뇌과학자들 사이에서 ‘의식’은 연구하기 어려운 주제로 악명이 높다. 의식은 어려운 철학적 질문과 연결된 연구주제여서 정의하는 것부터 난해하다. 하지만 최근 뇌 과학의 발달로 의식에 관한 연구도 신경생물학적 접근이 가능해졌고 조금씩 그 비밀이 밝혀지고 있다. 지난 2월 미국 메릴랜드주의 베데스다에서 열린 ‘브레인 이니셔티브’ 회의에서 한 연구결과에 이목이 집중됐다. 크리스토프 코흐 앨런뇌과학연구소장은 진기한 뇌 사진 한 장을 공개했다. 생쥐의 뇌에서 ‘클라우스트룸’이라는 부위의 신경세포 3개의 전체 경로를 영상화한 사진이었다. 단 3개의 신경세포 가지가 생쥐 뇌 전체를 빙둘러 복잡한 가지를 펼치고 있는 모습은 경이로웠다. 이 신경세포가 다양한 뇌 부위와 긴밀한 연결구조를 갖고 있다는 것은 클라우스트룸이 의식현상과 긴밀하게 연결돼 있음을 보여주는 소견이다. 클라우스트룸은 대뇌의 껍질에 해당하는 ‘피질’ 안쪽의 회백질 틈에 얇은 종이처럼 펼쳐진 신경세포의 무리를 가리키는 말이다. 대략적인 해부학적 위치는 관자놀이와 귀의 중간쯤이다. 최신 시각화 기술을 이용해 대뇌피질의 거의 모든 부분이 클라우스트룸으로 신경섬유를 주고받고 있음이 확인됐다. 크리스토프 코흐와 DNA를 발견한 프란시스 크릭은 이 부위에 의식이 존재할 것이라고 예측해 왔다. 하지만 클라우스트룸은 매우 얇은 신경세포 층으로 이뤄져 있고 전기적 신호가 강한 ‘뇌섬엽’과 ‘조가비핵’ 사이에 위치해 구조와 기능 연구가 쉽지 않았다. 2014년 이런 가설을 지지하는 증례가 발표됐다. 코우 베이시 조지워싱턴대 교수는 난치성 간질을 앓고 있는 54세 여성의 간질 부위 수술을 위해 뇌심부에 전기 자극을 주면서 환자의 반응을 테스트했다. 전기자극이 클라우스트룸에 가해지자 의식적 행동이 중단되고 주변의 자극에 전혀 반응하지 못하는 상태가 됐다. 환자는 전기자극이 멈추면 즉시 정상적인 상태로 돌아왔고 의식 소실을 기억하지 못했다. 의식소실이 있을 때 뇌파상 간질파는 관찰되지 않아 간질발작은 아닌 것으로 확인됐다. 베이시 교수는 인공적인 전기자극으로 클라우스트룸의 기능이 방해받을 때 의식이 소실된 것으로 보아 이 부위가 통합적 의식과 관련된 뇌활동이 일어나는 부위라는 가설을 지지했다. 그렇다면 의식은 어떻게 측정할 수 있을까. 마르셀로 마시미니 밀라노대 박사는 감각이나 행동적 반응과 무관하게 의식을 측정하는 방법을 개발했다. 피험자의 뇌신경에 자기장을 이용해 자극을 준 뒤 이에 대한 뇌의 반응을 뇌파로 측정해 ‘교란 복잡 지수’(PCI)라는 것을 산출했다. 예를 들어 각성상태처럼 의식 수준이 높은 상태에서 PCI는 0.6 전후이고, 깊은 수면상태에서는 0.2 전후로 나온다. PCI를 이용하면 각성상태와 수면상태, 마취상태는 물론 의식은 정상적이지만 표현은 불가능한 ‘감금 증후군’도 뚜렷하게 구별할 수 있다. 데카르트는 모든 것을 의심하되 의심할 수 없는 하나의 명제는 ‘나는 생각한다. 고로 존재한다’라고 했다. 내가 생각하는지, 아닌지 알기 위해서는 의식이 필요하다. 따라서 ‘나는 (나의 생각을) 의식한다. 고로 존재한다’라는 말이 더 정확한 말일지 모르겠다. 최근 의식에 대한 뇌 과학은 상당한 진보를 이뤘지만 아직 모르는 것이 더 많은 미지의 영역이다. 한 가지 분명한 것은 뇌 과학의 발달이 언젠가는 의식의 발생 과정과 원리를 이해해 인간을 더욱 인간답게 이해하고 의식의 장애를 일으키는 질환을 극복하는 데 도움을 줄 것이라는 점이다.

　사람은 살아가는 동안 3분의1을 잠으로 보낸다고들 한다. 잠은 눈동자가 빠르게 움직이며 꿈을 꾸는 렘수면 상태와 비(非)렘수면으로 나뉜다. 선잠이라고도 불리는 렘수면은 전체 수면 시간 중 90~120분 정도에 불과하지만 깨어있을 때만큼 뇌가 활발하게 움직인다. 하지만 정확히 어떤 기능을 하는지에 대해 밝혀지지 않은 상태다. 국내 연구진이 이처럼 미지의 영역으로 남아있는 렘수면의 비밀을 한꺼풀 벗겨냈다.　한국과학기술연구원(KIST) 치매융합연구단 최지현 박사팀은 고해상도 뇌파맵 기술을 이용해 실험용 쥐의 렘수면이 신경세포의 회복과 기억 형성에 도움을 준다는 사실을 발견했다. 이는 미국 국립과학원에서 발행하는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호에 실렸다. 　연구팀은 생쥐의 뇌에 전극 38개를 삽입한 뒤 5일 동안 수면 부족 상태를 만들었다. 쥐가 선잠이 들면 특정 뇌파와 뇌의 어느 부위가 활성화되는지를 관찰할 수 있는 고해상도 뇌파 맵을 측정했다. 그 결과 감마 같은 짧고 빠른 뇌파가 렘수면 때 급격히 증가하는 것이 관찰됐다. 특히 전두엽과 기억에 관여하는 해마간 신경회로간 활동도 점진적으로 증가한다는 것을 확인했다. 　그렇지만 빠른 뇌파가 급격히 증가해 수면 중 신경활동이 비정상적으로 활발해질 경우 다음날 기억 형성과정에 혼선을 준다는 것도 알았다. 렘수면이 기억에 도움을 주기는 하지만 만성 수면장애가 생겨 렘수면 상태가 길어질 경우 기억과 관련한 뇌기능 장애가 올 수 있다는 것이다. 　최지현 박사는 “이번 연구는 약물 주입이나 유전자 변형 없이 고해상도 뇌파 맵 기술을 이용해 얻은 결과로 치매를 비롯한 각종 질병과 수면의 질의 상관관계를 연구하는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아이의 성적표를 받고 ‘누굴 닮아서 공부를 그렇게 못하냐’며 불평하다 부부 싸움으로 번지는 경우가 있다. 아이는 둘의 합작품이지만, 아이가 공부를 잘하거나 못하는 것은 부모 중 어느 한쪽 때문일 수 있다는 재미있는 연구가 나왔다. ●뇌 세포는 한쪽 특성 더 나타나 미국 유타대 의대, 텍사스 사우스웨스턴대, 웨이크 포레스트의대 공동연구진은 뇌 세포의 경우 다른 세포들과는 달리 부계나 모계의 유전적 특성을 더 많이 나타낸다는 사실을 확인하고 뇌·신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 23일자에 발표했다. 사람을 비롯한 동물의 유전자는 부계와 모계에서 반씩 물려받아 한 쌍을 이룬다. 지금까지의 기술로는 모계 및 부계 유전자를 명확하게 구분해 내기가 어려웠다. 연구팀은 분자생물학과 빅데이터 기술을 활용해 생쥐의 세포 수천개를 유전자 수준으로 분석했다. 갓 태어난 생쥐에게서 감정과 관련된 화학물질인 세로토닌을 분비하는 뇌 뒤쪽 ‘배측봉선핵’(DRN)의 세포를 떼내 분석해 보니 85%가 부계나 모계 한쪽 유전자가 강하게 나타난다는 사실을 확인했다. ●유전자 이상 뇌질환 치료 단초 크리스토퍼 그레그 유타대 의대 신경학과 교수는 “이번 연구를 통해 뇌의 특정 부위 유전자가 부계에서 왔는지 모계에서 왔는지를 확인할 수 있게 됐다”며 “조현병, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)는 물론 유전자 이상으로 인해 발생할 수 있는 뇌질환을 이해하는 단초가 마련된 것”이라고 말했다. 연구팀은 이런 유전적 불균형이 특정 질병에 취약해지는 원인이 될 수 있는 만큼 뇌 이외의 다른 주요 장기와 관련된 유전자 분석 연구를 진행 중이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

인간의 뇌는 약 860억개의 신경세포로 이뤄져 있다. 올해 세계 인구가 75억명이라고 하니 우리 뇌에는 세계 인구의 12배에 가까운 신경세포가 살고 있다는 의미다. 이렇게 많은 뉴런이 어떻게 조직화돼 감각, 운동, 사고, 감정을 통합해 기능하는지 불가사의한 일이다. 1920년대 독일 예나대의 정신과 의사인 한스 베르거는 세계 최초로 인간의 뇌에서 일어나는 전기적 작용을 실시간으로 기록하는 ‘뇌파 측정기’를 개발했다. 후두엽에서 생기는 ‘알파파’, 깊은 수면 중 발생하는 ‘델타파’와 렘수면에서 생기는 ‘세타파’, 각성 시기에 뚜렷한 ‘베타파’, 선택적 집중 과정에 나타나는 ‘감마파’에 이르기까지 다양한 뇌 활동의 리듬이 밝혀졌다. 여기서 감마파 영역의 뇌 활동은 인지기능뿐만 아니라 여러 가지 정신질환과도 관련돼 있어 주목할 만하다. 감마파는 대뇌피질의 ‘억제성 신경세포’와 ‘흥분성 신경세포’의 상호작용에서 발생하며, 특히 억제성 신경세포의 기능이 떨어질 때 생성 능력이 감소한다. 뇌 과학은 억제성 신경세포가 정상적으로 작동해야 뇌세포들이 일제히 억제되고 일제히 활성화되는 동기화가 가능하다는 사실을 밝혀냈다. 필자는 이런 관점에서 전두엽 아래쪽의 ‘기저전뇌’에서 특정 억제성 세포군이 대뇌피질의 감마파를 조절하는 데 결정적인 역할을 한다는 것을 밝혀낸 바 있다. 오케스트라처럼 대뇌피질의 신경세포가 리듬을 이뤄 작동하도록 돕는 ‘지휘자 신경세포’가 존재하는 것이다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 리후에이 차이 박사팀은 최근 ‘광유전학’을 이용해 치매 치료 가능성을 실험했다. 기억을 담당하는 ‘해마’ 부위의 억제성 신경세포에 빛에 반응하는 단백질 ‘채널로돕신’을 발현시킨 뒤 40㎐의 빛으로 자극을 준 것이다. 예상대로 뇌파에서 40㎐의 리듬이 증가하는 소견이 발견됐고, 치매 유발물질로 알려진 ‘아밀로이드 베타’ 단백질은 유의미하게 감소했다. 더 흥미로운 사실은 뇌 속에서 이물질을 제거하는 ‘미세아교세포’가 함께 활성화됐고 이 세포가 다량의 아밀로이드 베타 단백질을 포식하고 있는 것이 포착된 것이다. 연구팀은 여기서 멈추지 않고 외부 조명으로 40㎐의 뇌파 리듬을 주면 어떤 결과가 나오는지 실험해 보기로 했다. 실험 생쥐를 40㎐로 깜빡이는 조명을 설치한 상자 안에 두고 하루 1시간씩 일주일간 노출시키는 실험을 수행했다. 이 실험에서도 같은 결과가 나왔다. 아직 낙관하기에는 이르지만, 뇌 리듬을 활용해 치매를 비롯한 신경정신과 질환의 치료에 한 걸음 다가갈 수 있는 가능성을 엿본 것이다. 뇌파 리듬은 사람과 첨단 공학기술을 연결해 주는 매개체로 이용되기도 한다. 즉, 뇌파 리듬을 분석해 어떤 행동을 하려는지, 어떤 말을 하려는지 미리 알아낼 수도 있다. 이런 기술을 응용해 뇌와 기계 또는 뇌와 컴퓨터를 직접 연결해 작동시키는 첨단 기술이 개발되고 있다. 드라마나 영화에서 심전도가 1자를 그리면서 ‘삐’ 소리를 내는 장면으로 죽음을 표현하는 것을 흔히 본다. 하지만 심전도가 정상이라도 뇌파가 리듬을 보이지 않고 일자를 그린다면 의학적으로는 뇌사의 증거로 판단한다. 어쩌면 우리는 삶과 죽음을 구별하는 중요한 단서를 리듬에서 찾고 있는지도 모른다. 리듬은 ‘시간’이라는 변수와 ‘반복성’을 주요 요소로 갖고 있다. 다시 말해 시간 축을 향한 반복적인 활동이 바로 건강의 지표일 수 있는 것이다. 우리의 심장과 뇌가 그러하듯 외부 조건의 변화에도 리듬을 잃지 않고 조화롭게 반응할 수 있을 때 비로소 건강하다 할 수 있음을 잊지 말아야 하겠다.

상당수의 운전자가 차에 현재의 위치가 어디인지 그리고 목표 장소까지 어떻게 가야 하는지 알려주는 내비게이션을 두고 있다. 사람의 머릿속에도 이런 내비게이션과 비슷한 역할을 하는 세포가 있다. 지도나 GPS 같은 기능을 하는 장소세포 일명 ‘GPS 세포’는 자신의 몸이 현재 어느 위치에 있는지 인지하도록 한다.한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 세바스티앵 로이어 박사와 고려대 심리학과 최준식 교수 공동연구팀은 공간과 사건을 인식하고 기억하는 장소세포가 어떻게 작동하는가를 처음으로 밝혀냈다. 이번 연구는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 20일자에 실렸다. ●해마 속 세포, 내 몸 어딨는지 알려줘 장소세포는 기억과 관련한 해마 부위에 있는 신경세포로 행동인지신경과학 분야의 가장 주목받는 연구 주제로 알려져 있다. 1971년 장소세포의 존재가 처음 밝혀졌고 2014년에는 장소세포를 발견한 과학자들에게 노벨생리의학상이 돌아가기도 했다. 하지만 장소세포의 존재 이외에 공간 속에서 위치를 어떻게 인지하는지에 대한 구체적 기능과 메커니즘이 지금까지 밝혀지지 않았다. 연구팀은 해마에 미세전극을 삽입한 생쥐가 거칠거나 부드러운 혹은 울퉁불퉁한 바닥 등 다양한 재질로 만든 러닝머신을 걷도록 하면서 뇌 신경활동을 기록했다. 그 결과 장소세포는 공간적 정보와 비공간적 감각정보를 기록하는 두 종류로 이뤄져 해마의 상하층으로 질서정연하게 배열된 것을 밝혀냈다. 지금까지 장소세포는 단일한 형태와 메커니즘으로 작동하면서 수평적 위치에 따라 다른 기능을 수행하는 것으로 추정됐다. 이번 연구에서 깊이에 따른 수직적 분포에 따라 기능을 달리한다는 것을 새롭게 찾아냈다. ●기억 관련 질병 치료·AI 개발 활용 로이어 박사는 “이번 연구는 동물과 인간에게서 기억이라는 기능을 담당하는 해마가 장소와 관련된 추상적 정보를 어떻게 처리하는지 이해하는 데 한발 더 다가섰다”며 “치매나 기억상실증 같은 기억 관련 질환들의 치료법을 개발하거나 새로운 인공지능(AI) 알고리즘을 연구하는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

한 달에 5일 다이어트만으로도 체중을 줄이고 건강도 개선할 수 있는 방법을 과학자들이 개발했다. 미국 남가주대(USC), 독일 샤리테대 대학병원, 이탈리아 국립 분자종양학 암센터, 사피엔짜대 공동연구진은 한 달에 닷새만 식이조절을 하더라도 노화와 당뇨, 암, 심혈관 질환을 예방할 수 있다는 연구결과를 발표했다. 이번 연구성과는 의학 및 생물학 분야 국제학술지 ‘사이언스 중개의학’ 15일자에 실렸다. ●美 연구진 ‘간헐적 금식 프로그램’ 개발 연구팀은 ‘금식모방 다이어트’(fasting-mimicking diet) 프로그램을 만들어 한 달 중에 5일 동안만 탄수화물과 단백질을 줄이고 불포화지방산이 많이 포함된 음식을 중심으로 하루 700~1100㎉만 섭취하도록 했다. 일반적으로 성인 기준 하루 섭취 권장 칼로리는 2000~2500㎉인데 금식모방 다이어트에서는 이것의 절반에서 3분의1 수준을 유지토록 한 것이다. 불포화지방산은 고등어와 꽁치 같은 등 푸른 생선과 호두, 땅콩 등 견과류에 많이 함유돼 있다. ●고등어·견과류 등 불포화지방산 섭취 연구팀은 우선 비만과 체내 염증이 생기도록 유도한 생쥐들에게 이 같은 식이요법을 실시한 결과 혈당이 떨어지고 염증 수치가 줄어들면서 체중이 주는 것을 확인했다. 이후 71명의 성인남녀를 대상으로 3개월 동안 금식모방 다이어트 프로그램을 운영한 결과 평균 2.6㎏의 체중이 감소한 것이 확인됐다. 또 IGF1이라는 호르몬 수치와 혈압과 혈당, 중성지방, 염증표지자 단백질도 낮아지는 것이 확인됐다. IGF1은 유아나 청소년들에게는 성장에 꼭 필요한 호르몬이지만 성인에게는 노화를 촉진시키는 원인물질로 알려져 있다. ●암·노화·당뇨·성인병 등 예방 효과 발터 롱고 남가주대 생명과학과 교수는 “이번에 발견한 다이어트 방법은 각종 성인병 위험이 높은 환자들에게 더 효과적이라는 것이 확인됐다”며 “추가적인 연구가 필요하겠지만 간헐적 금식이 건강한 신진대사 시스템을 유지하는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

김정은 북한 노동당 위원장의 이복형인 김정남(46)이 지난 13일 말레이시아에서 피살됐다. 김정남은 독살된 것으로 보인다. 하지만 김정남 암살에 쓰인 독극물이 정확하게 무엇인지는 아직까지 밝혀지지 않았다. 국내외 전문가들은 브롬화네오스티그민이 사용됐을 가능성이 있다고 추정했다. 북한이 과거에도 이 성분을 독침 테러에 써왔기 때문이다. 브롬화네오스티그민은 부교감신경흥분제로 사람에게 소량만 투여해도 사망에 이르게 하는 맹독성 물질이다. 체내 신경전달물질인 아세틸콜린의 분해를 막아 발한, 구토, 근육수축, 호흡곤란 등의 증상을 야기한다. 논문에 따르면 생쥐의 경우 복강 내 투여했을 때 치사량은 0.1㎎/1㎏이다. 이 치사량을 사람에게 대입해보면 몸무게가 100㎏일 때 10㎎만 투입돼도 사망에 이를 수 있다. 동물은 치사량이 들어갔을 때 4∼5분이면 사망하고 사람도 10분 이내에 사망한다. 아트로핀이라는 약물을 해독제로 사용할 수 있지만 즉시 처치하지 않으면 소생이 힘든 것으로 알려졌다. 2011년 9월 대북전단을 살포해온 자유북한운동연합 박상학 대표를 독침으로 살해하려다 체포된 북한 간첩의 소지품에서 브롬화네오스티그민 성분이 묻은 독침이 발견됐다. 그해 8월 중국 단둥(丹東)에서 탈북자를 지원하던 패트릭 김 목사 역시 북한 공작원의 소행으로 추정되는 독침 공격으로 쓰러져 숨졌다. 김 목사의 혈액에서는 브롬화네오스티그민이 검출된 것으로 전해졌다. 김정남의 체내에 독극물을 어떻게 주입됐는지는 아직 명확하지 않다. 독침, 독액 스프레이, 독이 묻은 천 등 암살 수법을 놓고 증언이 엇갈린다. 구체적 정황이 확인되지 않은 가운데 브롬화네오스티그민이 사용된 것이 맞다면 스프레이로는 치사량을 투여하기가 쉽지 않았을 것이라는 게 전문가의 입장이다. 단 고용량의 브롬화네오스티그민을 호흡기를 통해 바로 흡입할 수 있게 분사했다면 얘기가 달라진다. 김형식 성균관대 약대 교수는 15일 연합뉴스를 통해 “브롬화네오스티그민이 맹독 물질이긴 하지만 구강에 분사하는 방식으로 호흡기에 바로 주입하지 않는 이상 치명적이지는 않았을 것”이라며 “(독침과 같은) 주사가 아니고서야 빠르게 사망하기는 어렵다”고 말했다. 일각에서는 흔히 청산가리로 불리는 시안화칼륨이 사용됐을 가능성도 제기한다. 황산 등 산과 결합하면 기화한다는 측면에서 스프레이를 통한 분사가 가능하리라는 생각에서다. 그러나 이에 관해서는 이론도 나온다. 김 교수는 “독극물이 묻은 천이나 스프레이로 사람을 죽이려면 흡입을 할 수 있는 물질이어야 한다”며 “청산가리는 실제 먹어야 사망하기 때문에 (상대방에) 흡입시키는 것 만으로는 사망에 이르게 하기는 어렵다”고 말했다. 그는 이어 “흡입으로 죽었다면 지하철 사고에서 나오는 것 같은 강력한 독성물질을 대량으로 흡입하는 경우가 있을 수 있겠지만, 공항에서 그런 물질을 대량 살포했다면 암살자나 주변 사람들도 큰 피해를 봤을 것”이라고 덧붙였다. 이밖에 1995년 발생한 옴진리교의 도쿄 지하철 테러에 사용된 맹독성 신경가스인 사린도 김정남 암살에 사용됐을 가능성이 있는 독극물로 거론된다. 사린은 액체와 기체 상태로 존재하며 호흡기, 눈, 피부를 통해 인체에 흡수돼 수 분내에 호흡근육을 마비시켜 사망에 이르게 하는 치명적인 물질이다. 장은석 기자 esjang@seoul.co.kr

1590년 네덜란드 안경 제작자인 자카리아스 얀센이 발명한 현미경은 눈에 보이지 않는 미생물과 세포를 관찰할 수 있게 해 생물학을 비약적으로 발전시키는 데 일조했다. 이후 과학자들은 ‘몸속을 효과적으로 관찰할 수 있는’ 기술 개발에 골몰하게 됐다.1895년 독일 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 우연히 발견한 엑스선은 사람의 몸속을 들여다볼 수 있게 해준 첫 번째 영상진단 기술이다. 그로부터 80년 정도 지나 엑스선 촬영의 진화인 컴퓨터단층촬영(CT) 기법이 개발됐다. 1971년에 선보인 CT는 원통 모양의 기계에서 엑스선으로 인체 각 부분을 촬영한 뒤 이를 재조합해 영상으로 표시해 보여 주는 것이다. CT를 개발한 앨런 코맥, 고드프리 하운스필드 박사는 1979년 노벨생리의학상을 받았다. CT와 함께 정밀 영상진단에 많이 쓰이는 것이 자기공명영상장치(MRI)다. 폴 라우터버와 피터 맨스필드 박사는 1973년 MRI를 개발한 지 30년 만에 노벨생리의학상을 수상했다. MRI는 CT와는 달리 방사선 피폭 걱정 없이 인체에 무해하고 정확한 방식으로 인체 장기의 영상을 얻을 수 있다는 장점이 있다.MRI는 핵자기공명(NMR)이라는 물리학 원리를 영상화한 기술로, 인체의 70%를 차지하는 물분자를 이루는 수소원자를 이용한다. MRI에 장착된 고감도 자기센서는 신체조직의 물이 만드는 미약한 자기장의 변화를 감지해 내부 코일로 증폭시켜 위치와 세기를 등고선처럼 나타낸다. 이를 컴퓨터가 변환시켜 신체 영상으로 보여 준다. 횡단면만 촬영이 가능한 CT와 달리 종·횡단면을 모두 찍을 수 있는 MRI가 더 선명하게 신체 내부를 볼 수 있다. 좀더 정확한 영상을 얻기 위해 조영제를 활용한다. 조영제는 MRI를 찍기 전 주사해 원하는 부위의 영상을 선명하게 보이게 만드는 약품으로 세포를 현미경으로 관찰하기 전에 염색시키는 것과 같은 원리다. 문제는 기존에 나와 있는 조영제는 질병 발생 부위와 주변 정상 부위를 모두 염색해 병변 부위가 또렷하게 보이지 않게 되는 문제가 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 천진우(연세대 화학과 특훈교수) 단장팀이 질병 부위만 선택적으로 찾아내 MRI 신호를 강하게 내보내는 ‘나노MRI 램프’라는 일종의 나노물질 조영제를 개발하고 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 7일자에 발표했다. 연구팀은 자성물질의 거리에 따라 MRI 신호 강도가 달라지는 자기공명튜너(MRET) 현상을 처음으로 발견했다. 이를 활용해 자성을 띠는 나노입자와 상자성(常磁性) 물질, 생체인자 인식물질로 구성된 나노MRI 램프를 개발했다. 생체인자 인식물질이 암세포 같은 특정 단백질을 인식하면 상자성 물질이 암세포에 가까워지는 대신 자성나노입자와 멀어지면서 나노MRI 램프가 켜지는 방식이다. 이렇게 되면 주변 조직보다 병변 조직이 최대 10배 이상 밝게 보이기 때문에 기존 MRI 조영제를 사용했을 때보다 명확한 고감도 영상을 구현할 수 있다. MRI 검사 후 정확한 진단을 위해 세포나 조직 일부를 떼어내 검사하는 생검도 필요 없게 돼 의료진과 환자의 번거로움이 사라질 수 있다. 실제로 연구팀은 생쥐에게 암을 유발시킨 뒤 나노MRI 램프와 기존 조영제로 진단을 실시한 결과 나노MRI 램프가 암 발병 부위를 정확하고 선명하게 보여 주는 것을 확인했다. 천 단장은 “나노MRI 램프는 기존의 MRI 진단보다 높은 정확도와 민감도를 갖고 있어 분자 수준에서 질병을 관찰하고 진단하는 영상진단의 신개념을 제시한 것”이라며 “분자들의 결합과 해리 등 상호작용을 관찰할 수 있기 때문에 의학 분야뿐만 아니라 다양한 생명현상 연구에 도움을 받을 수 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

초등학교 때부터 입시경쟁에 내몰리는 한국 학생들은 항상 잠부족에 시달리고 있다. 질병관리본부의 청소년건강행태 온라인 조사결과를 보면 우리나라 중학생은 평균 7.1시간, 고등학생은 5.7시간 자는 것으로 나타났다. 의학계에서 권고하고 있는 청소년 적정수면시간인 8시간에 못 미치고 있다. 이처럼 잠이 만성적으로 부족하게 되면 일시적인 기억력 감퇴는 물론 심할 경우 단기 기억상실증까지 유발할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 학업성적을 높이기 위해서는 무조건 잠을 줄여가면서 공부하는 것보다는 충분한 수면시간을 확보하는 것이 더 중요하다는 의미다. 미국 존스홉킨스대 의대 신경과학과와 생물화학과 연구진은 수면부족이나 불면증 같은 수면장애가 오래 지속되거나 수면제를 자주 복용하면 기억과 관련된 뇌 속 화학반응 시스템을 교란시켜 기억력을 떨어뜨리게 된다는 연구결과를 발표했다. 이번 연구는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 3일자에 발표됐다. 외부에서 정보가 들어오면 시냅스(뇌 신경세포)가 변화되면서 기억으로 저장된다. 문제는 외부에서 끊임없이 정보가 들어와 시냅스의 신경전달물질이 방출되면 학습과 기억에 도리어 방해가 된다는 것이다. 연구팀은 실제로 생쥐가 깨어있을 때와 잠을 잘 때 기억과 관련된 해마와 대뇌피질 부분을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰했다. 그 결과 잠이 든 생쥐는 시냅스 수용체 단백질의 수치를 평소보다 20% 낮춰 기억을 정리하는 과정을 갖는다는 사실을 알게 됐다. 반면 잠을 자지 못하고 깨어있는 생쥐는 시냅스 수용체 단백질이 과다하게 발현돼 학습 내용을 장기기억으로 전환시키지 못했다. 이 과정에서 뇌 신경세포의 칼슘과 노르아드레날린 제어에 관련된 ‘Homer1a’라는 유전자가 깊이 관여한다는 사실도 밝혀냈다. 깨어있는 시간이 길면 길수록 많은 칼슘과 노르아드레날린이 분비되는데 이렇게 될 경우 뇌 신경세포는 지나치게 자극을 받고 결국 세포 손상을 일으킬 수 있다. 잠을 자는 동안 Homer1a 유전자가 칼슘과 노르아드레날린 수치를 낮추고, 뇌 신경세포가 학습된 것을 기억하기 위해 재조정을 한다는 것이다. 리처드 후가니어 신경과학과 교수는 “이번 연구는 수면부족이 살아있는 동물의 항상성을 약화시키는데 결정적 역할을 한다는 최초의 증거”라며 “깨어있는 중에 아무리 많은 정보를 머릿 속에 넣더라도 잠을 통해 충분한 뇌 신경세포의 재조정 시간을 갖지 못한다면 기억 상실이나 기억력 퇴보가 일어날 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

　초등학교 때부터 입시경쟁에 내몰리는 한국 학생들은 항상 잠부족에 시달리고 있다. 질병관리본부의 청소년건강행태 온라인 조사결과를 보면 우리나라 중학생은 평균 7.1시간, 고등학생은 5.7시간 자는 것으로 나타났다. 의학계에서 권고하고 있는 청소년 적정수면시간인 8시간에 못 미치고 있다.　이처럼 잠이 만성적으로 부족하게 되면 일시적인 기억력 감퇴는 물론 심할 경우 단기 기억상실증까지 유발할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 학업성적을 높이기 위해서는 무조건 잠을 줄여가면서 공부하는 것보다는 충분한 수면시간을 확보하는 것이 더 중요하다는 의미다. 　미국 존스홉킨스대 의대 신경과학과와 생물화학과 연구진은 수면부족이나 불면증 같은 수면장애가 오래 지속되거나 수면제를 자주 복용하면 기억과 관련된 뇌 속 화학반응 시스템을 교란시켜 기억력을 떨어뜨리게 된다는 연구결과를 발표했다. 이번 연구는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 3일자에 발표됐다. 　외부에서 정보가 들어오면 시냅스(뇌 신경세포)가 변화되면서 기억으로 저장된다. 문제는 외부에서 끊임없이 정보가 들어와 시냅스의 신경전달물질이 방출되면 학습과 기억에 도리어 방해가 된다는 것이다. 연구팀은 실제로 생쥐가 깨어있을 때와 잠을 잘 때 기억과 관련된 해마와 대뇌피질 부분을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰했다. 그 결과 잠이 든 생쥐는 시냅스 수용체 단백질의 수치를 평소보다 20% 낮춰 기억을 정리하는 과정을 갖는다는 사실을 알게 됐다. 반면 잠을 자지 못하고 깨어있는 생쥐는 시냅스 수용체 단백질이 과다하게 발현돼 학습 내용을 장기기억으로 전환시키지 못했다. 　이 과정에서 뇌 신경세포의 칼슘과 노르아드레날린 제어에 관련된 ‘Homer1a’라는 유전자가 깊이 관여한다는 사실도 밝혀냈다. 깨어있는 시간이 길면 길수록 많은 칼슘과 노르아드레날린이 분비되는데 이렇게 될 경우 뇌 신경세포는 지나치게 자극을 받고 결국 세포 손상을 일으킬 수 있다. 잠을 자는 동안 Homer1a 유전자가 칼슘과 노르아드레날린 수치를 낮추고, 뇌 신경세포가 학습된 것을 기억하기 위해 재조정을 한다는 것이다. 　리처드 후가니어 신경과학과 교수는 “이번 연구는 수면부족이 살아있는 동물의 항상성을 약화시키는데 결정적 역할을 한다는 최초의 증거”라며 “깨어있는 중에 아무리 많은 정보를 머릿 속에 넣더라도 잠을 통해 충분한 뇌 신경세포의 재조정 시간을 갖지 못한다면 기억 상실이나 기억력 퇴보가 일어날 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

커피나 차(茶)를 마시면 혈액 내 화학물질을 줄여 장수에 도움이 된다는 연구결과가 나왔다. 커피를 마시는 사람들이 그렇지 않은 이들보다 더 오래 사는 경향이 있다는 것은 기존 여러 연구를 통해 나타났고 과학자들은 오랫동안 이런 결과를 궁금해했다. 그런데 이제 미국 스탠퍼드대 연구진의 연구를 통해 커피나 차를 마시는 식습관이 왜 우리에게 유익한지에 대한 구체적 이유에 접근할 수 있었다고 영국 일간 데일리메일은 16일(현지시간) 보도했다. 커피나 차, 또는 일부 음료에 함유된 성분인 카페인은 염증을 촉진하는 혈액 내 화학물질들을 차단한다. 염증이 생긴 혈관은 더 뻣뻣해질 가능성이 큰데 이는 심장질환의 위험 인자 중 하나가 된다. 또 염증은 다른 여러 질병에서 핵심적인 역할을 한다고 이번 연구는 밝히고 있다. 연구진이 염증과 관련한 이런 화학물질이 적은 사람들의 혈액을 채취해 검사한 결과 이들의 혈류에는 카페인이 더 많이 들어있는 것으로 나타났다. 또한 추가 조사에서 예상대로 염증 관련 화학물질이 적은 사람들은 다른 참가자들보다 커피를 더 많이 마신 것으로 확인됐다. 이뿐만 아니라 초콜릿에서 발견되는 화학물질인 테오브로민도 항염증 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 물론 카페인만큼 두드러지지는 않았다. 연구를 이끈 스탠퍼드대 면역·이식·감염연구소 부교수 데이비드 퍼먼 박사는 “비전염성 질병의 90% 이상이 만성 염증과 관련이 있다”고 말한다. 그는 “카페인 섭취가 장수와 관련돼 있다는 것도 잘 알려졌다. 많은 연구는 이런 연관성을 보여줘 왔다”면서 “우리는 왜 이런 결과가 나올 수 있는지에 가능성 있는 이유를 발견했다”고 설명했다. 연구에 참여한 마크 데이비스 미생물·면역학 교수는 “우리 결과는 노화와 관련한 근원적인 염증 과정이 심혈관계 질환뿐만 아니라 우리가 표적으로 삼아 밝혀내야 하는 분자적인 사건들을 차례차례 일으킨다는 것을 보여준다”고 말했다. 연구진은 20~30세 참가자를 대상으로 한 이번 연구와 60세 이상 참가자를 대상으로 한 또 다른 연구 자료를 통해 카페인 함유 음료를 더 많이 마시는 경향이 있는 사람들은 혈액 내 염증 관련 화합물 수치가 낮다는 것을 발견했다. 인간 세포 배양 실험실에서 진행한 추가 검사에서도 카페인이 염증을 유발하는 화학물질을 퇴치하는데 적극적인 역할을 하는 것으로 나타났다. 카페인에 의해 퇴치되는 주요 화학물질은 인터류킨-1-베타(Interleukin-1-beta·이하 IL-1-베타)라고 불린다. IL-1-베타가 생쥐에 주입됐을 때 고혈압과 함께 대규모 전신 염증이 유발됐다. 감염과 싸우는 면역세포인 백혈구가 유발돼 실험용 쥐들의 신장을 막아버리는 현상도 나타났다. 또한 더 많은 혈소판이 생겼는데 혈액이 응고될 가능성을 키웠다. 데이비드 박사는 “많은 사람이 마시고 실제로 마시길 좋아하는 그 음료가 우리에게 놀라운 직접적인 혜택을 가져다 줄지도 모른다”고 말했다. 또한 “우리가 보여준 것은 카페인 섭취와 장수 간의 상관관계”라면서 “우리는 실험실 검사에서 왜 그렇게 되는지에 관한 매우 그럴듯한 메커니즘을 보여줬다”고 말했다. 이번 연구결과는 ‘네이처 메디신’(Nature Medicine) 최신호에 실렸다. 사진=ⓒ 포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

최근 녹조로 변한 연못을 잔디로 착각한 견공의 귀여운 실수 장면이 포착된 영상이 눈길을 끌고 있습니다. 유튜브와 각종 동영상 플랫폼을 통해 공유되고 있는 이 영상은 연못에 떠있는 오리들 모습으로 시작합니다. 그런 오리들을 잡기 위해 견공 한 마리가 전속력으로 질주합니다. 하지만 녹색으로 물든 연못을 잔디로 착각한 견공은 주인의 주의를 들을 새도 없이 연못으로 몸을 던집니다. 순식간에 물에 빠진 생쥐 꼴이 된 녀석은 허겁지겁 물 밖으로 나와 몸을 텁니다. 영상이 공개되자 누리꾼들은 “녹조 연못을 잔디로 착각한 견공 모습이 귀엽다”는 반응을 보이고 있습니다. 또 견공의 습격에도 별다른 반응을 보이지 않은 “태연한 오리들의 모습도 재미있다”는 반응을 보였습니다. 영상을 게재한 이는 “견공이 연못에서 수영하는 오리들을 잔디에서 노는 것으로 착각했다. 오리들을 쫓기 위해 힘껏 달린 견공은 결국 물에 빠지고 말았다”며 당시 상황을 전했다. 사진 영상=유튜브 영상팀 seoultv@seoul.co.kr

2016년 세계 과학계는 연초부터 숨가쁘게 움직였다. 2월 말 아인슈타인이 상대성 이론을 발표하면서 예측했던 중력파의 존재가 발견됐다는 소식을 시작으로 3월에는 인공지능 알파고와 바둑천재 이세돌 9단의 대결, 하반기에는 지구와 가장 가까운 거리에 있는 골디락스 행성 ‘프록시마b’의 발견 등이 대표적이다. 국내 과학계는 한국과학기술연구원(KIST) 설립 50주년을 맞아 ‘대한민국 과학기술 50주년’이라는 모토로 다채로운 과학기술 관련 행사를 열었음에도 불구하고 하반기 복잡한 정국 상황 때문에 기억에 남는 행사는 없다. 그렇지만 ‘음지에서 양지를 지향한다’는 어느 기관처럼 항상 그렇듯이 연구자들은 사회의 스포트라이트와 상관없이 지금 이시간에도 묵묵히 연구현장을 지키고 있다. 올해 국내 과학계에서 선보일 새로운 연구성과는 무엇들이 있을까. ● “숨만 쉬어봐, 어떤 질병인지 알려줄께” 질병진단 정밀호흡센서 등장 현재 천식이나 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 폐암, 폐결핵 등을 진단하기 위해서는 혈액을 채취하거나 조직 검사, 컴퓨터 단층촬영(CT) 같은 영상 진단 등 을 거쳐야 하기 때문에 환자는 시간 및 비용 부담이 크다. 음주측정기처럼 간단하게 숨쉬는 것만으로도 각종 질환여부를 진단할 수 있다면 얼마나 편할까. 실제로 사람이 숨을 쉬면서 내뱉는 호흡 속에는 다양한 휘발성 유기화합물 가스들이 포함돼 있는데 이 중 일부는 질병과 밀접한 연관성이 있다. 예를 들어 아세톤은 당뇨, 톨루엔은 폐암, 황화수소는 구취 등과 연관돼 있다. 현재도 호흡 속 가스를 분석하는 장비가 있지만 크기가 커서 휴대가 불가능하기 때문에 의료기관에서만 사용할 수 있으며 혈액검사에 비해 정확도도 떨어진다는 단점이 있다. 올해 안에 국내 연구진이 호흡만으로도 각종 질병을 진단할 수 있는 초소형 센서가 등장할 예정이다. 이 센서는 음주측정기처럼 가벼울 뿐만 아니라 혈액 검사만큼 정확하다. 이 센서는 기체분자 1000만개 중 1개를 인식하는 ppb 수준의 유기 화합물 가스를 검출할 수 있다. 나노 촉매를 이용하기 때문에 휴대가 편리한 것은 물론 무선통신 시스템과 연결해 스마트폰과 연동돼 원격진료에도 활용할 수 있다. 원격진료와 관련해 멀리 떨어진 환자의 초음파 영상 진단과 검진이 가능한 이동식 소형 경량 의료용 로봇도 올해 등장한다. 의료기관이 멀리 떨어져 있는 산간이나 도서벽지에서 환자가 발생했을 경우 인터넷으로 연결해 초음파 영상을 촬영하고 기계 손으로 진료를 할 수 있는 일종의 의사 ’아바타 로봇’인 셈이다. 이 로봇에는 ‘햅틱 인터페이스 기술’이 적용돼 의사가 로봇과 인터넷으로 연결돼 로봇팔로 환자를 맥진했을 경우 환자를 누르거나 만지는 힘을 멀리서도 정밀하게 느껴질 수 있다. 이 때문에 오지에 있는 환자를 간단하게 진료하거나 만성질환자 관리에 도움을 줄 것으로 기대된다. 최근 미용 목적으로 무분별하게 시행되고 있어서 문제가 되고 있지만 악안면 성형수술은 윗턱과 아래턱의 기형 때문에 치아가 맞지 않아 얼굴 모양의 변형에 문제가 있는 이들을 대상으로 수행되는 외과수술이다. 특히 턱 신경과 관련돼 있기 때문에 정밀하고 복잡한 수술로 알려져 있다. 치아 임플란트 수술도 최근 많이 시행되고 있지만 자칫 치아신경을 건드려 안면마비가 생기는 경우도 종종 생긴다. 이들 수술 뿐만 아니라 두개골 함몰 재건수술 같이 근육과 신경이 복잡하게 지나가는 수술은 사전 준비가 복잡하고 어렵다. 이 때문에 3차원(3D) 환자맞춤형 모델링 영상기술을 이용해 환자의 정밀한 입체영상을 만들어 수술부위를 사전에 정확하게 파악한 뒤 수술에서 필요한 사항과 수술시 발생할 수 있는 상황을 사전에 파악할 수 있는 수술계획 소프트웨어가 올해 등장해 복잡한 수술의 성공률이 한층 높아질 것으로 예상된다. ●더 정확한 내비게이션…백색소음으로 잡는 층간소음 우리나라 인구의 65%, 대도시 인구의 80% 이상이 아파트나 연립주택 같은 공동주택에 거주하고 있다. 이 때문에 최근 가장 큰 사회적 문제가 되고 있는 것은 다름 아닌 ’층간소음’. 특히 요즘처럼 실내 활동이 많은 겨울철에는 층간소음 피해가 급증하고 있다. 심할 경우 이웃간 살인사건까지 벌어질 정도로 심각하다. 층간 소음의 50~60%는 아이들이 뛰거나 어른들이 걷는 것처럼 일상생활에서 발생하는 어쩔 수 없는 소음이 대부분이다. 층간소음을 줄이기 위해서는 건물 설계단계부터 저감기술을 적용하고 거실에 카펫처럼 흡음제를 깔아주는 것이 방법이 될 수 있지만 층간소음을 완전히 줄일 수는 없는 것이 사실이다. 이 때문에 국내 연구진은 사물인터넷(IoT)와 빅데이터 기술을 활용해 층간소음 문제를 해결할 수 있는 방안을 연구하고 있다. 소음별 크기와 지속시간, 거주자의 연령과 연령에 따라 싫어하는 소리, 소리의 주파수를 분석해 특정 주파수를 이용해 윗층에서 발생하는 소음을 중화시키는 방식이다. 이렇게 될 경우 굳이 윗층과 아래층 사이에 소리를 막는 두꺼운 마감재를 넣을 필요가 없게 돼 공사 비용도 줄이고 손쉽게 층간소음을 없앨 수 있을 것으로 예상된다. 자동차 운전자에게 필수품이 된 내비게이션의 정확도를 높이는 기술도 올해 등장한다. 현재 내비게이션 GPS 오차범위는 10m 정도 되지만 이를 70㎝ 이내로 줄이는 초정밀 GPS 위성보정 시스템이 그것이다. 현재와 같은 오차범위를 가진 시스템에서는 교차로가 복잡하게 엉켜이는 도심이나 고속도로의 진출입로가 여러 개인 곳은 헷갈려 원하는 곳이 아닌 전혀 다른 장소로 빠져나가게 돼 난감할 때가 간혹 있다. 그러나 초정밀 GPS 보정시스템은 2만2000㎞ 상공에 있는 위성이 내려보내는 위치정보 신호를 국내 7개 기지국에서 받아 중앙처리국에 보낸 뒤 보정값을 계산해 다시 위성에 쏘아올리고 내려받는 방식이다. 7개 기지국에서 받은 정보를 보정해 다시 받기 때문에 GPS 정보의 정확도는 그만큼 더 높아지게 된다. 초정밀 GPS는 일반 차량이나 항공기의 내비게이션 뿐만 아니라 자율주행차, 드론 등 무인이동체를 활용하는데 있어서 반드시 필요한 시스템이다. 이 기술이 상용화되는 2020년경이 되면 내비게이션 때문에 잘못된 길을 들어설 일은 없을 것으로 보인다. ●김치유산균으로 아토피 잡고, 슈퍼컴으로 작황 예측 영유아와 어린이들에게서 주로 나타나는 심한 가려움증을 유발하는 만성적 염증성 피부질환인 아토피 피부염은 부모들의 고민꺼리다. 환경오염, 식품첨가물, 집먼지와 진드기 등이 원인으로 알려져 있지만 정확한 발병원인이 알려지지 않은 상태다. 김치가 아토피 피부염에 효과가 있다는 이야기는 이전에도 많이 있었지만 아토피를 앓는 연령대가 대부분 김치 먹기를 어려워하는 영유아들이다. 이 때문에 김치에서 유용한 유산균만 추출해 알약 형태로 만들거나 가루형태로 만들어 우유나 물에 타먹기 좋게 만들 필요가 있었다. 최근 개발이 완료된 김치 유산균 ‘와이셀라 시바리아 WIKIM28’이 바로 그것이다. 이번에 개발한 WIKIM28은 아토피 피부염을 유발시킨 동물을 이용한 실험에서 아토피 피부염과 관련한 가려움과 붓기 등 증상을 40% 정도 줄일 뿐만 아니라 아토피 피부염을 일으키는 것으로 알려진 혈중 면역글로불린E(IgE) 생성을 절반 가까이 억제하는 것으로 나타났다. 최근 연구진이 민간기업과 기술이전 협상을 벌이고 있는 만큼 조만간 제품으로 선보일 수 있을 것으로 예상된다. 전 세계 식량전쟁에 대비한 연구도 올해 가시적인 성과가 나올 것으로 보인다. 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 통해 식량 작물의 미래 생산성을 세계에서 가장 높은 정확도로 예측하는 기술이다. 전국 농경지를 가로 세로 각각 30m 단위로 쪼개 여기서 생산되는 작물의 생산성과 작황을 예측하려는 것. 이를 위해 과학자들은 2000년부터 2080년까지 20년 간격으로 예측을 하는 것을 목표로 기후변화 시나리오, 연도별 변동성, 작물별 특성, 농지의 특성 등 수많은 변수를 계산하기 위해 서버 640대 분량, 중앙처리장치(CPU) 3840개로 구성된 슈퍼컴퓨터를 사용하고 있다. 일반 컴퓨터를 사용할 경우 총 830만 시간, 약 947년이 걸리는 대규모 계산에 해당한다. 이번 예측기술이 완성되면 기후변화 시나리오에 따른 농업 생태계 변화와 미래 주요 식량작물 생산성을 예측해 국내 작물 수급 정책에 반영할 수 있을 것이다. 이 뿐만 아니라 아프리카나 동남아시아 같이 식량안보 위기 국가를 대상으로 식량생산 예측정보를 제공해 식량원조 정책수립에도 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다. ●영상인식 AI “범인 꼼짝마” 지난해 초 이세돌 9단과 구글 딥마인드의 알파고 대국 이후 인공지능(AI)에 대한 관심이 높아지고 있다. 더군다나 AI와 빅데이터가 ‘4차 산업혁명’의 핵심으로 주목받으면서 기업들도 연구에 적극 나서고 있는 형세다. 국내에서는 사람의 말을 그대로 인식할 수 있는 AI ‘엑소브레인’이 대표적이다. 엑소브레인은 지난해 11월 국내 퀴즈왕들과 장학퀴즈 대결을 펼쳐 압도적 승리를 거두기도 했다. 여기에 최근에는 CCTV 동영상 속 대상을 분석해 추적할 수 있는 시각인식 AI ‘딥뷰’(DeepView)도 조만간 등장할 계획이다. 엑소브레인과 함께 토종 AI인 딥뷰는 CCTV 동영상 속 인물이나 차량을 파악한 뒤 다른 동영상 속에 나타나는 대상이 같은 사람이나 물체임을 인식하는 방식이다. 이전에는 CCTV를 이용해 건물 칩입자나 뺑소니 차량을 찾기 위해서는 동영상을 일일이 돌려보면서 사람이 직접 조사해야 하지만 딥뷰 기술을 활용하면 순식간에 원하는 정보를 찾을 수 있게 된다. 이 밖에도 세계적인 과학저널 ‘네이처’와 ‘사이언스’에서 지난해 미국 대선을 앞두고 차기 대통령이 반드시 알아야할 과학 이슈 중 하나로 꼽힌 유전자 가위 기술 역시 올해 우리가 주목해야 할 연구 중 하나로 예상된다. 최신 유전자 가위기술로 주목받고 있는 ‘크리스퍼 유전자 가위’를 이용해 유전 질환 뿐만 아니라 비유전성 질환 치료 가능성에 국내 연구진이 본격 나설 예정이다. 실제로 생쥐를 이용해 노인성 황반변성 질환을 유전자 가위를 이용해 치료하는 것에 성공하기도 했다. 과학자들은 VEGF라는 성장인자가 망막에 과도하게 증가하면서 노인성 황반변성이 나타난다는 것을 밝혀내고 유전자가위를 주입해 VEGF 유전자 일부를 제거해 치료하는데 성공한 것이다. 이번 연구가 성공할 경우 다양한 유전성 난치병 치료 뿐만 아니라 비유전성 난치병 치료도 가능해질 것으로 예상된다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

2016년 세계 과학계는 연초부터 숨가쁘게 움직였다. 2월 말 아인슈타인이 상대성 이론을 발표하면서 예측했던 중력파의 존재가 발견됐다는 소식을 시작으로 3월에는 인공지능 알파고와 바둑천재 이세돌 9단의 대결, 하반기에는 지구와 가장 가까운 거리에 있는 골디락스 행성 ‘프록시마b’의 발견 등이 대표적이다. 국내 과학계는 한국과학기술연구원(KIST) 설립 50주년을 맞아 ‘대한민국 과학기술 50주년’이라는 모토로 다채로운 과학기술 관련 행사를 열었음에도 불구하고 하반기 복잡한 정국 상황 때문에 기억에 남는 행사는 없다. 그렇지만 ‘음지에서 양지를 지향한다’는 어느 기관처럼 항상 그렇듯이 연구자들은 사회의 스포트라이트와 상관없이 지금 이시간에도 묵묵히 연구현장을 지키고 있다. 올해 국내 과학계에서 선보일 새로운 연구성과는 무엇들이 있을까. ● “숨만 쉬어봐, 어떤 질병인지 알려줄께” 질병진단 정밀호흡센서 등장 현재 천식이나 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 폐암, 폐결핵 등을 진단하기 위해서는 혈액을 채취하거나 조직 검사, 컴퓨터 단층촬영(CT) 같은 영상 진단 등 을 거쳐야 하기 때문에 환자는 시간 및 비용 부담이 크다. 음주측정기처럼 간단하게 숨쉬는 것만으로도 각종 질환여부를 진단할 수 있다면 얼마나 편할까. 실제로 사람이 숨을 쉬면서 내뱉는 호흡 속에는 다양한 휘발성 유기화합물 가스들이 포함돼 있는데 이 중 일부는 질병과 밀접한 연관성이 있다. 예를 들어 아세톤은 당뇨, 톨루엔은 폐암, 황화수소는 구취 등과 연관돼 있다. 현재도 호흡 속 가스를 분석하는 장비가 있지만 크기가 커서 휴대가 불가능하기 때문에 의료기관에서만 사용할 수 있으며 혈액검사에 비해 정확도도 떨어진다는 단점이 있다. 올해 안에 국내 연구진이 호흡만으로도 각종 질병을 진단할 수 있는 초소형 센서가 등장할 예정이다. 이 센서는 음주측정기처럼 가벼울 뿐만 아니라 혈액 검사만큼 정확하다. 이 센서는 기체분자 1000만개 중 1개를 인식하는 ppb 수준의 유기 화합물 가스를 검출할 수 있다. 나노 촉매를 이용하기 때문에 휴대가 편리한 것은 물론 무선통신 시스템과 연결해 스마트폰과 연동돼 원격진료에도 활용할 수 있다. 원격진료와 관련해 멀리 떨어진 환자의 초음파 영상 진단과 검진이 가능한 이동식 소형 경량 의료용 로봇도 올해 등장한다. 의료기관이 멀리 떨어져 있는 산간이나 도서벽지에서 환자가 발생했을 경우 인터넷으로 연결해 초음파 영상을 촬영하고 기계 손으로 진료를 할 수 있는 일종의 의사 ’아바타 로봇’인 셈이다. 이 로봇에는 ‘햅틱 인터페이스 기술’이 적용돼 의사가 로봇과 인터넷으로 연결돼 로봇팔로 환자를 맥진했을 경우 환자를 누르거나 만지는 힘을 멀리서도 정밀하게 느껴질 수 있다. 이 때문에 오지에 있는 환자를 간단하게 진료하거나 만성질환자 관리에 도움을 줄 것으로 기대된다. 최근 미용 목적으로 무분별하게 시행되고 있어서 문제가 되고 있지만 악안면 성형수술은 윗턱과 아래턱의 기형 때문에 치아가 맞지 않아 얼굴 모양의 변형에 문제가 있는 이들을 대상으로 수행되는 외과수술이다. 특히 턱 신경과 관련돼 있기 때문에 정밀하고 복잡한 수술로 알려져 있다. 치아 임플란트 수술도 최근 많이 시행되고 있지만 자칫 치아신경을 건드려 안면마비가 생기는 경우도 종종 생긴다. 이들 수술 뿐만 아니라 두개골 함몰 재건수술 같이 근육과 신경이 복잡하게 지나가는 수술은 사전 준비가 복잡하고 어렵다. 이 때문에 3차원(3D) 환자맞춤형 모델링 영상기술을 이용해 환자의 정밀한 입체영상을 만들어 수술부위를 사전에 정확하게 파악한 뒤 수술에서 필요한 사항과 수술시 발생할 수 있는 상황을 사전에 파악할 수 있는 수술계획 소프트웨어가 올해 등장해 복잡한 수술의 성공률이 한층 높아질 것으로 예상된다. ●더 정확한 내비게이션…백색소음으로 잡는 층간소음 우리나라 인구의 65%, 대도시 인구의 80% 이상이 아파트나 연립주택 같은 공동주택에 거주하고 있다. 이 때문에 최근 가장 큰 사회적 문제가 되고 있는 것은 다름 아닌 ’층간소음’. 특히 요즘처럼 실내 활동이 많은 겨울철에는 층간소음 피해가 급증하고 있다. 심할 경우 이웃간 살인사건까지 벌어질 정도로 심각하다. 층간 소음의 50~60%는 아이들이 뛰거나 어른들이 걷는 것처럼 일상생활에서 발생하는 어쩔 수 없는 소음이 대부분이다. 층간소음을 줄이기 위해서는 건물 설계단계부터 저감기술을 적용하고 거실에 카펫처럼 흡음제를 깔아주는 것이 방법이 될 수 있지만 층간소음을 완전히 줄일 수는 없는 것이 사실이다. 이 때문에 국내 연구진은 사물인터넷(IoT)와 빅데이터 기술을 활용해 층간소음 문제를 해결할 수 있는 방안을 연구하고 있다. 소음별 크기와 지속시간, 거주자의 연령과 연령에 따라 싫어하는 소리, 소리의 주파수를 분석해 특정 주파수를 이용해 윗층에서 발생하는 소음을 중화시키는 방식이다. 이렇게 될 경우 굳이 윗층과 아래층 사이에 소리를 막는 두꺼운 마감재를 넣을 필요가 없게 돼 공사 비용도 줄이고 손쉽게 층간소음을 없앨 수 있을 것으로 예상된다. 자동차 운전자에게 필수품이 된 내비게이션의 정확도를 높이는 기술도 올해 등장한다. 현재 내비게이션 GPS 오차범위는 10m 정도 되지만 이를 70㎝ 이내로 줄이는 초정밀 GPS 위성보정 시스템이 그것이다. 현재와 같은 오차범위를 가진 시스템에서는 교차로가 복잡하게 엉켜이는 도심이나 고속도로의 진출입로가 여러 개인 곳은 헷갈려 원하는 곳이 아닌 전혀 다른 장소로 빠져나가게 돼 난감할 때가 간혹 있다. 그러나 초정밀 GPS 보정시스템은 2만2000㎞ 상공에 있는 위성이 내려보내는 위치정보 신호를 국내 7개 기지국에서 받아 중앙처리국에 보낸 뒤 보정값을 계산해 다시 위성에 쏘아올리고 내려받는 방식이다. 7개 기지국에서 받은 정보를 보정해 다시 받기 때문에 GPS 정보의 정확도는 그만큼 더 높아지게 된다. 초정밀 GPS는 일반 차량이나 항공기의 내비게이션 뿐만 아니라 자율주행차, 드론 등 무인이동체를 활용하는데 있어서 반드시 필요한 시스템이다. 이 기술이 상용화되는 2020년경이 되면 내비게이션 때문에 잘못된 길을 들어설 일은 없을 것으로 보인다. ●김치유산균으로 아토피 잡고, 슈퍼컴으로 작황 예측 영유아와 어린이들에게서 주로 나타나는 심한 가려움증을 유발하는 만성적 염증성 피부질환인 아토피 피부염은 부모들의 고민꺼리다. 환경오염, 식품첨가물, 집먼지와 진드기 등이 원인으로 알려져 있지만 정확한 발병원인이 알려지지 않은 상태다. 김치가 아토피 피부염에 효과가 있다는 이야기는 이전에도 많이 있었지만 아토피를 앓는 연령대가 대부분 김치 먹기를 어려워하는 영유아들이다. 이 때문에 김치에서 유용한 유산균만 추출해 알약 형태로 만들거나 가루형태로 만들어 우유나 물에 타먹기 좋게 만들 필요가 있었다. 최근 개발이 완료된 김치 유산균 ‘와이셀라 시바리아 WIKIM28’이 바로 그것이다. 이번에 개발한 WIKIM28은 아토피 피부염을 유발시킨 동물을 이용한 실험에서 아토피 피부염과 관련한 가려움과 붓기 등 증상을 40% 정도 줄일 뿐만 아니라 아토피 피부염을 일으키는 것으로 알려진 혈중 면역글로불린E(IgE) 생성을 절반 가까이 억제하는 것으로 나타났다. 최근 연구진이 민간기업과 기술이전 협상을 벌이고 있는 만큼 조만간 제품으로 선보일 수 있을 것으로 예상된다. 전 세계 식량전쟁에 대비한 연구도 올해 가시적인 성과가 나올 것으로 보인다. 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 통해 식량 작물의 미래 생산성을 세계에서 가장 높은 정확도로 예측하는 기술이다. 전국 농경지를 가로 세로 각각 30m 단위로 쪼개 여기서 생산되는 작물의 생산성과 작황을 예측하려는 것. 이를 위해 과학자들은 2000년부터 2080년까지 20년 간격으로 예측을 하는 것을 목표로 기후변화 시나리오, 연도별 변동성, 작물별 특성, 농지의 특성 등 수많은 변수를 계산하기 위해 서버 640대 분량, 중앙처리장치(CPU) 3840개로 구성된 슈퍼컴퓨터를 사용하고 있다. 일반 컴퓨터를 사용할 경우 총 830만 시간, 약 947년이 걸리는 대규모 계산에 해당한다. 이번 예측기술이 완성되면 기후변화 시나리오에 따른 농업 생태계 변화와 미래 주요 식량작물 생산성을 예측해 국내 작물 수급 정책에 반영할 수 있을 것이다. 이 뿐만 아니라 아프리카나 동남아시아 같이 식량안보 위기 국가를 대상으로 식량생산 예측정보를 제공해 식량원조 정책수립에도 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다. ●영상인식 AI “범인 꼼짝마” 지난해 초 이세돌 9단과 구글 딥마인드의 알파고 대국 이후 인공지능(AI)에 대한 관심이 높아지고 있다. 더군다나 AI와 빅데이터가 ‘4차 산업혁명’의 핵심으로 주목받으면서 기업들도 연구에 적극 나서고 있는 형세다. 국내에서는 사람의 말을 그대로 인식할 수 있는 AI ‘엑소브레인’이 대표적이다. 엑소브레인은 지난해 11월 국내 퀴즈왕들과 장학퀴즈 대결을 펼쳐 압도적 승리를 거두기도 했다. 여기에 최근에는 CCTV 동영상 속 대상을 분석해 추적할 수 있는 시각인식 AI ‘딥뷰’(DeepView)도 조만간 등장할 계획이다. 엑소브레인과 함께 토종 AI인 딥뷰는 CCTV 동영상 속 인물이나 차량을 파악한 뒤 다른 동영상 속에 나타나는 대상이 같은 사람이나 물체임을 인식하는 방식이다. 이전에는 CCTV를 이용해 건물 칩입자나 뺑소니 차량을 찾기 위해서는 동영상을 일일이 돌려보면서 사람이 직접 조사해야 하지만 딥뷰 기술을 활용하면 순식간에 원하는 정보를 찾을 수 있게 된다. 이 밖에도 세계적인 과학저널 ‘네이처’와 ‘사이언스’에서 지난해 미국 대선을 앞두고 차기 대통령이 반드시 알아야할 과학 이슈 중 하나로 꼽힌 유전자 가위 기술 역시 올해 우리가 주목해야 할 연구 중 하나로 예상된다. 최신 유전자 가위기술로 주목받고 있는 ‘크리스퍼 유전자 가위’를 이용해 유전 질환 뿐만 아니라 비유전성 질환 치료 가능성에 국내 연구진이 본격 나설 예정이다. 실제로 생쥐를 이용해 노인성 황반변성 질환을 유전자 가위를 이용해 치료하는 것에 성공하기도 했다. 과학자들은 VEGF라는 성장인자가 망막에 과도하게 증가하면서 노인성 황반변성이 나타난다는 것을 밝혀내고 유전자가위를 주입해 VEGF 유전자 일부를 제거해 치료하는데 성공한 것이다. 이번 연구가 성공할 경우 다양한 유전성 난치병 치료 뿐만 아니라 비유전성 난치병 치료도 가능해질 것으로 예상된다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

새해가 되면 많은 사람들이 ‘담배를 끊겠다’ ‘술을 줄이겠다’ 같은 다양한 결심을 하지만 사흘 이상 지속되는 경우가 거의 없다. 특히 ‘다이어트에 성공하겠다’는 결심처럼 지키기 어려운 새해 결심은 없는 것 같다. 살집이 있는 사람들은 몸을 움직이는 것을 꺼리는 경향이 강하기 때문에 이런 결심을 지키기는 더 어려워 보이는 것이 사실이다. 이 때문에 ‘뚱뚱한 사람은 의지가 약하다’라는 말이 있지만 최근 과학자들이 몸을 움직이기 싫어하는 사람은 의지 문제가 아니라 뇌 호르몬 이상 때문일 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 미국 국립보건원 산하 국립당뇨·소화기 및 신장질환연구소(NIDDKD) 알렉세이 크래비츠 박사팀은 신체활동을 꺼리는 것은 뇌 도파민 신호이상과 관련 있다는 동물실험 결과를 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 메타볼리즘’ 최신호에 발표했다. 이전에도 쾌락과 보상에 관여하는 뇌 호르몬인 도파민 신호에 이상이 발생할 경우 음식 섭취량에 영향을 미쳐 살이 찌게 된다는 연구는 있었다. 연구팀은 실험용 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한 쪽은 고지방식을, 다른 한쪽은 일반식을 먹이며 18주 동안 관찰했다. 그 결과 2주째부터 고지방식 섭취 생쥐들은 일반식을 먹는 쥐들보다 눈에 띄게 살이 찌기 시작했고 4주째부터는 움직임이 적은 비만 쥐들의 움직임이 그렇지 않은 쥐들보다 현저하게 느려졌다. 연구팀은 움직임 감소와 체중 증가에 대한 연관관계를 분석했다. 고지방식을 섭취한 쥐들은 실제 체중이 늘기 전부터 이미 움직임이 줄어드는 모습이 관찰됐다. 비만쥐는 대뇌 선조체에서 D2R이라는 단백질이 줄어든 것이 발견됐다. 파킨슨 환자들에게서도 D2R이 줄고 운동능력이 떨어지는데 비슷한 현상이 나타난 것이다. 실제로 날씬한 쥐의 뇌 선조체에서 D2R을 제거한 결과 신체 움직임이 줄어든 것이 확인됐다. 이 때문에 연구진은 신체활동 감소는 비만의 원인이 아닌 비만의 결과일 가능성이 높다고 설명했다. 크래비츠 박사는 “비만에 영향을 주는 다른 요인들도 많지만 이번 연구는 살이 찌면 도파민 신호 시스템을 교란시켜 신체를 덜 움직이게 되고 더 비만에 걸리게 한다는 사실을 보여주는 것”이라며 “이번 연구결과는 의지력이 행동을 좌우한다는 말로 비만인들을 낙인찍는 일을 줄여줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

며칠 새 동장군의 기세가 등등하다. 찬바람까지 가세한 늦은 밤이면 체감온도는 영하 10도를 오르내린다. 한 해가 저물어 갈 때쯤 나타나는 ‘세밑 한파’다. 입시 한파만큼이나 친숙하다. 추위를 즐기는 편은 아니지만 이맘때의 동장군은 그리 밉지가 않다. 한 해를 마감하는 아쉬움과 지난 시간에 대한 그리움이 교차하기 때문이리라…. 고향 친구 몇 명과 함께한 조촐한 송년 모임이 겨울밤의 추억들을 떠올리게 했다. 구들방 아랫목에서 이불을 뒤집어쓴 채 읽었던 만화책이며, 야식으로 먹었던 고구마와 생무의 시원한 맛, 수확이 끝난 밭에서 캐낸 배추 뿌리를 질근질근 씹었던 기억, 쥐불놀이 후반쯤 얼어 버린 팥죽을 나눠 먹었던 동네 친구들과의 무용담들이 세밑에 만난 우정을 더욱 진하게 했다. 겨울밤이면 천장을 야단법석 뛰어다니던 생쥐들을 사로잡곤 했던 경험담에는 손을 마주치며 공감을 표시하는 친구도 있었다. 어느 시인은 “따뜻한 사람이 좋다면 겨울 마음을 가질 일이다”라고 했다. 역설적이게도 겨울이 사람들에게 더 진한 온기를 전해 주는 것은 추위도 꺾지 못했던 정겨운 마음 때문이 아닐까. 이동구 논설위원 yidonggu@seoul.co.kr

스웨덴의 어느 호수. 한 남성이 꽁꽁 언 얼음 위에서 골프채를 휘두르려고 하는데요. 골프공을 향해 있는 힘껏 샷을 날리는 순간 비극이 일어납니다. 골프공 대신 바닥을 있는 힘껏 내리치면서 얼음에 균열이 생긴데다 남성이 중심을 잃고 미끄러지면서 얼음이 완전히 깨진 것입니다. 결국 남성은 물에 빠진 생쥐꼴이 됩니다. 당시 곁에서 이 모습을 촬영하던 친구들이 물에 빠진 남성을 재빨리 구해내 큰 사고는 없었다는 후문입니다. 사진·영상=ViralHog/유튜브 영상팀 seoultv@seoul.co.kr

숨만 잘 쉬어도 머리가 똑똑해질 수 있다는 연구결과가 나와 주목받고 있다. 미국 노스웨스턴대 의대 신경외과와 신경과학과, 심리학과 연구진이 호흡이 사람의 인지기능은 물론 뇌신경을 조정하고 기능을 향상시키기까지 한다는 연구결과를 뇌 신경과학분야 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스’ 최신호에 발표했다. 숨쉬는 것은 단순히 뇌와 신체 곳곳에 산소를 공급하는 기능을 하는 것 뿐만 아니라 부수적으로 호흡의 리듬에 따라 냄새와 기억, 감정과 관련된 뇌 부위의 전기적 신호를 조정함으로써 뇌 여러 부위의 세포에 변화를 줄 수 있다는 설명이다. 1945년 영국의 생리학자 에드거 애드리언 케임브리지대 교수가 전극을 이용해 고슴도치가 숨쉬는 과정에서 두뇌활동과 변화를 측정했다. 애드리언 교수는 호흡기관을 통과하는 공기의 속도가 뇌파의 크기와 빈도에 직접적인 영향을 준다는 사실을 밝혀낸 뒤 생쥐와 다른 작은 동물들을 이용해 호흡과 뇌파의 관계에서도 똑같이 나타났음을 확인했다. 그러나 지금까지는 사람에게서는 호흡과 뇌와 관계가 발견되지 않았다. 연구팀은 약물에 내성을 갖는 측두엽 간질이 심각해 수술을 받는 환자 7명을 대상으로 대뇌피질의 기억형성에 중요한 역할을 하는 후각신경구, 기억과 관련된 해마, 감정처리와 관련된 편도체 등 뇌의 3개 영역에서 뇌파와 환자의 호흡숫자와 방법을 측정했다. 그 결과 뇌파의 속도와 크기가 호흡의 속도와 일치한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 건강한 사람의 호흡은 사고나 감정에 어떤 영향을 미치는지도 확인하기 위해 일련의 행동검사를 실시했다. 그 결과 깊은 호흡을 천천히 할 때 이미지나 단어 같은 것들을 훨씬 잘 기억한다는 것이 확인됐다. 깊은 호흡을 하더라도 코로 할 때와 입으로 할 때 차이가 난다는 사실을 발견하기도 했다. 코로 숨을 쉴 때와 달리 입으로 호흡할 때는 타인의 감정인식과 기억에 별 도움이 되지 않는 것으로 나타났다. 이 때문에 코로 호흡하기 힘든 축농증 환자나 비염 환자들은 정신적 기능 향상을 위해서라도 관련 질환 치료가 필요하다고 연구진은 조언했다. 연구팀은 호흡은 뇌간에 의해 무의식적으로 제어되는 신체 활동으로 정서적 자극이나 정신적 노력에 따라 호흡 패턴이 변경된다고 설명했다. 즉 호흡에 따라 정신적 기능이 변화할 수 있다는 것을 암시한다. 크리스티나 젤라노 신경과학과 교수는 “사람이 숨을 들이마시고 내뱉는 과정에서 편도체, 후각피질과 해마와 같은 뇌의 뉴런까지 자극한다”며 “공황상태에서 호흡이 빨라지는 것은 숨을 빨리 들이마셔서 안정을 되찾기 위한 것으로 외부의 위험한 자극에 대한 반응시간이 빨라지도록 뇌를 순간적으로 재조직하는 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

당뇨약과 혈압약을 합치면 강력한 약효를 가진 항암제가 될 수 있다는 연구결과가 나와 주목받고 있다. 스위스 바젤대 생명과학센터 마이클 홀 박사팀은 혈당을 낮춰줄 뿐만 아니라 일부 항암효과를 갖는 당뇨약인 메트포르민과 혈압약인 시로시고핀을 더하면 항암작용이 강해진다는 연구결과를 27일 발표했다. 이번 연구결과는 미국 과학진흥협회(AAAS)에서 발행하는 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 최신호에 실렸다. 연구팀은 메트로포르민의 항암효과를 높이기 위한 연구를 진행하는 실험을 진행했다. 메트포르민은 성인 당뇨환자에게 가장 많이 쓰이는 당뇨 표준치료제로 항암효과가 있다는 연구결과가 꾸준히 나오고 있었다. 연구진은 이 약품의 항암효과를 높이기 위해서는 당뇨치료에 쓰는 용량보다 많아야 하는데 그럴 경우 체내 부작용이 커진다는 단점이 있다. 이 때문에 메트포르민의 용량을 늘리지 않고 항암효과를 높일 수 있도록 1000여 가지의 약물과 혼합시키는 실험을 한 결과 혈압강하제인 시로신고핀을 찾아 낸 것. 실제로 연구팀은 백혈병 환자에게서 채취한 암세포에 이 두 가지 약을 혼합한 성분을 정상 세포에 독성을 미치지 않을 정도 용량으로 투여한 결과 암세포들이 사멸하는 것이 관찰됐다. 또 간암을 유발시킨 생쥐에게 투여하면 종양이 줄어들면서 종양결절의 수가 줄고 일부 쥐에게서는 종양이 완전히 사라져 암이 치료되는 모습이 보이기도 했다. 홀 박사는 “메트포르민은 세포 에너지공장인 미토콘드리아의 호흡을 차단하고 시로신고핀은 에너지원인 포도당 분해를 억제하는 기능을 갖고 있다”며 “이번에 만든 혼합약물은 정상세포보다 대사활동이 왕성하고 증식속도가 빠른 암세포의 호흡과 먹을 것을 차단하기 때문에 암세포에 당연히 치명적일 수 밖에 없을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘단장(斷腸)의 미아리 고개’, ‘애끊는 사랑’, ‘환장(換腸)하다’. 이 말들의 공통점은 무엇일까. 마음과 내장을 연결 지은 말이라는 점이다. 오래전부터 사람들은 뇌에서 일어나는 마음의 현상이 장과 관계있음을 직관적으로 파악하는 지혜가 있었던 것 같다. 수년 전부터 뇌과학자들은 장내 미생물과 뇌 기능이 밀접한 연관성이 있다는 점에 주목하고 많은 연구결과를 보고하고 있다. 인체 내부에는 다양한 미생물이 공생 관계를 유지하고 있다. 미생물이라면 병원균부터 떠올리는데 이런 유해균은 전체 미생물의 일부일 뿐이다. 인체의 미생물 수는 인간 전체 세포 수의 10배 이상이며, 미생물의 유전자 수를 합치면 인간 유전체의 수백 배에 이른다. 미생물은 피부, 생식기, 호흡기 등 여러 신체 부위에 존재하는데, 이 가운데 가장 다양하고 많은 미생물이 있는 곳은 위장관이다. 위장관에는 1000여종의 미생물 군집이 ‘미생물-미생물’, ‘인간-미생물’ 간의 상호작용을 하며 존재한다. 이들 미생물 군집이 지니는 유전자 집합체를 ‘마이크로바이옴’이라고 하며 뇌 건강과 밀접한 연관성이 있다. 위장관에서는 5억개의 신경세포 ‘뉴런’이 신경망을 이루고 있다. 뇌를 제외한 다른 장기에 이렇게 많은 뉴런이 존재한다는 점에서 위장관을 ‘제2의 뇌’라고 부르기도 한다. 위장관에서는 세로토닌의 95%, 도파민의 50%를 생산한다고 하니 그렇게 불릴 만하다고 하겠다. 어떻게 마이크로바이옴의 역할을 알아볼 수 있을까. 스웨덴 카롤린스카 연구소의 로첼리스 디아즈 헤이츠 박사는 무균동물을 만들어 이들의 뇌와 행동을 살펴보았다. 무균동물에서는 신경전달 물질의 대사가 증가하고 신경세포 간 연결 형성 능력이 감소하는 것으로 나타났다. 출생 시부터 정상 마이크로바이옴에 노출시키면 같은 유전자를 갖고 있더라도 이런 차이가 정상화됐고 다 자란 뒤에 마이크로바이옴에 노출시키면 뇌와 행동이 정상화되지 않았다. 이 연구 결과를 볼 때 마이크로바이옴이 생후 뇌발달에 필수적인 역할을 한다는 것을 알 수 있다. 마이크로바이옴과 질환의 연관성에 대한 연구는 새 치료법 가능성을 열어준다는 측면에서 많은 관심을 받고 있다. 자폐증, 우울장애, 불안장애, 조현병 등과의 관련성에 대한 연구결과가 속속 보고되고 있다. 캘리포니아공대의 살키스 매즈매니언 박사는 자폐증 동물모델에서 ‘박테로이데스 프라질리스’라는 장내 미생물이 감소한 것을 발견했다. 이 미생물을 동물모델의 장에 넣어주었더니 자폐증 증상이 완화된 것을 확인했다. 또 그는 자폐증을 보이는 개체에는 ‘4-에틸페닐설페이트’라는 미생물 대사물질이 증가돼 있고 이 물질을 정상 생쥐에게 주입했을 때 비슷한 자폐증이 유발된다고 보고했다. 캐나다 구엘프대의 에이미 뉴먼 박사는 야생 다람쥐를 대상으로 스트레스가 장내 미생물에 주는 영향을 연구했다. 스트레스 수준을 나타내는 대변 내 ‘글루코콜티코이드’의 대사물질 양이 많을수록 장내 마이크로바이옴의 다양성은 줄어드는 것으로 나타났다. 이것은 스트레스가 장의 건강에 안 좋은 영향을 준다는 증거가 될 수 있다. 우리말에 ‘속이 편하다’라는 말은 이중적인 의미가 있다. 위장관에 이상이 없어 소화가 잘되고 건강하다는 뜻이 되기도 하고, 마음에 걱정이 없고 스트레스를 받지 않는 상태를 뜻하기도 한다. 최근 과학이 장과 뇌의 관계를 밝히기 전부터 어쩌면 우리는 그 관계를 이미 알고 있었던 것 같기도 하다. 다사다난했던 2016년이 저물고 있다. 2017년 한 해는 속 편한 한 해가 되기를 기원한다.