나치게 공격적으로 만들 수 있다고 경고했다. 미국 과학·기술·국방 전문매체 ‘더 디브리프’(The Debrief) 보도에 따르면, 베로나대와 파르마대학병원 공동연구진은 사람을 좀비처럼 공격적으로 만드는 바이러스는 이론적으로 현실 세계에서 발생할 수 있다고 주장했다. 이 연구는 코로나19의 출현 이후 세계는 이런 대규모 전염병에 관해 고정 관념 없이 창의적으로 생각해야 한다는 이론적인 아이디어에서 접근한 것이다. 물론 광견병이 영화에서 나오는 좀비처럼 세상을 종말에 이르게 할 가능성은 크지 않지만, 이 연구에서는 광견병 바이러스가 자연적으로나 인위적으로 변이를 일으켜 사람에서 사람으로 전파되면 변종 광견병이 나타날 수도 있다고 보고 있다. 코로나바이러스는 최근 인류를 대혼란에 빠뜨렸지만, 치사율이라는 점에서는 광견병 바이러스가 압도적이다. 광견병은 백신 투여 등 적절한 처치를 제때 하지 못해 발병하면 치사율이 거의 100%에 이르기 때문이다. 광견병은 코로나19와 마찬가지로 원래 박쥐가 숙주였던 것으로 여겨지지만, 현재 거의 모든 포유류에서 이 바이러스가 감염된 사례가 보고됐으며 개발도상국에서 확인되는 사람 광견병의 99% 가까이는 개에게서 전염된 것이다.광견병 바이러스는 주로 타액 속에 있고 이를 보유한 동물에게 물리거나 긁히는 방식으로 감염된다. 그렇게 되면 극심한 신경 증세로 고생하다가 대부분 죽음에 이른다. 광견병 바이러스는 일부 국가를 제외한 세계 거의 모든 나라에 분포한다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 광견병으로 매해 세계에서 5만 명에서 6만 명이 사망하고 있는 것으로 추정된다. 인체에 감염되는 광견병 바이러스로 나타나는 증상은 크게 두 가지 유형이 있다. 하나는 20%가량의 마비형 증상으로 감염되면 서서히 인체 기능이 마비해 의식을 잃고 사망에 이른다. 나머지 하나는 거의 모든 사례에서 나타나는 광폭형 증상으로 감염된 사람은 흥분과 정신 착란을 일으키며 때때로 공격적인 행동을 보인다. 또 물을 무서워하거나 찬바람을 지나치게 피하는 것도 전형적인 광견병 증상이다. 감염되면 며칠 만에 증상이 나타나 뇌 신경과 근육이 마비돼 호흡 정지로 목숨을 잃게 된다. 이에 대해 연구진은 “많은 바이러스 종이 자연 환경에서 높은 확률로 변이하는 사례는 널리 알려졌다. 변이는 숙주의 방어 체계를 피하거나 감염에 취약한 다른 숙주의 전염을 쉽게 하는 신뢰성 높은 수단”이라면서 “광견병 바이러스 역시 이 규칙에서 예외는 아니다”라고 설명했다. 또 연구진은 “사실 이미 폭 넓은 지역의 감염자에게서 최대 100개에 달하는 항원성 변이주의 존재가 확인되고 있다”고 말했다. 광견병 바이러스 중에는 단백질에 포함되는 단일 아미노산의 변이조차도 그 성질을 크게 바꾸는 사례가 있다. 이 때문에 병원성이나 전염력이 크게 커지면 인류 전체에 성가신 존재가 될 수도 있는 것이다. 더욱이 두려운 점은 이런 변이가 자연의 과정에 의해서만 일어나지는 않는다는 것이다. 위험한 광견병 바이러스가 악의적인 사람의 손에 의해 의도적으로 만들어질 가능성도 있다는 것이다. 이런 위험이 유전공학에 의해 초래할 가능성도 있다. 이는 영화 속 상황을 재현하는 일이 될지도 모른다. 자세한 연구 결과는 국제학술지 ‘악타 바이오메티카’(Acta Biomedica) 최신호(2월 4일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

국내 연구진이 어떤 항생제도 듣지 않는 슈퍼박테리아를 현장에서 10분만에 검출해 낼 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국기초과학지원연구원 소재분석연구부, 바이오화학분석팀, 전북대 의대 진단검사의학과 공동연구팀은 항생제 내성 슈퍼박테리아 중 하나인 ‘클로스트리디오이데스 디시필’(C,디시필)을 현장에서 바로 검출할 수 있는 진단키트를 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 분석화학 분야 국제학술지인 ‘바이오센서 앤드 바이오일렉트로닉스’ 15일자에 실렸다. C,디시필은 현재 나와있는 항생제로는 치료가 불가능한 장내세균으로 감염될 경우 발열, 설사, 복통이 발생하며 심할 경우는 전격성위막대장염, 독성거대결장, 패혈증 등으로 인해 사망에 이를 수도 있다. 이 때문에 미국 질병통제예방센터(CDC)는 C,디시필을 ‘최고 위협단계’ 세균으로 규정하고 있다. 치료제가 없는 C,디시필의 확산을 막기 위해서는 빠르고 정확한 조기진단이 필요하다. 그러나 현재 사용되는 진단법은 항원검사, 독소검사, 유전자 검사까지 3단계에 걸쳐 시행되기 때문에 이틀 이상의 시간이 걸리고 항원검사와 독소검사 민감도가 낮아 정확하고 신속한 진단이 어렵다는 문제도 있다. 연구팀은 C,디시필을 빠르게 검출하는 고감도 다중 분석기술을 개발하고 이를 종이 기반의 다중 검출키트(mPAD)로 만들었다. 연구팀은 왁스프린팅을 한 종이에 친수성, 소수성 패턴을 만들고 5겹으로 쌓아 입체 유체통로가 있는 mPAD를 만들었다. mPAD의 구멍 안으로 미량의 분변시료를 떨어뜨리고 검출신호 증폭을 위해 시약이 건조처리된 다른 구멍에 물을 떨어뜨리면 시료는 유체통로로 먼저 흘러간 다음 시약이 물에 녹아 흘러가게 된다. 용액은 mPAD 종이 표면 금나노입자에 반응하면서 측정감도가 커지면서 색 변화를 통해 감염여부를 확인하게 된다. 실제로 C.디시필 감염의심환자의 분변 시료 미량을 mPAD에 떨어뜨리면 감염여부를 확인할 수 있는 바이오마커 항원 1종과 독소 2종 검출여부를 10분 내에 육안으로 확인할 수 있다. 연구팀에 따르면 mPAD 검출민감도는 97%, 정확도는 95%에 이르고 종이 기반으로 만들기 때문에 제작비용이 저렴하고 추가 장비가 필요치 않다는 장점이 있다. 기초과학지원연구원 권요셉 박사는 “이번 연구는 C.디피실 진단 원천기술을 확보하고 국산화 가능성을 제시한 것”이라며 “고비용의 유전자 검사가 포함된 기존 검사법을 대체하게 될 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

일본의 연구진이 여성들의 음주가 유방암에 미치는 영향을 밝혀내기 위해 약 16만명을 대상으로 장기간 추적조사를 한 결과, 폐경 전 여성의 경우 음주의 빈도나 양이 늘어날수록 유방암 발병 위험이 높아지는 것으로 나타났다. 15일 NHK에 따르면 아이치현 암센터(나고야시) 연구진은 15만 8000여명의 여성을 평균 14년간에 걸쳐 추적한 데이터를 분석, 그 결과를 국제학술지에 발표했다. 15만 8000여명 중 유방암 판정을 받은 2200여명의 음주 행태를 조사한 결과 폐경기 이전 여성의 경우 ‘술을 거의 매일 마시는 사람’은 유방암에 걸릴 확률이 술을 안마시는 사람의 1.37배, ‘하루 알코올 섭취량이 23g 이상인 사람’은 1.74배에 달했다. 반면 폐경기 이후 여성에게서는 음주가 유방암 발병에 유효한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. NHK는 “음주의 유방암에 대한 영향과 관련해 일본인 여성을 대상으로 실시된 대규모 조사는 처음”이라고 전했다. 연구를 이끈 마쓰오 게이타로 아이치현 암센터 암예방연구분야장은 “비만이 유방암의 위험을 1.5배 정도 높이는 것으로 알려져 있지만, 음주는 그보다도 영향이 더 큰 것으로 나타났다”며 “술을 즐기는 폐경 전 여성들은 유방암 위험성이 더 높다는 것은 인식하고 주량을 줄이거나 주기적으로 검진을 받기 바란다”고 말했다. 도쿄 김태균 특파원 windsea@seoul.co.kr

2100년 전 그리스 시대에 만들어진 수수께끼의 천문학 계산장치 ‘안티키테라 기계’가 120년 전 처음 발견됐을 때 과학자들은 놀라지 않을 수 없었다. 이 수동식 장치는 우주의 움직임을 표시함으로써 다른 다섯 행성의 움직임과 달의 위상 그리고 일식·월식을 예측했기 때문이다. 하지만 이런 위대한 업적을 어떻게 이뤘는지는 설명하기가 매우 어렵다. 최근 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 연구진은 부분적으로나마 이 수수께끼를 풀었고 해답이 맞는지를 확인하기 위해 톱니바퀴 등 부품을 복원하는 작업에 착수했다고 가디언 등 현지언론이 12일(현지시간) 전했다. 보도에 따르면, 연구진은 오늘날 부품으로 안티키테라 기계의 복제품을 만들어내 고대의 기술을 재현하는 것을 목표로 삼고 있다. 이에 대해 UCL의 연구저자인 애덤 부이치크 박사는 “우리의 복원은 현재 남아있는 유물로부터 과학자들이 수집한 모든 증거에 부합한다고 확신한다”면서 “과거 다른 학자들이 복원했지만 이 기계의 3분의 2는 소실돼 그 구조를 정확하게 파악하는 것을 어렵게 한다”고 설명했다.세계 최초의 아날로그 컴퓨터로도 알려진 안티키테라 기계는 1901년 그리스 안티키테라 섬 앞바다에서 찾아낸 침몰한 화물선에서 유물을 옮기는 과정에서 발견됐다. 이 난파선은 기원전 1세기쯤 소아시아(아시아 대륙의 서쪽 끝, 흑해와 에게해, 동지중해에 둘러싸인 지방)에서 로마로 향하던 중 폭풍우를 만나 크레타 섬과 페로폰 제도 사이에서 침몰한 것으로 추정된다. 오랫동안 바다 속에 잠들어 있던 탓에 부식돼 파편화한 이 기계는 처음에 무엇인지 알 수 없었지만, 몇십 년에 걸친 연구를 통해 당시 기계공학의 집대성으로 밝혀졌다. 원래 약 30㎝ 높이의 나무상자 안에 들어있던 이 장치는 일종의 메뉴얼인 비문으로 뒤덮여 있고 문자판과 바늘에 연결된 30개 이상의 청동 톱니바퀴가 들어 있다. 손잡이를 돌리면 지구를 중심으로 태양과 행성 등 천체가 움직이는 방식인 것이다.영국 런던 과학박물관의 기계공학 전문가 마이클 라이트 박사는 안티키테라 기계가 어떻게 작동하는지에 관한 많은 자료를 수집해 작동하는 복제품을 만들었지만 이 장치가 어떻게 작동하는지를 완전히 이해하지 못했다. 안티키테라 기계는 82조각으로 분해됐을 만큼 심하게 파손돼 있어 이들 연구자의 복원 작업은 너덜너덜해진 퍼즐 조각을 맞추는 것과 같다.UCL 연구진은 라이트 박사 등과 함께 고대 그리스 철학자 파르메니데스가 묘사한 안티키테라 기계와 수학적 방법에 관한 비문 내용을 사용해 올바르게 작동할 수 있는 새로운 장치를 고안했다. 이 해결책을 통해 이 기계의 거의 모든 톱니바퀴는 불과 25㎜ 깊이의 공간 안에 들어간다.연구진에 따르면, 안티키테라 기계는 태양과 달뿐만 아니라 수성과 금성, 화성, 목성 그리고 토성의 움직임을 동심원상에 표시했다. 이 장치는 태양과 행성들이 지구 주위를 공전하고 있다고 가정했기에 태양이 중심인 경우보다 그 경로를 톱니바퀴로 재현하는 것이 훨씬 더 어려웠다. 연구진은 이 연구가 안티키테라 기계가 어떻게 하늘을 표현했는지에 관한 진정한 이해를 돕는다고 생각하지만, 자신들의 설계가 확실한지 아니면 이를 당시 제조 기술로도 만들 수 있었는지는 확실하지 않다고 말했다. 우주의 움직임을 보여주는 동심원상의 고리는 중첩돼 속이 빈 축 위에서 회전해야 한다. 하지만 이런 움직임을 나타내기 위해 필요한 금속 가공용 선반 없이 어떻게 이런 부품을 만들었는지는 분명하지 않다. 연구진이 복원한 모델이 제대로 작동하는지와 별개로 안티키테라 기계에 관한 수수께끼는 여전히 많다. 이 장치가 당시 장난감이었는지 아니면 교구였는지는 불분명하다. 그리고 당시 그리스인이 이런 기계 장치를 만들 기술이 있었다면 그 지식으로 무엇을 더 만들어냈냐는 것이다. 부이지크 박사는 “금속은 매우 귀해서 재활용됐겠지만, 이와 비슷한 장치를 발견하는 등의 사례가 없다는 점은 이상한 일”이라면서 “만일 고대 그리스인이 안티키테라 기계 제조 기술을 가졌다면 왜 이를 시계 같은 다른 장치를 고안하는데까지 확장하지 않았을까?”라고 되물었다. 자세한 연구 결과는 국제학술지 사이언티픽 리포츠 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

국내 연구진이 구리가 녹스는 것을 미세하게 조절해 수 백 가지의 천연색을 구현하는데 성공했다. 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단, 성균관대 물리학과, 부산대 광메카트로닉스공학과 공동연구팀은 구리 표면 산화층을 1~2㎚(나노미터) 수준으로 조절해 360가지 이상의 천연색을 만드는데 성공했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 소재과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 9일자에 실렸다. 구리는 붉은 빛을 띄는 갈색이었다가 산화, 흔히 말하는 녹이 슬면서 청록색으로 바뀐다. 미국 뉴욕의 자유의 여신상처럼 구리 합금으로 만든 동상들이 청록색으로 띄는 이유기도 하다. 과학기술이 발달한 요즘도 금속 산화는 정복하지 못한 과제 중 하나이며 특히 구리의 산화는 규칙성이 없기 때문에 제어는 사실상 불가능한 것으로 알려져 있었다. 이에 연구팀은 자체 개발한 ‘원자 스퍼터링 에피택시’라는 장치를 이용해 원자 단위로 구리를 쌓아올리는 방식으로 0.2㎚ 두께의 평평한 단결정 구리박막을 만들었다. 이렇게 만든 구리 박막으로 구리 산화 방향을 제어하고 산화층 두께를 원자층 수준으로 조절하는데도 성공했다. 구리와 산화층 사이 경계에서 반사되는 빛이 산화층 두께에 따라 다른 파장을 갖기 때문에 산화층 두께를 달리해 360가지가 넘는 천연색을 구현할 수 있었다. 이 과정에서 연구팀은 레이저를 이용해 표면을 부분적으로 산화시킬수 있는 ‘산화 식각 리소그래피’ 기술도 개발했다. 산화를 식각기술에 처음으로 적용한 것이다. 연구진의 이번 기술을 활용하면 여러 이미지를 금속 표면에 새길 수 있기 때문에 복제 불가능한 암호식각, 반도체 소자 제작 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이영희 IBS 단장(성균관대 에너지과학과 교수)은 “이번 연구결과는 그동안 불가능했던 것으로 알려진 구리의 산화를 완벽하게 제어할 수 있게 돼 학문적으로나 산업적으로 중요한 의미를 갖는다”라며 “구리를 산화시켜 투명한 p형 산화물 반도체로 활용하는 것과 산화 식각으로 새로운 반도체 공정을 개발하는 연구를 수행할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

2001년 영화 ‘뷰티플 마인드’는 1994년 노벨경제학상을 수상한 미국 수학자 존 내쉬의 이야기를 다루고 있다. 내쉬는 게임이론에서 가장 많이 쓰이는 균형이론을 만든 천재 수학자로 오랜 동안 조현병에 시달려왔다. 조현병은 망상과 환각, 비정상적 사고 등 감정, 지각, 인지, 행동 등 다양한 측면에서 이상 증상을 보이는 정신질환이다. 이 때문에 많은 사람들이 조현병은 흔하지 않은 질병으로 생각하지만 사실 전 세계, 모든 민족에서 100명 중 1명꼴로 발병하고 있다. 문제는 이렇듯 흔한 정신질환의 근본 원인이 제대로 밝혀지지 않고 있어 치료가 쉽지 않다는 것이다. 국내 연구진이 조현병 발병의 주요 요인 중 하나를 새로 밝혀냈다. 카이스트 의과학대학원 연구팀은 후천적으로 뇌 특이적 체성 유전변이가 조현병을 발병시킨다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 정신과학 분야 국제학술지 ‘생물 정신과학’ 9일자에 실렸다. 조현병은 다양한 원인으로 발병하는 것으로 알려져 있는데 특히 유전적 원인을 밝혀내기 위해 그동안은 환자의 혈액이나 타액을 분석해 돌연변이를 찾으려 시도했으나 모두 실패했다. 이에 연구팀은 조현병을 앓다가 사망한 27명의 뇌 조직을 이용해 ‘전장 엑솜 유전체 서열 기법’으로 분석한 결과 뇌에만 존재하는 특이 체성 유전변이를 발견했다. 연구팀은 조현병을 유발시키는 뇌 특이적 체성 유전변이들이 뇌신경 정보 교환과 신경발달에 중요한 역할을 하는 유전자에 주로 분포하는 것도 찾아냈다. 결국 뇌 체성 유전변이가 뇌신경회로를 파괴하거나 교란시켜 조현병 원인이 될 수 있다는 것이다. 연구팀은 이번 연구결과를 바탕으로 뇌 체성 돌연변이 연관 조현병 환자 진단과 치료법 개발에 나설 계획이다. 이정호 카이스트 의과학대학원 교수는 “이번 연구는 조현병 발병에 체성 유전변이가 중요한 역할을 하고 있음을 밝혀냄으로써 조현병의 새로운 치료법 개발은 물론 다른 신경정신질환 연구에도 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

흔히 건강검진 결과를 보면 혈액검사로 나온 콜레스테롤 수치가 있다. 그 중 HDL은 좋은 콜레스테롤로 알려져 있어 이 수치가 높으면 심혈관 건강이 괜찮은 것으로 알고 있다. 그런데 국내 연구진에 의해 HDL 수치가 높아야할 이유가 또 하나 밝혀졌다. 연세대 의대 심장내과 연구진은 HDL 기능이 우수한 사람은 심장으로 가는 혈관인 관상동맥이 막히더라도 새로운 혈관이 만들어지는 것이 확인됐다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국심장학회에서 발행하는 국제학술지 ‘미국심장학회지’에 실렸다. HDL 수치는 심근경색이나 심장마비 등 심혈관질환 발병 가능성이나 위험도를 결정하는 것으로 알려졌다. 최근에는 HDL 수치보다는 혈관세포에 쌓인 콜레스테롤을 유출하고(유출능) 유출된 콜레스테롤이 몸 밖으로 배출되는 기능(역수송능)이 활발하면 심혈관질환 위험도가 낮다는 연구결과들이 속속 나오고 있다. 이에 연구팀은 심혈관질환 환자 중 HDL 기능과 새로운 혈관 발달 정도의 관계 파악에 나섰다. 연구팀은 관상동맥이 만성적으로 막힌 환자 226명을 새로운 혈관이 잘 생성된 환자군, 새로운 혈관 생성이 없거나 빈약한 환자군으로 나눠 HDL의 콜레스테롤 유출능을 측정했다. 그 결과 새로운 혈관 생성이 잘되는 환자들은 HDL의 콜레스테롤 유출능이 22%로 그렇지 않은 환자(20.2%)보다 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 기타 변수들을 보정한 결과 나이가 젊고 HDL 기능이 좋을수록 새로운 혈관 생성이 잘되는 것으로 확인됐다. 연구를 주도한 이상학 연세대 의대 교수는 “HDL 기능이 활발한 환자에서 새 혈관 상태가 좋다는 것은 HDL이 새 혈관 형성을 촉진하며 심혈관을 보호하는데 도움이 된다는 것을 보여준다”라며 “특히 동물이나 세포실험이 아니라 실제 사람의 임상을 통해 HDL의 특정 기능이 체내 작용을 통해 건강상태에 영향을 줄 수 있음을 확인했다는데 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

코로나19 확산 2년째로 접어들었습니다. 지난해처럼 학생들의 개학이 미뤄지지 않고 초등학교 1, 2학년과 고등학교 3학년은 매일 등교를 하고, 나머지 학년들은 일주일에 2~3일씩 학교에 가고 있습니다. 전면 온라인 수업을 할 때보다는 나아졌다고 하지만 학생들이나 학부모들은 학력 저하를 걱정합니다. 이 때문에 이런저런 사교육에 눈을 돌리는 부모들은 늘어난 분위기입니다. 실제로 미국에서는 코로나19 이후 사교육 시장이 커졌다고 합니다. 국내에서도 사교육 양극화가 더 심해졌다는 분석이 나오기도 했습니다. 사실 사교육은 자녀가 집에 그냥 머무르는 대신 학원에 가는 것을 보면서 ‘그래도 공부를 하는구나’라는 부모의 안도감과 자기만족감을 충족시키는 것이 대부분입니다. 실제로 이런 시기에 가장 중요한 것은 자기주도학습이라고 교육 전문가들은 강조하고 있습니다. 자기주도학습의 핵심은 글을 읽고 이해할 수 있는 ‘문해력’입니다. 그렇지만 최근 한 방송에서 초등학생은 물론 중고등학생들도 10명 중 1명 정도만 교과서를 제대로 이해하고 스스로 공부할 수 있는 수준이라는 조사 결과를 보게 됐습니다. 글자는 읽을 수 있지만 글을 이해하는 데 어려움을 겪는다는 말이지요. 결국 독서가 중요하다는 말입니다. 부모들은 자녀들에게 독서습관을 갖게 하고 책과 친해지게 만들기 위해 많은 노력을 합니다. 전자책이나 학습만화를 고르는 것도 그 때문이겠지요. 학습만화가 문해력을 높이는 데는 도움이 되지 않는다는 연구 결과들은 많습니다. 그렇다면 전자책을 보여 주는 것은 독서습관 형성과 문해력 향상에 도움이 될까요. 노르웨이 스타방에르대 심리학과, 영국 개방대 유아교육·발달학과 공동연구팀은 독서습관을 기르고 문해력을 높이는 데는 전자책보다 종이책이 훨씬 도움이 된다고 10일 밝혔습니다. 이 같은 연구 결과는 교육학 및 심리학 분야 국제학술지 ‘교육연구 리뷰’ 3월 9일자에 실렸습니다. 연구팀은 1~8세의 남녀 아동 1812명을 대상으로 한 종이책과 전자책 사용에 따른 이해력과 어휘력, 독서습관 변화와 관련한 연구 30개를 메타분석했습니다. 분석 결과 아이들은 전자책을 접하면 새로운 장난감을 얻었다고 여기는 것으로 나타났습니다. 전자책은 스마트폰이나 컴퓨터, 태블릿PC와 사용법이 유사하기 때문입니다. 또 아동 대상 전자책들은 아이들의 주목도를 높이기 위해 다양한 시각효과를 사용하는데, 이는 이야기에 대한 집중도를 떨어뜨릴 수 있고 책의 완성도도 낮추게 된다고 합니다. 아이들이 책에 대해 관심을 갖는 것은 촉감 같은 감각에도 의존합니다. 전자책은 원하는 페이지로 곧바로 넘어가거나 여기저기 펼쳐 볼 수 없다는 단점이 있어 책에 대한 흥미를 유도하기 힘들다고 연구팀은 밝혔습니다. 연구를 이끈 나탈리아 쿠르키코바 영국 개방대 교수는 “이번 연구 결과들은 아동뿐만 아니라 청소년의 경우에도 해당된다”며 “아이들에게 전자책을 권할 때는 부모들이나 교사들이 종이책을 고를 때보다 더 신중하게 접근해야 할 것”이라고 조언했습니다. 책과 친해진다는 것은 좋은 친구를 사귄다는 의미입니다. 부모들이 자녀가 어떤 친구들과 사귀는지에 대해 관심을 기울이는 만큼 아이들이 어떤 책을 읽는지, 좋은 책과 친해지기 위해서는 무엇이 필요한지 함께 고민하는 것이 필요할 것 같습니다. edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 햄버거병을 일으키는 식중독균이나 결핵, 독감 등을 유발시키는 병원균을 5분 만에 검출해 감염 여부를 확인할 수 있는 기술을 개발했다. 바이오나노헬스가드연구단 신용범 단장이 이끄는 연구팀은 한국과학기술연구원(KIST), 전남대 연구진과 함께 바이러스나 박테리아 등 병원체의 핵산증폭반응을 이용해 5분 만에 감염 여부를 확인할 수 있는 고감도 병원체 검출기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제학술지 ‘바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스’에 실렸다. 지금까지는 질병을 유발시키는 병원체를 파악하기 위해 시료에 포함된 유전자가 담겨 있는 생체고분자인 핵산을 증폭시키는 방법이 사용되고 있다. 그렇지만 장비 크기를 줄여 현장에서 사용하거나 하나의 시료에서 다양한 병원체를 동시에 검출하는 데는 한계가 있다. 이 때문에 전하를 띠는 핵산이 증폭될 때 발생하는 전기적 신호변화를 포착해 검출할 수 있는 센서를 이용하는 방법들이 연구되고 있다. 연구팀은 나노갭 센서를 이용해 유전자 증폭 과정을 실시간으로 확인하고, 증폭된 유전자의 미세한 전기적 신호를 포착함으로써 5분 만에 시료 내 병원균을 검출해 내는 기술을 개발했다. 연구팀은 이번에 개발한 나노갭 센서로 식중독을 일으키는 대표적인 병원성 대장균 ‘O157:H7’을 5분 만에 검출하는 데 성공했다. 신 단장은 “이번 기술은 기존에 상용화돼 사용되고 있는 유전자증폭시약을 그대로 사용하면서 복잡한 온도조절이나 형광포착을 위한 장비 없이 신호변화를 읽어 냄으로써 병원체의 현장검출을 쉽게 만들어 줄 수 있다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@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

개는 1만6000년 전쯤 지금의 독일 남서부 지역에 있는 한 동굴에서 사람들과 함께 지낸 늑대로부터 진화했을 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다. 독일 튀빙겐대 등 국제연구진은 ‘그니르스횔’(Gnirs-höhle)이라는 이름의 동굴에서 발굴한 고대 개 화석들을 분석해 야생 늑대부터 오늘날 반려견까지 모든 갯과동물을 포함할 만큼 유전적으로 폭넓은 다양성이 있다는 점을 확인했다.연구진은 1만7000년 전부터 1만2000년 전까지 유럽으로 건너간 마들렌기(구석기 최후기) 사람들이 늑대를 길들였다고 보고 있다. 이 이론에서는 당시 사람들이 오늘날 볼 수 있는 모든 견종으로 진화한 다양한 계통의 늑대를 길들인 것으로 추정한다.이번 연구에서 연구진은 그니르스횔 동굴에서 발굴한 화석화한 갯과동물 8마리에 남아있는 유전물질을 분석했다. 이후 이들 유전 자료를 인근 유적지에서 발굴한 또다른 갯과동물 11마리와 프랑크푸르트의 3마리, 프랑스의 2마리 그리고 캐나다 북부 지역의 5마리와 비교 분석했다. 이 다른 갯과동물들의 화석 연대는 1500년 전부터 3만3000년 전까지 거슬러 올라간다. 29마리의 표본 중 1마리는 이상치로 나타나 제외됐고 나머지 28마리 중 23마리에게서 모계로 유전되는 미토콘드리아DNA를 정상적으로 추출해 재구성할 수 있었다. 그중 5마리의 미토콘드리아DNA는 그니르스횔 동굴에서 나온 것이다. 그 결과, 그니르스횔 동굴의 개들은 방대한 유전적 다양성을 지닌 것으로 나타났다. 분석에서는 이 동굴의 개 5마리는 오늘날 전 세계 모든 견종만큼 다양했다.연구진은 또 그니르스횔 동굴 출신 개 6마리를 포함해 총 10마리의 개 뼈를 추가적으로 검사했다. 이는 각 개의 생태적 지위(A급, B급, C급)를 알아내기 위한 것으로, 먹이 종류에 기초하는 탄소13(C13)과 질소15(N15)라는 방사성 동위원소의 양을 측정하는 것이다. 여기서 A급 지위의 개는 고대 늑대와 더 많이 비슷하며 주로 매머드와 같은 대형동물을 먹이로 삼는다. B급 지위의 개는 A급보다 단백질 섭취량을 나타내는 N15 측정치가 더 낮고 좀 더 다양한 먹이를 섭취한다. 이에 대해 연구진은 “B급 지위 개는 토끼와 같은 작은 포유류뿐만 아니라 순록과 말 그리고 대형 초식동물과 같은 발굽 동물을 먹었다”고 설명했다. 반면 C급 지위의 개는 주로 작은 포유류를 먹은 것에 유래하는 C13 측정치가 다른 두 부류보다 높다.그런데 그니르스횔 동굴의 표본은 모두 B급 지위의 개인 것으로 나타났다. 연구 주저자인 튀빙겐대의 크리스 보먼 박사는 “이들 동물이 인간과 가깝게 지내고 다소 제한적인 식생활을 가졌다는 점에서 늑대는 이미 1만6000년 전부터 1만4000년 전 사이 개로 길들여졌다는 것을 시사한다”고 말했다. 연구진에 따르면, 그니르스횔 동굴의 개들은 마들렌기인들 근처에서 살며 헤가우 유라 지역을 누볐고 그후 인간의 영향 아래 제한적인 식단에 적응할 수 있었다. 따라서 연구진은 그니르스횔 동굴의 개들이 늑대의 길들여진 초기 단계를 나타낼 가능성이 크다고 생각한다면서 인간은 초기에 길들인 개들을 위해 적극적으로 먹이를 제공함으로써 진화가 촉진됐을 것이라고 말했다. 자세한 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’(Scientific Reports) 최신호(3월 4일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지난해 말부터 코로나19 백신 접종이 시작된 나라들이 늘고 있지만 동시에 코로나19 변이 바이러스들도 속속 등장하고 있다. 영국, 남아프리카공화국, 브라질 코로나19 변이바이러스를 포함해 최근에는 지금까지 발견된 변이 바이러스들 중 최악이라는 미국발 변이바이러스까지 나오고 있는 상황이다. 과학계에서 가장 주목하고 있는 부분은 이들 변이 바이러스가 현재 접종되고 있는 백신에 내성을 갖고 있는가라는 점이다. 백신 내성에 대한 직접적인 증거는 나오지 않고 있지만 실험실 수준의 연구를 통해 이들 변이 바이러스들이 백신을 완전히 무력화시킬 정도는 아니지면 백신의 효과를 크게 떨어뜨릴 가능성은 높다는 연구결과들이 나오고 있어 우려가 커지고 있다. 우선 미국 컬럼비아대 의대 일반의 및 외과의학부, 의대 미생물학·면역학부, 감염병연구부, 화학과, 마음·뇌·행동연구소, 국립보건원(NIH) 백신연구센터, 리제네론 제약사 공동연구팀은 ‘B.1.351’로 알려진 남아공 변이바이러스와 ‘B.1.1.7’로 이름붙여진 영국발 변이바이러스에 대한 항체중화능력을 평가한 결과 바이러스들의 저항성이 커졌다는 것을 확인했다고 9일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 과학저널 ‘네이처’ 8일자에 실렸다. 연구팀은 코로나19에서 회복한 환자 20명의 혈장과 백신접종을 받은 22명의 혈장, 30개의 단복사 항체로 남아공발, 영국발 코로나19 변이바이러스 중화능력을 측정했다. 그 결과 이들 변이 바이러스들이 항체중화에 대한 내성이 있는 것으로 확인됐지만 영국발 코로나19 변이 바이러스는 현재 백신으로도 충분히 대응이 가능한 것으로 조사됐다. 반면 남아공발 변이 바이러스는 혈장 치료를 통한 항체 중화 효과가 9분의 1 수준으로 떨어졌고 백신을 통한 항체 중화효과도 10~12분의 1 수준으로 감소한 것이 확인됐다. 또 미국 세인트루이스 워싱턴대 의대, 병리학·면역학과, 분자미생물학과, 텍사스대 의대 생화학·분자생물학과, 인간감염 및 면역학연구소, 텍사스대 부설 사우스웨스턴메디컬센터, 백신과학연구센터, 벤더빌트대 의대 백신연구센터, 비르 바이오테크놀로지사, 스위스 후맘스 바이오메드사 공동연구팀도 남아공발, 영국발 코로나19 변이바이러스를 대상으로 화이자 백신의 항체 중화효과를 실험했다. 그 결과 컬럼비아대 연구팀과 비슷한 결과를 얻었다. 영국발 변이 바이러스에 대해서는 기존 코로나19 바이러스와 항체 중화효과에 큰 차이가 보이질 않았지만 남아공발 코로나19 변이바이러스는 백신의 항체 중화효과가 눈에 띄게 줄어드는 것이 관찰됐다. 연구팀은 바이러스의 스파이크단백질 484번과 501번 위치에 변이가 발생한 다른 바이러스들에 대해서도 백신의 효과가 떨어질 수 있다고 밝혔다. 마이클 다이아몬드 워싱턴대 의대 교수(면역학)는 “이번 발견은 실험실 수준의 연구결과이기는 하지만 백신이 코로나19 변이바이러스에 효과가 떨어질 수 있다는 것을 보여주고 있다”라며 “이 같은 상황에서는 빠른 접종으로 변이를 최소화하는 것이 필요하며 변이 바이러스에 감염된 환자의 치료법도 일부 조정이 필요할 것”라고 말했다.오스트리아 과학아카데미 분자의학연구센터와 빈대학 바이러스학연구센터를 중심으로 스위스, 러시아 과학자들이 참여한 공동연구팀은 코로나19 바이러스 분리주 747개로 심층 염기서열 분석한 결과 바이러스에 감염된 세포를 처리하는 역할을 하는 면역T세포의 활성화를 억제하는 변이 펩타이드가 발견됐다는 연구결과를 의학분야 국제학술지 ‘사이언스 면역학’ 4일자에 발표하기도 했다. 바이러스에 감염된 세포 표면 단백질과 결합하는 펩타이드는 감염 세포를 파괴하는 면역세포 활성화에 중요한 역할을 한다. 이번 연구에 따르면 변이 바이러스에는 펩타이드가 결합하기 어려워져 바이러스의 활동을 억제하기 쉽지 않다는 것이다. 이는 면역기능을 활성화시켜 코로나19 바이러스를 막는 백신의 효과가 떨어질 가능성이 크다는 것을 의미하기도 한다. 앞서 연구를 주도한 세계적인 바이러스 학자 데이비드 호 컬럼비아대 교수는 “바이러스의 특성상 시간이 지날수록 변이는 계속 나타날 수 있는 만큼 현재 개발된 백신의 접종속도를 높여 집단면역을 형성해 바이러스 전파와 변이 가능성을 최대한 억제하는 것이 무엇보다 중요하다”고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

육류를 갈아 만든 패티가 완전히 조리되지 않거나 살균되지 않은 우유나 상한 채소 등을 섭취하면 신장에서 불순물을 제대로 걸러주지 못해 체내에 독소가 쌓이면서 심각한 질병이 발생한다. 용혈성요독증후군, 일명 ‘햄버거병’이다. 햄버거병의 원인은 병원성 대장균 ‘O157’ 때문으로 알려졌다. 햄버거병은 물론 식중독, 결핵, 독감 같은 질병을 유발시킬 수 있는 병원균에 빠르게 대응하기 위해서는 신속한 병원체 검출이 필수적이다. 국내 연구진이 이 같은 병원균을 5분 만에 검출해 감염여부를 확인할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 바이오나노헬스가드연구단, 한국과학기술연구원(KIST), 전남대 공동연구팀은 바이러스나 박테리아 등 병원체의 핵산증폭반응을 이용해 5분 만에 감염 여부를 확인할 수 있는 고감도 병원체 검출기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 연구결과는 의공학분야 국제학술지 ‘바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스’에 실렸다. 지금까지는 질병을 유발시키는 병원체를 파악하기 위해서 시료에 포함된 유전자가 담겨있는 생체고분자인 핵산을 증폭시키는 방법이 사용돼 왔다. 그렇지만 장비를 크기를 줄여 현장에서 사용하거나 하나의 시료에서 다양한 병원체를 동시에 검출하는데는 한계가 있다. 이 때문에 전하를 띠는 핵산이 증폭될 때 발생하는 전기적 신호변화를 포착하는 임피던스 센서를 이용하는 방법들이 연구되고 있는 상황이다. 그렇지만 이 역시 센서의 감도를 높여 병원균에서 나타나는 신호변화만을 제대로 포착해 내는 것이 필요하다.이에 연구팀은 나노갭 센서로 전기적 임피던스 센서의 감도를 개선해 유전자 증폭과정을 실시간으로 확인하고 증폭된 유전자의 미세한 전기적 신호를 포착함으로써 5분 만에 시료 내 병원균을 검출해 내는 기술을 개발했다. 연구팀은 이번에 개발한 나노갭 임피던스 센서를 이용해 식중독을 일으키는 대표적인 병원성 대장균 ‘O157:H7’을 5분 만에 검출하는데 성공했다. 이현정 바이오나노헬스가드연구단 책임연구원은 “이번 기술은 기존에 상용화돼 사용되고 있는 유전자증폭시약을 그대로 사용하면서 복잡한 온도조절이나 형광포착을 위한 장비 없이 신호변화를 읽어 냄으로써 병원체의 현장검출을 용이하게 만들어 줄 수 있다”라며 “상용화를 위해 감도 안정화를 위한 최적 측정조건을 찾고 현장진단을 위한 소형화 모듈 등에 대한 연구를 추가진행할 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

뇌졸중은 뇌의 일부분에 혈액을 공급하는 혈관이 막히거나 터짐으로써 해당 부분의 뇌가 손상되는 질환이다. 뇌졸중은 물론 심근경색 같은 뇌심혈관질환은 돌연사의 주요 원인이면서 최근 30년 동안 전 세계 사망원인 1위로 꼽히고 있다. 뇌심혈관질환의 원인을 찾기 위해서는 영상의학장치가 많이 사용되는데 특히 자기공명영상(MRI)이 널리 쓰이고 있다. 많은 의과학자들이 뇌졸중을 조기에, 정확하게 진단하기 위해서 더 정밀한 영상진단기술을 개발하기 위한 연구를 하고 있다. 이 같은 상황에서 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 연세대 화학과, 연세대 의대 영상의학과 공동연구팀은 현재보다 10배 더 정밀하게 혈관 곳곳을 관찰할 수 있는 고성능 자기공명영상(MRI) 조영제를 개발하고 의공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링’ 9일자에 발표했다. ‘사이오’(SAIO)라고 이름 붙여진 이번에 새로 개발된 조영제는 미세혈관 직경인 0.2~0.8㎜보다 1500배 정도 작은 5㎚(나노미터) 수준이다. 이 때문에 몸 속 모든 혈관 구석구석으로 침투해 혈관을 10배 더 자세히 관찰할 수 있다. 또 현재 MRI 촬영에는 가돌리늄 조영제가 사용되는데 만성신장질환을 앓고 있는 환자에게는 소변으로 배출되지 않아 ‘신원성전신섬유증’이라는 부작용을 일으킬 수 있다. 그런데 사이오 조영제는 가돌리늄 대신 철분을 사용해 이 같은 문제를 근본적으로 없앨 수 있다고 밝혔다.연구팀은 사이오를 이용해 생쥐의 뇌를 촬영한 결과 머리카락 굵기인 100㎛(마이크로미터)의 미세혈관까지 선명하게 볼 수 있는 3차원 정밀 MRI 뇌혈관 지도를 만드는데 성공했다. 또 MRI 촬영후 사이오는 생쥐의 방광으로 모두 모여 소변으로 배출되는 것이 확인됐다. 신장에 문제가 있는 생쥐에게서도 부작용 없이 모두 몸 밖으로 배출되는 것도 관찰했다. 천진우 IBS 나노의학연구단 단장(연세대 화학과 교수)는 “지금까지 MRI 기술이 큰 고속도로만 보여주는 수준이라면 이번에 개발한 조영제를 이용하면 좁은 동네 골목길까지 자세하게 볼 수 있는 정도”라며 “이번에 개발한 조영제는 영상의학기기의 해상도를 높이는 동시에 신체 안전성을 동시에 만족시킨다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 형광등, 백열등 같은 실내조명에서 나오는 가시광선으로 공기 중 바이러스와 박테리아 같은 병원균을 박멸할 수 있는 항균필터 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국생산기술연구원 바이오메디칼생산기술센터, 세종대 기계공학과, 한국과학기술연구원(KIST), 영국 런던대(UCL) 공동연구팀은 햇빛이나 실내조명의 가사시광선을 이용해 공기 중에 떠다니는 미생물을 살균할 수 있는 필터기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 실내 공기 중에는 바이러스, 박테리아, 곰팡이 같은 각종 미생물들이 먼지와 함께 떠다닌다. 인체에 무해한 것들도 있겠지만 질병을 일으킬 수 있는 것들도 있기 때문에 기존에는 은, 산화구리, 산화아연 같은 무기물질이나 키토산 같은 천연 유기물질로 만든 항균필터로 이들을 제거했다. 문제는 항균처리된 필터 표면에 직접 접촉돼야 제거할 수 있으며 시간이 지날수록 먼지가 쌓이면서 병원균 정화기능이 떨어지게 된다는 점이다. 이산화티탄은 대표적인 광촉매로 자외선을 흡수하면 주위 산소, 물과 반응해 미생물을 살균할 수 있는 활성산소를 만들어 낸다. 일상적인 실내 공간에서는 자외선을 활용하기 어렵고 가시광선을 이용하기 위해서는 추가적인 복잡한 공정을 거쳐야 한다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 가시광선을 만나면 활성산소를 만드는 이산화티탄과 가시광선에 반응할 수 있는 유기염료를 결합시킨 복합나노입자를 만들고 수분 저항성, 광화학적 살균성능을 갖도록 표면처리를 했다. 이번에 개발한 항균필터는 필터 표면에 병원균들이 접촉하지 않더라도 가시광선으로 만들어진 활성산소가 필터 주변의 병원균까지 제거할 수 있다. 연구팀은 이번에 개발한 필터로 표피포도상구균에 대한 항균성을 실험한 결과 실내조명(2.9㎽/㎠)에서는 4시간 뒤에 99.9%, 태양광(18~21㎽/㎠)에서는 1시간 뒤 99.98%가 사라진 것을 관찰했다. 표피포도상구균은 피부에 있는 일상적인 균으로 병원성을 드러내지는 않지만 간혹 식중독이나 패혈증, 요로감염 등을 일으키기도 한다. 연구팀은 실용화를 위해 나노입자가 필터에 안정적으로 부착되는지와 활성산소 농도에 따른 인체 안전성 평가를 추가로 진행하고 있다. 최동윤 생산기술연구원 박사는 “이번 연구결과를 활용한다면 미생물 살균 뿐만 아니라 탈취, 유기물 분해 같은 다양한 오염물질 제어에 활용될 수 있을 것이며 추가 연구를 거친다면 공기청정기 필터, 보호복, 커튼 등 다양한 제품의 항균기능 나노소재에 적용할 수도 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

코로나19로 인해 자동차 배기가스나 공장 오염물질 배출이 예년보다 줄었다는 연구들이 나오고 있다. 그렇지만 지구온난화는 가속화되고 있어서 건조한 날씨가 잦아지고 길어지면서 산불 가능성이 커지고 있다. 2019년 하반기에 시작해 지난해 초까지 이어졌던 호주 대형산불도 그렇고 연례행사처럼 벌어지고 있는 미국 캘리포니아주 산불도 지구 온난화로 인한 기후변화가 원인으로 꼽히고 있다. 국내에서도 여름을 제외한 계절에는 건조한 날씨들이 잦아지고 있어 산불에 대한 우려가 커지고 있는 상황이다. 이런 상황에서 미국 캘리포니아 샌디에고(UCSD) 스크립스해양연구소, 공중보건·인간장수과학부, 해양대기관리청(NOAA) 공동연구팀은 산불 연기가 만들어 내는 초미세먼지를 포함한 각종 분진들이 자동차 배기가스와 공장에서 배출되는 미세먼지보다 사람의 호흡기에 더 치명적이라고 6일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 5일자에 실렸다. 산불 연기에는 PM2.5, 흔히 초미세먼지라고 불리는 입자들이 주를 이루고 있다. 초미세먼지는 폐에서 걸러지지 않고 호흡기를 관통해 혈류로 흘러들어가 혈관은 물론 주요 장기를 손상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 산불로 인해 만들어지는 PM2.5와 다른 배출원에서 나오는 PM2.5를 분리하기 위해 NOAA의 배출가스 위험지도시스템의 자료와 최근 14년 동안 캘리포니아 지역에서 호흡기 질환으로 입원한 환자들의 의료 기록을 분석했다. 분석 결과 자동차 배기가스를 포함해 산불 이외의 원인으로 만들어지는 PM2.5가 대기 중 10㎍/㎥ 증가할 경우는 호흡기 질환으로 인한 병원 입원자를 1%포인트 증가시키는 것으로 확인됐지만 똑같은 양의 PM2.5가 산불로 인해 만들어지는 경우는 입원 환자가 1.3~10%포인트 증가하는 것으로 조사됐다. 연구팀은 특정 오염물질 입자의 크기가 똑같다고 해서 독성도 같다고 가정하는 것은 문제가 있으며 산불의 영향은 산불이 발생한 지역에서 멀리 떨어져 있는 사람들의 건강에까지 심각한 영향을 미칠 수 있음을 이번 연구가 보여주고 있다고 지적했다. 연구를 주도한 로산나 아길레라 UCSD 스크립스해양연구소 박사는 “이번 연구결과는 기존 실험실 실험 수준으로 확인됐던 것을 실제 모집단 수준에서 확인한 것”이라고 강조했다. 아길레라 박사는 또 “매년 캘리포니아 남부에서 발생하는 대규모 산불은 시간이 갈수록 더 잦아지고 길어질 가능성이 크다”라며 “미국 뿐만 아니라 전 세계 곳곳에서 건조한 날씨가 잦아지고 있는 만큼 산불 조기감지시스템 구축과 함께 기후변화 완화에 대한 노력을 기울여야 할 것”이라고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

완벽한 암흑은 문학적 표현은 가능하지만 과학적으로 구현해 내기는 쉽지 않다. 양자역학에서도 입사되는 모든 파장대의 복사에너지를 완전히 흡수하는 실제로는 존재하지 않는 이상적인 물체를 가정하고 ‘흑체’라고 부르고 있다. 국내 연구진이 흑체는 아니지만 빛을 빠르게 흡수하는 초흡수 현상을 만드는데 성공해 주목받고 있다. 서울대 물리천문학부, 성균관대, 포스텍 공동연구팀이 빛을 빠르게 방출하는 초방사 현상을 거꾸로 돌려 모든 빛을 빠르게 흡수해버리는 초흡수 현상을 실험적으로 구현하는데 성공했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘네이처 포토닉스’ 2일자에 실렸다. 빛을 빠르고 완벽하게 흡수하는 초흡수 현상이 가능하다면 식물의 광합성을 좀 더 잘 이해할 수 있으며 태양전지에서 빛에너지 수확효율을 높일 수 있고 광자를 이용한 양자정보처리 효율향상이나 천체관측을 위한 미세한 광신호 감지 등이 가능하다. 그렇지만 초흡수 현상은 빛이 빠르게 방출되는 초방사 현상에 가려져 지금까지는 관측 자체가 어려웠다. 또 특정 상태의 원자들이 강한 빛을 내는 초방사현상은 이미 실험적으로 구현되기도 했다. 이에 연구팀은 초방사와 초흡수 현상이 동일한 상태 원자들에서 나타날 수 있으며 시간역행적 과정이라는 점에 착안했다. 초방사 상태의 원자들을 제어해 시간을 되돌리듯 빛을 빠르게 흡수하는 초흡수 현상을 실험적으로 유도한 것이다. 시간역행을 위해서는 원자상태의 위상을 제어하는 기술이 이용됐다. 체스판 모양의 나노구멍 격자를 통과한 일부 원자들을 초방사를 일으킬 수 있는 양자역학적 중첩상태로 만든 뒤 원자상태의 위상을 주변 빛의 위상과 반대되도록 조절해 초방사를 되돌려 초흡수현상을 유도한 것이다. 연구팀은 실제로 10개 정도의 원자로 초흡수 현상을 구현해 일반 흡수보다 10배 정도 빠르게 빛을 100% 흡수하는 것을 관측했다. 특히 빛의 세기가 약할수록 흡수속도가 빨라지는 것이 관측됐다. 안경원 서울대 교수는 “이번 기술은 에너지 하베스팅이나 양자정보처리의 효율향상, 섬세한 광신호 감지를 통한 천체관측을 위한 기초자료가 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 태양광 소자나 첨단 신약 개발에 도움을 줄 수 있는 세계 최고 수준의 전자카메라 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국원자력연구원 초고속방사선연구실, 카이스트 기계공학과 공동연구팀은 극초단파 전자펄스의 타이밍을 100조분의 1초(10펨토초) 수준으로 측정하고 제어하는 기술을 개발하고 이를 초고속 전자카메라에 접목시켜 성능을 향상시키는데 성공했다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘레이저 앤드 포토닉스 리뷰스’에 실렸다. 극초단 전자펄스를 이용한 회절분석기법은 전자펄스의 짧은 펄스폭과 광속의 99.2%에 도달하는 속도를 활용해 차세대 전기, 전자소재 개발 등 다양한 첨단 산업연구에 활용되고 있다. 그렇지만 이같은 특성을 장시간 안정화하지 못하는 한계점이 있다. 연구팀은 이 같은 한계점을 극복하기 위해 ‘테라헤르츠파 스트리킹 기술’을 활용해 전자 펄스의 타이밍을 측정하고 제어하는 시스템을 구현했다. 테라헤르츠파 스트리킹 기술은 테라헤르츠파의 전기장에 전자 펄스를 가해서 진행방향을 바꾸는 것이다. 테라헤르츠파 스트리킹 기술 선결조건으로는 먼저 전자 펄스를 발생시키는데 필요한 레이저와 마이크로파 신호들의 정밀한 측정과 제어가 이뤄져야 한다. 연구팀은 이를 위해 레이저와 마이크로파간 정밀 동기화 시스템, 광펄스의 모니터링 시스템, 자석 기반 전자펄스 압축 시스템 등 레이저와 마이크로파, 전자빔 안정화 장치들을 구현하고 최적화했다. 그 결과 세계 처음으로 전자 펄스의 타이밍을 5.5펨토초를 4600초 동안 안정화하는데 성공했다. 기존 세계 최고 성능보다 4배나 향상된 시간 안정도 수준이다. 김정원 카이스트 교수는 “이번 기술을 활용하면 그래핀을 포함한 2차원 물질과 같은 첨단 물질들의 새로운 성질을 손쉽게 규명할 수 있어 다양한 태양광 소재개발은 물론 전자구름 관측, 신약 개발 등 기초과학과 산업연구에 모두 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

일제강점기 무분별한 송진 채취 피해 실태 연구 결과가 스위스에서 발간되는 국제학술지 ‘서스티너빌러티’(지속가능성)에 실렸다. 3일 산림청 국립산림과학원에 따르면 일제강점기 말기에 일본은 전쟁물자인 송탄유(松炭油)를 확보하기 위해 소나무에 톱날로 V자형 상처를 내는 방식으로 무분별하게 송진을 채취했다. 상처 크기가 최대 1.2ｍ에 달할 정도였다. 산림과학원이 송진 채취 피해 소나무의 나이테를 분석한 결과 톱날 채취가 소나무 줄기에 아물지 않는 상처를 남긴 것으로 확인됐다. 산림과학원은 2017년부터 문헌과 현장 조사 등으로 ‘전국 송진 채취 피해 소나무 분포 현황’을 작성해 총 40개 지자체 46곳의 위치를 파악했다. 이 중 전북 남원 왈길마을, 경남 합천 해인사, 강원 평창 남산, 울산 석남사, 인천 강화 보문사 등 5곳에 피해목이 생육하는 것을 확인했다. 산림과학원은 피해목 생육지를 국가산림문화자산으로 등록할 것을 권고했다. 박찬열 산림과학원 박사는 “일제강점기에 자행한 톱날에 의한 다량 채취 방식은 소나무에 아물지 않는 상흔을 남겼음을 국제적으로 인정받은 연구 결과”라며 “상흔을 가진 노송 생육지를 국가산림문화자산으로 등록해 역사적 자료로 활용해야 한다”고 밝혔다. 대전 박승기 기자 skpark@seoul.co.kr

시속 80㎞ 턱으로 먹이 잡아채는 덫개미 시각 훈련 통해 보상 기다리는 갑오징어척추동물 외에서 학습성·통제력 첫 발견 “진화 위해 같은 행동양식 보인 극단 형태”내셔널지오그래픽이나 디스커버리 같은 다큐멘터리 채널에서는 우리가 알지 못하는 동물들의 행동이나 생활 환경을 그대로 보여 주는 ‘동물의 왕국’류의 프로그램들을 쉽게 볼 수 있다. 신기한 동물 세계를 넋 놓고 보면서 감탄하는 경우도 많다. 동물학자들이 이번에는 번개처럼 먹이를 빠르게 낚아채는 개미의 턱과 갑오징어 지능에 대한 비밀을 풀어냈다. 일본 오키나와 과학기술대학원대학교, 미국 캘리포니아로스앤젤레스대(UCLA), 시카고 필드자연사박물관, 조지아 자연사박물관, 일리노이대 고등과학기술연구소, 유타대, 캘리포니아 과학아카데미, 멕시코 국립생태분석종합연구원, 체코 국립과학아카데미 생물학연구소, 호주 오스트레일리언국립대 공동연구팀은 시속 80㎞의 속도로 먹잇감을 잡는 덫개미의 턱이 다름 아닌 독특한 진화의 산물이라는 사실을 밝혀냈다. 이 같은 연구 결과는 미국공공과학도서관에서 발행하는 생물학 분야 국제학술지 ‘플로스 생물학’ 3월 3일자에 실렸다. 열대 지역과 아열대 지역에서 사는 덫개미는 자신의 머리보다 1.5배 길고 날카로운 가시가 돋아 있는 턱을 가지고 있다. 덫개미는 턱을 벌리고 다니다가 먹잇감을 포착하면 시속 80㎞ 속도로 턱을 닫아 붙잡는다. 사람이 눈 깜박하는 속도의 700분의1 수준이며 호랑이나 사자가 먹잇감을 향해 달릴 때 속도와 같다. 동물들 중에 가장 빠른 공격 무기를 가진 덫개미의 턱은 걸쇠, 스프링, 방아쇠로 구성된 권총과 비슷한 구조로 돼 있는 것으로 알려져 있다. 평소 걸쇠가 위턱을 벌리도록 고정하고 있다가 먹이를 포착하면 방아쇠가 당겨지면서 스프링이 튕겨지면서 턱이 빠르게 닫히는 것이다. 연구팀은 덫개미 900여종 중 470여종의 DNA를 추출·분석해 종들의 진화적 관계를 보여 주는 ‘진화의 나무’를 구성하고 엑스선 마이크로 단층촬영 기술로 종별 3차원 이미지 모델을 만들어 고속 비디오 촬영으로 턱의 작동 메커니즘을 분석했다. 그 결과 덫개미들은 지역별로 다양한 턱의 길이와 넓이를 보였지만 턱을 빠르게 닫아 먹잇감을 사냥하는 방식으로 공통 진화된 것으로 확인됐다. 지역별 교류 없이 독립적으로 진화를 했는데 똑같은 방식으로 변했다는 것이다.한편 미국 시카고대 해양생물연구소, 영국 케임브리지대 공동연구팀은 갑오징어가 훈련을 통해 ‘마시멜로실험’ 같은 자제력 측정을 통과할 수 있다는 연구 결과를 영국왕립학회에서 발간하는 ‘왕립학회연보B’ 3월 3일자에 발표했다. 사람이나 침팬지 같은 영장류가 아닌 동물 종에서 자기통제가 가능하는 것을 발견한 것은 이번이 처음이다. 마시멜로실험은 미국 스탠퍼드대 심리학과 연구팀이 4살 아이들을 대상으로 눈앞에 놓인 마시멜로를 먹지 않고 더 큰 보상을 위해 참을 수 있는지를 측정한 실험이다. 어려서 인내심이 성장 후 성공과 연관돼 있다는 결론으로 유명해졌지만 이후 많은 연구를 통해 초기 연구 결과가 뒤집힌 것으로도 유명하다. 연구팀은 갑오징어에게 시각 신호와 먹이 보상을 연결시켜 반응할 수 있도록 훈련시켰다. 그다음 마시멜로실험과 비슷한 상황을 만들어 실험한 결과 침팬지, 까마귀, 앵무새 같은 척추동물과 비슷하게 보상을 위해 눈앞의 이익을 50~130초까지 참을 수 있다는 것을 확인했다. 행동생태학자인 알렉산드라 슈넬 케임브리지대 박사는 “척추동물 이외의 종에서 자기통제와 학습성의 연관성을 발견한 것은 이번이 처음”이라며 “완전히 다르게 진화한 동물들이 비슷한 인지적 특징을 보이는 수렴 진화의 극단적 형태”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr