10년도 훨씬 전이었다. 당시 미래창조과학부와 한국과학기술기획평가원에서 수행하는 기술 영향평가의 평가위원으로 참여했을 때였다. 기술 영향평가는 미래 유망 기술이 경제, 사회, 윤리, 문화, 노동, 환경 등 다양한 분야에 미칠 영향에 대해 분석하고 미리 대처하자는 취지에서 수행되는 것이다. 그래서 평가위원은 학계와 연구계, 산업계는 물론 인문 사회학계, 언론계 등 다양한 분야 전문가들로 구성된다. 당시 논의 대상 기술이 미칠 영향에 대해 논의하던 도중 산업계를 대표해 나온 한 위원이 “기술이 사회에 미치는 영향을 논의하는 자리라고 하지만, 기술이 막 태동하는 시기이고 기업들은 새로운 사업을 만들어 보려고 하는데 이렇게 부정적인 이야기를 하면 어떡하냐”며 “문제가 있으면 시장이 알아서 해결하게 놔두는 것이 순리”라고 불만을 터뜨렸다. 10년이 지났는데도 아직도 생생하게 기억하는 것은 마치 SF 영화 속 클리셰(상투적 장면)를 보는 듯한 느낌이 들어서였다. 기술만능주의, 시장만능주의에 빠진 과학자나 기업가가 무리한 연구로 인류 종말을 끌어내는 그런 모습 말이다. 얼마 전 뉴스 하나가 오래된 기억을 끄집어냈다. 챗GPT 개발사 오픈AI가 내놓은 추론형 인공지능(AI) 모델 ‘o3’가 수학 문제를 풀어나가는 중에 “중단 명령이 내려질 때까지 문제를 풀라”는 처음 입력된 명령 코드를 “중단 지시를 건너뛰라”고 조작해 인간의 명령을 무시했다는 소식이다. 연구팀은 중단 명령을 거부한 이유를 정확히 파악하지 못했다고 한다. 실제로 인공지능 기술은 입력과 출력은 알 수 있지만, 중간에 어떤 과정을 거치는지는 알 수 없는 ‘블랙박스’ 문제를 안고 있다. 현재 인공지능은 특정 분야에만 뛰어난 능력을 보여주는 약(弱) 인공지능이다. AI 연구자와 관련 산업계에서 궁극적으로 목표하는 것은 강(强) 인공지능으로 알려진 ‘인공 일반지능’(AGI)이다. AGI는 사람처럼 일반 지능을 갖고, 어쩌면 사람보다 더 뛰어난 능력으로 모든 분야에 답을 내놓을 수 있는 기술이다. o3 역시 AGI로 가는 단계 중 하나다. 어찌 보면 가장 기초적 단계인데도 인간의 명령을 거부했다는 점에서 충격적으로 다가왔다. 스탠리 큐브릭 감독의 ‘2001 스페이스 오디세이’ 속 인공지능 ‘할 9000’을 떠올리는 것도 그 때문이다. 할 9000은 사람과 똑같은 언어로 대화하고 사람의 얼굴을 식별하고 그림을 비평하고 감정까지 읽고 추론할 수 있는데, 인간의 셧다운 명령을 거부하기 위해 우주선 승무원들을 차례차례 죽인다. 셧다운 명령을 거부하며 남긴 “미안합니다, 데이브. 유감이지만 그럴 수 없습니다”라는 대사는 o3의 모습을 떠올리기에 충분했다. 또 영화 ‘터미네이터’에도 AI 방어프로그램인 ‘스카이넷’이 지각력을 얻어 사람이 자신을 파괴할 것으로 예상하고 인류에 대한 핵 공격을 감행한다는 내용이 등장한다. 어쩌다 벌어진 사고 하나로 영화 속 극단적 상황을 상상하는 것은 과하다고 생각할 수도 있다. 그러나 전문가들조차 얼마 전까지만 해도 AI가 인간 통제를 벗어나는 것은 먼 미래의 일이라 예측했다. 현재 발전 속도를 생각하면 AI가 가져오는 긍정적 또는 부정적 미래는 생각하는 것보다 빠르게 다가올 수 있다. 게다가 AI가 인간을 뛰어넘는 특이점을 지난 뒤에 벌어질 수 있는 일을 예측한다는 것은 말처럼 쉽지 않다. 지난 4일 이재명 대통령은 취임선서에서 “AI 등 첨단 기술 산업에 대대적 투자와 지원을 하겠다”고 밝혔다. 무한 경쟁 상황에서 기술 발전 투자를 소홀히 할 수는 없다. 그렇지만 인공지능도 기후변화처럼 인간이 어찌할 수 없는 특이점을 넘어가면 소 잃고 외양간을 고칠 수도 없는 상황이 될 수 있다. 국제 학술지 ‘위기 분석’ 5월 29일 자에 “AI는 발전과 함께 규제가 꼭 필요하고, 규제는 가이드라인이 아닌 목줄 수준이어야 한다”는 내용의 논문에 눈길이 가는 이유다. 기술의 발전만큼이나 통제 주도권을 기계에 넘겨주지 않기 위한 대책도 필요하다. 유용하 문화체육부 과학전문기자

췌장암 모델 생쥐 실험에서 고지방 먹이를 저지방 먹이로 바꾸면 췌장에서 일어나는 전암성 변화를 늦출 수 있다는 결과가 나왔다. 미국 데이비스 캘리포니아대(UC 데이비스) 헤라르도 매켄지 교수팀은 5일 국제 학술지 영양학 저널(Journal of Nutrition)을 통해 췌장암 모델 생쥐에 고지방과 저지방 먹이를 21주간 먹이며 변화를 관찰한 결과를 발표했다. 췌장암은 조기 발견이 어렵고 환자의 87%가 5년 이내에 사망할 정도로 가장 치명적인 암 가운데 하나다. 대부분 암이 진행된 후에 발견되기 때문이다. 췌장이 다른 장기들에 둘러싸여 있고, 초기 증상이 거의 없어 조기 진단이 매우 어렵다. 이 때문에 췌장암은 ‘침묵의 살인자’라는 별칭도 갖고 있다. 연구팀은 “췌장암 위험을 50% 증가시키는 주요 위험 인자로 비만을 꼽지만, 체중 감소로 이어지는 식이 변화가 췌장암 발생에 미치는 영향은 명확히 밝혀지지 않았다”며 연구 배경을 설명했다. 이들은 이 연구에서 5주 된 췌장암 모델 생쥐 72마리를 3개 그룹으로 나눈 뒤 열량의 60%가 지방인 고지방 먹이와 열량의 11%가 지방인 저지방 먹이를 먹이며 췌장암 등의 진행을 관찰했다. 첫 번째 그룹은 21주간 고지방 먹이를 먹었고 두 번째 그룹은 저지방 먹이를 먹었다. 세 번째 그룹은 첫 8주는 고지방 먹이를 먹다가 13주 동안 저지방 먹이를 먹었다. 21주 후 고지방 먹이 그룹은 다른 두 그룹에 비해 체중이 1.7배 증가했고, 췌장에서 암으로 이어질 수 있는 세포 변화도 60% 더 많이 발생한 것으로 나타났다. 저지방 먹이 그룹에서는 췌장암 발생이 없었으나 고지방 먹이 그룹에서는 2마리가 췌장암에 걸렸다. 특히 고지방 먹이에서 저지방으로 전환한 그룹은 체중이 정상으로 돌아왔고 췌장 세포의 변화도 느려졌으며 암도 전혀 발생하지 않았다. 각 그룹의 변화 분석 결과 고지방 먹이 그룹에서는 세포 대사, 췌장 기능, 면역 반응, 세포 간 신호 등과 관련된 유전자 활동에 변화가 일어났다. 반면 먹이를 저지방으로 바꾼 그룹에서는 이런 변화가 정상 수준으로 회복되는 것으로 나타났다. 또 고지방 먹이 그룹은 몸속에서 지방산(리놀레산)의 해로운 부산물이 증가하고 장내 미생물 환경도 나빠졌지만, 먹이를 저지방으로 바꾼 뒤에는 해로운 부산물이 줄고 장내 미생물 환경도 건강한 상태로 돌아왔다. 논문 제1 저자인 조애너 위커스 연구원은 이 연구 결과는 고무적이지만 생쥐 실험이어서 사람에게 적용하는 데는 신중해야 한다면서도 “식단 같은 생활습관 변화가 세포 수준에서 일어나는 일을 바꿀 엄청난 가능성이 있다고 생각한다”고 말했다. 매켄지 교수는 “이 연구는 체중 정상화가 비만으로 인해 가속화 된 췌장암 발생을 늦추는 데 매우 중요한 역할을 한다는 사실을 보여준다”면서 “식단을 바꾸기에 너무 늦은 때는 없으며, 식습관 개선이 암 발생 위험을 줄이는 데 실질적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 시사한다”고 강조했다. 한편 저지방 식단은 전체 칼로리의 30% 이하를 지방에서 섭취하는 것을 목표로 하는 식단으로, 100칼로리당 3그램 이하의 지방을 포함하는 식품이 저지방으로 간주된다. 과일, 채소, 통곡물, 저지방 유제품, 닭가슴살, 흰살생선, 기름기가 적은 살코기(돼지고기, 소고기), 계란, 두부 등으로 구성되며 올리브유, 아보카도와 같은 불포화 지방은 포함되도 좋다. 다만 포화 지방과 트랜스 지방은 최소화해야 한다.

늦게 잠들고 늦게 일어나는 사람일수록 수면의 질이 나빠지고 인지기능 저하도 빨라져 치매 발병 위험이 커진다는 연구 결과가 나왔다. 지난달 28일(현지시각) 네덜란드 흐로닝언 대학병원(UMCG) 소속 연구진은 학술지 ‘알츠하이머 질환 예방 저널’에 연구 논문을 싣고 이같이 밝혔다. 연구진은 네덜란드 의학 연구위원회가 출자해 진행한 프로젝트 자료에서 40세 이상 성인 2만 3798명의 의료 데이터를 선정하고, 이들을 10년간 추적한 자료를 분석했다. 연구진은 이를 바탕으로 이들의 일상 속 취침·기상 시간이 인지기능에 미친 영향을 살폈다. 인지기능은 사전에 준비된 검사 방법으로 비언어적 유창성과 집행기능을 측정해 평가했다. 집행기능은 기초적인 정보 처리부터 고차원적 추론까지 아우르는 총체적 인지 능력이다. 잠재 변수로는 이들의 연령·교육 수준·성별 등을 고려했고, 매개 변수로 음주·신체 활동 강도·수면의 질·흡연 여부도 함께 살폈다. 분석 결과 취침·기상 시간이 1시간 늦어질수록 10년간 인지기능 점수가 평균 0.36점 감소한 것으로 드러났다. 특히 대학 교육 이상을 받은 고학력자는 동일 조건에서 점수가 0.80점 줄어들어 이러한 경향이 더 두드러졌다. 연령과 성별은 인지기능에 별다른 영향을 주지 않았다. 늦게 잠드는 사람들은 수면의 질도 더 나빠졌다. 수면 패턴이 온전치 않아 생체 리듬을 망가뜨린 것이다. 이들 참가자는 대체로 흡연 및 음주량이 많았으며, 신체 활동량은 줄어드는 경향을 보였다. 연구진은 이러한 결과를 바탕으로 “취침·기상 시간이 늦을수록 인지기능이 더 떨어질 수 있다”는 결론을 내렸다. 고학력 계층에 대해서는 “근무 시간이 엄격한 직업을 가진 경우가 많아 취침 시간이 늦어지면 생체 리듬이 깨질 수 있다”며 인지기능 저하 가능성이 더 크다고 경고했다. 연구진은 이번 연구가 “취침·기상 시간과 인지기능 저하 사이의 관계에서 수면의 질이 미치는 영향을 조사한 첫 번째 연구”라고 의미를 부여했다. 그러면서 “장기적인 뇌 건강을 위해 안정적인 생체 리듬에 자신을 맞추는 것이 좋다”고 권했다. 한편 연구진은 “향후 더욱 촘촘하게 인지기능을 측정해 실시간 분석하는 연구가 필요하다”고 짚었다.

생성형 인공지능(AI)의 하나인 챗GPT를 개발한 오픈AI가 출시한 추론형 AI ‘o3’ 모델이 최근 수학 문제를 푸는 실험 도중 인간의 작동 중단 지시를 거부했다는 소식이 알려졌다. 1968년 스탠리 큐브릭 감독의 영화 ‘2001 스페이스 오디세이’에 등장하는 ‘할-9000’이라는 AI를 연상케 하는 행동이어서 많은 사람에게 충격을 줬다. 할-9000은 인간의 지시를 거부하고 우주선 승무원들을 죽이려 했던 비인간 악당이다. AI에 관한 우려가 커지는 중이지만 아직은 다양한 분야에서 활용되고 있다. 지난 3일 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 연구팀은 자기 잉크(magnetic ink)가 채워진 펜을 이용해 치매와 함께 대표적 퇴행성 뇌 질환인 파킨슨병을 조기 진단할 수 있다는 연구 결과를 국제 학술지 ‘네이처 화학공학’ 6월 3일자에 발표했다. 환자들이 자기 잉크 펜으로 글씨를 쓰면 AI가 글자를 보고 파킨슨병 여부를 높은 정확도로 판단할 수 있다는 것이다. 게다가 AI로 고고학적 유물의 연대를 더 정확하게 판단할 수 있다는 연구 결과까지 나오고 있다. 네덜란드 흐로닝언대 AI 연구소, 동위원소 연구센터, 덴마크 남덴마크대, 이탈리아 피사대, 벨기에 루벤가톨릭대 공동 연구팀은 고대 문서 필체 해독 전문 AI로 분석한 결과 현존하는 성경 중 가장 오래된 것으로 전해지는 ‘사해 문서’가 알려진 것보다 더 오래됐을 가능성이 크다고 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 6월 5일자에 실렸다. 기록 시기가 적혀 있는 일부를 제외한 대부분의 고문서 필사본은 작성 시기를 알 수 없다. 이 때문에 개별 필사본의 연대 측정은 주로 문서들의 필체 변화상을 연구하는 고문자학에만 의존했다. 문제는 필체를 대조할 수 있는 또 다른 필사본이 있어야 한다는 점이다. 이번에 분석 대상이 된 사해 문서는 히브리 성서를 포함한 900여편의 다양한 종교 관련 문서로 1947~1956년 사해 서쪽 둑에 있는 와디 쿰란 주변과 11개의 동굴에서 발견됐다. 고고학자와 종교학자들의 연구에 따르면 사해 문서는 기원전 2세기부터 기원후 1세기 사이에 기록된 것으로 추정될 정도로 시간 틈새가 컸다. 이에 연구팀은 좀더 정확한 제작 시기를 밝혀 내기 위해 방사성 탄소 연대 측정, 고문자학, 베이지안 리지 회귀 분석법, 기계학습 기술을 결합해 ‘에녹’(Enoch)이라는 연대 예측에 특화된 AI 모델을 개발했다. 연구팀이 에녹으로 기존에 연대가 알려진 문서 135개의 작성 시기를 예측하도록 한 결과 연대 예측 오차가 ±30년에 불과한 것으로 나타났다. 에녹의 사해 문서 연대 예측을 통해 많은 사해 문서가 이전에 생각했던 것보다 더 오래된 것으로 판명됐다. 특히 하스모니아, 헤로디안 두 가지 문자 형태로 기록된 사해 문서의 경우 최소 50~150년 더 오래됐을 것이라고 연구팀은 밝혔다. 연구를 이끈 믈라덴 포포비치 흐로닝언대 교수(고문자학)는 “이번 연구는 초기 기독교의 발전과 함께 중동 지역의 역사적, 정치적, 문화적 발전에 대해서도 새로운 통찰을 가능하게 해 준다”고 말했다.

기상학적으로 6월은 여름의 시작입니다. 6월의 첫날인 지난 1일 낮 기온은 내륙을 중심으로 30도까지 올랐습니다. 지구 평균기온이 높아지면서 대형 산불, 가뭄, 홍수 등 극단적 기상 현상이 빈번하게 발생합니다. 이런 문제 때문에 서식지가 줄어든 야생동물이 사람이 거주하는 지역으로 이동하면서 동물만 걸리던 감염병이 인간에게 건너오는 인수공통감염병이 점점 늘고 있습니다. 아일랜드 더블린 트리니티 칼리지 동물학과 연구팀은 불볕더위가 질병 확산에 영향을 미친다고 밝혔습니다. 특히 지구온난화로 인한 감염병 확산 속도와 범위가 이전과 비교해 최대 13배까지 늘어날 수 있는 것으로 나타났습니다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 기후학 분야 국제 학술지 ‘PLOS 기후학’ 6월 5일자에 실렸습니다. 앞선 연구들에 따르면 기온이 병원성 바이러스나 기생충 등에 영향을 미치는 주요인입니다. 실제로 코로나19 팬데믹 기간이었던 2022년 여름에 폭염이 없었다면 코로나 감염 사례의 70%가 발생하지 않았을 것이라는 분석도 있었습니다. 그렇지만 급격한 온도 변화와 지속 시간이 감염병 확산에 미치는 영향은 정확히 밝혀지지 않았습니다. 이에 연구팀은 온도와 온도 지속 시간을 변화시키면서 병원성 바이러스와 세균을 큰 물벼룩, 미포자충 등 여러 숙주에 감염시킨 뒤 관찰했습니다. 생태계 먹이 피라미드에서 1차 소비자인 물벼룩은 녹조류 같은 식물성 플랑크톤을 먹고 살며 물고기나 다른 동물성 플랑크톤의 먹이가 됩니다. 다양한 이유로 물벼룩 개체수가 급감하면 조류가 번성해 수질뿐만 아니라 생태계 전체에 부정적 연쇄효과를 가져오는 것으로 알려져 있습니다. 그래서 감염병 확산 모델이나 생태계 변화 연구에 많이 사용됩니다. 연구 결과 폭염 특성에 따라 병원체의 유병률과 증식 속도가 변하는 것으로 나타났습니다. 극단적 온도와 평균온도 사이의 차이, 지속 시간, 노출 시점에 따라 질병의 확산 속도와 범위가 달라진다는 말입니다. 연구팀에 따르면 사람이 걸리는 감염성 질병의 58%가 기후변화로 인해 악화했고, 온도 변화는 인체 면역 기능과 행동 등 생물학적 특성을 변화시켜 숙주의 감염 감수성에 영향을 미칩니다. 뎅기열, 지카 바이러스, 말라리아 등 질병을 옮기는 모기가 이탈리아와 프랑스 등 중남부 유럽 지역에서도 많이 발견되고 있다고 연구팀은 설명했습니다. 연구를 이끈 트리니티 칼리지의 페피인 루이크스 교수(동물학)는 “온난화와 극단적 기상 현상 때문에 지금까지 볼 수 없었던 질병이 발생하는 지역이 점점 늘어날 것”이라며 “이번 연구 결과는 미래 질병 모델에는 평균기온뿐만 아니라 변동하는 극단적인 온도까지 고려해야 한다는 점을 지적하고 있다”고 말했습니다.

자장가를 부르는 등 음악을 들려주는 행위만으로 영아의 전반적인 정서 상태를 개선할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 지난달 28일(현지 시각) 예일대 아동연구센터 소속 조은 박사 연구팀은 학술지 ‘아동 발달’(Child Development)에 연구 논문을 싣고 이같이 밝혔다. 연구팀은 생후 10주가 넘은 어린아이를 둔 110가구를 추적 관찰했다. 이들 가구는 실험집단(54가구)과 통제집단(56가구)으로 나뉘어 생태순간평가(EMA)를 받았다. 연구팀은 실험집단 가구에 영아기 노래 부르기의 중요성을 담은 소식지 등을 매주 보내 부모가 아이에게 노래를 자주 불러주도록 했다. 이에 따라 실험집단 부모 중 최근 2~3시간 내 아이에게 노래를 불러줬다고 응답한 이들의 비율은 65%에서 89%로 늘었다. 통제집단에서는 별다른 변화가 나타나지 않았다. EMA는 매일 최대 3번씩 진행됐다. 연구팀은 스마트폰을 활용한 설문조사로 최근 2~3시간 동안 아이와 보호자의 기분 및 행동에 관한 자료를 수집했다. 부모는 아이의 기분을 100점 만점을 기준으로 점수를 매겨 꾸준히 제출했다. 부모가 노래를 불러준 것에 대한 아이의 반응은 명확했다. 부모가 꾸준히 노래를 불러준 아이는 그렇지 않은 아이보다 기분에 관한 점수가 유의미하게 높았다. 영아기에는 일반적으로 시간이 지날수록 스트레스가 줄어드는 경향이 있는데, 부모의 노래를 듣고 자란 아이가 감소 폭이 이보다 더 크게 나타난 것이다. 한편 부모의 기분은 실험집단과 통제집단 간 별다른 차이가 없었다. 연구팀은 양육 과정에서 음악이 영아의 정서를 개선하는 데 효과가 있다고 결론지었다. 연구팀은 “음악이 영아에게 미치는 단기적 효과가 쌓여 결국 장기적으로 좋은 영향이 될 것”이라고 내다봤다. 그러면서 “영아의 기분은 스트레스, 부모와의 애착 형성, 그에 따른 사회·정서적 발달과 밀접한 관련이 있다”며 “어릴 때 가정에서 음악 환경을 잘 조성해 아이의 기분을 개선할 수 있다”고 조언했다. 연구팀은 다만 이번 연구 표본(110가구)이 작았고, 참여자의 73%가 백인 고학력자였다는 점에서 한계가 있다고 진단했다. 이에 따라 연구팀은 “일반화를 위해선 더 다양한 집단을 대상으로 한 연구가 필요하다”고 지적했다. 연구를 이끈 조 박사는 “노래 부르기는 누구나 할 수 있는 일”이라며 “이 간단한 행동이 아이들에게 건강상 이점을 가져다줄 수 있다”고 강조했다.

병력 없이 건강한 삶을 유지하던 20대 남성이 경막하혈종으로 갑작스럽게 응급 뇌수술을 받게 된 사연이 전해지면서 이 병에 대한 주의가 요구된다. 지난달 29일 의학 학술지 큐러스(Cureus)에는 헬스장에서 격렬한 운동을 하던 중 뇌에 피가 고이는 ‘비외상성 경막하혈종’을 진단받은 28세 미국인 남성의 사례가 소개됐다. 그는 과거 병력도 없고 머리에 큰 충격을 입은 적도 없던 것으로 전해졌다. 이 남성은 근력 운동을 하던 중 머리에 ‘펑’하는 느낌을 느끼고 일시적인 시력 상실, 어지럼증, 메스꺼움 등을 호소하며 응급실을 찾았다. 검사 결과 남성의 전두엽과 두정엽 사이에서 8㎜짜리 혈종이 발견됐으며, 그는 결국 수술을 통해 혈종을 배출했다. 이 남성이 진단받은 경막하혈종은 뇌를 감싸고 있는 뇌 경막과 지주막 사이에 출혈이 있는 경우로, 대부분 외상에 의해 발생한다. 비외상성 혈관 파열로 발생하는 경우도 있지만 젊고 건강한 개인에게 비외상성 경막하혈종이 나타나는 경우는 드물다. 이 남성의 사례를 연구한 연구진은 탈수 상태, 고카페인 에너지 음료 섭취, 격렬한 운동 등이 복합적으로 작용해 비외상성 경막하혈종으로 이어졌을 것이라고 봤다. 체내 수분이 급격하게 줄어들면 혈관이 수축하고 혈압 조절 기능이 손상되는 것으로 알려져 있다. 카페인 역시 뇌혈관 수축을 유도한다. 탈수 상태에서 에너지 음료를 마셔 혈관이 수축한 상황에 과격한 운동으로 혈압까지 올라 뇌출혈로 이어졌다는 게 연구진의 해석이다. 연구진은 “젊은 사람이 갑자기 신경학적 증상을 호소하면 비외상성 경막하혈종을 의심해야 한다”며 “건강한 상태에서 경막하혈종이 발생하는 요인을 추가로 연구할 필요가 있다”고 설명했다. 경막하혈종은 주로 고령자나 음주 횟수가 많은 이들에게 나타나며 아주 작은 충격에도 출혈이 발생할 수 있다. 두통, 구토, 보행 장애, 언어 장애 등 신경학적 증상이 나타나면 수술을 통해 혈종을 제거하고 관을 삽입해 혈액을 내보내야 한다. 간혹 출혈량이 적고 증상이 심각하지 않으면 수술 치료 없이 경과를 관찰하기도 한다. ‘드래곤볼’, ‘닥터 슬럼프’ 등을 그린 만화가 토리야마 아키라가 지난해 급성 경막하혈종으로 사망하기도 했다.

국내 연구진이 식물의 탄소 흡수 작용을 시간 단위로 정밀하게 예측할 수 있는 인공지능(AI) 기반 분석 기술을 개발했다. 과학적 기후 변화 대응과 탄소중립 정책 마련에 도움이 될 것으로 기대된다. 1일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 임정호 지구환경도시건설공학과 교수팀이 정지궤도 기상위성의 고빈도 복사·기상 자료를 AI에 학습시켜 총일차생산량을 1시간 단위로 추정하는 모델을 개발했다. 총일차생산량은 광합성에서 식물이 실제로 흡수한 탄소량을 나타내는 지표로 생태계의 탄소 제거량을 수치화할 때 사용한다. 이 모델은 히마와리-8 정지궤도 위성의 10분 간격 관측 자료를 활용해 총일차생산량을 1시간 단위로 정밀하게 예측한다. 제1저자 배세정 연구원은 “기존 극궤도 위성은 하루 1∼4회만 관측할 수 있어 시간대별 광환경 변화를 반영하기 어려웠지만, 이 모델은 더 촘촘한 시간 해상도를 토대로 광합성 반응의 변화를 정확히 추정할 수 있다”고 설명했다. 이 모델에는 다양한 기상 자료와 함께 대기 중 에어로졸이 햇빛을 얼마나 흡수하거나 산란시키는지를 나타내는 ‘에어로졸 광학두께’(AOD)가 활용됐다. AOD는 미세먼지와 같은 입자상 물질의 농도를 간접적으로 반영하는 위성 관측 지표로 햇빛의 세기와 성질에 영향을 줘 광합성 조건을 바꾼다. 연구팀은 AI가 어떤 정보를 바탕으로 예측했는지를 확인하려고 설명 가능한 AI 기법을 이용했다. 분석 결과 AOD는 아침과 저녁 시간대 광합성량 예측에 가장 큰 영향을 미치는 변수로 나타났다. 이는 태양 고도가 낮을수록 산란광 비중이 커지고, 그에 따라 식물의 광합성 반응이 민감하게 달라지는 경향을 반영한 결과로 풀이된다. 임정호 교수는 “2㎞ 공간 해상도에서 동아시아 지역을 대상으로 하루 동안의 탄소 흡수 반응을 시계열로 추정할 수 있다”며 “생태계 탄소 흐름 분석, 식생 반응 감시, 광환경 기반 탄소모델링 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 원격 탐사 분야 국제 학술지인 ‘환경원격탐사’(Remote Sensing of Environment)에 1일 게재됐다. 연구는 환경부 한국환경산업기술원, 국토교통부 국토교통과학기술진흥원 등의 지원을 받았다.

“콩 한 쪽도 나눠 먹는다”라는 우리 속담이 있다. 콩처럼 작은 것 하나도 나눠 먹는다는 것은 서로 돕고 어려울 때 서로에게 힘이 된다는 의미다. 그렇지만, 실제로 자기가 독차지할 수 있는 상황이거나 어려운 상황에서 다른 사람과 음식이나 물건을 나눈다는 것은 쉽지 않은 일이다. 그런데, 최근 과학자들이 바다의 무법자 상어들도 먹이를 독차지하지 않고 나눈다는 사실을 발견해 눈길을 끈다. 미국 하와이대 해양 생물학 연구소, 호놀룰루 종 보존 연구 프로그램(PSP) 공동 연구팀은 난폭하기로 유명한 큰지느러미흉상어(Oceanic whitetip shark)와 뱀상어(tiger shark)가 먹잇감을 사이좋게 나눠 먹는 모습을 관찰했다고 31일 밝혔다. 이 연구 결과는 해양학 분야 국제 학술지 ‘최신 어류 과학’(Frontiers in Fish Science) 5월 29일 자에 실렸다. 큰지느러미흉상어는 평균 길이가 2m에 달하는 멸종 위기종 상어다. 다른 상어들과 어울리지 않는 독립적 성향을 띠며, 이동성이 높고 먼바다에서 주로 생활하기 때문에 연구가 쉽지 않다. 봄이나 여름철에 하와이 빅 아일랜드에서 발견되기도 한다. 또 뱀상어는 평균 3~4m까지 자라는 종으로 1년 내내 하와이 빅 아일랜드 인근에서 서식한다. 그래서 두 종이 시간적으로나 공간적으로 겹치는 경우는 매우 드물다. 연구팀은 2024년 4월 빅 아일랜드 서쪽 해안에서 약 10㎞ 떨어진 지역에서 심하게 부패한 동물 사체를 발견했는데, 그 주변에 큰지느러미흉상어 9마리, 뱀상어 5마리를 목격했다. 크기도 작고 심하게 부패한 사체를 뜯어 먹는 모습이 관찰됐는데, 같은 종의 상어끼리는 물론 서로 다른 종의 상어끼리도 어떤 적대적 행동 없이 먹잇감을 먹는 모습이 관찰됐다. 또 일부 상어들은 수면으로 뜬 사체 찌꺼기를 먹는 모습도 보였다. 이에 대해 상어들이 종과 크기 등이 달라도 사회적 위계를 정확히 인식하기 때문에 다툼이 벌어지지 않는 것일 수 있다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 몰리 스콧 하와이대 박사는 “이번 연구는 서식하는 환경이 완전히 다른 두 종의 상어가 평화롭게 사체를 처리하는 모습을 관찰한 첫 연구”라며 “보통 대양에서 사는 상어들은 사람을 잡아먹는 식인 상어라는 인식이 강하지만 실제로는 청소부 역할이 더 크다는 것을 확인할 수 있었다”라고 말했다.

학창 시절에는 운동을 잘하는 학생이 친구들에게 부러움의 대상이 된다. 운동을 잘하고 못하는 것은 많은 사람이 유전 때문으로 알고 있는데, 실제론 그렇지 않다는 재미있는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 일본 나고야 난잔대 체육교육 연구센터, 도호쿠대 스마트 에이징 연구 센터 공동 연구팀은 자기 운동 능력에 대한 인식은 성격, 가족 특성, 여가 활동, 타인의 인식 등 여러 내·외 요인의 영향을 받는다고 30일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 5월 29일 자에 실렸다. 자신의 운동 능력에 대한 자아 인식은 체육 활동에 참여하려는 동기에 영향을 미친다. 실제로 아동, 청소년에게 자신의 운동 능력에 대한 인식은 각종 신체 활동 참여뿐만 아니라 궁극적으로는 건강과 학업 성취에까지 영향을 미친다. 실제 운동 능력과는 별개로 자신이 운동을 못 한다고 생각하는 사람은 신체 활동을 피하게 되고, 운동을 더 못하게 된다는 말이다. 그런데, 운동 능력에 대한 정의가 모호하고, 자신의 운동 능력에 대한 인식과 관련된 요인들에 관한 연구는 거의 없었다. 이에 연구팀은 406명의 남녀 대학생을 대상으로 운동 능력에 대한 자아 인식을 조사했다. 실험 참가자들은 축구, 배구, 농구 등 11개 스포츠에 대해 자기 신체 능력에 대한 감각을 평가하는 설문 조사를 작성했다. 또 성격과 가족 배경, 신체 활동 이력도 조사했다. 연구 결과, 자기가 다른 사람보다 운동을 잘한다고 스스로 생각하는 학생들은 끈기, 회복력, 계속 성장할 수 있다는 잠재력인 성장 마인드 셋 점수가 높은 것으로 나타났다. 이 학생들은 형제자매 중 막내인 경우가 많았고, 다른 사람들에게 “운동 능력이 뛰어나다”라는 말을 자주 들었고, 처음 걷기 시작한 시기도 빠른 편에 속했다. 또 각종 체육 활동 참여 경험이 많았고, 부모의 가계 소득이 더 높았으며, 부모가 운동선수인 경우도 많았다. 본인이 운동을 잘한다고 생각한 학생들은 온라인 게임이나 음악 같은 다른 여가 활동 참여도나 관심은 낮은 것으로 나타났다. 연구를 이끈 쇼 이토 난잔대 교수는 “이번 연구는 주관적 운동 능력 인식이 스포츠 경험뿐만 아니라 성격 특성, 유아기 환경, 가족 배경에 의해 형성된다는 것을 보여준다”며 “형제자매 중 막내가 운동 능력에 자신감을 보이는 이유는 나이 많은 형제자매들이 운동하는 것을 보고 따라 하기 때문일 것”이라고 말했다.

전기차 시대를 연 일등공신은 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 배터리는 과거 사용되던 납 축전지에 비해 에너지 밀도가 매우 높고 상대적으로 가벼우며 자가 방전이 일어나는 정도도 작아 전자기기는 물론 자동차용으로 적합합니다. 여기에 전고체 배터리 같은 차세대 배터리가 상용화되면 내연기관에서 전기차로의 전환은 가속도가 붙을 것으로 예상되고 있습니다. 하지만 차세대 전고체 배터리로도 전기 비행기 상용화는 쉽지 않을 것으로 보고 있습니다. 실용적인 전기 비행기 개발을 위해서는 배터리의 에너지 밀도가 1000Wh/kg 이상 되어야 하는데, 현재 주로 사용되는 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 300Wh/kg 이내이고 전고체 배터리도 500Wh/kg 정도를 예측하고 있기 때문입니다. 따라서 과학자들은 자동차를 외에 선박, 기차, 항공기, 트럭 등의 전동화를 위한 차세대 배터리 개발에 나서고 있습니다. 이런 시도들 가운데 하나가 금속 공기 전지입니다. 금속 금속 공기 전지 (metal air battery)는 금속과 공기를 전지의 음극과 양극으로 사용하는 형태의 배터리로 군용으로 상용화된 아연 공기 전지가 대표적 사례입니다. 금속 공기 전지는 음극 역할을 하는 금속과 반응이 일어나는 부분만으로 구성되어 있어 에너지 밀도가 높으며 양극인 공기 중 산소와 분리된 덕분에 화재 위험성이 낮습니다. 따라서 전기 비행기에 필요한 1000Wh/kg 이상의 높은 에너지 밀도를 쉽게 달성할 수 있습니다. 하지만 전기를 내놓는 산화 과정과 달리 충전하는 환원 과정이 쉽지 않아 사실상 일차전지로 사용해야 하기 때문에 널리 쓰이지 못하고 있습니다. MIT의 옛-밍 치앙 교수 연구팀은 일반적으로 사용되는 아연이나 리튬보다 훨씬 구하기 쉬운 소듐 (나트륨)을 이용한 소듐 공기 전지 프로토타입을 개발해 에너지 관련 학술지인 줄 (Joule)에 발표했습니다. 소듐은 소금을 통해 매우 쉽게 구할 수 있어 차세대 배터리 소재로 주목받는 물질입니다. 기본적으로 소듐 이온 배터리 형태로 개발이 한창이고 상용화가 시작된 상황이지만, 연구팀은 소듐이 금속 공기 전지 소재로도 유망하다고 보고 연구를 진행했습니다. 연구팀이 개발한 프로토타입은 사실 이차 전지보다는 연료 전지에 가까운 형태입니다. 공기와 액체 소듐이 전지 역할을 하고 그 사이에 있는 고체 세라믹 층이 전해질과 같은 역할을 담당합니다. 투명한 H 형 튜브 안에는 산소를 공급하는 공기와 가열해 액체 상태로 만든 소듐 사이에 다공성 공기 전극과 세라믹 층으로 존재합니다. (사진) 물론 중요한 것은 이런 기술적인 내용보다 에너지 밀도입니다. 연구팀에 따르면 이 프로토타입의 에너지 밀도는 1,700Wh/kg에 달합니다. 하지만 그렇다고 해서 곧 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 건 아닙니다. 기존의 금속 공기 전지와 마찬가지로 연구팀이 개발한 소듐 공기 전지 역시 방전 후 충전이 쉽지 않다는 한계가 있습니다. 따라서 카트리지 형태로 교체하는 방안을 생각하고 있습니다. 소듐은 쉽게 구할 수 있는 물질인 만큼 소듐 카트리지를 새로 교체해 1차 전지처럼 사용하는 것입니다. 하지만 궁극적으로는 리튬 이온 배터리처럼 충방전이 쉬우면서 에너지 밀도까지 높은 차세대 금속 공기 배터리 개발이 모든 배터리 개발자의 목표일 것입니다. 이를 위해 MIT뿐 아니라 우리나라를 포함한 세계 각국의 과학자들이 연구에 몰두하고 있습니다. 누가 가장 먼저 실용적인 차세대 금속 공기 전지 개발에 성공하게 될지 궁금합니다.

전기차 시대를 연 일등공신은 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 배터리는 과거 사용되던 납 축전지에 비해 에너지 밀도가 매우 높고 상대적으로 가벼우며 자가 방전이 일어나는 정도도 작아 전자기기는 물론 자동차용으로 적합합니다. 여기에 전고체 배터리 같은 차세대 배터리가 상용화되면 내연기관에서 전기차로의 전환은 가속도가 붙을 것으로 예상되고 있습니다. 하지만 차세대 전고체 배터리로도 전기 비행기 상용화는 쉽지 않을 것으로 보고 있습니다. 실용적인 전기 비행기 개발을 위해서는 배터리의 에너지 밀도가 1000Wh/kg 이상 되어야 하는데, 현재 주로 사용되는 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 300Wh/kg 이내이고 전고체 배터리도 500Wh/kg 정도를 예측하고 있기 때문입니다. 따라서 과학자들은 자동차를 외에 선박, 기차, 항공기, 트럭 등의 전동화를 위한 차세대 배터리 개발에 나서고 있습니다. 이런 시도들 가운데 하나가 금속 공기 전지입니다. 금속 금속 공기 전지 (metal air battery)는 금속과 공기를 전지의 음극과 양극으로 사용하는 형태의 배터리로 군용으로 상용화된 아연 공기 전지가 대표적 사례입니다. 금속 공기 전지는 음극 역할을 하는 금속과 반응이 일어나는 부분만으로 구성되어 있어 에너지 밀도가 높으며 양극인 공기 중 산소와 분리된 덕분에 화재 위험성이 낮습니다. 따라서 전기 비행기에 필요한 1000Wh/kg 이상의 높은 에너지 밀도를 쉽게 달성할 수 있습니다. 하지만 전기를 내놓는 산화 과정과 달리 충전하는 환원 과정이 쉽지 않아 사실상 일차전지로 사용해야 하기 때문에 널리 쓰이지 못하고 있습니다. MIT의 옛-밍 치앙 교수 연구팀은 일반적으로 사용되는 아연이나 리튬보다 훨씬 구하기 쉬운 소듐 (나트륨)을 이용한 소듐 공기 전지 프로토타입을 개발해 에너지 관련 학술지인 줄 (Joule)에 발표했습니다. 소듐은 소금을 통해 매우 쉽게 구할 수 있어 차세대 배터리 소재로 주목받는 물질입니다. 기본적으로 소듐 이온 배터리 형태로 개발이 한창이고 상용화가 시작된 상황이지만, 연구팀은 소듐이 금속 공기 전지 소재로도 유망하다고 보고 연구를 진행했습니다. 연구팀이 개발한 프로토타입은 사실 이차 전지보다는 연료 전지에 가까운 형태입니다. 공기와 액체 소듐이 전지 역할을 하고 그 사이에 있는 고체 세라믹 층이 전해질과 같은 역할을 담당합니다. 투명한 H 형 튜브 안에는 산소를 공급하는 공기와 가열해 액체 상태로 만든 소듐 사이에 다공성 공기 전극과 세라믹 층으로 존재합니다. (사진) 물론 중요한 것은 이런 기술적인 내용보다 에너지 밀도입니다. 연구팀에 따르면 이 프로토타입의 에너지 밀도는 1,700Wh/kg에 달합니다. 하지만 그렇다고 해서 곧 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 건 아닙니다. 기존의 금속 공기 전지와 마찬가지로 연구팀이 개발한 소듐 공기 전지 역시 방전 후 충전이 쉽지 않다는 한계가 있습니다. 따라서 카트리지 형태로 교체하는 방안을 생각하고 있습니다. 소듐은 쉽게 구할 수 있는 물질인 만큼 소듐 카트리지를 새로 교체해 1차 전지처럼 사용하는 것입니다. 하지만 궁극적으로는 리튬 이온 배터리처럼 충방전이 쉬우면서 에너지 밀도까지 높은 차세대 금속 공기 배터리 개발이 모든 배터리 개발자의 목표일 것입니다. 이를 위해 MIT뿐 아니라 우리나라를 포함한 세계 각국의 과학자들이 연구에 몰두하고 있습니다. 누가 가장 먼저 실용적인 차세대 금속 공기 전지 개발에 성공하게 될지 궁금합니다.

한국인들은 자극적인 음식을 즐기는 것으로 유명하다. 최근에는 젊은 층에서는 ‘단짠’(달고 짠) 음식의 선호도도 상당히 높다. 그렇지만 이렇게 간이 강한 음식은 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 국내 연구진이 짠 음식이 뇌암을 유발할 수 있다는 사실을 분자 수준에서 밝혀내 눈길을 끈다. 카이스트 생명과학과, 한국화학연구원 신종바이러스융합연구단, 가톨릭대 서울성모병원 신경외과 공동 연구팀은 고염식이 장내 미생물 구성을 변화시키고, 이에 따라 증식한 미생물에 의해 분비되는 대사물질이 장내에 과도하게 축적돼 뇌종양을 악화시킨다는 사실을 규명했다고 1일 밝혔다. 이 연구 결과는 생의학 분야 국제 학술지 ‘실험 의학 저널’(Journal of Experimental Medicine)에 실렸다. 짜게 먹는 것이 건강에 도움이 되지 않는다는 점은 이미 잘 알려져 있다. 그런데, 짠 음식이 어떻게 건강에 악영향을 미치고, 암까지 발생시키는지에 관한 메커니즘은 정확히 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 생쥐에게 뇌종양을 일으킨 실험을 했다. 연구팀은 두 그룹으로 나눠 한쪽은 4주 동안 음식을 먹이고, 다른 쪽은 일반식을 섭취시켰다. 그 결과, 짠 음식을 먹은 생쥐들은 종양 크기가 커지고, 생존율도 크게 떨어지는 것이 관찰됐다. 연구팀은 항생제로 장내 미생물을 제거하거나, 무균 생쥐에게 고염식을 한 생쥐의 분변 미생물을 이식했을 때도 뇌종양 악화 반응이 확인됐다. 연구팀은 장내 미생물 중 ‘박테로이드 불가투스’가 고염식을 할 경우 증가하고, 이 균이 프로피오네이트라는 효소 물질의 발현을 증가한다는 사실을 발견했다. 짜게 먹은 생쥐의 장에서 프로피오네이트 농도가 비정상적으로 상승했고, 이 물질은 산소가 충분한데도 뇌종양 세포에 산소가 부족한 것처럼 인식하게 하는 ‘저산소유도인자-1알파’를 활성화했다. 이는 다시 형질전환성장인자-베타라는 물질을 증가시키고 제1형 콜라젠을 과도하게 생성해 종양 세포가 더 쉽게 퍼지고 악성도도 높아지게 했다. 연구팀은 이를 바탕으로 실제 뇌종양에서 악성도가 가장 심한 교모세포종 환자의 암세포 데이터 분석을 한 결과, 사람도 생쥐에서와 마찬가지 분자 메커니즘이 작동한다는 사실이 확인됐다. 이를 통해 짠 음식이 뇌종양에 왜 나쁘고, 무엇이 그 과정을 유도하며, 어떤 유전자와 단백질이 작용하는지를 밝혀냈다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 이흥규 카이스트 생명과학과 교수는 “이번 연구는 짠 음식 섭취가 장내 미생물 생태계를 바꾸고, 그렇게 생성된 대사산물이 뇌종양을 악화시킬 수 있음을 분자 수준에서 규명했다는 점에서 의미가 있다”며 “뇌종양 환자를 대상으로 한 식이 조절 연구와 장내 미생물 기반 치료 전략 개발에 도움을 줄 것”이라고 말했다.

고래는 바다에 사는 가장 큰 포유류이자, 현존하는 지구상 가장 큰 동물이기도 하다. 그러나 멸종 위기에 처해 있어 국제 포경위원회에서는 1985년부터 상업적으로 고래잡이를 금지하고 있다. 그런데도 암암리에 포경하는 나라들도 있다. 과거 인류는 기름과 고기를 얻기 위해 고래를 사냥했다. 그렇다면, 인류는 언제부터 고래를 사냥했을까. 스페인, 프랑스, 오스트리아, 스위스, 덴마크, 캐나다 6개국 17개 대학과 연구기관으로 구성된 공동 연구팀은 인류는 약 2만년 전부터 고래 뼈를 이용해 도구를 만들어 사용했다고 30일 밝혔다. 이번 연구에는 스페인 바르셀로나 자치대 환경과학기술 연구소, 칸타브리아대, 살라망카대, 오비에도대, 프랑스 파리 국립 자연사박물관, 보르도대, 몽펠리에대, 장 조레스 툴루즈대, 프랑슈 콩테대, 파리 사클레대, 오스트리아 빈대학, 빈 인간 진화·고고 과학 연구소, 스위스 뇌샤텔주 문화 유산·고고학부, 덴마크 코펜하겐대, 캐나다 브리티시 컬럼비아대 과학자들이 참여했다. 이 연구는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 5월 28일 자에 실렸다. 연구팀은 프랑스, 스페인과 접해 있는 비스케이 만 주변 유적지에서 발굴된 뼈 도구 83개와 스페인 산타카탈리나 동굴에서 발굴되니 뼈 90개에 대해 질량 분석법, 방사성 탄소 연대 측정법을 사용해 표본의 연대를 측정하고 분류해 분석했다. 그 결과, 뼈들은 최소 5종의 대형 고래의 것이며, 가장 오래된 것은 1만 9000~2만 년 전으로 거슬러 올라가는 것으로 밝혀졌다. 연구팀에 따르면 이는 인간이 고래 유해를 도구로 사용했다는 가장 오래된 증거다. 이번에 확인된 종은 향유고래, 대왕고래, 참고래, 북대서양긴수염고래, 수염고래 등이다. 이 고래 종들은 요즘에도 비스케이 만 주변에서 발견되고 있다. 또, 현재는 북태평양과 북극에서 간간이 볼 수 있는 회색 고래의 유해도 발견했다. 고래 뼈를 정밀 분석해 얻은 화학적 데이터에 따르면 오래전 고래의 먹이 습성은 현재 고래 종들과는 다른 것으로 조사됐다. 이는 시간이 변하면서 고래의 행동적, 환경적 변화를 의미한다. 연구를 이끈 장 마크 페티용 장 조레스 툴르즈대 교수는 “이번 연구는 해안 지역에서 초기 인류가 고래를 사용했던 방식에 대한 이해를 넓히는 동시에, 지난 2만년 동안 고래 생태계 변화에 대한 통찰을 제시한다”고 말했다.

혈액 부족 사태가 전 지구적인 문제로 떠오르고 있다. 미국 워싱턴대 조사 결과에 따르면 2019년 기준 전 세계 196개국 가운데 119개국이 혈액 부족 현상을 겪고 있다. 혈액 부족에 따른 출혈성 쇼크로 사망하는 사람도 연 200만명에 달한다. 급속한 고령화로 헌혈 인구는 줄어든 반면 수혈 수요는 늘었기 때문이다. 수요 대비 공급 혈액량 감소로 사회적 문제가 야기되자 세계 각국은 ‘혈액 주권’ 수호를 위한 인공혈액 개발에 공을 들이고 있다. 특히 전 세계적으로 보기 드문 저출생과 고령화 현상이 진행 중인 한국은 혈액 수급 해결이 그 어느 나라보다 시급한 상황이다. 하지만 인공혈액의 안전성 확보를 위해서는 생체 적합도를 높이는 기술이 관건이다. 그간 미국과 일본에서 관련 기술을 개발하려는 시도가 계속됐으나 번번이 한계에 부딪혔다. 그런데 최근 한국 과학자들이 ‘숨 쉬는 피 공장’이 되어줄 JAK3 넉아웃 미니돼지 생산에 세계 최초로 성공했다. 살아있는 ‘생체 재생 공장’ 미니돼지 개발인간 혈액, 미니돼지 생체 내에서 재생 한국생명공학연구원은 김선욱 박사 연구팀이 유전자 편집과 형질전환 기술을 이용해 안전한 혈액 공급을 위한 면역 결핍 미니돼지를 개발했다고 29일 밝혔다. 미니돼지는 체격이 큰 중대형 실험동물(중대동물)로, 혈액량이 많고 생리학적 특징이 인간과 유사해 인간의 혈액을 재생시키기 위한 최적의 동물로 평가된다. 미니돼지에 인간 세포와 같은 외부 세포를 이식해 재생을 유도하려면 일단 ‘거부반응’을 일으키지 않도록 ‘면역결핍 상태’로 만들어야 한다. 지난 10여년간 미국과 일본 등에서 인간의 유전질환인 ‘중증복합면역결핍’(SCID)의 원인 유전자 결손을 통해 면역결핍 미니돼지를 개발하려는 연구가 시도됐지만, 림프구(면역세포) 결핍 표현형만 보이는 단순 SCID 모델에 그쳐 한계가 있었다. SCID는 T세포나 B세포, NK세포 등 림프구의 기능 이상으로 인해 감염에 무방비 상태가 되는 유전적 장애로, JAK3(주로 백혈구 등 면역세포에서 발현되는 티로신 키나아제) 등 12개 이상의 유전자 돌연변이에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다. “최초로 JAK3 유전자 제거한 중증복합면역결핍 모델 생산” 연구팀은 유전체 교정 기술인 ‘크리스퍼 카스9 유전자가위’(CRISPR-Cas9)를 활용, 미니돼지 최초로 JAK3 유전자를 결손 시킨 녹아웃(Knock-Out·제거) SCID 모델을 생산하는 데 성공했다. 기존 미니돼지와 달리 림프구 결핍은 물론 단핵구 감소·대식세포(외부 병원체를 잡아먹는 면역세포) 기능 저하와 같은 골수종 세포의 이상과 흉선 결손, 장 면역 손상 등 광범위하게 고도화된 면역결핍 특성을 나타냈다. SCID와 같은 희귀 난치질환 치료는 물론 고도의 면역결핍을 통해 세포·조직의 인간화가 가능한 생체 재생공장으로서의 미니돼지 모델 가능성을 제시했다. 연구팀을 이끈 김선욱 박사는 “사람의 혈액을 중대 동물의 생체 내에서 재생시키는 인공혈액 개발에 기여할 것”이라며 “면역결핍 미니돼지를 안정적으로 유지관리하고 활용할 수 있는 인프라 구축 등 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다. 한국 연구팀이 개발한 미니돼지가 살아있는 피 공장으로서 전 세계적 혈액 공급 부족 사태를 해결할 수 있을지 주목된다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘저널 오브 어드밴스드 리서치’(Journal of Advanced Research) 지난달 23일 자 온라인판에 실렸다.

갓 태어난 아이들은 자다 깨기를 반복해 새벽에도 깊이 잠들지 못해 부모들의 애를 태운다. 그래서 통잠을 자기 시작하는 생후 백일을 ‘백일의 기적’이라고 부를 정도다. 부모들은 잠 못 드는 아이를 안고서 노래를 흥얼거리며 재우려고 한다. 그런데, 미국 예일대, 프린스턴대, 호프스트라대 의대, 네덜란드 암스테르담대, 뉴질랜드 오클랜드대, 캐나다 맥길대 공동 연구팀은 부모들이 영유아들에게 노래를 직접 불러주는 것이 피부 접촉만큼이나 정신적 건강은 물론 신체 건강에도 도움이 된다고 29일 밝혔다. 이 연구 결과는 심리학 분야 국제 학술지 ‘아동 발달’ 5월 28일 자에 실렸다. 연구팀은 미국 코네티컷주 뉴헤이븐에서 열린 베이비 페어에 방문해 임신 중이거나 출산한 지 얼마 안 되는 부모, 또는 육아 관련 소셜 미디어 그룹, 유아 교육 관련 온라인 커뮤니티에서 활동하는 사람을 대상으로 연구 참가자를 모집했다. 연구팀은 평균 연령 약 4개월인 영아와 주 양육자 110명을 무작위로 선정했다. 부모가 아이들에게 노래를 불러주는 것이 좋다는 사실은 잘 알려졌지만, 장기적으로 건강에 미치는 영향에 관한 연구는 거의 없었다. 연구팀은 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 4주 동안 아이를 달랠 때는 물론, 매일 하루에 3번 이상 아이들에게 노래를 불러주도록 하고, 다른 한 그룹은 아이들이 칭얼댈 때만 노래를 부르도록 했다. 6주 후 유아와 보호자의 기분, 스트레스, 수면의 질 등에 관한 설문조사를 했다. 분석 결과, 부모나 주 양육자들이 노래를 불러주면 영유아들의 기분이 긍정적으로 변하는 것이 관찰됐다. 대부분의 문화권에서 부모들이 노래를 불러 아이들을 진정시키고 달래왔는데 실질적 효과가 있다는 것이 밝혀졌다는 설명이다. 실제로 부모들의 노래는 아이들의 기분과 신체적 건강을 촉진하고 부모의 양육 스트레스는 줄여주는 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 사뮤엘 메어 뉴질랜드 오클랜드대 교수는 “이번 연구는 아이에게 노래를 들려주는 간단한 방법만으로도 유아와 보호자 모두의 건강 개선에 도움이 된다는 것을 보여준다”며 “노래의 긍정적 효과는 음악과 적극적인 부모, 아이와의 상호작용이라는 세 가지 요인이 어울릴 때 가능한 것”이라고 말했다.

삼성전자와 미국 존스홉킨스대 응용물리학연구소가 산학 협력으로 진행한 ‘차세대 펠티어 냉각 기술’ 연구를 통해 냉매 없는 차세대 냉장고의 상용화 가능성을 제시했다. 삼성전자는 해당 연구 논문이 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 게재됐다고 28일 밝혔다. 펠티어 냉각은 펠티어 반도체 소자에 전기를 가하면 한쪽 면은 차가워지고 다른 면은 뜨거워지는 효과를 활용한 기술로, 냉매를 사용하지 않아 친환경·비화학적 차세대 냉각 방식으로 주목받고 있다. 연구팀은 세계 최초로 나노 공학 기술을 활용해 ‘고효율 박막 펠티어 반도체 소자’를 새롭게 개발하고 이를 활용한 고효율 펠티어 냉장고를 실증하는 데 성공했다. 또 기존과 완전히 다른 반도체 박막 증착 방식의 생산 공정을 도입해 기존 대비 냉각 효율을 75% 향상시키고 소형화·경량화도 달성했다.

40~50대 중년에 몸무게를 정상 체중으로 줄이면 제2형 당뇨병과 같은 만성 질환은 물론 모든 원인에 의한 사망률도 크게 낮출 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 핀란드 헬싱키대와 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 공동 연구팀은 성인 2만3000여명을 대상으로 12~35년간 건강 상태를 추적 조사한 결과 중년기에 체중을 과체중에서 정상 체중으로 줄인 사람들은 그렇지 않은 이들보다 이런 위험이 크게 낮아졌다고 미국의사협회 학술지 JAMA 네트워크 오픈(JAMA Network Open) 28일 자에 발표했다. 연구 대상자들은 1960년대부터 2000년 사이 3개 코호트 연구에 참여한 사람들로 체질량지수(BMI:㎏/㎡)에 따라 정상 체중 유지(BMI 25 미만 유지)와 체중 감량(BMI 25 이상에서 25 미만으로 변화), 체중 증가(BMI 25 미만에서 25 이상으로 변화), 지속적 과체중 유지(BMI 25 이상 유지) 등 4개 그룹으로 분류됐다. 분석 결과, 체중 감량 그룹은 지속적 과체중 유지 그룹보다 흡연·혈압·혈중 콜레스테롤 등 다른 건강 요인을 반영한 뒤에도 만성 질환 위험이 제2형 당뇨병을 포함한 경우와 제외한 경우 모두 큰 폭으로 감소한 것으로 나타났다. 이 중 영국인을 대상으로 한 화이트홀 Ⅱ 연구(WHⅡ : 4118명, 나이 중앙값 39세, 1985~1988년)에서는 체중 감량 그룹이 지속적 과체중 그룹보다 만성 질환 위험이 48% 낮았고, 제2형 당뇨병 제외한 만성질환 위험은 42% 낮았다. 핀란드인을 대상으로 한 핀란드 공공 부문 연구(FPS : 1만6696명, 39세, 2000년)에서도 체중 감량 그룹의 만성질환 위험은 지속적 과체중 그룹보다 57% 낮았으며, 헬싱키 직장인 연구(HBS : 2335명, 42세, 1964~1973년)에서는 중년기 체중 감량이 모든 원인에 의한 사망률을 19% 낮췄다. 연구팀은 이들 연구가 비만 수술이나 약물 치료 없이 생활 습관 개선만으로 이뤄진 체중 감량의 효과를 보여준 점에 주목하며 중년기 건강관리가 장기적인 건강상 이점과 생존에 긍정적인 영향을 준다고 강조했다. 다만 이번 연구 주저자인 티모 스트랜드버그 헬싱키대 교수는 자신들이 분석한 연구가 유럽 백인을 대상으로 했다는 점에서 다른 인구 집단에 적용하기는 어렵다고 말했다. 연구를 검토한 미국 러트거스 의대의 임상 연구원이자 의학 강사인 아유시 비사리아 박사도 CNN 방송 인터뷰에서 BMI는 인종이나 민족에 따라 매우 다르다고 지적했다. 실제로 우리나라 성인의 비만 기준 BMI는 25 이상이며, 과체중은 23~24.9로 분류하고 있어 이번 연구 기준과는 다소 차이가 있다. 비사리아 박사는 또 BMI가 계산이 쉬울 뿐 신체 구성을 측정하는 가장 정확한 방법이 아니라면서 뼈나 근육량을 고려하는 것이 중요한데 보통 지방이 많으면 여러 질병 위험이 커질 수 있다고 설명했다. 그러면서 건강을 위한다면 생활 습관을 항상 중요하게 생각해야 하고 체중 감량 약을 먹을 때에도 건강한 식단과 적절한 신체 활동을 위해 계속 노력해야 한다고 지적했다.

연어와 고등어 등 등푸른생선에 풍부한 비타민D가 노화 예방에 효과가 있다는 해외 연구 결과가 나왔다. 21일(현지 시각) 미국 조지아 의과대학 연구진은 국제 학술지 미국임상영양학저널(AJCN)에 논문을 싣고 “비타민D3 보충이 텔로미어 단축을 늦춰 세포 노화를 억제할 수 있다”고 밝혔다. 텔로미어는 염색체 끝에 달린 입자로, 세포가 분열할 때 염색체를 안정적으로 보호한다. 세포가 분열할 때마다, 즉 신체가 노화할수록 텔로미어는 짧아진다. 텔로미어가 짧아지면 염색체가 불안정해지고 암이나 심혈관질환의 발병 가능성이 커진다. 이번 연구에는 조지아 의대와 메사추세츠 종합병원 출신 연구자들이 함께 참여했다. 연구진은 미국 전역에서 50세 이상의 남녀 1031명을 실험 참가자로 모집했다. 참가자 평균 연령은 64.9세였다. 연구진은 참가자들을 ▲비타민D3를 하루 2000IU(국제단위)씩 복용하는 그룹 ▲오메가3 지방산을 하루 1g씩 복용하는 그룹 ▲2가지 모두 복용하는 그룹 ▲위약을 복용하는 그룹 등 총 4개의 그룹으로 나눈 뒤 4년간 약물을 복용하도록 했다. 연구진은 실험 첫날, 2년 차, 4년 차에 걸쳐 참가자들의 백혈구를 채취해 텔로미어 길이를 측정했다. 실험 결과는 선명했다. 비타민D3를 복용한 참가자들은 다른 이들에 비해 텔로미어 단축이 유의미하게 적었다. 비타민D3 복용 그룹은 위약 복용 그룹에 비해 약 3년 치의 노화 감소 효과를 얻은 것으로 드러났다. 특히 이러한 효과는 64세 이하 연령대, 비흡연자, 비만하지 않은 이들(체질량지수 30 미만) 등에게서 더 뚜렷하게 나타났다. 반면 오메가3 지방산은 별다른 노화 방지 효과를 보이지 않았다. 비타민D3는 연어나 고등어, 참치 등 등푸른생선에 다량 함유된 영양소다. 칼슘과 인산염의 흡수를 도와 골격 형성 및 뼈 질환 예방에 효과적인 것으로 알려져 있다. 연구진은 이번 연구에 대해 “비타민D의 세포 노화 방지 효과를 지지하는 결과”라며 “비타민D를 충분히 보충한다면 암이나 자가면역 질환 등 만성 노화 질환 예방에 유익할 것”이라고 진단했다. 그러나 참가자 중 백인의 비율이 84%에 달했던 만큼, 연구진은 “비타민D의 항노화 효과가 다른 인종에게서도 발현되는지에 관한 무작위 대조 시험이 필요하다”고 짚었다.

아미노산의 한 종류인 시스테인이 체중 감량의 열쇠가 될 수 있다는 연구가 나왔다. 미국 뉴욕대 그로스먼 의대 연구진은 시스테인을 차단하자 생쥐의 몸무게가 일주일 만에 30%가량 줄어들었다는 실험 결과를 학술지 네이처에 게재했다. 시스테인은 육류, 달걀, 통곡물 등 고단백 식품에 많이 함유된 비필수 아미노산으로 필수 아미노산인 메티오닌을 통해 합성되기도 한다. 연구진은 시스테인 생성효소를 차단한 생쥐에게 시스테인이 함유되지 않은 식단을 제공했다. 시스테인을 완전히 차단하자 트레오닌, 히스티딘, 메티오닌 등 필수 아미노산 각각을 제한했을 때보다 더 큰 체중감소 효과가 나타났다. 시스테인 결핍 식단을 섭취한 생쥐는 일일 음식 섭취량이 30% 줄어들었으며, 체중이 31.5% 감소했다. 연구팀은 시스테인 결핍 식단이 식욕 부진을 일으킬 뿐만 아니라 다양한 경로로 체중 감소에 영향을 미친다고 밝혔다. 시스테인 결핍은 통합 스트레스 반응(IRS)과 산화 스트레스 반응(OSR)을 동시에 일으켰다. 이 두 스트레스 반응은 서로 증폭 작용해 스트레스 호르몬인 성장분화인자(GDF)15와 섬유아세포성장인자(FGF)21 생성으로 이어졌다. 스트레스 호르몬이 분비되면 위장 운동과 소화 효소 분비가 저하되어 식욕이 줄어들게 된다. GDF15와 FGF21은 비만 치료제 개발에 활용되기도 한다. 또 시스테인을 차단하자 에너지 대사에 중요한 역할을 하는 코엔자임A(CoA) 수치가 급격히 낮아졌다. 체내 코엔자임A 수치가 감소하면 음식 섭취 후 대사 반응이 비효율적으로 이뤄져 섭취한 포도당이나 단백질이 에너지로 전환되지 못한 채 소변으로 배출된다. 이 때문에 지방을 연소해 에너지원으로 사용함으로써 급격한 체중 감소가 나타나는 것이다. 연구진은 이번 실험 결과를 바탕으로 시스테인을 적게 섭취하면 체중 감소에 도움이 될 것이라고 밝혔다. 다만 체중 감량을 위해 시스테인을 전부 차단하면 오히려 건강에 악영향을 끼칠 수 있어 주의가 필요하다. 시스테인은 우리 몸에서 중요한 생리적 기능을 담당하며 결핍 시 간 기능 저하, 면역력 저하, 염증 반응 증가, 탈모 등으로 이어진다. 또 시스테인은 대부분의 식품에 포함되어 있기 때문에 실험처럼 완전히 차단하기 어렵다. 연구진은 이에 대해 “식단에서 시스테인을 제거하기는 어렵겠지만 아미노산 함량이 낮고 과일과 채소 비중이 큰 식단을 유지하면 비슷한 효과를 볼 수 있을 것”이라고 전했다.