스위스의 한 연구진이 면으로 제조된 속옷 2000장을 땅에 묻는 프로젝트를 시작하겠다고 밝혀 눈길을 사로잡았다. 영국 BBC에서 발생하는 사이언스포커스의 최근 보도에 따르면 최근 스위스 정부의 농업 연구기관(Agroscope)은 최근 자원 봉사자들에게 속옷 2000장을 보내 각자의 집 정원에 묻어두는 프로젝트 계획을 발표했다. 100% 생분해성 유기농면으로 만들어진 멀쩡한 속옷 수천 장을 땅에 묻는 이유는 다름 아닌 토양 건강을 가장 직접적으로 확인하기 위함이다. 연구진에 따르면 면에 포함된 다양한 물질은 토양에 사는 미생물의 식량이 될 수 있다. 굶주려 있는 미생물들은 속옷을 갉아먹게 되고, 해당 토양에 더욱 활동적인 미생물이 서식할수록 더 빠르게 속옷을 먹어치운다. 연구진은 자원봉사자들에게 보내 파묻은 속옷을 1~2개월 후에 다시 파낸 뒤, 곰팡이나 곤충, 벌레를 포함한 유기체들이 얼마나 속옷을 파먹었는지를 조사할 예정이다. 속옷에 유기물이 낸 구멍이나 흔적이 많을수록 더 건강한 토양이라고 판단할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다. 해당 연구에 참여하는 취리히대학교 연구진은 “이번 연구의 목표는 지구 토양의 성질과 토양 침식(논경지의 포토가 물·바람 등의 힘으로 이동하여 상실되는 현상)에 대한 이해를 높이는 것”이라고 설명했다. 이어 “비료 사용 및 건축의 증가는 비옥한 토양의 손실을 가속화 하는 주요 원인이다. 서식지 손실은 자연 재해에 대한 보호능력 저하로 이어지고, 하천과 강으로 스며드는 화학물질의 농도를 높일 수 있다”고 덧붙였다. 사이언스포커스 측은 “토양에는 수십억 종류의 박테리아와 균류, 곤충, 벌레와 기타 생물이 서식하지만, 이것이 생태계와 작물 수확량, 홍수 방지 등에 어떤 영향을 미치는 지 알려진 바가 거의 없다”고 전했다.  송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

국내 연구진이 신경계 독성물질인 ‘이미노디프로피오니트릴’을 분해하는 박테리아를 발견했다. 환경부 소속 국립생물자원관은 최근 박희등 고려대 교수진과 ‘오염환경 서식 원핵생물 연구’를 진행해 ‘파라코커스 코뮤니스’라는 박테리아를 찾아냈다고 11일 밝혔다. 산업 폐수에서 처음 분리한 이 박테리아는 8만ppm의 이미노디프로피오니트릴을 88.35%까지 분해하는 것으로 확인됐다. 연구진은 유독 물질 정화법 개발의 과학적 기반이 마련됐다고 의미를 부여했다. 이미노디프로피오니트릴은 피부 자극, 호흡기계 손상을 일으키고 신경계 기능을 방해할 수 있는 독성 물질로, 살충제나 염료의 용매 등을 제조할 때 쓰인다. 19세기 이전만 해도 간단한 공정으로 폐하수를 처리할 수 있었으나, 산업혁명 이후에는 이런 새로운 화학물질이 폐하수로 흘러들어가 물리·화학적 방법만으로 쉽게 처리할 수 없게 됐다. 연구진은 “정화가 어려운 다양한 오염물질을 선택적으로 정화할 수 있는 생물학적 정화 기술 개발이 필요한 상황”이라고 밝혔다. 연구진은 세계적으로 보고된 적이 없는 파라코커스 코뮤니스를 국내 특허 출원했고, 연구 결과를 내달 국제학술지인 유해물질 저널에 투고할 예정이다. 특허 출원을 하면 생물자원에 대한 권리를 주장할 수 있다. 배연재 국립생물자원관장은 “이번에 확보된 박테리아 이용을 원하는 업체에 기술이전 등을 추진할 계획”이라며 “미생물이 가진 분해 능력을 친환경·생물학적 폐수 처리 기술개발에 활용할 수 있기를 기대한다”고 말했다. 이현정 기자 hjlee@seoul.co.kr

제왕절개로 태어난 아이는 자연분만으로 태어난 아이보다 장 세균총이 적은 것으로 나타났다. 세균총이 정상 수준을 회복하는 데는 3~5년의 오랜 시간이 걸린다는 연구 결과가 5일 나왔다. 사이언스 데일리 보도에 따르면 스웨덴 예테보리 대학 살그렌스카 병원의 프레드리크 베크헤드 분자 의학 교수 연구팀이 살그렌스카 병원에서 태어난 아이들 471명을 대상으로 5년에 걸쳐 진행한 연구 결과를 얻었다. 이 연구 결과는 미국의 과학전문지 ‘셀 숙주와 미생물’(Cell Host & Microbe) 최신호에 발표됐다. 연구팀은 이 아이들이 출생한 직후, 생후 4개월, 12개월, 3년, 5년 됐을 때 분변 샘플을 채취해 장 세균총을 살펴봤다. 그 결과 제왕절개로 출산한 아이는 생후 4개월 때 질 분만으로 태어난 아이에 비해 장 세균총이 다양하지 못한 것으로 나타났다. 이 아이들은 3~5세가 되어야 장 세균총의 구성과 다양성이 정상에 가까워졌다. 그러나 5세가 되었을 때도 장 세균총의 중요한 부분을 차지하는 일부 박테리아는 찾아볼 수 없었다고 연구팀은 밝혔다.장에는 수많은 박테리아와 미생물들이 살고 있다. 이들은 섭취된 음식을 소화하고 면역체계 발달을 자극하며 감염으로부터 보호하는 등 건강에 중요한 영향을 미친다. 제왕절개로 출생한 아이는 다른 아이에 비해 장 세균총이 적고 특히 그중에서도 유익균이 적다는 연구 결과들이 있다. 이는 출산 방법에 따라 장 세균총 구성이 크게 달라질 수 있음을 보여주는 것이다. 출생 직후엔 이미 박테리아들과 미생물들이 장에 자리를 차지하고 있으며 이후 장 세균총이 하나의 완전한 생태계로 성장하려면 오랜 시간이 걸린다고 연구팀은 설명했다. 김채현 기자 chkim@seoul.co.kr

삼성전자가 공기청정기 과장광고로 부과받은 4억 7200만원의 과징금을 취소해달라며 제기한 소송에서 사실상 패소했다. 대법원 1부(주심 이흥구 대법관)는 삼성전자가 공정거래위원회를 상대로 낸 과징금·시정명령 취소 소송 상고심에서 원고 일부 패소로 판결한 원심을 확정했다고 30일 밝혔다. 삼성전자는 2011년 11월부터 5년간 공기청정기를 광고하면서 “조류독감 바이러스 제거율 99.99%”, “코로나바이러스 제거율 99.6%” 등의 문구를 적었다. 공기청정기를 통해 부유물질이 제거되는 실내 사진을 배경으로 “각종 바이러스·박테리아·세균을 제균해 건강을 지켜줍니다”라고 광고하기도 했다. 이에 대해 공정위는 삼성전자가 제한적인 실험 조건에서 도출된 결과를 광고에 반영한 만큼, 실생활과 차이가 있어 소비자가 오인할 우려가 크다고 보고 2018년 5월 4억 8800만원의 과징금을 부과했다. 서울고법은 공정위의 판단을 대부분 인정하고 4억 7200만원의 과징금 처분이 적법하다고 판단했다. 공정위와 삼성전자 측은 모두 상고했지만, 대법원은 이를 모두 기각했다. 최훈진 기자 choigiza@seoul.co.kr

28개국 과학자 설문조사 결과 발표 코로나19 바이러스의 새로운 변이가 지속적으로 나타나면서 현재 접종 중인 백신이 1년 안에 무용지물이 될 것이라는 전문가들의 진단이 나왔다. 3분의 1은 “현 백신 9개월도 못 가” 30일(현지시간) 영국 일간 가디언에 따르면 옥스팜과 국제엠네스티 등 국제 단체들의 연합체 ‘피플스백신’이 최근 28개국 과학자 77명을 상대로 진행한 설문조사 결과 응답자의 약 3분의 2가 1년 안에 현재 접종 중인 백신이 변이 바이러스에 면역 효과를 발휘하지 못할 것이라고 봤다. 응답자 3분의 1은 현재까지 나온 백신이 9개월 안에 효력을 잃을 것으로 내다봤다. 국가 간 백신 격차가 변이 발생 위험 높여미국 존스홉킨스대, 예일대, 영국 임페리얼칼리지, 런던위생열대의학대학원 등 저명한 기관에 속한 응답자들은 변이 발생 위험이 높은 이유로 국가 간 백신 ‘빈부 격차’를 꼽았다. 현재 미국, 영국 등 선진국에선 최소 1차 접종을 마친 국민의 비율이 25%가 넘지만, 남아프리카공화국과 태국 등에선 1% 미만 수준이다. 국민 중 단 한 사람도 아직 백신 접종을 받지 못한 나라도 적지 않다. 뉴욕타임스가 제작한 ‘코로나19 세계 백신 접종 추적’ 사이트에 따르면 아프리카 내륙 국가 상당수가 백신 접종을 시작도 하지 못한 것으로 집계됐다. 백신 접종을 시작하지 못한 나라에 북한도 포함됐다. “백신 접종과 변이 전파 사이의 속도전” 조사 응답자 88%는 많은 나라의 백신 접종률이 이처럼 계속 낮을 경우 ‘내성’을 지닌 변이가 나타날 확률이 높아질 것으로 진단했다. 통상 병원체의 내성은 세균이나 박테리아에서 나타나는 현상이지만, 바이러스의 경우 세포에 침투하는 스파이크 단백질 구조에 변이가 나타나면서 백신의 효과가 무력화되는 것을 뜻한다. 내성을 지닌 변이가 나타날 확률이 높아진다는 것은 선진국에서 백신을 아무리 적극적으로 접종해도 다른 나라의 접종률이 낮다면 언제든 변이가 출몰할 수 있다는 뜻이다. 앞서 남아프리카공화국발 변이 바이러스를 연구한 리버사이드 캘리포니아대 의대의 아담 고트치크 생의학 교수 연구팀은 네이처 논문에서 현재의 코로나19 국면을 ‘효과적인 백신 접종과 변이 바이러스 전파 사이의 속도전’에 비유한 바 있다. 효과적인 백신을 신속히 접종하지 않으면, 변이 코로나의 지배력이 점점 강해져 모든 백신을 무력화할 거라는 의미다. “전 세계 균등한 접종 못 하면 더 많은 변이 출몰”피플스백신 설문조사에 참여한 그레그 곤살베스 예일대 역학 부교수는 “매일 새로운 변이가 발생하는데 가끔 이전 유형보다 더 효율적으로 전파되고, 원조 바이러스에 대한 면역 반응을 회피하는 변이가 나올 수 있다”라고 설명했다. 그는 “전 세계를 (균등하게) 접종하지 않는 이상, 우리는 더 많은 변이가 출몰할 가능성을 열어두게 되고 현재 백신은 통하지 않는 변이도 발생할 수 있다”라면서 “그런 변이에 대응하려면 기존 백신을 보강하는 이른바 ‘부스터 샷’을 맞아야 할 것”이라고 전망했다. 맥스 로슨 피플스백신 의장은 “백신 공동구매 국제프로젝트인 ‘코백스 퍼실리티’가 올해 말까지 전 세계 저소득국가의 인구 27%까지 백신을 맞히겠다고 목표하는데, 이는 충분치 않다”면서 “백신 접종이 제한적으로 이뤄지는 상황은 꽤 위험하다는 인식이 확산할 필요가 있다”라고 지적했다. 신진호 기자 sayho@seoul.co.kr

코로나19는 전자 현미경으로만 볼 수 있는 작은 바이러스의 파괴적인 위력을 생생하게 증명했습니다. 사실 코로나19 같은 신종 전염병 유행은 많은 과학자가 이전부터 경고해왔던 것입니다. 하지만 오래된 병원균이라고 해서 안전한 것은 아닙니다. 코로나19처럼 인류를 위협하고 있는 문제가 우리가 사용하는 거의 모든 항생제에 내성을 지닌 슈퍼 박테리아입니다. 20세기 의학의 가장 큰 성과는 백신과 항생제의 개발 및 보급이라고 해도 과언이 아닐 것입니다. 세균 감염으로 죽는 사람의 숫자가 크게 줄어들면서 평균 수명이 늘어난 것은 물론 수술 후 감염으로 사망하거나 합병증이 생길 가능성이 낮아지면서 장기 이식을 포함해 여러 가지 치료법이 크게 발전했습니다. 20세기 이후 의학의 눈부신 발전은 많은 부분 항생제에 기댄 것이었습니다. 하지만 생물은 끊임없이 진화하기 마련입니다. 숫자가 많고 세대가 짧은 세균의 진화 속도는 매우 빨라 이미 20세기에 기존 항생제에 대한 내성을 지닌 세균이 다수 보고됐습니다. 물론 과학자들도 새로운 항생제를 만들어 재빨리 여기 대응했으나 새로운 항생제 개발 속도는 더딘 반면 내성 발현 속도는 갈수록 빨라졌습니다. 현재와 같은 추세라면 2050년에는 1000만 명이 항생제 내성균으로 사망할 수 있다는 암울한 전망까지 나오는 상황입니다. IBM 왓슨 연구소 파엘 다스가 이끄는 연구팀은 인공지능을 통해 기존의 연구 방법으로는 상상할 수 없을 만큼 빠른 속도로 새로운 항생 물질을 찾아내는 데 도전했습니다. 이를 위해 연구팀은 첫 단계로 심층 생성 오토인코더(deep generative autoencoder) 기법을 통해 항생 능력을 지닌 펩타이드(peptide)를 학습하고 데이터를 수집했습니다. 그리고 두 번째 단계로 CLaSS(Controlled Latent attribute Space Sampling)라는 방법을 통해 항생 능력을 지닌 펩타이드 후보군을 9만 개나 만들어냈습니다. 하지만 박테리아를 죽이는 능력이 있다고 해서 바로 항생제로 개발이 가능한 것은 아닙니다. 인체에도 해로운 물질이라면 아무리 효과가 좋아도 약물로 사용할 수 없습니다. 따라서 마지막 단계로 딥러닝 기반의 분류 알고리즘을 이용해서 인간에게 독성이 있거나 항생 효과가 떨어질 것으로 예상되는 후보를 탈락시켰습니다. 3일에 걸친 인공지능 연산 끝에 연구팀은 20개의 후보 물질을 선발할 수 있었습니다. 연구팀은 이 후보 물질을 48일간 테스트한 후 두 가지 물질이 특히 유망한 항생제 후보라는 사실을 확인했습니다. 이 항생 후보 물질은 실험실 환경에서 그람 음성 및 양성균에 대한 광범위한 효능을 지녔으며 여러 약물에 내성을 지닌 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae)과 대장균을 억제하는 데 효과적이었습니다. 쥐를 이용한 동물 실험에서도 낮은 독성이 확인됐습니다. 내성균에 효과적인 항생제 신약의 가능성을 보여준 것입니다. 이 연구는 저널 '네이처'에 발표됐습니다. 물론 후보 물질을 찾았다는 것은 신약 개발에서 아직 초기 단계라는 이야기입니다. 실제 사람에서 임상시험을 하기 위해서는 까다로운 안전성 테스트와 엄격한 임상시험 기준을 통과해야 합니다. 그리고 많은 시간과 비용을 들여 임상시험을 진행해도 성공하는 약물은 소수에 지나지 않습니다. 하지만 자연 물질 가운데 새로운 항생제 후보를 찾는 대신 인공지능을 통해 훨씬 빠르게 항생 물질을 찾아낼 수 있다면 항생제 개발 속도가 획기적으로 빨라질 가능성이 있습니다. 어쩌면 인공지능에 수많은 생명을 구할 수 있는 잠재력이 숨어 있을지도 모르는 것입니다. 인공지능이 일부의 우려처럼 인류를 위협하는 신기술이 아니라 인류를 치명적인 질병에서 도울 수 있는 든든한 조력자가 될 수 있을지 앞으로 후속 연구 결과를 지켜봐야 할 것입니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

말라리아 원충(Plasmodium)은 일반적인 사람 세포 부피의 1/50에 불과한 작은 생명체이지만, 그래도 박테리아가 아닌 기생충으로 분류한다. 크기는 박테리아보다 조금 더 클 뿐이지만, 내부에 세포 핵과 소기관을 갖춘 진핵생물이기 때문이다. 말라리아 원충은 단세포 동물로 형태를 바꿔가며 모기와 사람을 통해 숙주에서 숙주로 전파된다. 말라리아 치료제 개발에도 불구하고 아직도 세계적으로 매년 40만 명이 사망하는 무서운 기생충 감염병이다. 그런데 단세포 생물인 말라리아 역시 몸의 지탱하고 형태를 유지하기 위해서 골격을 갖고 있다. 뼈나 연골이 있는 건 아니지만, 대신 세포 골격(cytoskeleton)을 통해 몸의 형태를 유지하는 것이다. 말라리아 원충은 모기와 사람의 체내에서 다양한 세포와 장기를 이동하기 때문에 목적에 맞는 형태를 유지해야 한다. 따라서 세포 골격 생성을 방해할 수 있다면 말라리아 원충의 생존과 증식을 효과적으로 방해할 수 있다. 스위스 제네바 대학 연구팀은 말라리아가 모기 체내에 있을 때 중간 단계 중 하나인 오키네트(ookinete) 상태의 세포 골격의 모습을 연구했다. 보통 세포 골격 같은 미세 구조를 관찰할 때는 전자 현미경을 사용하는 경우가 많으나 연구팀은 세포 전체의 골격 구조를 더 입체적으로 확인하기 위해 팽창 현미경(expansion microscopy) 기술을 사용했다. 팽창 현미경은 최근 개발된 세포 관찰 기술로 다른 현미경과 달리 샘플 자체의 크기를 키워 대상을 상세히 관찰한다. 원리는 간단하다. 관찰하고자 하는 대상에 특수 중합체 겔(polymer gel)을 결합시킨 후 이를 물리적으로 팽창시키는 것이다. 따라서 원하는 구조만 염색해 선택적으로 팽창시킬 수 있다. 연구팀이 선택한 물질은 말라리아 오키네트가 원추형 형태를 유지하는 데 중요한 튜불린 (tubulin)이라는 단백질이다. 튜불린 염색 팽창 현미경을 통해 연구팀은 마치 바나나 같은 말라리아 원충의 모습과 이를 지탱하는 세포 골격 구조를 확인했다. (사진) 매년 말라리아로 많은 사람이 사망하지만, 말라리아 신약 개발은 상대적으로 더디다. 여기에 항생제와 마찬가지로 항말라리아제에 대해서 내성을 지닌 말라리아 원충이 등장하면서 말라리아의 위험성은 점점 커지고 있다. 이런 기초 연구를 통해 바로 새로운 치료제가 개발되는 것은 아니지만, 말라리아 원충에 대한 이해도가 높아질수록 새로운 돌파구를 찾을 수 있는 가능성도 커질 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

동국제약이 폐렴 치료에 쓰이는 항생제로 코로나19 치료제를 개발한다. 동국제약은 항생제 ‘테이코플라닌’의 세포실험에서 코로나19 바이러스 증식을 억제하는 능력을 확인해 치료제를 개발키로 결정했다고 18일 밝혔다. 다음달 식품의약품안전처에 임상시험 계획서를 제출하고 본격적인 개발에 나선다. 테이코플라닌은 일반 항생제에 내성이 생겨 ‘슈퍼 박테리아’로 불리는 메티실린 내성 포도상구균, 반코마이신 내성장구균 등을 효과적으로 제압하는 슈퍼 항생제다. 이미 폐렴 치료제로 쓰이고 있어 코로나19 감염 후 2차 감염으로 인한 폐렴 증상 악화를 방지하는 장점도 있다. 동국제약 관계자는 “동물실험 결과를 신속히 확보한 뒤 국내 임상에서 유효성을 입증하겠다”고 말했다. 오경진 기자 oh3@seoul.co.kr

경기도가 도내 5개 초등학교에서 미세먼지는 물론 바이러스와 박테리아를 제거하는 다기능 공기정화장치를 설치해 시범 운영에 나선다고 17일 밝혔다. 2019년 학교보건법 개정으로 각 학교 교실마다 공기청정기가 설치됐으나, 그동안 코로나19 감염원 전파 우려로 공기정화장치를 제대로 가동할 수 없는 문제점이 있었다. 또한 기존 공기청정기는 미세먼지 제거 기능만 있어 미세먼지 농도가 높은 날에도 환기를 위해 별도로 창문을 열어야 하는 불편함을 초래했다. 하지만 경기도가 이번에 새로 설치한 다기능 공기정화장치는 미세먼지 제거는 물론 바이러스·박테리아 등 공기 중 각종 감염원까지 줄일 수 있는 기능을 가지고 있다. 동시에 창문을 열지 않고도 환기가 가능한 ‘청정환기’ 기능과 실내 설정온도 변화를 최소화하는 ‘열교환장치’도 갖추고 에너지 손실을 최소화할 수 있다. 미세먼지 필터는 큰 먼지를 제거하는 프리필터와 초미세먼지를 제거하는 헤파필터(HAPA-filter), 부유세균을 거르는 항균필터로 구성돼 있다. 김상철 경기도 미세먼지기획팀장은 “공인인증기관(Fiti시험연구원)에서 실시한 필터 제품 성능 시험에서는 미세먼지를 98.6% 이상 제거할 정도로 효율성이 높았다”고 설명했다. 이와 함께 바이러스 및 박테리아를 줄이는 UV-LED 장치도 모듈 시험을 통해 공기 중 감염원을 90% 이상 제거하는 성능을 보였다. 이밖에 장치 내부에 설치된 특수 모터는 공기정화장치가 강력한 성능을 유지하면서도 50dB 이하의 저소음으로 작동할 수 있도록 해 학생들이 공부하는 데 소음으로 인한 지장을 주지 않는다. 안전성을 고려한 단순한 디자인으로 창문형, 스탠드형을 교실 상황에 맞춰 설치할 수 있다.교실에 다기능 공기정화장치를 시범 설치한 포천 태봉초등학교 교사 A씨는 “경기도에서 설치한 공기정화장치 덕분에 미세먼지가 심한 날에 창문을 열지 않고도 청정한 공기로 환기 할 수 있어 좋다”며 “아이들이 안심하고 등교할 수 있도록 시설을 늘리면 좋겠다”고 말했다. 도는 이번 시범 운영을 통해 다기능 공기정화장치의 성능 검증이 이뤄지면 경기도교육청과 협력해 장치 보급을 확대할 예정이다. 박성남 경기도 환경국장은 “다기능 공기정화장치 실증 사업을 성공적으로 진행해 모든 학교에 보급이 확산될 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다. 김병철 기자 kbchul@seoul.co.kr

아마존 열대우림이 온실가스를 저장하는 것보다 실질적으로 더 많이 배출하고 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 등 국제연구진이 아마존에 관한 기존 자료를 수집하고 분석해 이 열대우림이 기후 환경에 미치는 실질적 영향은 인간의 활동 탓에 부정적으로 돌변했을 수도 있다는 점을 알아냈다. 이는 아마존이 지구 온난화를 완화하는 데 도움이 되기는커녕 악화할 수도 있다는 점을 보여주는 것. 이 연구는 아마존의 온실가스 배출에 영향을 주는 모든 요인을 처음으로 조사한 것이다. 이산화탄소는 대기 중 온실가스 중 가장 많이 존재하므로 세계 최대 탄소 흡수원이기도 한 아마존이 지구 온난화에 미치는 영향에 관한 기존 연구에서 주요 관심 대상이었다. 하지만 문제는 또 다른 온실가스인 메탄과 아산화질소가 잔류 기간은 짧고 양은 더 적지만 온실 효과는 훨씬 더 강력한 화학 물질이라는 데 있다. 연구진은 이 연구를 통해 아마존 분지에서 배출되는 이산화탄소 이외의 물질, 특히 메탄과 아산화질소에 의한 현재 지구 온난화는 대기 중 이산화탄소 흡수에 의한 기후 서비스를 크게 상쇄해 장점을 웃돌고 있을 가능성이 크다고 결론지었다. 연구진은 또 아마존에서 인간의 영향이 대부분의 상황을 악화하는 결과로 이어지고 있다는 점을 발견했다. 연구진은 논문에서 “숲에 있는 엄청난 수의 나무에서 자라난 잎은 광합성을 통해 공기에서 이산화탄소를 흡수해 에너지로 바꾼다”면서 “예를 들어 아마존은 지구 최대 생태계 탄소 저장고 중 하나로 인간이 5년간 생산한 모든 탄소 배출량에 해당하는 최대 200Gt(기가톤)의 탄소를 저장하고 있다”고 설명했다. 여기서 1Gt은 10억t이므로, 200Gt은 2000억t에 해당한다. 하지만 아마존이라는 복잡한 생태계는 예상하지 못한 더 많은 영향을 초래한다. 예를 들어 아마존은 나무만 해도 다양한 방법으로 전 세계 메탄 배출량의 3.5%를 차지한다. 이런 메커니즘 중 하나는 강 유역이 종종 범람해 나무 위까지 강물이 차오르는 것에 있다. 메탄을 생성하는 토양 속 박테리아가 해방돼 생성한 가스가 직접 대기 중으로 방출되기 때문이다. 메탄은 이산화탄소보다 대기 중의 열을 가두는 데 약 80배 더 효율적이다.아마존에서 소 농장을 만들기 위해 나무를 불법으로 잘라내거나 불태우는 것 역시 메탄 배출량이 급증하는 이유 중 하나다. 이 광활한 지역에는 소 몇천 마리가 있는데 이들 동물이 트림과 방귀로 뿜어대는 온실가스는 엄청나게 많다. 이런 메커니즘의 결과로 연구진은 “단일 측정 기준(탄소 흡수와 저장)에 계속해서 초점을 맞추면 급변하는 아마존 분지에서 기후에 관한 생물지구화학을 이해하고 관리하는데 필요한 진정한 노력과 상충된다”고 지적했다. 연구진은 또 “아마존에 가해진 피해는 아직 되돌릴 수 있다”면서 “석유와 석탄 등 화석연료의 사용을 중단하는 등 조치가 이를 도울 것”이라고 말했다. 하지만 아마존이 기후 재앙이 아닌 기후 자산이 되려면 반드시 해야 할 한 가지 조치는 삼림 벌채를 중단해야 한다는 것이다. 연구 주저자인 미국 스키드모어칼리지의 생태학자이자 생물지구화학자인 크리스토퍼 커비 박사는 “벌목은 문제의 근원 중 하나인 탄소 흡수를 상당히 방해하고 있다”면서 “이산화탄소와 함께 다른 요인들을 고려할 때 아마존이 지구 기후를 전체적으로 온난화하고 있다는 사실을 무시하는 것은 불가능에 가깝다”고 지적했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘숲과 지구 변화 프런티어스’(Frontiers in Forests and Global Change) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인간은 사실 자신의 세포보다 훨씬 많은 공생 미생물과 함께 살아간다. 특히 장내에는 음식물의 분해와 대사를 돕는 수많은 장내 미생물이 존재하는데, 최근 이 미생물들이 단순히 음식물만 분해하는 것이 아니라 숙주의 건강에 큰 영향을 미친다는 사실이 보고되어 과학자들의 주목을 받고 있다. 알고 보니 장내 미생물이 비만, 당뇨, 고혈압, 심혈관 질환, 정신 질환 등 다양한 질병에 영향을 미치고 있었다. 하지만 우리의 장 속에는 세균만 사는 것이 아니다. 최근 미국 앨라배마 대학 및 테네시 대학 보건과학센터 연구팀은 장내 공생 곰팡이에 대한 연구 결과를 저널 커뮤니케이션스 바이올로지(Communications Biology)에 발표했다. 인간을 포함한 동물의 장에는 박테리아는 물론 바이러스와 곰팡이도 다수 존재한다. DNA 연구를 통해 세균 이외에 많은 바이러스와 곰팡이의 존재를 증명한 과학자들은 당연히 이들 역시 숙주의 건강에 큰 영향을 미칠 것으로 생각했지만, 아직 연구는 많이 부족한 상태다. 연구팀은 장내 곰팡이 역시 음식물 분해 및 대사에 영향을 줄 것으로 생각하고 쥐를 이용한 동물 모델을 통해 그 가능성을 검증했다. 우선 네 개 회사에서 받은 유전적으로 동일한 생쥐들을 두 그룹으로 나눠 장내 곰팡이 구성을 조사한 후 지방과 설탕이 많은 서구식 식단을 모방한 먹이와 일반적인 사료를 주고 변화를 관찰했다. 연구 결과 서구식 식단을 먹은 쥐는 예외 없이 체중이 늘어났다. 하지만 연구팀은 장내 곰팡이의 구성에 따라 체중 증가에 차이가 있다는 사실을 확인했다. 예를 들어 서모미세스 (Thermomyces) 곰팡이가 많을수록, 그리고 사카로미세스(Saccharomyces) 속의 곰팡이가 적을수록 체중 증가가 더 크게 나타났다. 참고로 서모미세스는 지방 분해 능력이 뛰어난 곰팡이고 사카로미세스는 탄수화물 발효 능력이 뛰어나 제빵, 양조 등에 널리 쓰이는 효모종이다. 따라서 서모미세스가 많을수록 지방을 효과적으로 분해해서 더 잘 흡수했을 가능성이 있다. 다만 이 곰팡이들이 숙주의 체중 증가 및 대사에 미치는 영향은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 장내 곰팡이에 대한 연구는 이제 막 시작 단계로 인체에 미치는 영향 역시 알려진 것이 거의 없다. 사실 우리 몸에 곰팡이가 살고 있다고 하면 뭔가 심각한 문제가 있는 것처럼 여겨지는 것이 일반적인 반응일 것이다. 그러나 장내 미생물에 대한 인식이 최근 크게 변한 것처럼 장내 곰팡이에 대한 인식 역시 앞으로 크게 변할 가능성이 있다. 앞으로 연구를 통해 우리 몸에 도움을 주는 공생 곰팡이에 대한 비밀이 하나씩 밝혀질 것으로 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

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

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

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

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

버스내 미세먼지와 바이러스·박테리아 등을 90% 이상 제거해 주는 청정버스가 경기도에 도입된다. 경기도는 전국에서 처음으로 공기정화장치를 설치해 미세먼지와 바이러스를 제거하는 ‘청정버스’ 20대를 이달부터 3개 노선에서 운행한다고 4일 밝혔다. 버스 천정에 설치된 이 장치는 내부의 오염된 공기와 승객의 몸에 묻어 들어오는 미세먼지를 신속하게 빨아들이는 기능을 갖췄다. 먼저 프리필터에서 큰 입자 먼지를 걸러내고 다음 단계인 헤파필터를 통해 미세먼지와 초미세먼지를 최대 99%까지 제거한다. 김상철 경기도 미세먼지기획팀장은 “U-V 살균램프로 유해 바이러스와 박테리아 등을 93% 이상 없애고 카본 필터 등을 통해 불쾌한 냄새까지 제거하는 기능을 갖췄다”고 설명했다. 이밖에 장치 크기와 소음을 최소화했으며 심플한 디자인과 간편한 설치가 가능해 버스 이용객과 사업자 모두에게 호응이 높을 것으로 기대된다. 청정버스가 운영되는 노선은 출퇴근 탑승객이 많은 성남∼인천 8806번(4대), 이천∼동서울 1336번(8대) 등 직행버스 2개 노선과 평택∼강남 6600번(8대) 좌석버스 1개 노선이다. 이번 사업에는 도비 2억5000만원이 투입된다.도는 오는 7월까지 성능 분석을 통한 사업성 검증을 마치고 결과에 따라 도내 시군에 확대 보급할 계획이다. 박대근 경기도 미세먼지대책과장은 “시외버스는 자주 환기하기가 어렵기 때문에 오염된 실내공기를 안전하게 정화하는 시스템이 필요하다”며 “코로나19로 밀폐된 공간에서 주민 불안감이 높은 만큼 내실 있게 사업을 추진해 공기정화장치가 설치된 버스 운행이 전국으로 확대될 수 있도록 노력하겠다”고 말했다. 김병철 기자 kbchul@seoul.co.kr

2019년 8월, 호주 북서부 건조 지역인 필바라에 나사 퍼서비어런스 로버 팀 (당시엔 마스 2020 로버)과 유럽 우주국 (ESA)의 엑소마스(ExoMars) 로버 연구팀이 모였다. 로버 과학자가 아니라 관광객 같은 옷차림이지만, 오래된 암석을 흥미롭게 바라보는 이들의 표정에서 역시 과학자라는 사실이 드러난다. (사진 참조) 유럽과 미국의 화성 로버 개발팀이 사람이 거의 살지 않는 호주의 오지를 함께 탐사한 이유는 간단하다. 연구팀이 화성에서 찾고자 하는 고대 화성의 모습이 바로 이곳에 있기 때문이다. 지금은 사막이지만, 35억 년 전 이 지역은 지구 최초의 광합성 생물이 번성하던 얕은 바다였다. 과학자들은 이 시기 형성된 스트로마톨라이트 (stromatolite)를 통해 그 사실을 확인했다. 스트로마톨라이트는 가장 단순하고 원시적인 광합성 생물인 시아노박테리아에 의해 형성된 퇴적 구조물이다. 수십 억 년 전 박테리아 화석을 확인하는 것은 쉽지 않지만, 시아노박테리아 군집이 만든 퇴적 구조물은 영겁의 세월이 흐른 지금까지도 호주 아웃백의 건조 지대에서 쉽게 확인된다. 만약 퍼서비어런스 로버가 화성의 예제로 크레이터에서 스트로마톨라이트와 흡사한 퇴적 지층을 확인한다면 이는 태양계 탐사는 물론 인류 역사에서 가장 놀라운 일이 될 것이다.화성의 예제로 크레이터는 비슷한 시기 호주의 필바라처럼 액체 상태의 물이 흘렀던 곳이다. 30-40억 년 전 화성은 지구처럼 따뜻하고 두꺼운 대기를 지녔다. 이 시기 형성된 예제로 크레이터는 주변에서 강물이 흘러들어 거대한 호수를 형성했다. 퍼서비어런스 로버가 착륙한 지역은 예제로 크레이터 안쪽으로 강물이 유입된 삼각주 지형으로 물에서 형성된 퇴적층이 잘 발달되어 있다. 만약 당시 화성에도 시아노박테리아 같은 생물이 있었고 스트로마톨라이트와 유사한 흔적을 남겼다면 찾아낼 가능성이 가장 높은 장소인 셈이다. 나사와 화성 로버 과학자들이 굳이 머나먼 호주의 오지까지 가서 직접 눈으로 스트로마톨라이트를 확인한 이유다. 만약 퍼서비어런스 로버가 스트로마톨라이트나 고대 생명현상이 의심되는 퇴적층을 찾으면 과학자들은 여러 개의 암석 샘플을 수집할 계획이다. 퍼서비어런스 로버에는 여러 개의 암석 샘플을 수집할 수 있는 특수 용기가 탑재되어 있다. 유럽 우주국과 나사의 과학자들은 별도의 샘플 회수 우주선을 보내 2031년까지 화성 암석 샘플을 지구로 가져올 예정이다. 어쩌면 이 샘플에 우리가 오랜 세월 기다렸던 결정적인 외계 생명의 증거가 담겨 있을지 모른다.  고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

지난해 7월 아랍에미리트(UAE)와 중국, 미국은 화성 탐사선을 잇달아 쏘아 올렸다. 지난 9일 오후 7시 57분(현지시간) UAE의 화성 궤도선 ‘아말’(희망)이 세 나라 중 가장 먼저 화성 궤도에 진입했다. 이로써 UAE는 미국, 러시아, 유럽, 인도에 이어 세계 다섯 번째로 화성 궤도에 진입한 나라가 됐다. 아말은 지난 14일 화성 궤도 안착 후 처음으로 화성을 찍은 사진을 보냈다. 아말보다 사흘 늦게 발사된 중국 화성탐사선 ‘톈원1’호는 아말이 궤도에 진입한 하루 뒤인 10일 오후 7시 52분에 궤도 진입에 성공했다. 지난해 가장 늦게 발사된 미국 항공우주국(NASA)의 화성탐사선은 18일 오후 화성 100㎞ 상공에 도착한 후 시속 2만㎞로 대기권에 진입해 오후 3시 55분(현지시간)을 전후해 새로운 탐사로버 ‘퍼시비어런스’를 화성 표면에 착륙시킬 계획이다. 퍼시비어런스는 화성의 표토(레골리스)를 채취해 지구로 보내는 임무를 수행하게 된다. 천문학적 비용과 시간이 투입되는 화성탐사에 많은 나라가 뛰어드는 이유는 순수한 과학적 탐구 이외에 생명체 흔적을 발견하고 화성 환경을 분석해 인간의 거주 가능성을 판단하기 위한 목적도 있다. 실제로 테슬라 창업자 일론 머스크가 설립한 민간우주개발기업 스페이스X는 2024년 화성 식민지 개척을 위한 유인 탐사선을 보내겠다는 계획을 발표한 바 있다. 사람이 화성에 거주하거나 화성까지 가는 과정에서 가장 중요한 것은 우주인들을 위한 산소, 물, 음식을 비롯한 기타 생필품이다. 독일 브레멘대 응용우주기술·미소중력연구센터(ZARM) 연구팀은 화성처럼 저압과 이산화탄소, 질소만 있는 대기조건에서도 생명유지시스템을 쉽게 만들 수 있는 생명공학 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘첨단 미생물학-극한 미생물학’ 16일자에 실렸다.연구팀은 ‘남조류’로 불리며 광합성을 통해 산소를 만들어 내는 시아노박테리아에 주목했다. 세포핵이 없는 원핵세포로 이뤄진 원핵생물인 시아노박테리아는 원시 지구 대기에 산소를 뿜어내는 데 상당한 역할을 한 것으로 알려졌다. 화성처럼 낮은 기압과 탄소, 질소로 이뤄진 대기에서도 쉽게 살아남아 산소를 만들어 낼 수 있을 것으로 기대되면서 우주생물학에서도 주목받는 생물체이다. 연구팀은 화성과 비슷한 환경의 ‘애트모스’라는 생물반응기를 만들었다. 애트모스는 유리와 강철로 만들어진 1ℓ 용기 9개로 이뤄진 실험장치이다. 연구팀은 애트모스 안에 질소고정 시아노박테리아 중 하나인 ‘아나배나 sp. PCC 7938’을 넣고 지구의 대기압 10분의1 수준인 100h㎩(헥토파스칼), 96% 질소와 4% 이산화탄소로 이뤄진 대기환경을 만들었다. 화성과 비슷한 환경을 만들고자 화성 레골리스와 비슷하게 암석과 부서진 돌조각, 흙, 먼지 등으로 표면을 덮고 열흘 동안 관찰했다. 관찰 결과 시아노박테리아는 죽지 않고 지구에서처럼 산소를 만들어 내는 것이 확인됐다. 연구팀은 아나베나를 이용해 당과 아미노산을 비롯한 기타 영양소는 물론 식품과 의약품 생산에 필요한 다른 종류의 박테리아를 만들 수도 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구를 이끈 시프리앙 베르수스 박사(우주생물학)는 “이번 개념증명 연구를 통해 박테리아로 인간이 필요로 하는 것들을 쉽게 만들어 낼 수 있음을 확인했다”며 “최종 목표는 화성에서 사용할 수 있는 자원만으로 산소와 영양분은 물론 물까지 생산해 낼 수 있는 생물학적 시스템을 구축하는 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@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.