국내 연구진이 세계 최초로 동물의 에너지를 만들어 내는 세포 내 소기관 미토콘드리아 유전자를 편집하는 데 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 유전체 교정 연구단(단장 김진수)이 염기 교정 효소 ‘DdCBE’(DddA 유래 시토신 염기 편집기)를 이용해 생쥐 미토콘드리아 DNA의 특정 염기를 바꾸는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 시력·청력 뿐만 아니라 중추 신경계·근육·심장 등에 치명적인 결함을 일으킬 수 있다. 미토콘드리아 질환은 5000명 중 한 명꼴로 발생하는 흔한 유전질환이지만 현재까지 마땅한 치료법이 없다. 널리 알려진 유전체 교정 기술인 ‘크리스퍼 유전자 가위’로는 미토콘드리아 DNA를 교정하는 것이 불가능하다. 절단 효소가 목표 DNA를 인식하기 위해서는 가이드 RNA의 도움이 필요한데 가이드 RNA가 미토콘드리아 막을 통과하지 못하기 때문이다. 하지만 지난해 미국 브로드 연구소 데이비드 리우 교수 연구팀이 미토콘드리아 DNA를 정밀 편집하는 분자 도구인 DdCBE를 개발했다. 세균에서 유래한 DddA 탈아미노 효소를 이용해 미토콘드리아 DNA 이중나선의 염기 시토신(C)을 티민(T)으로 바꿀 수 있는 편집 기술이다. 이로써 미토콘드리아 DNA도 교정이 가능하다는 것을 증명했지만 이는 세포 수준의 연구로 동물 개체 수준에서도 정상적으로 작동하는지 확인이 필요했다. 연구팀은 생쥐 세포주(세포 집합)에서 만들어진 다양한 조합의 DdCBE 가운데 가장 효율이 높은 DdCBE를 선정, 생쥐 배아에 주입했다. 이를 대리모에 이식, 미토콘드리아 DNA의 시토신 염기를 티민 염기로 치환한 유전자 교정 생쥐를 제작해 냈다. 나아가 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 염기 서열이 다음 세대에게도 온전히 전달됨을 확인했다. 이번 연구 결과는 권위 있는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 이날 자에 실렸다. 이현지 선임연구원은 “미토콘드리아 DNA를 동물 배아 수준에서 정밀하게 교정할 수 있게 됐다”며 “미토콘드리아 질환 치료제 개발에 기여할 것”이라고 말했다. 대전 이천열 기자 sky@seoul.co.kr

국내 연구진이 유전병 주요원인으로 알려진 미토콘드리아의 이상을 고칠 수 있는 효소를 이용해 동물에게 적용해 성공했다. 기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단 연구팀은 시토신 염기교정효소 ‘DdCBE’를 이용해 생쥐의 미토콘드리아 DNA 특정 염기를 바꾸는데 성공했다고 19일 밝혔다. 이번 연구는 지난해 미국 브로드연구소 데이비드 리우 교수팀이 처음 개발한 DdCBE를 동물에 적용한 세계 첫 사례이다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 19일자에 실렸다. 미토콘드리아는 ‘세포 공장’이라고 불리는 세포내 소기관으로 에너지를 만들어 내는 곳이다. 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어날 경우 시력, 청력 뿐만 아니라 에너지가 많이 필요한 중추신경계, 근육, 심장 등에 치명적 결함을 일으킬 수 있다. 특히 미토콘드리아 DNA는 어머니에게서 전달되는 모계유전 경향 때문에 모체의 미토콘드리아 DNA에 결함이 있을 경우 다음 세대로 전달되면서 유전병의 원인이 된다. 실제로 미토콘드리아 이상으로 인한 질환은 5000명 중 한 명 꼴로 발생하는 흔한 유전질환이다.문제는 아직 치료법이 없다는 점이다. 유전체 교정 기술로 널리 활용되고 있는 크리스퍼 유전자 가위로도 치료가 어렵다는 것이다. 세포 핵 속 DNA에는 적용이 가능하지만 미토콘드리아 막을 통과하지 못해 미토콘드리아 DNA 교정은 어려웠다. 이에 연구팀은 지난해 개발된 DdCBE에 주목했다. DdCBE에 대한 세포 수준 연구는 있었지만 질환 치료를 위한 동물 개체 수준의 실험은 없었다. 연구팀은 다양한 조합의 DdCBE를 생쥐의 세포주 수준에서 선별해 가장 효율이 높은 것을 선정했다. 이렇게 선택된 DdCBE를 생쥐 배아에 주입해 미토콘드리아 DNA 염기에서 시토신을 티민으로 바꾸는데 성공했다. 이렇게 교정된 미토콘드리아 DNA가 새끼 생쥐들에게도 그대로 전달된다는 것도 확인됐다. DdCBE를 이용한 DNA 교정이 동물 개체 수준에서 정상 작동한다는 것을 처음으로 확인함으로써 사람에게도 적용될 가능성을 높였다는 것이다. 나아가 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 서열이 다음 세대에게도 온전히 전달됨을 확인했다. DdCBE가 동물 개체 수준에서 정상 작동함을 최초로 확인한 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

건강검진을 받으러 가면 의사의 문진에서 빠지지 않는 것이 “최근 갑자기 살이 빠지지는 않았나”이다. 입맛이 없어지고 이유 없이 갑자기 살이 빠지는 것이 암 환자의 대표 증상이기 때문에 묻는 것이다. 한국생명공학연구원 질환표적구조연구센터, 바이오나노연구센터, 카이스트, 서울아산병원 공동연구팀은 암세포에서 특이적으로 분비되는 특정 단백질이 뇌신경세포의 특정 수용체를 통해 식욕조절 호르몬에 영향을 미쳐 암 환자의 섭식장애를 일으킨다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘네이처 셀 바이올로지’에 실렸다. 암세포와 악성 종양조직은 다양한 분비물과 염증유도인자를 분비해 정상조직의 기능을 낮춘다. 이 때문에 암 환자에게서는 각종 합병증이 발생하고 생존율이 낮아지는 것이다. 대표적인 합병증이 ‘암 악액질 증후군’으로 섭식장애와 지속적인 체중감소 현상을 동반해 암 치료효과과 생존율이 낮아진다는 것이다. 연구팀은 암 유전인자를 주입한 초파리를 이용해 실험한 결과 암 세포에서 나온 특정 단백질(Dilp8 펩타이드)이 눈에 띄게 증가되고 뇌신경세포 수용체를 통해 식욕조절 관여 신경펩타이드 호르몬 발현을 변화시켜 섭식장애를 일으키는 것이 관찰됐다. 생쥐에게 암을 유발시킨 뒤 관찰한 결과도 마찬가지로 특정 단백질이 증가해 섭식장애가 유발된다는 것이 확인됐다. 암세포에서 분비되는 단백질을 일반 생쥐 뇌에 직접 주입하면 먹이 섭취량과 체중이 줄어드는 것이 관찰됐다. 또 악액질 증후군이 가장 많이 발생하는 췌장암 환자를 대상으로 임상 연관성 연구를 실시한 결과 섭식장애가 나타난 환자에게서는 특정 단백질 농도가 높게 나타나는 것이 확인됐다. 연구를 이끈 유권 생명공학연구원 박사는 “이번 연구결과를 바탕으로 특정 단백질에 의한 신호전달체계를 조절할 수 있는 치료제를 개발한다면 암 환자의 섭식장애를 개선해 암 치료효과를 더 높일 수 있을 것”이라고 설명했다. 유 박사는 “일반인 대상으로 섭식조절을 통한 대사 불균형 문제를 해결할 수 있는 대사질환 치료제 개발에도 도움이 될 것”이라고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@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

DNA의 작은 고리들이 어떻게 하나의 세포 속에서 춤추듯 움직이는지를 보여주는 영상을 과학자들이 처음으로 만들었다. 영국 리즈대와 셰필드대 그리고 요크대 공동연구진은 DNA의 단일 분자를 역대 가장 높은 해상도로 촬영한 이미지를 기반으로 이와 같은 영상을 제작했다. 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 최신호에 실린 연구논문에 첨부된 이 영상은 세포 속 DNA가 어떤 형태들로 변할 수 있는지를 자세히 보여준다. 이는 첨단 원자현미경과 슈퍼컴퓨터의 시뮬레이션 기술을 결합해 가능한 것이다. 이전까지는 현미경만을 사용했기에 DNA의 정지된 이미지만을 볼 수 있었다.영상은 DNA의 상징적인 이중 나선 구조를 보여준다. 시뮬레이션 기술 덕분에 DNA 안에 있는 모든 원자의 위치와 그것들이 어떻게 뒤틀리고 휘어지는지를 고스란히 묘사한다. 이에 대해 연구진은 “DNA를 이런 방법으로 자세히 관찰할 수 있으면 새로운 유전자 치료법의 개발 속도를 높이는데 도움이 될 수 있다”고 밝혔다. 연구에 참여한 셰필드대학의 앨리스 핀 박사도 “직접 보면 안 믿을 수 없겠지만, DNA 만큼 작은 것으로는 DNA 분자 전체의 나선 구조를 보는 것은 매우 어려운 일”이라면서 “이 영상은 지금까지 본 적이 없는 자세한 수준으로 DNA의 꼬임을 관찰할 수 있게 해준다”고 덧붙였다.한편 인간의 세포 하나에는 길이 2m에 달하는 DNA가 다양한 모양으로 꼬여 있다. 흔히 초나선꼬임(supercoiling)이라고 부르는 이 과정은 고리 모양의 DNA가 유전체의 모든 곳에 존재하고 있다는 것을 의미한다. 사진=네이처 커뮤니케이션스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

약 1만 년 전 북아메리카 대륙에서 털매머드와 같은 거대 동물이 일제히 멸종한 원인은 급작스러운 기후 변화 탓이라는 연구 결과가 나왔다. 독일 막스플랑크연구소 연구진이 방사성 탄소 기록을 사용한 새로운 통계 방식으로 북아메리카 대륙에서 서식한 거대 동물상(이하 메가파우나·체중 40㎏ 이상 거대 동물의 통칭)의 개체 수가 약 1만4700년 전 급격한 온난화가 발생했을 때 급증했지만 약 1만2900년 전 기온이 급격히 떨어졌을 때 급감해 멸종에 이르게 됐다는 점을 발견했다.약 1만5000년 전 북아메리카에서는 털매머드뿐만 아니라 곰 만한 비버, 땅에 사는 거대 나무늘보 등 다양한 거대 동물이 서식했지만 1만 년 전 모두 멸종했다. 이유는 인간에 의한 과잉 사냥부터 기후 변화 그리고 두 요인의 복합적 작용까지 여러 가지가 제시된다. 그중에서도 가장 신빙성이 큰 이론은 1960년대 제시된 과잉 사냥 가설이다. 털매머드와 같이 두꺼운 털을 지닌 거대 동물은 빙하기 전부터 빙하기 동안에도 살아남았기 때문이다. 이 이론에서는 거대 동물이 1만4000년 전 북아메리카에 인간이 정착했을 때 살아남기 위해 필요한 반포식자 행동을 하지 않았다는 것을 시사한다. 당시 인간은 동물보다 훨씬 영리하고 협동적일 뿐만 아니라 도구를 잘 다루는 사냥꾼이었고 이런 장점은 메가파우나를 회복할 수 없는 수준까지 줄였다는 것이다. 하지만 일부 전문가는 북아메리카의 거대 동물을 멸종에 이르게 하는데 필요한 광범위하고 지속적인 사냥 활동을 뒷받침할 충분한 고고학적 증거가 없다고 주장한다. 이런 반대 가설은 털매머드와 같은 거대 동물의 생명 활동을 유지할 수 없게 만든 중대한 기후 변화 및 생태학적 변화의 여파를 원인으로 지목했다.그런데 이번 결과는 북아메리카 대륙에 인간이 정착한 뒤 메가파우나를 과잉 사냥해 멸종에 이르게 했다는 기존 주장이 아닌 급작스러운 기후 변화로 인한 멸종을 뒷받침한다. 문제의 기간 중에는 약 1만4700년 전 시작된 급작스러운 온난화에 적응한 거대 동물들이 1만2900년 전 몰아친 빙하기에 가까운 기후 변화에 미처 대응하지 못했다는 것이다. 이에 대해 연구에 참여한 독일 막스플랑크 화학생태학연구소의 매슈 스튜어트 박사는 “일반적인 접근 방식은 메가파우나의 멸종 시기를 정하고 이들 동물이 아메리카 대륙에 인류가 도착하거나 일부 기후적 사건과 어떻게 일치하는지를 보는 것이었다. 하지만 멸종은 하나의 과정으로 일정 기간 계속되는 것”이라면서 “북아메리카 메가파우나의 멸종을 초래한 원인을 이해하려면 이들의 개체 수가 멸종에 이르는 과정에서 어떻게 변했는지를 이해하는 것이 중요하다”고 설명했다. 이어 “이런 장기적인 패턴이 없다면 우리가 볼 수 있는 결과는 대략적인 우연일 뿐”이라고 덧붙였다. 수렵채집가인 인간이든 거대 동물이든 당시 개체군을 연구하는 데 있어 이런 문제는 이들의 규모가 머릿수나 발굽을 세는 것으로는 추정할 수 없다는 데 있다. 이 때문에 이 연구에서는 개체군 규모에 관한 대체물로 방사성 탄소 기록을 사용하는 새로운 통계 접근 방식을 사용했다는 것이다. 연구진은 북아메리카 대륙에서 동물과 인간이 많이 존재할수록 이들이 남기는 연대 표시가 가능한 탄소를 화석과 고고학적 기록에서 각각 측정할 수 있다고 설명했다. 연구진은 이런 분석을 통해 북아메리카 메가파우나의 개체 수가 기후 변화에 따라 변하는 것을 발견할 수 있었다. 스튜어트 박사는 “메가파우나 개체 수는 약 1만4700년 전 북아메리카가 따뜻해지기 시작하면서 증가하고 있었던 것으로 보인다. 하지만 우리는 그후 북아메리카 지역이 급격히 추워지기 시작하면서 1만2900년 전쯤 이런 추세의 변화를 보게 된다”면서 “이후 얼마 지나지 않아 메가파우나의 멸종이 목격되기 시작했다”고 말했다. 이에 대해 연구진은 이번 연구를 통해 약 1만2900년 전 기온이 빙하기에 가깝게 떨어진 것이 멸종 위기의 직접적인 원인이었을지도 모르지만 전체적인 원인은 여전히 복잡하다고 지적했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

서울과학기술대학교 MSDE학과 김관래 교수 연구팀(제1저자 양이준 연구원)이 원자힘현미경(Atomic Force Mciriscope·AFM)을 이용해 압전 나노선 소재의 크기에 따른 압전 성능을 평가하는 방법을 개발했다고 17일 밝혔다. 원자힘현미경에 부착된 미세한 탐침으로 산화아연 나노선을 구부릴 경우 전류가 감지되는 현상이 2006년 사이언스지에 발표되면서 산화아연 나노선의 압전효과가 처음으로 세상에 알려진 바 있다. 김관래 교수 연구팀은 약 100나노미터 크기의 직경을 가진 산화아연 나노선의 압전효과를 체계적인 방법으로 평가하기 위해 전도식 원자힘현미경(Conductive AFM)과 횡력 현미경(Lateral Force Microscope) 신호를 동시에 분석하는 연구를 시도했다. 두 현미경에서 얻은 신호들 간의 통계적 분석을 진행한 결과 산화아연 나노선의 종횡비가 증가할수록 적은 힘으로도 더 큰 전류를 얻을 수 있음이 증명됐다는 설명이다. 또한 이 과정에서 측정되는 전류가 산화아연의 압전효과뿐만 아니라 직경이 약 50나노미터인 탐침과 산화아연 표면의 접촉에 의한 마찰전기 효과에 의한 것임을 규명했다고 한다. 이번 연구에 대한 내용은 국제학술지 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 2월 호에 게재됐다. 이 연구는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업 기본연구(2019R1F1A1057944)의 지원을 받아 수행됐다. 서울비즈 biz@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.

뇌종양은 두개골 안 뇌에서 생기는 모든 종양을 말하지만 일반인들이 이해하는 뇌종양은 악성 뇌종양이다. 악성 뇌종양은 암종 중에서 특히 예후가 좋지 않은 종양으로 뇌전이암이나 교모세포종 등은 발병 후 평균 생존기간이 1~2년으로 매우 짧고 치료 효과도 떨어지며 재발도 잦다. 국내 연구진이 악성 뇌종양 환자의 생존율이 짧은 이유를 밝혀내고 새로운 치료전략을 제시해 주목받고 있다. 카이스트 의과학대학원 연구팀은 악성 뇌종양 세포가 산소를 과도하게 소비를 하는 경향이 있으며 이 때문에 선천성 면역세포인 감마델타 T세포의 면역반응이 떨어지기 때문에 예후가 특히 나쁘다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 면역학 분야 국제학술지 ‘네이처 면역학’ 최신호(2월 11일자)에 실렸다. 연구팀은 뇌종양 악성도가 높을수록 저산소 환경이 심하고 감마델타 T세포가 종양에 미치는 영향이 적다는 사실을 확인했다. 또 감마델타 T세포가 많을수록 환자의 예후가 좋고 생존기간도 길어진다는 것도 확인했다. 감마델타 T세포는 피부나 장 같은 점막에 존재하는 선천성 면역세포로 세포 스트레스를 제거하거나 박테리아 감염을 차단하는 등 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 뇌종양 세포가 주변 산소를 무차별적으로 소모하면서 외부에서 주입된 면역세포나 치료물질은 물론 감마델타 T세포 같은 선천성 면역세포에도 감지되지 않는 ‘스텔스’ 경향을 보인다는 것도 밝혀냈다. 연구팀은 생쥐에게 뇌종양을 유발시킨 뒤 종양 세포의 과도한 산소대사를 차단할 수 있는 화학물질과 감마델타 T세포를 함께 투여해 본 결과 면역세포의 종양조직 내 침투가 늘어 종양세포를 줄이고 생존률도 높이는 것을 관찰했다. 연구를 이끈 이흥규 카이스트 교수는 “이번 연구는 증식 속도가 빠르고 주변 산소를 과다소비하는 뇌종양 세포에 대해 산소유입을 차단하는 방식이 면역항암치료제의 효과를 높이는데 도움이 된다는 것을 보여주고 있다”라며 “감마델타 T세포 공급과 종양세포 산소차단 기술이 뇌종양 치료의 새로운 방식이 될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

뇌종양은 두개골 안 뇌에서 생기는 모든 종양을 말하지만 일반인들이 이해하는 뇌종양은 악성 뇌종양이다. 악성 뇌종양은 암종 중에서 특히 예후가 좋지 않은 종양으로 뇌전이암이나 교모세포종 등은 발병 후 평균 생존기간이 1~2년으로 매우 짧고 치료 효과도 떨어지며 재발도 잦다. 국내 연구진이 악성 뇌종양 환자의 생존율이 짧은 이유를 밝혀내고 새로운 치료전략을 제시해 주목받고 있다. 카이스트 의과학대학원 연구팀은 악성 뇌종양 세포가 산소를 과도하게 소비를 하는 경향이 있으며 이 때문에 선천성 면역세포인 감마델타 T세포의 면역반응이 떨어지기 때문에 예후가 특히 나쁘다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 면역학 분야 국제학술지 ‘네이처 면역학’ 최신호(2월 11일자)에 실렸다. 연구팀은 뇌종양 악성도가 높을수록 저산소 환경이 심하고 감마델타 T세포가 종양에 미치는 영향이 적다는 사실을 확인했다. 또 감마델타 T세포가 많을수록 환자의 예후가 좋고 생존기간도 길어진다는 것도 확인했다. 감마델타 T세포는 피부나 장 같은 점막에 존재하는 선천성 면역세포로 세포 스트레스를 제거하거나 박테리아 감염을 차단하는 등 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 뇌종양 세포가 주변 산소를 무차별적으로 소모하면서 외부에서 주입된 면역세포나 치료물질은 물론 감마델타 T세포 같은 선천성 면역세포에도 감지되지 않는 ‘스텔스’ 경향을 보인다는 것도 밝혀냈다. 연구팀은 생쥐에게 뇌종양을 유발시킨 뒤 종양 세포의 과도한 산소대사를 차단할 수 있는 화학물질과 감마델타 T세포를 함께 투여해 본 결과 면역세포의 종양조직 내 침투가 늘어 종양세포를 줄이고 생존률도 높이는 것을 관찰했다. 연구를 이끈 이흥규 카이스트 교수는 “이번 연구는 증식 속도가 빠르고 주변 산소를 과다소비하는 뇌종양 세포에 대해 산소유입을 차단하는 방식이 면역항암치료제의 효과를 높이는데 도움이 된다는 것을 보여주고 있다”라며 “감마델타 T세포 공급과 종양세포 산소차단 기술이 뇌종양 치료의 새로운 방식이 될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 적은 양의 첨가제만으로 전기차 배터리의 수명과 충전 속도를 높일 방법을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과와 화학과 공동 연구팀이 대용량 리튬이온전지의 전극 소재 불안정성을 해결할 수 있는 배터리 전해액 첨가제를 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 첨가제 기술은 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 실렸다. 전기자동차 보급이 활발해지면서 더 빠르게 충전하고 한 번 충전으로 더 멀리 갈 수 있는 고용량 리튬이온전지에 대한 연구가 활발하다. 이를 위해 전지 전극 소재를 실리콘과 니켈 함량이 높은 하이니켈로 대체하는 기술이 주목받고 있다. 문제는 실리콘 음극은 충전과 방전 시 부피가 3배 이상 늘었다 줄었다 하는 것이 반복돼 내구성이 약하고 하이니켈 양극은 화학적으로 불안정하다. 이에 연구팀은 고분자 물질로 전해액 첨가제를 만들었다. 연구팀이 개발한 첨가제는 미량만으로도 전극에 보호막을 만드는 특징이 있다. 실리콘 음극은 반복적 부피 변화에 따른 기계적 과부하를 줄여 고속충전이 가능하게 했다. 또 하이니켈 양극에서는 내부 금속이 전해액으로 녹아 나오는 것을 막아 배터리 용량을 크게 만들어 줄 수 있다고 연구팀은 설명했다. 이번에 개발한 첨가제를 대용량 전지에 첨가하면 400회 충전과 방전을 반복하고서도 처음 용량의 81.5%를 유지하는 것으로 확인됐다. 이는 기존에 나온 전지 첨가제들보다 10~30% 이상 성능이 높은 수준이다. 최남순 에너지화학공학과 교수는 “이번 연구는 기존 첨가제의 단점을 보완해 고밀도 이차전지의 전기화학 특성을 높이고 고에너지 밀도를 갖는 리튬이온배터리 상용화에도 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 적은 양의 첨가제만으로 전기차 배터리의 수명과 충전 속도를 높일 수 있는 방법을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과와 화학과 공동연구팀이 대용량 리튬이온전지의 전극 소재 불안정성을 해결할 수 있는 배터리 전해액 첨가제를 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 첨가제 기술은 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 전기자동차 보급이 활발해지면서 더 빠르게 충전하고 한 번 충전으로 더 멀리 갈 수 있는 고용량 리튬이온전지에 대한 연구가 활발하다. 이를 위해 전지 전극소재를 실리콘과 니켈 함량이 높은 하이니켈로 대체하는 기술이 주목받고 있다. 문제는 실리콘 음극은 충전과 방전시 부피가 3배 이상 늘었다 줄었다하는 것이 반복돼 내구성이 약하고 하이니켈 양극은 화학적으로 불안정하다. 이에 연구팀은 고분자 물질로 전해액 첨가제를 만들었다. 연구팀이 개발한 첨가제는 미량만으로도 전극에 보호막을 만들어 실리콘 음극은 반복적 부피변화에 따른 기계적 과부하를 줄여 고속충전이 가능케 했다. 또 하이니켈 양극에서는 내부 금속이 전해액으로 녹아 나오는 것을 막아 배터리 용량을 크게 만들어 줄 수 있다고 연구팀은 설명했다. 이번에 개발한 첨가제를 대용량 전지에 첨가하면 400회 충전과 방전을 반복한 뒤에도 처음 용량의 81.5%를 유지하는 것으로 확인됐다. 이는 기존에 나온 전지 첨가제들보다 10~30% 이상 성능이 높은 수준이다. 최남순 UNIST 에너지화학공학과 교수는 “이번 연구는 기존 첨가제의 단점을 보완해 고밀도 이차전지의 전기화학 특성을 높이고 고에너지 밀도를 갖는 리튬이온배터리 상용화에도 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

프레온가스는 오존층 파괴 ‘주범’증가량의 40~60% 中동부서 배출2017년 이후 매해 1만MT씩 감소1987년 9월 프레온가스(CFC11)를 비롯해 지구 오존층을 파괴하는 100여종의 화학물질 생산과 사용금지를 위한 몬트리올의정서가 유엔 회원국 197개국 전원 합의로 채택됐다. 덕분에 1990년대 중반부터 대기 중 프레온가스 농도가 감소하기 시작했다. ●널뛰는 프레온가스 배출량 그러나 2012년을 기점으로 감소 속도가 둔화되기 시작하다가 2018년에는 프레온가스 배출이 다시 증가하고 있다는 충격적인 보고가 있었다. 프레온가스의 대기 중 잔류 기간이 길고, 몬트리올의정서 발효 이후에도 건축물이나 냉장시설 단열재에 쓰이는 경우가 있었지만 대기 중 농도 증가에 영향을 미칠 수준은 아니었다. 이 때문에 유엔환경국(UNEP)을 비롯한 환경기구들에서는 프레온가스의 정확한 배출 지역을 찾는 데 골머리를 앓고 있었다.그런데 2019년에 경북대 지구시스템과학부(해양학) 박선영 교수팀은 중국 산둥성, 허베이성 등 중국 동부 지역에서 2013년부터 2017년까지 프레온가스 증가량의 40~60%를 배출하고 있다는 사실을 밝혀내고 국제학술지 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 박 교수팀은 영국 브리스톨대, 일본 국립환경연구소, 영국 기상청, 스위스 연방재료과학연구소, 중국 저장대, 미국 매사추세츠공대(MIT), 해양대기관리청(NOAA), 캘리포니아 샌디에고대(UCSD) 스크립스해양연구소, 항공우주국(NASA) 고다드우주비행센터, 호주 CSIRO 해양대기연구소 연구진과 함께 다시 중국 동부에서 프레온가스 추적 조사를 한 결과 다행히 감소세를 보이고 있다는 것을 확인하고 분석 결과를 ‘네이처’ 2월 11일자에 발표했다. 연구팀은 한국 제주도 고산과 일본 하테루마섬에서 관측 자료와 화학수송모델(CTM) 시뮬레이션을 통해 프레온가스 농도 변화 추이를 종합 분석했다. 그 결과 중국 동부 지역의 프레온가스 배출은 2017년 이후 매년 1만메트릭톤(MT)씩 감소해 2019년에는 2013년 이전 수준으로 회복된 것으로 확인됐다. 메트릭톤은 1000㎏을 1t으로 하는 단위로 1016㎏을 1t으로 하는 롱톤(LT)이나 907㎏을 1t으로 하는 숏톤(ST)과 구분하기 위해 쓰인다. 이번 결과는 전 세계 프레온가스 감소량의 60%에 해당하는 것으로 중국 동부 지역에서 프레온가스 생산 및 배출이 심각했던 것으로 해석됐다.미국 NOAA, 콜로라도 볼더대, UCSD 스크립스해양연구소, MIT, 전미냉동공조협회, 비영리 환경단체인 천연자원보호위원회(NRDC), 영국 리즈대, 왕립지구관측센터, 왕립대기과학센터, 영국 기상청, 브리스톨대, 호주 CSIRO 해양대기연구소 공동연구팀도 2018~2019년 프레온가스 전 지구적 배출량이 1만 8000MT 감소하면서 2019년에는 2008~2012년 평균 연간배출량과 비슷한 5만 2000MT 배출에 그쳤다고 밝혔다. 이 연구 결과도 국제학술지 ‘네이처’ 2월 11일자에 실렸다.●美 등 공동연구팀도 “세계 배출량 감소” 두 논문에 모두 참여한 로널드 프린 MIT 지구대기행성과학과 교수는 “이번 연구 결과들은 프레온가스 배출량이 다시 감소세를 보이고 있다는 점과 함께 전 세계 배출량의 절반 이상이 중국 동부 지역에서 발생했다는 것을 확실히 보여 주고 있다”라고 말했다. 매튜 릭비 영국 브리스톨대 교수 역시 “이번에 관측된 것들은 2017년까지 배출되고 생산된 프레온가스의 극히 일부분일 것”이라며 “나머지는 여전히 건물 등에 갇혀 있을 가능성이 높기 때문에 다시 수치가 높아질 가능성은 여전하다”고 밝혔다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

한국사진기자협회(회장 안주영)가 주최한 제57회 한국보도사진전에서 피처, 부문 가작을 수상한 서울신문 박윤슬 기자의 ‘망연자실’ 한국보도사진상은 스팟, 제너럴, 피처, 네이처, 스포츠 등 총 11개부문에 걸쳐 수상작이 결정된다. 전국 신문, 통신사, 온라인매체 등에 소속된 500여명의 사진기자들이 2020년 한 해 동안 정치, 경제, 사회, 문화, 스포츠 등 국내외 다양한 현장에서 취재한 보도사진 중에서 언론사 사진부장 및 외부 전문가 등으로 구성된 심사위원들이 수상작을 가려냈다. 2021.2.9 한국사진기자협회 제공

지난해 말 영국과 남아프리카공화국, 브라질에서 코로나19 변이 바이러스가 나타난 이후 8일 기준으로 국내 변이 바이러스 감염자는 총 51명이다. 변이 바이러스는 기존 코로나19 바이러스보다 전파력이 강하며 개발된 백신을 무력화시킬 수 있다는 우려까지 나온다. 이런 가운데 노약자나 만성환자 몸속에서 바이러스 변이가 쉽게 나타날 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 영국 런던대(UCL), 케임브리지대 의대, 옥스퍼드대 의대, 켄트대 약학대, 애든브룩스 병원 임상생화학·면역학교실, 네덜란드 암스테르담대 감염·면역학연구소, 멕시코 국립자치대, 미국 콜로라도대 의대, 남아프리카공화국 아프리카보건연구소 공동 연구팀은 면역 기능이 약화된 사람이나 노약자가 코로나19에 걸릴 경우 체내에서 바이러스 변이가 나타날 가능성이 크다고 8일 밝혔다. 이 같은 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’ 6일자에 실렸다. 연구팀은 지난해 여름 혈액암의 일종인 림프종으로 병원에서 화학요법 치료를 받다가 코로나19에 감염된 70대 면역결핍 남성 환자에 대해 23차례 이상 바이러스 검사를 실시했다. 이 환자는 101일 동안 항생제, 스테로이드제, 항바이러스제인 렘데시비르, 완치자 혈장 등 다양한 코로나19 치료를 받았다. 연구팀에 따르면 완치자 혈장을 두 번 투여한 66일과 82일 사이에 체내에서 코로나19 바이러스의 변이가 나타난 것으로 확인됐다. 검출된 변이 바이러스들은 모두 다른 종류였으며 지난 연말에 발견된 영국발 변이 바이러스와 똑같은 바이러스도 검출됐다. 바이러스가 체내에 침투하기 쉽게 만드는 스파이크 단백질이 모두 변형된 것으로 나타났다. 연구팀은 면역 기능이 약화된 노약자나 항암 치료 등으로 면역력이 떨어진 환자들의 몸속은 바이러스 변이가 쉽게 나타날 수 있는 환경이라고 설명했다. 라빈드라 굽타 케임브리지대 의대 교수(감염병학)는 “이번 연구를 통해 다른 질병이나 노화로 인해 면역 조절 능력이 떨어진 사람에게 코로나19 바이러스가 침투할 경우 스파이크 단백질의 변이가 쉽게 나타날 가능성이 있다는 게 밝혀졌다”며 “코로나19 변이 바이러스가 많아질수록 백신 접종을 무력화시켜 집단면역을 늦출 가능성이 있음을 보여 준 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

호주의 국민 음료로 불리는 ‘분다버그’가 진저비어, 레몬 라임 앤 비터스, 핑크 그래이프 푸르트(자몽)에 이어 ‘트로피칼 망고’ 맛을 신규 출시했다. 분다버그(BUNDABERG)는 호주 내에서 가장 성장이 빠른 탄산음료 브랜드인 동시에 호주 북동부 퀸즐랜드 주 분다버그 지역에 위치해 약 50여년간 자연발효 탄산음료 제조에만 몰두해온 프리미엄 음료 회사이다. 분다버그는 신선한 과일을 비롯한 우수한 품질의 원물, 다양한 허브와 향신료 등 최상급의 재료를 사용해 전통적인 조리법에 따라 음료를 정성스럽게 만들어내어 고유의 맛으로 많은 국내 소비자들에게 큰 사랑을 받고 있다.‘트로피칼 망고’ 맛은 지난 2017년 호주 현지에서 선보인 이후 현지의 뜨거운 반응에 힘입어 국내 시장에 출시됐다. 트로피칼 망고는 호주산 프리미엄 망고와 사탕수수를 함께 4일 이상 발효시켜 과일 고유의 단맛을 가득 담고 있다. 이 상품은 샛노란 예쁜 색감이 인상적이며, 달콤한 열대 망고의 기분 좋은 단맛은 많은 고객에게 입 안 가득 깊은 풍미를 선사하고, 톡톡 쏘는 탄산은 입 안을 상큼하게 마무리할 수 있게 해 높은 만족감을 선사한다. 특히 기존 많은 고객에게 사랑 받던 분다버그 ‘핑크 그래이프 푸르트’ 맛에 이어 ‘트로피칼 망고’도 뛰어난 색감을 가지고 있어 홈카페를 비롯한 다양한 국내 트렌드와도 부합해 많은 고객에게 큰 사랑을 받을 것으로 전망된다. 분다버그 관계자는 “한국 소비자들의 뜨거운 사랑에 힘입어 분다버그 망고를 빠르게 한국 시장에 선보일 수 있게 되어 매우 기쁘게 생각하며, 분다버그 트로피칼 망고 맛을 즐기시면서 여행의 기분을 느껴보시며 지친 하루의 일상을 리프레시 하는 것을 추천드린다. 더불어 분다버그 공식 홈페이지에서는 분다버그를 활용한 다양한 칵테일 레시피를 소개하고 있어 다양한 모임이 있으실 경우 분다버그를 활용해보시는 것도 추천드린다”고 말했다. 분다버그 트로피칼 망고 맛은 국내 유명 백화점을 비롯해 쿠팡, 마켓 컬리, 헬로네이처 등 다양한 온라인 사이트를 통해 구매할 수 있으며, 더 빠르고 다양한 소식은 분다버그 코리아 공식 SNS 채널을 통해 확인할 수 있다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

한 사람의 몸 속에서 다양한 변이 바이러스 발견된 것은 처음 지난해 말 영국과 남아프리카공화국, 브라질에서 코로나19 변이 바이러스가 나타난 이후 8일 기준으로 국내 변이 바이러스 감염자가 총 51명이다. 변이 바이러스는 기존 코로나19 바이러스보다 전파력이 강하고 개발된 백신을 무력화시킬 수 있다는 우려까지 나온다. 이런 가운데 노약자나 만성환자 몸 속에서 바이러스 변이가 쉽게 나타날 수 있다는 연구결과를 내놨다. 영국 런던대(UCL), 케임브리지대 의대, 옥스포드대 의대, 켄트대 약학대, 애든브룩스 병원 임상생화학·면역학교실, 네덜란드 암스테르담대 감염·면역학연구소, 멕시코 국립자치대, 미국 콜로라도대 의대, 남아프리카공화국 아프리카보건연구소 공동연구팀은 면역기능이 약화된 사람이나 노약자가 코로나19에 걸릴 경우 체내에서 바이러스변이가 나타날 가능성이 크다고 8일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 과학저널 ‘네이처’ 6일자에 실렸다. 연구팀은 지난해 여름 병원에 혈액암의 일종인 림프종으로 화학요법 치료를 받다가 코로나19에 감염된 70대 면역결핍 남성 환자에 대해 23차례 이상 바이러스 검사를 실시했다. 이 환자는 101일 동안 항생제, 스테로이드제, 항바이러스제인 렘데시비르, 완치자 혈장 등 다양한 코로나19 치료를 받았다. 연구팀에 따르면 완치자 혈장을 두 번 투여한 66일과 82일 사이에 체내에서 코로나19 바이러스의 변이가 나타난 것으로 확인됐다. 검출된 변이 바이러스들은 모두 다른 종류였으며 지난 연말에 발견된 영국발 변이 바이러스와 똑같은 바이러스도 검출됐다. 바이러스가 체내에 침투하기 쉽게 만드는 스파이크단백질이 모두 변형된 것으로 나타났다. 연구팀은 면역 기능이 약화된 노약자나 항암 치료 등으로 면역기능이 약화된 환자들의 몸 속은 바이러스 변이가 쉽게 만들 수 있는 환경이라고 설명했다. 라빈드라 굽타 케임브리지대 의대 교수(감염병학)는 “이번 연구는 다른 질병이나 노화로 인해 면역조절 능력이 떨어진 사람에게 코로나19 바이러스가 침투할 경우 스파이크 단백질의 변이가 쉽게 나타날 가능성이 있다”라며 “코로나19 변이 바이러스가 많아질수록 백신 접종을 무력화시켜 집단면역을 늦출 가능성이 있음을 보여준 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 기초학부 및 뉴바이올로지전공(겸직) 문대원 석좌교수와 뉴바이올로지전공 임희진 박사 연구팀이 살아있는 세포막의 분자 조성을 초고진공(ultra-high vacuum) 환경에서 왜곡 없이 시각화하는 질량분석 바이오 이미징 기술을 최초 개발했다. 이번 연구결과는 다양한 바이오 분자 정보를 왜곡 없이 이미징이 가능해 치매나 암과 같은 복잡한 질병 메커니즘 등을 규명하는데 크게 기여할 것으로 기대된다. 바이오 이미징 기술은 세포에서 일어나는 현상을 영상으로 볼 수 있게 만드는 기술이다. 질병의 조기 진단이나 신약개발 등에 필요한 핵심 기술로써 생명공학, 물리, 화학, 기계 전자와 같은 여러 분야의 융합이 필수적이다. 이 때문에 첨단 나노 이미징 분석을 위해 초고진공 환경에서 가속 전자빔 혹은 가속 이온빔을 이용한 전자 현미경이나 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry, 2차 이온 질량 분석) 분석법을 주로 적용한다. SIMS 분석법은 가속 이온을 이용해 주로 반도체 제조를 위한 극미량의 불순물 분석에 활용되는 기술인데, 분석 감도가 매우 높아 최근 바이오 이미징 기술에 적용하려는 연구가 활발하다. 현재 SIMS를 이용한 세포분석법은 용액에서 배양된 살아있는 세포를 화학적인 방법으로 고정화하거나 냉각한 후 건조 과정을 거쳐 초고진공 환경에서 분석하는 방식이다. 하지만 이 과정에서 세포의 고유한 분자 조성 및 분포 정보가 왜곡되는 등 정확한 분석을 하는데 어려움이 있어왔다. 이에 DGIST 문대원 교수 공동연구팀은 살아있는 상태의 세포막 분석이 가능하도록 세포를 배양하는 기판 하부에 세포 배양액을 보관하는 5마이크로리터(μl,100만분의 1리터) 부피의 미세 배양액 저장고와 1마이크로미터(μm,100만분의 1미터) 지름의 구멍 수천 개를 제작했다. 이를 콜라겐 바이오 분자 박막으로 덮어 세포의 부착 및 배양 과정을 용이하도록 했다. 배양된 세포는 살아있는 상태에서 단일층 그래핀으로 덮어 초고진공 환경에 도입했다. 단일층 그래핀은 물 분자가 새어 나올 수 없는 구조로써, 역학적으로도 강해 상온에서의 물 증기압을 이길 수 있다. 이 때문에 세포 배양 용액 내의 세포를 초고진공 환경에서 덮어 유지할 수 있었다. 이를 통해 연구팀은 살아있는 세포를 보호하면서 SIMS 분석법을 적용해 이미징 하는데 최초 성공했다. 연구팀의 이번 연구 결과는 반도체 공정 기술, 그래핀 나노 물질 기술, 세포 배양, SIMS 분석 기술, 일차원리 동역학 이론 계산과 같이 반도체 공학, 나노 재료 공학, 생물학, 표면화학, 이론화학 등 다양한 분야의 융복합 연구를 통해 수행된 점에서 의미가 크다. DGIST 문대원 석좌교수는 “최첨단 나노 이미징 기술로 살아있는 세포막의 다양한 분자 정보를 왜곡 없이 정확한 질량 분석 이미징으로 제공할 수 있게 됐다”며 “다양한 바이오 의료 분야 및 아니라 액체 상에서 일어나는 부식, 마모, 촉매 등 다양한 현상을 분자 및 원자 수준에서 이해하는데 획기적인 기반 기술이 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 DGIST 신물질과학전공 서대하 교수 연구팀의 세포 광학 이미징 연구와 에너지공학전공 장윤희 교수 연구팀의 이론 계산 연구를 통한 공동협력으로 수행했다. 연구 결과는 생명과학 및 화학분야 최고 권위 저널인 네이처 메소드(Nature Methods) (IF: 30.822)에 지난 4일자 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

한국과 미국 과학자가 자연에는 없는 단백질을 합성해 고감도 센서를 만드는데 성공했다. 미국 시애틀 워싱턴대 생화학과, 단백질디자인연구소, 생명공학과, 하워드 휴즈 의학연구소, 카이스트 생명과학과, 국립강원대 의생명과학대 공동연구팀은 새로운 단백질을 합성해 질병 진단, 병원균 감지 등에 사용되는 고감도 단백질 센서 플랫폼을 만들었다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처’에 실렸다. 단백질 센서는 질병이나 병원균 진단, 치료 예후 추적 등에 많이 사용되는데 자연계에 존재하는 것이나 이를 변형한 형태들이 많다. 문제는 자연계에 존재하는 단백질을 센서로 사용하기 위해서는 비용이나 시간이 많이 투입된다는 점이다. 연구팀은 계산 단백질 디자인 방법으로 자연에 존재하는 단백질이 아닌 인공적 골격 단백질을 만든 뒤 심해 새우가 만들어 내는 발광 단백질과 재조합시켜 단백질을 감지하는 기능을 만들었다. 이렇게 만들어진 ‘두 요소’ 단백질 시스템은 특정 단백질과 만날 때만 결합하고 결과적으로 발광하도록 설계됐다. 또 발광 정도는 표적 단백질 농도에 따라 달라지기 때문에 발광 여부와 세기를 측정함으로써 표적 단백질 존재와 농도를 감지할 수 있다. 연구팀이 만든 단백질 시스템은 레고 블록처럼 조립하는 방식으로 원하는 단백질 센서를 만들 수 있는 플랫폼으로도 사용할 수 있다. 실제로 연구팀은 이번 기술을 이용해 B형간염 바이러스 단백질 센서, 코로나바이러스 단백질 센서 등 8종류의 고감도 단백질 센서를 만들었다. 오병하 카이스트 생명과학과 교수는 “이번에 개발한 단백질 센서의 작동 방식은 자연계에서 찾을 수 없기 때문에 자연의 모방을 넘어 자연에 존재하지 않는 단백질과 기능을 창출할 수 있다는 장점을 갖는다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘수-헬-리-베-붕-탄-질-산-플-네-나….’ 중·고등학교에서 처음 화학이라는 과목을 배울 때 선생님들은 가장 먼저 ‘원소 주기율표’를 외우도록 합니다. 왜 암기해야 하는지도 모른 채 외우다 보니 많은 사람들이 화학은 암기과목이고 재미없는 학문이라는 잘못된 고정관념을 갖게 됩니다. 1896년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 당시 알려진 30여개의 원소를 원자량과 원소 성질에 따라 배치해 주기율표를 만들었습니다. 멘델레예프의 주기율표는 아직 발견되지 않은 원소들의 원자량과 성질을 정확하게 예측할 수 있게 해 줬습니다. 화학을 연금술 수준에서 벗어나 예측 가능한 학문으로 만들고 지난 20세기를 ‘화학의 세기’가 되도록 한 것도 주기율표 덕분입니다. ●핵실험서 극미량 생성되는 초방사성 원소 실제로 화학자와 물리학자들은 주기율표로 알려져 있는 원소들의 새로운 성질을 연구하거나 미지의 원소들을 찾아나섭니다. 미국 로런스 버클리 국립연구소 화학부, 분자주조(Molecular Foundry)부, 캘리포니아 버클리대 핵공학과, 로스알라모스 국립연구소, 조지워싱턴대 화학과 공동연구팀은 주기율표 끄트머리 부분에 있는 원자번호 99번 ‘아인슈타이늄’(Es)의 결합거리와 복합구조를 관찰하는 데 최초로 성공했습니다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’ 2월 4일자에 실렸습니다. 아인슈타이늄은 원소번호 89번 악티늄(Ac)부터 103번 로렌슘(Lr)이 배치된 악티늄족 원소입니다. 악티늄족 원소는 모두 반감기를 갖고 붕괴하는 방사성 원소들입니다. 아인슈타이늄은 1952년 11월 초 미국이 태평양 한가운데 마셜제도에서 수소폭탄 실험을 하고 한 달 뒤 낙진 속에서 100번 원소 페르뮴(Fm)과 함께 발견됐습니다. 수소폭탄 실험에서 발견된 원소다 보니 아인슈타이늄 발견은 군사기밀로 다뤄지다가 1955년이 돼서야 공개됐습니다. 초방사성 원소라고 불리는 아인슈타이늄은 은백색 금속원소로 자연에서는 존재하지 않고 핵실험이나 고출력 원자로에서나 극미량으로 만들어집니다. 자연에서 존재하는 시간이 지나치게 짧다 보니 기초과학 연구 이외에는 활용처를 찾지 못하고 있지만 암 치료에 사용될 가능성이 있는 것으로 평가받고 있습니다. ●새 치료제나 원자력 기술 개발 도움 기대 연구팀은 오크리지국립연구소의 연구용원자로 ‘HFIR’을 이용해 순수한 아인슈타이늄을 만들어 결합거리를 측정하는 데 성공한 것입니다. 아인슈타이늄은 발견된 지는 오래됐지만 밝혀진 것이 거의 없고 이를 이용해 활용하는 데도 어려움을 겪는 것은 어떤 화학반응을 일으킬 수 있는지 제대로 이해하지 못했기 때문입니다. 이번 결합거리 측정의 성공은 다른 악티늄족 원소들의 특성도 예측할 수 있을 뿐만 아니라 아인슈타이늄이 다른 분자와 어떻게 결합시킬 수 있는가를 이해할 수 있게 해 주는 만큼 새로운 방사성 치료제나 원자력기술 개발에도 도움을 받을 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 어쩌면 이번 연구는 보통 사람의 시선으로 보기에는 그저 과학자들의 호기심이나 충족시키는 쓸데없는 짓처럼 보일 수도 있습니다. 그렇지만 우리처럼 항상 과학에서 실용성이나 당장 써먹을 수 있는 것에만 관심을 갖다 보면 과학 선도국은커녕 매년 10월 다른 나라 과학자들이 노벨과학상 수상을 하는 것을 지켜만 봐야 할 것입니다. edmondy@seoul.co.kr