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

지구의 상층대기에서 전자가 비처럼 쏟아지는 현상인 ‘우주 허리케인’의 존재를 과학자들이 처음으로 발견했다. 국제 연구진은 지구 극지방인 북극의 몇백 ㎞ 상공에 있는 전리층에서 발견한 지름 1000㎞의 플라스마 소용돌이를 분석해 발표했다. 관측 결과, 그 중심에는 전자의 흐름이 거의 없지만 그 주위에는 전단력(물체 안의 어떤 면에 크기가 같고 방향이 서로 반대가 되도록 면을 따라 평행되게 작용하는 힘)을 지닌 강한 나선형의 흐름을 지닌 허리케인 모양의 오로라 같은 부분이 있는 것으로 나타났다. 이는 모두 하층대기에서 발생하는 일반적인 허리케인에서 볼 수 있는 현상이지만, 비 대신 전자가 쏟아져 내리는 것이었다. 이에 따라 연구진은 이를 '우주 허리케인'이라고 이름 붙였다.연구에 참여한 마이클 록우드 영국 리딩대 교수는 “지금까지 우주 허리케인의 존재는 불확실했기에 이를 입증하는 이번 발견은 놀라운 것이다. 열대폭풍이 엄청난 에너지와 관계가 있듯이 우주 허리케인 역시 태양풍 에너지와 전하를 띤 입자가 지구의 상층 대기로 빠르게 전달돼 형성된다”면서 “행성의 대기에 있는 플라스마와 자기장은 우주 전체에 존재하므로 이번 발견은 우주 허리케인이 광범위하게 나타나는 현상임을 시사한다”고 설명했다. 이전 관측에서 태양뿐만 아니라 화성과 토성 그리고 목성 등에서도 우주 허리케인이 발견됐지만, 지구의 상층 대기에서 이와 같은 허리케인이 관측된 사례는 이번이 처음이다. 이번에 존재가 확인된 지구 상층 대기의 우주 허리케인은 지난 2014년 8월 20일 발생했다. 당시 과학자들은 이 허리케인이 비교적 안정적인 북향 행성간 자기장(IMF) 상태를 기록했다. IMF는 태양풍에 의해 태양의 코로나에서 나오는 태양 자기장이다. 지자기 활동이 적은 기간 발생한 이 우주 허리케인은 조용한 중심부와 여러 개의 나선 팔 그리고 광범위한 순환 등 지구 하층 대기의 허리케인과 비슷한 점이 많은 것으로 밝혀졌다. 참고로 이 우주 허리케인은 약 8시간 뒤 IMF가 남향으로 바뀌면서 소멸했다. 이에 대해 연구진은 “우주 허리케인은 우주에서 전리층으로 빠르게 에너지를 전달하는 채널을 열어 인공위성의 항력을 높이고 고주파 무선통신 장애를 일으킨다"면서 "위성 항법과 통신 체계 등에 영향을 주는 우주의 기상 상태에 관한 중대한 문제를 밝히는데 도움이 될 수 있다”고 설명했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

블랙홀이 거대한 중력으로 별과 같은 천체를 면발처럼 빨아먹는다는 애기를 들어 봤겠지만, 이는 어차피 먼 우주에서 일어나는 일이므로 우리와 상관없다고 생각할지도 모르겠다. 그렇지만 그 영향을 실제로 지구에서도 볼 수 있다고 과학자들은 말한다. 세계적 학술지 네이처의 자매지인 ‘네이처 아스트로노미’(Nature Astronomy) 최신호(2월 22일자)에 실린 한 연구논문에 따르면, 2019년 1월 1일 지구에 거의 빛의 속도로 이동하는 눈에 보이지 않는 고에너지 우주선(Ultrahigh Energy Cosmic Ray)이 명중했다. 은하를 떠도는 이런 우주선은 지금도 1초에 1회꼴로 우리 몸을 관통하고 있어 걱정할 필요는 없지만, 당시 남극 아이스큐브 중성미자 관측소에서 검출한 것은 매우 특별하다. 그 정체는 7억 년 전 한 블랙홀에 의해 찢겨진 별의 잔재로 밝혀졌기 때문이다. 이 우주선은 중성미자라고 불리는 소립자로, 질량이 거의 없고 전하도 띠지 않아 이른바 ‘유령 입자’라고도 불린다. 전하를 띤 입자라면 자기장에 영향을 받지만 중성미자는 아무런 영향을 받지 않아 우주를 똑바로 이동할 수 있다. 이는 태양의 중심핵에서도 대량으로 방출되고 있고 지구에서도 핵반응로나 입자가속기를 통해 만들어낼 수 있다.그해 4월 미국 캘리포니아주 팔로마 천문대에서 7억 광년 떨어진 한 블랙홀 주위에서 빛나는 밝은 빛이 관측됐다. 이 빛은 태양의 3000만 배 질량을 지닌 별이 블랙홀의 엄청난 중력에 의해 빨려들어가다가 산산이 흩어졌을 때 발생한 것이다. 조석파괴 사건(Tidal Disruption Event)이라고 불리는 이 현상이 일어났을 때 흩어진 별의 절반은 우주로 튕겨나가고 나머지 절반은 블랙홀 주위에 남아 거대한 강착 원반이 된다. 이런 고온의 먼지와 기체는 블랙홀의 막대한 에너지에 의해 제트 분사처럼 방출된다. 이는 지구상의 입자가속기처럼 중성미자를 생성해 우주를 향해 엄청난 속도로 날아가게 한다. 이 중에는 우주에서 발사된 총알처럼 지구에 명중하는 것도 있다.이번 중성미자가 발생한 시기는 별이 잡아먹힌 지 반년이 지나고 나서의 일이다. 이 시기는 컴퓨터 모델로 자연스럽게 설명할 수 있다고 독일전자싱크로트론연구소(DESY)의 월터 윈터 박사는 밝혔다. 사실 중성미자의 발원지를 확인한 사례는 이번이 두 번째다. 첫 번째 중성미자는 2017년, 이 역시 아이스큐브 중성미자 관측소에서 검출한 것이다. 그 궤적을 조사한 결과 거대질량 블랙홀이 에너지원이 돼 빛을 내뿜는 천체인 블레이자(blazar)가 있는 먼 은하까지 추적할 수 있었다. 이들 중성미자는 멀리 떨어진 블랙홀의 영향이 우리 지구까지 날아오고 있다는 사실을 보여준다. 과학자들은 1960대 이후로 종종 지구에 쏟아지는 이들 우주선에 의문을 가지면서도 이를 계속해서 검출하면 수수께끼를 밝혀낼 수 있을 것이라고 말했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

두려움을 없애고 자신감을 키울 수 있도록 사람의 뇌 기능을 무의식적으로 변하게 하는 방법을 과학자들이 알아냈다. 디코디드 뉴로피드백(Decoded Neurofeedback)이라는 이 기술은 아직 초기 단계에 있지만, 외상후스트레스장애(PTSD)나 공포증 또는 불안증과 같은 심리 상태를 치료할 잠재력을 지녔다. 일본 국제전기통신기초기술연구소(ATR) 등 국제연구진은 데크네프(DecNef)라고도 불리는 이 기술에 대한 연구 성과를 발표했다고 영국 일간 데일리메일 등 외신이 25일자로 전했다.보도에 따르면, 연구진은 기능적 자기공명영상촬영(fMRI) 기법에 인공지능(AI) 기술을 접목함으로써 fMRI 스캐너가 기존 측정 기록과 비교할 수 있는 뇌 활동의 변화를 실시간으로 제공할 수 있다는 점을 확인했다. 예를 들어 거미 공포증이 있는 한 사람이 타란툴라의 모습이 담긴 사진을 보면 뇌에서는 특정 방식으로 반응이 일어나고 이는 컴퓨터에 기록된다. 이후 연구진은 참가자의 뇌에서 두려움을 유발하는 반응이 일어날 때마다 금전적 혜택을 제공했다. 그 결과 이런 긍정적인 강화가 이 사람이 다시 거미 사진을 봤을 때 뇌에서 기존 방식으로 반응이 일어나지 않도록 뇌를 무의식적으로 변하게 하는 것으로 나타났다. 연구 공동저자인 ATR의 미쓰오 가와토 박사는 “패턴이 감지될 때마다 반복적으로 보상을 주는 간단한 작용은 원래 기억이나 정신 상태를 수정한다”면서 “중요한 점은 참가자들이 패턴을 인식할 필요가 없다는 데 있다”고 설명했다. 연구 주저자인 ATR의 아우렐리오 코르테스 박사도 “데크네프라는 접근 방식은 기존 치료 방법보다 임상 집단에 큰 혜택을 줄 수 있다. 환자들은 노출 치료와 관련한 스트레스나 기존 약물에 의한 부작용을 피할 수 있다”면서 “따라서 이 기술의 개발을 가속화하는 것이 중요하다”고 지적했다. 자세한 연구 결과는 세계적인 출판사 ‘스프링거 네이처’에서 네이처지 등 학술지를 담당하는 네이처 리서치(옛 NPG)가 발행하는 개방형 학술지 ‘사이언티픽 데이터’ 2월 23일자에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

영화 ‘그래비티’(2013) 속 과학자들에겐 스릴이 넘친다. 우주 공간에서 허블 망원경을 수리하다 우주 쓰레기에 쫓겨 지구로 탈출해야 하는 위험도 마다하지 않는다. 이 정도는 아니더라도 최소한 ‘천문학자’라면 매일 밤 망원경으로 행성을 관측하며 살아간다고 생각하기 쉽다. 하지만 심채경 한국천문연구원 선임연구원은 천문학자가 천문대에서 망원경으로 행성을 직접 관찰하는 일은 드물다고 말한다. 행성 관측 자료는 컴퓨터로 전송받을 수 있기 때문에 주로 데이터와 씨름을 한다는 것이다. 국제학술지 ‘네이처’가 2019년 미래 달 탐사를 이끌 젊은 연구자 5명 중 1명으로 꼽은 심 연구원은 첫 에세이를 통해 독자를 두 종류의 ‘우주’로 안내한다. 하나는 천체들이 모여 있는 곳이고, 다른 하나는 정규직이 되려고 달려온 ‘워킹맘’ 과학자의 분주한 일상이다. 저자는 생텍쥐페리의 ‘어린 왕자’가 소행성에서 일몰을 연달아 보려면 의자를 어떻게 옮기면 되는지 계산할 정도로 우주를 사랑한다. 달 표면에서 일어나는 우주 풍화의 원인이 태양풍이라는 사실을 세계 최초로 입증했다. 하지만 “누구에게나 각자 인생의 흐름이 있는 것이고, 나는 삶을 따라 흘러다니며 살다 보니 지금 이러고 있다”(145쪽)며 언론의 ‘영웅 만들기’엔 부담감을 내비친다. 우리나라 최초 우주인 이소연에 대한 세상의 편견도 지적했다. “우주인이 고산에서 이소연으로 교체된 사건은 남자의 자리를 여자가 대신한다는 충격으로 퍼져 나갔다”며 “이소연이 기계공학을 전공하고 생명공학 박사 학위를 받은 전문가라는 점은 무시됐다”고 강조한다. 과학 용어를 검색하며 책장을 넘겨야 할 줄 알았는데, 이해하기 어렵지 않아 단숨에 읽게 된다. ‘유니버스’와 ‘코스모스’, ‘스페이스’의 차이를 차근차근 짚어 주며, 인류를 ‘지구라는 멋진 우주선에 올라탄 여행자’로 규정한 저자의 사려 깊은 문장들이 청량하다. 하종훈 기자 artg@seoul.co.kr

지난해 1월 국내에서 코로나19 환자가 처음 발생한 지 약 1년이 지난 가운데 26일부터 백신 접종이 시작된다. 방역 당국은 올해 11월 집단면역 형성을 기대하고 있지만, 지난해 말 가장 먼저 백신 접종을 시작한 영국, 미국도 내년 중반이나 돼야 집단면역 형성이 가능할 것이라는 전망이 지배적이다. 과학저널 ‘네이처’도 23개국 면역학자, 전염병학자, 바이러스학자 100여명을 대상으로 한 설문조사 결과를 바탕으로 올해 안에 코로나19 종식은 사실상 어렵다고 예측했다. 많은 과학자는 더 효과적인 백신 및 치료제 개발을 위한 연구를 진행하는 동시에 미래의 또 다른 감염병 확산에 대비하기 위해 코로나19의 특성에 대한 분석 연구를 이어 나가고 있다. 코로나19에 감염이 되면 가장 먼저 후각과 미각을 잃게 되고 완치 후에도 계속되는 것으로 알려져 있다. 다만 후각 및 미각 상실이 완치 후 얼마나 이어지는지는 정확히 조사되지 않았다. 캐나다 트루아리비에르 퀘벡대 의대 해부학과 연구팀은 코로나19에 감염된 사람은 평균 5개월 동안 후각과 미각 상실이 이어진다는 조사 결과를 온라인으로 열리는 미국 신경학회 제73차 연차회의에서 24일 발표했다. 연구팀은 코로나19 양성 반응을 보였던 의사, 간호사, 방역요원 등 의료종사자 813명을 대상으로 감염 직후부터 5개월가량 미각과 후각의 변화에 대한 추적 조사를 했다. 조사 참여자들은 10점 척도로 후각과 미각 상태를 자가 측정을 해 보고하도록 했다. 조사 결과 양성 반응자 중 580명은 후각 상실 증상을 보였으며 51%에 해당하는 297명은 감염 후 5개월까지 후각 기능을 회복하지 못한 것으로 나타났다.감염 전에는 후각 기능이 평균 9점이었다면 코로나19 감염 이후에는 7점 이하로 떨어졌으며 사실상 완전 상실 수준인 3점 이하의 점수를 보고한 사람도 있었다. 또 527명은 미각 상실을 경험했으며 이 중 38%에 해당하는 200명은 5개월 뒤에도 감각을 회복하지 못한 것으로 조사됐다. 또 러시아 HSE대 생물학·생명공학부, 피로고프 러시아 국립의학연구대, 로모노소프 모스크바주립대 수학·기계공학부, 모스크바 OM필라토프 시립임상병원, 국립과학아카데미 생체유기화학연구소 공동연구팀은 코로나19 감염 후 증상을 악화시키는 유전적 요인을 발견했다고 이날 밝혔다. 이 같은 연구 결과는 면역학 분야 국제학술지 ‘최신 면역학-항원 세포생물학’ 2월 22일자에 실렸다. 연구팀은 지난해 5~7월에 OM필라토프 시립임상병원에 코로나19 감염으로 입원했다가 사망한 환자 111명과 연방골수은행에 등록된 사람 중 코로나19에 감염되지 않거나 경증을 보였던 428명의 유전체를 비교 분석했다. 보통 T세포면역은 바이러스 감염에 대응하고자 인체가 사용하는 주요 전략 중 하나다. 인간백혈구항원-Ⅰ(HLA-Ⅰ) 분자는 바이러스를 감지해 T세포면역을 활성화하는 역할을 하는데 HLA-Ⅰ가 바이러스를 잘 감지하지 못하면 증상 악화로 이어지기 쉽다. 실제로 코로나19 감염으로 사망한 환자들은 경증환자나 일반인보다 HLA-Ⅰ 분자 활성감도가 현저하게 낮은 것으로 조사됐다.알렉산드르 토네비츠키 HSE대 교수는 “코로나19 심각도와 유전자형의 상관관계에 대한 이번 연구는 코로나19 변이 바이러스가 확산될 경우 심각한 증상을 일으킬 수 있는 환자 집단을 사전에 분류해 신속하게 대응할 수 있도록 도와줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

경기도는 투명한 방음벽에 부딪혀 다치거나 죽는 조류충돌 피해를 줄이기 위해 방음벽 시설 개선사업과 이를 지원하는 내용의 조례 제정을 추진한다고 22일 밝혔다. 우선 오는 3월 시군 공모를 통해 투명 방음벽이 설치된 시군 관리 도로 2∼4곳을 선정해 투명 방음벽 시설 개선에 6억원을 지원한다. 시설 개선은 새들이 투명 방음벽을 장애물로 인식할 수 있도록 방음벽에 수직 5㎝, 수평 10㎝ 간격으로 무늬를 넣는 방식으로 진행된다. 도가 관리하는 화성시 매송면 국지도 98호선(2000만원), 올해 신설될 안성 불현∼신장, 김포 초지대교∼인천, 파주 적성∼두일 등 도로 3곳(1억6000만원)의 투명 방음벽 구간에도 같은 방식의 시설 개선을 추진한다. 도민이 직접 조류충돌 예방 활동에 참여할 수 있도록 이달 말까지 100여명 규모의 민간 모니터링 단도 구성한다. 민간 모니터링 단은 새들이 투명 방음벽에 부딪혀 사고를 당하지 않도록 충돌사고가 잦은 지역을 대상으로 예방과 점검 활동을 하게 된다. 도는 조류충돌 예방사업 지원을 위한 법적 근거를 담은 조례 제정도 추진한다. 다음 달 조례안을 마련해 입법 예고할 방침이다.한편, 이재명 경기도지사는 지난해 11월 하남시 미사중학교 인근 투명방음벽 200여ｍ 구간에서 자원봉사자들과 충돌방지테이프 부착 봉사활동을 한 뒤 “벽에 작은 스티커만 붙여도 새들이 방음벽을 알아차릴 수 있어 충돌을 현저히 감소시킨다”면서 “조금만 노력하면 많은 생명을 구할 수 있다”고 도민들의 관심을 촉구한 바 있다. 2018년 환경부 의뢰로 국립생태원이 수행한 연구 결과에 따르면 전국적으로 연간 약 788만마리의 야생조류가 투명한 인공구조물에 부딪혀 폐사하는 것으로 추정됐다. 자연생태를 직접 관찰하고 기록을 공유하는 온라인 기반 자연활동 공유 플랫폼 ’네이처링‘에 따르면 최근 2년간 경기도에서 4168마리의 조류 충돌사고가 발견됐다. 이는 전국 조류충돌사고 건수(1만5892건)의 26%에 해당하는 수치로 전국에서 가장 많다. 김병철 기자 kbchul@seoul.co.kr

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