크기가 5㎜ 이하인 미세플라스틱은 하수 처리 과정에서도 걸러지지 않아 그대로 강과 바다로 흘러 들어가고, 토양에 스며들어 환경 문제를 일으킨다. 또 직간접적으로 인간에게 흡수돼 각종 건강 문제를 일으키는 것으로 알려졌다. 그런 상황에서 국내 연구진이 미세플라스틱이 아이들의 비만의 원인이 될 수 있다는 연구 결과를 내놔 눈길을 끈다. 한국생명공학연구원 희귀난치질환연구센터 연구진이 초미세 플라스틱이 모유를 통해 다음 세대로 옮겨질 수 있으며, 이것이 자손의 비정상적 체중 증가를 유발할 수 있다고 28일 밝혔다. 이번 연구 결과는 환경 분야 국제 학술지 ‘국제 환경학’(Enviroment International)에 실렸다. 초미세 플라스틱은 미세플라스틱이 더 잘게 쪼개져 만들어지는 플라스틱 입자로 크기가 1㎛(마이크로미터) 이하여서 검출이 더욱 어렵다. 연구팀은 미세플라스틱이 인체에 미치는 영향을 파악하기 위해 임신한 생쥐에게 폴리스타이렌(PS)과 폴리프로필렌(PP) 초미세 플라스틱을 섭취토록 했다. 새끼 생쥐는 성장호르몬 분비량이나 섭취량 증가가 없음에도 몸무게와 체지방이 두드러지게 증가하는 것이 관찰됐다. 초미세 플라스틱에 노출된 어미 생쥐의 모유를 먹고 자란 생쥐의 장내 미생물을 분석한 결과, 비만 억제 효과가 있는 미생물 군집이 정상 모유를 먹고 자란 새끼 생쥐들보다 눈에 띄게 적은 것이 확인됐다. 이에 연구팀은 초미세 플라스틱을 흡수한 어미의 모유의 성분을 분석했다. 그 결과, 비만도와 관련이 높은 지질 성분인 LPC(리소포스파티딜콜린)이 증가하고, PC(포스파티딜콜린)은 줄었으며, 이는 모유를 섭취한 새끼 생쥐들의 혈액에서도 유사한 변화가 있는 것으로 나타났다. 효소 활성 조절을 통해 초미세 플라스틱에 의한 지질 성분 변화를 억제하면 새끼 생쥐들의 몸무게 증가가 정상적으로 회복되는 것도 관찰됐다. 연구를 이끈 이다용 박사는 “이번 연구는 미세플라스틱과 소아 비만과 연관 가능성을 대사적으로 규명한 것”이라며 “추가 연구를 통해 소아 비만 예방과 치료를 위한 새로운 차원의 접근 방안과 미세플라스틱 오염 문제해결을 위한 정책 및 제도 마련에 필요한 과학적 근거가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

전 세계에 단 7마리 밖에 없는 희귀종인 갈색 대왕판다(자이언트 판다)의 ‘비밀’이 밝혀졌다. 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)의 보도에 따르면 중국과학원 동물학연구소 연구진은 갈색 대왕판다의 유전자를 해독한 결과, 갈색 판다는 색소 침착과 관련된 유전자인 ‘Bace2’의 일부 염기서열이 빠져있다는 것을 확인했다. 연구진은 흰색과 검은색 털을 가진 보통 판다 29마리와 갈색 대왕판다 2마리의 유전자를 비교 분석했다. 여기에는 현재 시안에서 사육되고 있는 갈색 판다인 ‘치자이’와 치자이의 부모, 치자이가 낳은 새끼 판다 등의 유전자도 포함됐다. 또 약 4년 전 발견된 갈색 판다인 ‘단단’과 단단의 가족 유전자도 분석했다. 분석에 이용된 유전자 중 갈색 판다는 치자이와 단단 둘 뿐이다. 분석 결과 갈색 판다는 약 30만 년 전 쓰촨 대왕판다로부터 분리된 것으로 파악됐다. 부모로부터 돌연변이 유전자 사본을 물려받으면서 털 색깔이 달라졌다는 것이다. 다만 연구진은 유전잗 돌연변이의 원인은 찾아내지 못했다. 연구진은 “아마도 쓰촨성의 기후가 다른 친링상맥의 특정 환경과 연결되어 있기 때문인 것으로 추정된다”면서 “한때 근친교배가 유전적 돌연변이의 원인일 수 있다고 여겨졌지만, (갈색 판다는) 근친교배보다는 자연적인 변이의 결과일 가능성이 더 크다”고 설명했다.이 밖에도 갈색 판다의 털에서는 멜라닌 세포에서 생성되는 색소 과립인 멜라노솜의 크기가 일반 판다에 비해 더 작고 개수도 적은 것으로 확인됐다. 치자이와 단단의 털과 일반 판다의 털을 비교 분석한 결과, 갈색 판다의 멜라노솜은 보통 판다보다 평균 55% 작고, 멜라노솜의 개수는 22% 적은 것으로 나타났다. 연구를 이끈 중국과학원 동물학연구소의 웨이푸웬 박사는 “유전자나 염기서열이 누락될 경우 털 색깔이 바뀔 수 있다는 사실을 확인했다. 이는 유전학적 관점에서 완전히 새로운 발견”이라고 밝혔다.앞서 미국 캘리포니아대학 연구진은 2017년 발표한 논문에서 판다의 털 색깔이 흰색과 검은색으로 이뤄진 이유에 대해 “판다의 얼굴 대부분과 목, 배와 엉덩이가 흰색을 띠는 것은 포식자를 피해 새하얀 눈에 파묻혀 몸을 숨기기 위한 것”이라면서 “반면 팔과 다리의 털이 검은색인 것은 열대우림처럼 곳곳이 어둡거나 그늘이 드리워진 장소에서 위장하기 편하도록 진화한 결과”라고 설명한 바 있다. 이어 “판다가 주로 먹는 대나무는 체내 저장이 잘 되지 않고 칼로리도 낮다. 때문에 동면을 취하는 다른 동물들과 달리 판다는 4계절 내내 끊임없이 먹이를 찾아 움직여야 했다. 이것이 판다가 눈(雪)에 숨기 위해 흰색을, 그늘이나 나무에 숨기 위해 검은색 털을 모두 가지게 된 이유”라고 덧붙였다. 갈색 판다, 전 세계 단 7마리…푸바오보다 높은 인기 자랑 갈색 판다의 비밀을 밝힌 연구 결과는 국제 학술지 ‘미국립과학원회보’(PNAS) 최신호(5일)에 실렸다. 갈색 판다가 처음 세상에 공개된 것은 1985년이다. 지금까지 발견된 갈색 판다는 단 7마리 뿐이며, 모두 중국 산시성(省) 친링산맥에 서식한다. 이중 유일하게 사육 중인 치자이는 14살 수컷 대왕판다로, 갈색과 흰색이 섞인 털을 가졌다. 야생에서 처음 발견된 뒤 시안에 있는 루관타이 야생동물보호센터에서 보살핌을 받고 있다. 치자이는 중국인 사이에서 ‘황제’로 불릴 만큼 높은 인기를 자랑한다. 치자이에게는 새끼들이 있지만, 새끼들은 모두 흰색과 검은색 털을 가진 보통 판다다.

“줄기세포 관련 연구가 첨단재생의료법으로 허용된 만큼, 난치 질환 치료와 항노화(안티에이징) 연구에 힘써 재생의료 수준을 높이기 위해 힘쓰겠습니다.” 전남대병원 정형외과 윤택림 교수가 31년간의 교수직을 마치고 정년퇴임하면서 앞으로 각오에 대해 이렇게 말했다. 1992년부터 전남대병원에서 전문의로 근무한 윤 전 교수는 재임 기간 1만여 건의 수술을 집도했다. 2004년 호주에서 개최됐던 두부위 미니절개에 의한 인공관절 시범 수술을 시작으로 인도네시아, 말레이시아, 우즈베키스탄 등 국외 의료진 수백명에게 새로운 수술법을 교육하고 전수하기도 했다. 2020년에는 치료가 어려운 고관절 재 치환술 환자들에게 국내 최초로 맞춤형 3D프린팅 임플란트 이식수술에 성공했다. 윤 전 교수는 국내·외 유명 학술지에 271편의 논문을 게재했으며, 학술연구와 더불어 고관절 수술법, 수술기기를 포함한 의료기기 등에 관한 많은 55개의 특허를 출원하고 등록했다. 우리나라 정형외과 전문의 중 가장 많은 보건 연구 사업에 참여해, 차세대 정형외과용 융합 의료기기 산업지원센터 구축 사업으로 국내 3D프린팅 의료기기 제조기업들을 지원하고 있다. 그동안 중단됐던 줄기세포 관련 연구도 첨단 재생의료법 시행으로 다시 시작했다. 윤 교수는 퇴임 후에도 재생의료진흥재단 이사장과 전남대병원 명예 진료교수를 맡아 학술 연구와 환자 진료를 이어간다. 윤 전 교수는 “학교와 병원에서 교수로 재직한 것은 행운이었고, 건강이 허락할 때까지 새로운 역사를 좀 더 만들고 싶다”며 “줄기세포를 이용한 난치질환의 치료와 항노화 연구에 힘써 재생의료 수준을 일본·대만보다 발전시키겠다”고 말했다.

임산부들은 건강한 아이를 낳기 위해 먹는 것에 상당히 신경을 쓴다. 그런데, 먹는 것에 따라 아이의 얼굴도 달라질 수 있다는 재미있는 연구 결과가 나왔다. 엄마가 먹는 것에 따라 김수현 같은 아들, 김지원 같은 딸을 낳을 수도 있다는 말이다. 스웨덴 카롤린스카 연구소를 중심으로 7개국 20개 대학 및 연구 기관 소속 과학자로 구성된 국제 공동 연구팀이 임신한 어미 쥐의 단백질 섭취 함량에 따라 새끼의 얼굴 모양이 달라진다고 밝혔다. 이번 연구에는 스웨덴 카롤린스카 연구소, 예테보리대, 중국 베이징대, 체코 브루노 공과대, 오스트리아 빈대학, 러시아 카잔 연방대, 미래 기술 생애 개발 연구센터(LIFT), 세베르초프 생태 및 진화연구소, 콜초프 발달생물학 연구소, 일본 준텐도대, 벨기에 루벤 가톨릭대 소속 과학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 3월 27일 자에 실렸다. 태아의 얼굴 형태는 모체의 자궁에서 일어나는 복잡한 과정에 따라 결정된다. 그 과정에 오류가 발생할 경우 구개열이나 두개골 뼈가 너무 일찍 결합하는 것 같은 선천적 결함이 나타나게 된다. 유전적 원인도 있겠지만, 환경적 요인도 이런 질환에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 일란성 쌍둥이는 유전적 영향과 환경적 영향을 모두 공유하지만, 얼굴 특징에 약간의 차이를 보인다. 발달 과정에서 더 미묘한 얼굴 특징이 어떻게 형성되는지는 명확하게 밝혀지지 않았다. 연구팀은 인간 배아에서 얼굴이 발달하는 동안 유전자 발현을 조절하는 DNA 영역인 ‘인핸서’를 검색했다. 인핸서는 DNA 염기서열의 특정 부분으로, 유전자의 전사 효율을 높이는 염기배열이다. 그다음, 인간 얼굴 특징의 변이에 관여하는 유전자 목록과 인핸서를 비교 분석했다. 분석 결과, 인핸서 중 일부는 영양에 반응하는 세포 과정을 제어하는 mTORC1 경로와 관련된 유전자와 연결된 것이 확인됐다. 이를 바탕으로 연구팀은 생쥐와 제브라 피시로 실험했다. 그 결과, 초기 배아 발달 단계에서 이 경로가 활성화하면 얼굴이 커지고 코 연골이 두꺼워지는 것으로 나타났다. 그러나, 이 경로가 억제되면 제브라 피시의 얼굴이 길어지고 생쥐의 주둥이가 길어지는 것으로 나타났다. 또, 고단백 사료를 먹인 임신한 생쥐의 배아는 저단백 사료를 먹인 임신한 생쥐의 배아에 비해 mTORC1 신호가 변하고 비강 부분이 더 커지고 턱뼈가 작아진 것으로 나타났다. 연구를 이끈 안드레이 차긴 스웨덴 카롤린스카 연구소 교수(생리학·약리학)는 “이번 연구 결과는 모체 식단 변화가 복잡한 유전적 메커니즘과 상호 작용해 다양한 얼굴 특징을 만들어내는 데 영향을 미칠 수 있음을 보여준다”라고 설명했다. 차긴 교수는 “이 같은 경로가 인간의 얼굴 특징 형성에도 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 본다”라고 덧붙였다.

광주과학기술원(GIST)은 AI(인공지능)대학원 이현주 교수 연구팀이 사람의 유전자 발현 정보와 약물 그래프 정보를 기반으로 암환자의 약물 반응을 예측하는 인공지능 모델을 개발했다고 25일 밝혔다. 연구팀에 따르면 동일한 유형의 암 환자에 같은 약물을 사용하더라도 개인의 유전적 특성이나 암세포의 돌연변이에 따라 약물의 반응이 달라질 수 있다. 각 개인에게 맞는 약물을 찾기 위해서는 정확한 약물 반응 예측이 중요하기 때문에 최근에는 머신러닝이나 딥러닝 같은 인공지능 기법을 사용해 약물의 반응을 예측하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 대부분의 약물 반응 예측 연구에서는 약물 반응 정보가 존재하는 환자 데이터의 수가 부족해 데이터가 충분히 많은 세포주 데이터로 모델을 학습시킨다. 그러나 세포주 데이터는 면역계, 혈관계 등이 존재하지 않다는 점에서 환자 데이터의 유전자 발현량 정보와는 큰 차이가 있다. 따라서 세포주 데이터로 학습시킨 모델을 환자 데이터에 적용했을 때 정확성이 낮아지는 한계가 있다. 연구팀은 적대적 생성 신경망(GAN)을 활용해 인공지능 모델에서 세포주 데이터와 환자 데이터 상호 간 표현의 차이를 줄임으로써 세포주 데이터로 학습하더라도 환자 데이터에서도 정확한 약물 반응을 예측할 수 있도록 한 …PANCDR‘ 모델을 개발했다. 연구팀이 개발한 ‘PANCDR’ 모델은 판별자와 약물 반응 예측 모델을 번갈아 가며 학습시키는데, 1단계에서는 가우시안 인코더(Gaussian encoder)가 인코딩한 잠재 벡터(latent vector)가 세포주의 유전자 발현 데이터에서 온 것인지 환자의 유전자 발현 데이터에서 온 것인지 구분하는 판별자를 학습시킨다. 2단계에서는 반대로 판별자가 어느 데이터에서 온 것인지 구분하지 못하도록 약물 반응 예측 모델을 학습시킨다. 이때 환자의 데이터는 유전자 발현 데이터만 있고 약물 반응성이 없는 대규모의 데이터를 활용하였다. ‘PANCDR’ 모델(AUC 0.7106)은 환자 데이터에서 기존의 약물 반응 예측 모델(AUC 0.5273)보다 34% 이상 뛰어난 예측 성능을 보였다. 연구팀은 ‘PANCDR’ 모델을 서울대병원 연구팀(박성혜 교수)의 소아 뇌종양 환자 데이터에 적용하여 반응성이 가장 높게 예측된 상위 5개의 약물을 선정했다. 그리고 이에 관한 기존 연구를 조사한 결과, 5개 약물 모두 뇌종양과 관련되어 있음을 확인해‘PANCDR’ 모델의 정확도와 신뢰도를 검증했다. 이현주 지스트 교수는 “이번 연구 성과를 통해 세포주 데이터로 약물 반응 모델을 학습하더라도 환자 데이터에서 높은 정확도로 예측하는 것이 가능하다”며 “향후 개인 맞춤 치료를 위한 정확한 약물 반응 예측을 제공할 것으로 기대된다”고 말했다. 이현주 지스트 AI대학원 교수가 지도하고 김주연 연구원이 수행한 이번 연구는 서울대학교 의과대학 병리학교실 박성혜 교수와의 공동연구로, 정보통신기획평가원(IITP)의 지원을 받았으며 생명정보학 분야 국제학술지 ‘Briefings in Bioinformatics’에 지난 14일 게재됐다.

갓난아기의 살냄새는 모성애나 부성애를 자극한다. 그렇지만 아이들이 커가면서 아기 때의 포근한 살냄새는 사라진다. 그래서인지 온라인에서는 청소년 정수리 냄새를 없애준다는 두피케어 제품들도 심심찮게 만날 수 있다. 단순히 호르몬의 변화 때문일까. 독일 프리드리히 알렉산더대 향·후각 연구소, 드레스덴 기술대 심신의학 및 심리치료학과, 예나 프리드리히 쉴러대 임상 심리학과, 프라운호퍼 공정설계 및 포장연구소 공동 연구팀은 영유아와 청소년 체취의 화학적 구성에는 차이가 있다고 25일 밝혔다. 이 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 ‘커뮤니케이션 케미스트리’ 3월 22일 자에 실렸다. 연구팀은 0~3세 유아 18명과 14~18세 남녀 청소년 18명을 대상으로 체취를 수집해 화학성분을 분석했다. 체취는 하룻밤 동안 착용한 면 티셔츠와 일상복 겨드랑이 부위에 면 패드를 부착해 얻었다. 연구팀은 실험에 참여한 아이들의 부모에게 실험 48시간 전부터 강한 향이 나는 음식과 향이 나는 제품이나 세제를 피하도록 요청했다. 분석 결과, 체취의 화학적 구성은 두 집단 모두 전반적으로 비슷했다. 그렇지만, 10대의 체취에서는 카복실산인 3-메틸부탄산, 2-메틸헵탄산, 옥탄산, 4-에틸옥탄산, 도데칸산, 미리스톨레산이 고농도로 포함돼 있었으며, 패출리 알코올과 알 수 없는 냄새 화합물이 포함돼 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 카복실산 성분들은 치즈 냄새, 과일과 말린 자두 냄새, 곰팡냄새, 고수 냄새, 산패한 기름 냄새, 염소 냄새, 왁스 냄새, 풀 냄새 등 복합적인 냄새를 만들었으며, 알 수 없는 냄새 화합물은 백단향과 미세한 향수 냄새를, 패출리 알코올 성분은 흙냄새를 풍기는 것으로 확인했다.연구팀은 10대 청소년들에게서는 땀, 소변, 사향, 백단향 냄새를 만드는 페로몬성 스테로이드 물질인 ‘5α-안드로스트-16-엔-3-원’(5α-androst-16-en-3-one)과 ‘5α-안드로스트-16-엔-3α-올’(5α-androst-16-en-3α-ol) 이라는 두 가지 화합물이 발견했다. 이 물질들은 영유아에게서는 발견되지 않았다. 반면 영유아에게서는 바이올렛 꽃 향이나 비누, 향수 같은 냄새를 만드는 ‘케톤 α-이소메틸오온’(ketone α-isomethylionone)이라는 물질이 10대 청소년보다 압도적으로 많이 검출됐다. 연구를 이끈 프리드리히 알렉산더대 화학·약학과 헬렌 루스 수석 연구원은 “10대 청소년과 유아의 피지선과 아포크린샘의 활동성 차이 때문에 체취가 달라질 수 있다”라면서 “영유아들에게서는 불쾌한 냄새를 유발하는 페로몬성 스테로이드가 전혀 없고 카복실산 수치가 낮기 때문에 청소년들의 체취보다 더 기분 좋은 냄새를 만든다”라고 설명했다. 루스 박사는 “청소년기에는 피지선의 활동이 활발하고 페로몬성 스테로이드가 많이 나오기 때문에 자주 씻는 것이 기분 나쁜 체취를 없애는 데 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.

중국에서 세계 최초로 돼지의 간을 인간에게 이식하는데 성공했다. 유전자를 교정한 돼지 심장이나 신장을 이식한 사례는 있었으나, 돼지 간을 이식한 사례는 최초라는 점에서 전 세계의 관심이 집중됐다. 더우커펑 중국 공군의대 서경병원 외과전문의 연구진은 지난 10일 유전자를 조작한 소형 돼지의 간을 임상적으로 사망 상태인 50대 뇌사자에게 이식했다. 일반적으로 뇌사자는 뇌 기능이 정지해 인공호흡기로 호흡을 유지하는 상태를 의미한다. 이식에 사용된 간은 중국 바이오기업인 ‘클론오르간 바이오테크놀로지’가 기른 소형 돼지의 간이다. 해당 돼지는 병원체가 없는 무균 시설에서 사육한 돼지이며, 돼지 거대세포바이러스 등 12종 병원균에 대해 음성 판정을 받은 뒤 수술에 동원됐다. 해당 돼지의 간세포 에서는 총 6개의 유전자 교정이 이뤄졌다. 간세포 표면에 있는 단백질 유전자 3개는 비활성화하는 대신, 인간 단백질에 있는 유전자 3개를 도입한 것이다. 이는 장기 이식 시 발생할 수 있는 거부반응을 막기 위한 조치다. 유전자를 조작한 돼지의 간을 이식받은 뇌사자에게서는 10일이 지난 시점까지도 장기 이식 거부반응이 나타나지 않는 것으로 알려졌다. 간에서 정상적으로 담즙이 생성되는 점도 확인됐다. 돼지의 간→인간 이식이 까다로운 이유 과거 사람에게 돼지의 심장이나 신장 등의 장기를 이식한 사례는 있었지만, 간이 이식된 것은 이번이 처음이나. 심장은 체내에서 펌프 역할을 주로 하지만, 간은 심장보다 조금 더 복잡한 작업을 수행하기 때문에 이식이 까다롭다. 이번에 유전자를 조작한 돼지의 간 이식이 비교적 성공적인 결과를 냈지만, 아직 많은 숙제가 남아있다.먼저 이번 사례의 주인공이 임상적으로 사망 상태인 뇌사자라는 점, 그리고 돼지의 간에서는 인간의 간에서 수행되는 단백질 생산까지 기대하기는 어렵다는 점 등이 걸림돌로 꼽힌다. 전문가들은 돼지의 간이 사람의 간을 완전히 대체한다기보다는, 단기 치료제로서의 역할을 할 수 있을 것으로 보고 있다. 환자에게 이식이 가능한 간을 찾을 때까지 시간을 버는 용도로서의 역할이다. 연구진은 “궁극적인 목표는 돼지의 간이 사람의 간을 완전히 대체하는 것”이라면서 “이번 연구는 뇌사자의 간을 제거하지 않은 상태에서 돼지 간을 이식한 것이지만, 올해 말에는 사람의 간을 완전히 제거한 채로 돼지 간을 이식할 예정”이라고 전했다. 이어 “돼지 간이 불치병에 걸린 사람들의 장기 공급원으로서의 가능성이 있는지를 지속적으로 확인할 것”이라면서 이번 연구 결과가 상당히 고무적이었다고 자평했다. 자세한 연구 결과는 세계적인 학술지인 ‘네이처’ 최신호에 실렸다.

한국공학대학교는 안승언 나노반도체공학과 교수 연구팀이 차세대 지능형 반도체에 활용 가능한 로직 연산과 메모리 기능이 통합된 강유전체 기반의 ‘프로세스 인 메모리’(PIM) 소자 개발에 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구 결과는 ‘Exploring Multi-Bit Logic In-Memory with Memristive HfO2-Based Ferroelectric Tunnel Junctions’라는 제목으로 전자 소자 및 재료과학 분야 저명 학술지 ‘Advanced Electronic Materials’에 지난 8일자 표지논문으로 게재됐다. 연구에는 박사과정 고원우(제1저자), 황현주(공저자) 학생이 참여했다. 연구팀은 최근 학계와 산업계의 큰 관심을 받고 있는 ‘하프늄·지르코늄 산화물’을 기반으로 강유전체 터널 접합(FTJ) 형태의 멤리지스터(메모리+레지스터)를 구현해 멀티 레벨 스위칭 구현 및 신뢰성을 확보하고 중간 레벨(inter-state) 간 스위칭을 구동하는 데 처음으로 성공했다. 나아가 소자의 스위칭 특성을 조합해 NAND, NOR, OR 등 16가지의 논리 연산 기능을 카르노 맵을 통해 제시해 PIM 응용 가능성을 검증했다. 안승언 교수는 “최근 새로운 개념의 컴퓨팅 시스템 구현을 위해 다양한 PIM 소자의 연구 결과가 발표되고 있다”면서 “하지만 비휘발성 멀티레벨의 신뢰성 및 중간 레벨 간 스위칭 구동 연구가 여전히 초기 단계에 있는 상황에서 본 연구의 진일보한 결과는 차세대 지능형 반도체 분야의 기술적, 학문적 도약에 기여를 할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업과 산업통상자원부가 지원하는 미래반도체개발사업의 지원으로 수행됐다.

숙명여자대학교 생명시스템학부 이병철 교수가 정밀 유전자 편집 세포치료제의 임상적 적용 가능성을 검증한 연구 결과를 발표했다. 이 기술을 다양한 연구에 적용하면 향후 차세대 유전자치료 기법을 검증하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 이 논문은 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 스템 셀’(Cell Stem Cell)에 지난 20일 게재됐다. 논문명: Impact of CRISPR/HDR-editing versus lentiviral transduction on long-term engraftment and clonal dynamics of HSPCs in rhesus macaques 이병철 교수와 미국국립보건원(NIH) 신시아 던바(Cynthia Dunbar) 선임 연구자 공동 연구팀은 이 연구에서 유전자가위를 이용한 체외 조혈 줄기세포 정밀 유전자 치료의 장기간 생착 효능과 이를 통한 임상적 적용 가능성을 검증했다. 연구팀에 따르면 유전자가위(CRISPR/Cas9)를 이용한 세포유전자치료제는 해당 유전자를 녹아웃시켜 기능을 감소시킬 수 있지만, 다양한 변이를 통해 유발되는 유전질환에는 적용하기 어렵다는 한계가 있다. 또한, 바이러스벡터를 통한 유전자 삽입 방식은 백혈병 등 부작용 우려가 있고, CRISPR-상동재접합(Homology-Directed Repair) 방식을 통한 유전자 삽입은 이식 후 생체 내 지속성에 대한 의문이 존재한다. 따라서 관련성 높은 전임상 모델에서 정밀 유전자 편집 조혈 줄기세포의 이식 후 생착과 지속성, 그리고 이를 통한 임상적 적용 가능성을 검증하는 것이 중요한 과제로 남이 있었다. 연구팀은 상동재접합(HDR) 방식을 통해 타겟 위치에 유전자 바코드를 삽입하는 기술을 개발해 체외로 분리한 조혈 줄기세포를 표지하고, 인간과 유사한 조혈계의 특징을 보이는 비인간 영장류 모델에 자가 이식했다. 그 결과 장기간 추적 연구를 통해 정밀유전자 편집된 세포는 정상세포에 비해 이식 후 생존 능력이 급격히 감소하고, 이식된 세포의 클론성도 감소한다는 사실을 확인했다. 기존 체외 세포배양실험과 마우스 이종 이식을 통한 단기 실험에서는 밝혀내지 못한 새로운 사실을 발견한 것이다. 또 연구팀은 이식 전 생체 외 높은 유전자 편집 효율에도, 생착 후에는 편집세포가 소실되는 것을 확인했다. 특히 이식 세포 추적 결과를 통해 이식 후 장기 조혈 과정에 참여하는 조혈 줄기세포 그룹이 정밀 유전자 편집 기구 적용에 더 취약한 성질을 보인다는 사실을 도출하는 성과도 냈다. 이번 연구는 현재 여러 건의 임상실험이 진행 중인 렌티바이러스 벡터를 통한 유전자 삽입 세포와 앞서 기술한 유전자가위로 정밀 편집된 세포를 동일 개체에 동시에 주입해 경쟁적 자가이식모델을 구축하고, 이식 세포 추적 연구를 통해 두 치료기술의 유효성을 세계 최초로 비교 분석했다는 의의가 있다. 이를 통해 렌티바이러스를 통해 유전자를 삽입한 세포의 체내 생존율이 월등히 높고 다클론성을 유지할 수 있다는 점을 증명했다. 연구를 총괄 수행한 이병철 교수는 “최근 유전자가위 기술을 활용한 카스게비Casgevy나 리프제니아(Lyfgenia) 같은 유전자 치료제가 치료용으로 승인된 반면, 동일 질환 치료제 개발을 위한 그래파이트 바이오(Graphite Bio)의 임상실험(nula-cel)은 이유를 알 수 없는 혈액세포 감소증이 발생해 중단된 바 있다”며 “이번 연구 결과는 그 이유를 과학적으로 설명하며, 최신 유전자 치료 기술의 임상적 적용 가능성을 가늠할 수 있게 하는 주요한 연구 성과”라고 밝혔다. 이어 이 교수는 “향후 개발된 기술을 기초 및 전임상 연구에 확대 적용함으로써 유전자세포 치료기술을 고도화하고, 차세대 유전자 치료기법의 검증연구에도 도입할 계획”이라고 덧붙였다. 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(기본) 및 선도연구센터(SRC) 지원으로 수행됐다. 이병철 교수는 서울대 수의과대학 학사, 석·박사통합, 박사후 연구원과 미국국립보건원(NIH) 박사후 연구원을 거쳐 2023년 숙명여대 생명시스템학부 교수로 부임했다. 줄기세포생물학, 유전자세포치료제 분야 전문가로 현재 과학기술정보통신부‧한국연구재단 개인연구자지원사업(기본)과 과학기술정보통신부‧한국연구재단 선도연구센터사업(SRC) 등을 수행하고 있다.

컴퓨터 사용 시간이 늘어날수록 남성의 발기부전 위험이 커진다는 연구 결과가 나왔다. 21일 중국 상하이 해군 의대 왕린후이 박사 연구팀은 20만명을 대상으로 남녀의 유전적 요인과 좌식 행동, 호르몬 변화, 발기부전 간에 대한 인과적 연관성을 분석한 결과 의미 있는 결과를 확인했다고 밝혔다. 해당 논문은 유럽 남성과학회(EAA)와 미국 남성과학회(ASA) 학술지 남성학(Andrology)에 게재됐다. 연구팀은 TV 시청이나, 컴퓨터 사용, 차량 운전 같은 일상적인 좌식 행동 분석을 통해 여가에 컴퓨터를 사용한 시간이 1.2시간 증가할 때마다 발기부전 발생 확률은 3.57배 증가하는 것으로 나타났다고 주장했다. 기존 역학 조사나 관찰 연구에서는 앉아서 생활하는 행동과 발기부전이 관련이 있다는 주장은 여러 차례 나왔지만 둘 사이에 직접적인 메커니즘과 인과적 관계가 밝혀진 것은 이번이 처음이다. 컴퓨터 사용은 우울증이나 불안, 혈관 건강 지표 등과는 관련이 없었지만 남성과 여성 모두에서 성 발달과 생식에 중요한 역할을 하는 난포 자극 호르몬(FSH) 수치가 낮아지는 것으로 확인됐다. 반면 TV를 보거나 운전을 하는 것이 발기부전 위험을 높인다는 증거는 발견되지 않았다. 연구팀은 컴퓨터를 사용하는 동안 적당한 신체 활동을 병행하면 발기부전을 교정하는 데 도움이 될 수 있다고 설명했다. 연구팀은 “컴퓨터 사용과 발기부전 위험 사이의 연관성에 대한 상당한 증거가 확인됐지만 아직 신체 내피 기능 장애나 심리적 장애 같은 요인도 과소평가해서는 안 된다”며 “나머지 요소들에 대한 확실한 인과관계는 추가 연구를 통해 밝혀져야 한다”고 덧붙였다. 출처 : Andrology, Linhui Wang et al. ‘A Mendelian randomization study on causal effects of leisure sedentary behavior on the risk of erectile dysfunction’

국내 연구진이 소금의 용해 현상을 원자 수준으로 관찰하고, 이온이 용해되는 원리를 밝힐 수 있는 기술을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학과 신형준 교수팀이 하나의 물 분자를 제어해 소금에서 특정 이온을 추출할 수 있는 ‘단일 이온 제어기술’을 개발했다고 21일 밝혔다. 이온의 특성을 활용해 선택적으로 용해를 유도하는 것이다. 이온은 세포의 신호 전달이나 배터리, 반도체 등 다양한 응용 연구 분야에서 핵심적인 역할을 하는 입자다. 하지만 지금까지 간단한 소금의 용해 현상을 포함해 이온의 특성을 단일 이온 수준으로 연구하는 것은 실험적으로 불가능했다. 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있는 소금(NaCl)은 나트륨 양이온(Na+)과 염소 음이온(Cl-) 사이의 강한 이온 결합으로 이뤄진다. 물과 닿게 되면 극성분자인 물 분자에 의해 이온 결합이 끊어져 소금물이 된다. 신형준 교수는 “물에 녹은 이온은 수화된 상태로 존재하기 때문에 용액 속의 수많은 물 분자와 함께 끊임없이 움직여 이온을 개별적으로 제어하거나 그 특성을 연구하기 어려웠다”고 설명했다. 연구팀은 영하 268.8도의 극저온과 초고진공 상태의 환경에서 원자 2~3층 두께의 얇은 소금 막(필름) 위에 개별 물 분자를 증착했다. 원자 수준 이하의 해상도를 갖는 주사터널링현미경으로 소금 표면에 놓인 물의 움직임과 단일 이온 추출에 관한 연구를 성공적으로 수행했다. 연구팀은 주사터널링현미경의 미세 탐침을 정밀하게 제어해 소금 표면에 흡착한 물 단분자를 원하는 특정 방향으로 이동시켰다. 이동시키며 발생한 약 10피코미터(10조분의 1미터) 수준의 탐침 높이 변화를 분석해 염소 음이온과 물 분자가 강한 상호작용을 하고 있음을 밝혔다. 연구팀은 하나의 물 분자를 원자 한층 두께의 소금계면 계단층을 따라 이동시켰다. 이동한 경로에서 한 개의 이온이 사라지는 것을 관측했다. 이는 물 분자의 쌍극자 모멘트 전기적으로 분극된 물질을 의미하며, 전하량와 거리로 표현되는 물리량에 의해 소금의 이온 결합이 끊어져 단일 이온이 추출된 것이다. 물 분자를 제어해 단일 이온을 추출할 때 항상 염소 음이온(C1-)이 나트륨 양이온(Na+)보다 우선적으로 용해되는 현상 또한 발견했다. 이것은 나트륨 양이온과 염소 음이온의 분극률 외부 전기장에 의해 물질에 발생하는 쌍극자 모멘트 차이 때문이다. 높은 분극률을 가진 음이온이 양이온보다 물 분자의 영향을 크게 받는다. 특히 주변에 결합하고 있는 이온이나 원자가 부족한 계단층 표면에서 더 두드러지게 나타났다. 신 교수는 “이온은 우리 주변에 아주 흔하게 존재하지만, 배터리나 반도체 재료의 성능을 획기적으로 변화시킬 수 있는 흥미로운 입자”라며 “개발한 단일 이온 제어기술을 통해 앞으로 이온과 관련된 다양한 기초 기술 및 응용에 연구를 더욱 확장해 나아갈 계획”이라고 밝혔다. 중국과학원 선전기술연구원의 펑딩교수가 공동 연구에 참여했으며, 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’)에 지난 16일 온라인 게재됐다. 연구 수행은 중견연구자지원사업과 기초과학연구원의 지원으로 이뤄졌다.

서울과학기술대학교 신소재공학과 박일규 교수(교신저자) 및 손상현 박사과정생(제1저자) 연구팀이 ‘층상형 이중수산화물 구조에서 수분에 의한 발전효과 방식과 반도체 기반 마찰전기 효과’에 대해 처음으로 보고하고, 두 가지 발전방식의 시너지 결합을 이뤄낸 소자를 개발했다고 21일 밝혔다. 기존의 유전체를 통한 마찰전기 기반 나노 발전기는 높은 전압 특성을 갖는 에너지 하베스팅 기술이지만, 낮은 전류 생성 특성과 직류 전기 에너지를 생성하기 위한 필수적인 정류 작용이 주요 문제점으로 대두됐다. 연구팀에 따르면 물 분자에 대한 자체적인 흡습 특성과 분해 특성을 가지는 이중수산화구조를 도입해 수분 분위기에서 발전 성능이 나타나는 소자를 개발했고, 마찰전기 나노 발전기로 응용했다. 개발된 소자는 80% 이상의 상대 습도 분위기에서 693.38mV와 65.48mAm-2의 마찰전기 발전 성능을 나타냈으며, 발생된 전기에너지를 저장하는 축전 특성을 나타내는 현상을 처음으로 규명했다. 박일규 서울과기대 교수는 “이중 수산화 구조에서의 마찰발전 특성과 수분에 의한 발전 특성이 최초로 규명되고 이 두 가지의 긍정적인 시너지 효과를 극적으로 활용한 것에 의미가 있다”며 “일상 환경이나 고습도 환경에서도 마찰발전과 수분에 의한 발전의 시너지 효과를 통해 바람과 같은 에너지를 통한 발전이 가능할 것”이라며 기대감을 나타냈다. 해당 연구는 2021년도 선정된 중견연구자지원사업 및 중점연구소지원사업의 지원을 통해 수행됐으며 ‘Synergistic Coupling of Tribovoltaic and Moisture-Enabled Electricity Generation in Layered-Double Hydroxides’라는 제목으로 소재·에너지 분야 학술지인 ‘Advanced Energy Materials (IF=27.8)’ 2024년 4월호 내부 커버로 선정돼 게재됐다.

바둑 인공지능(AI) ‘알파고’를 개발해 인공지능 개발 황금기를 연 구글 딥마인드가 지난 20일 인간 축구 코치를 대체할 수 있는 전략 인공지능 ‘택틱AI’를 공개했다. 얼마 전에는 AI의 발전 속도가 지나치게 빨라 인류에게 위협이 될 것이라는 보고서가 발표되기도 했지만 AI 관련 연구들은 다양한 분야에서 예상치 못한 성과들을 속속 내놓고 있다.구글 연구소 홍수 예측팀을 중심으로 한 영국 유럽 중기 기상예보센터, 독일 헬름홀츠 환경연구센터, 미국 랜드(RAND) 연구소 공동 연구팀이 홍수 예보의 정확성을 높일 수 있는 AI 모델을 개발했다고 밝혔다. AI 홍수 예측 시스템은 현재 예보 시스템보다 정확하고 대규모 홍수 발생에 대한 조기 경보 시기도 앞당길 수 있는 것으로 확인됐다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 3월 21일자에 발표됐다. 지구 온난화로 인한 기후 변화 때문에 전 세계적으로 홍수 발생 빈도가 늘었다. 최근에는 국지성 호우로 인한 예측 불가능한 홍수 사태도 잦아지고 있다. 그렇지만 현재 홍수 예측 시스템은 하천에 설치된 감시 장비에 의존하기 때문에 측정 장치가 없는 곳에서 발생하는 홍수는 예측이 어렵다. 하천 정비가 돼 있지 않은 개발도상국이나 후진국에서는 홍수 피해가 더 심각해질 수 있다. 이에 연구팀은 전 세계 주요 하천 중 5680개의 홍수 감시 시스템을 바탕으로 측정 장비가 없는 하천의 수량과 흐름을 예측하는 AI 모델을 개발했다. 연구팀은 이 모델을 유럽 중기 기상예보센터에서 개발한 글로벌 홍수 경보 시스템(GloFAS)과 비교했다. 그 결과 GloFAS와 비슷하거나 더 정확한 결과를 제시한 것으로 나타났으며, AI 모델은 5일 전에 홍수 발생을 예측하는 것으로 나타났다. 중장기 예측 시뮬레이션에서는 AI 모델이 기존 홍수 예측 모델보다 월등히 뛰어난 것으로 확인됐다. 이번 연구를 이끈 구글 연구소 홍수 예측팀의 그레이 니어링 수석연구원은 “이번에 개발한 AI 모델은 모니터링 시스템이 설치되지 않은 하천 유역의 홍수 발생 가능성까지 사전에 정확히 예측한다”며 “적은 비용으로 개발도상국이나 후진국의 피해를 최소화할 수 있을 것”이라고 말했다.그런가 하면 독일 막스플랑크 인간 발달 연구소, 베를린 훔볼트대, 뮌헨 연방군대학, 샤를로테 프레세니우스대 공동 연구팀은 짧은 음성 데이터만으로도 말하는 사람의 심리 상태를 정확하게 파악할 수 있는 AI 모델을 개발했다. 이 연구 결과는 심리학 분야 국제 학술지 ‘최신 심리학’ 3월 20일자에 실렸다. 연구팀은 영어와 독일어로 된 1510개의 음성 데이터에서 무작위로 문장을 추출해 1.5초 단위로 잘라낸 뒤 AI로 문장 내 감정 상태를 파악하도록 했다. 사람의 말에서 감정 인식을 위해 필요한 시간은 1.5초 이상인 것으로 알려져 있다. 연구팀이 사용한 문장들에는 기쁨, 분노, 슬픔, 두려움, 혐오, 중립 등 6개 감정이 포함됐다. 실험 결과 음성 주파수, 음높이, 리듬 등 소리 성분을 빠르게 분석해 사람보다 정확히 감정 상태를 파악하는 것이 확인됐다. 연구를 이끈 티모 폰 우르첸 연방군대학 교수(인지심리학)는 “이번 연구 결과를 활용하면 자폐 스펙트럼 증후군처럼 타인의 감정을 인식하지 못하는 이들의 치료는 물론 거짓말 탐지기의 정확도를 높이는 데도 도움이 될 것”이라고 말했다.

처음 만났는데도 대화가 잘 통하고 마음이 맞는 사람이 있습니다. 그런 만남을 흔히 운명적이라고 표현하지만, 좀더 과학적인 무언가 있지 않을까요. 과학자들도 궁금했던 모양입니다. 미국 텍사스대 사우스웨스턴 메디컬센터 연구팀은 수컷 금화조가 제 짝을 만나기 위해서는 암컷이 원하는 노래를 파악해 부르는 것이 중요하다는 연구 결과를 과학 저널 ‘네이처’ 3월 21일자에 발표했습니다. 명금(songbird)은 수컷이 암컷에게 노래로 구애하는 것으로 알려져 있습니다. 수컷은 모두 같은 노래를 부르는데 암컷이 어떤 기준으로 수컷을 선택하는지는 수수께끼로 남아 있었습니다. 연구팀은 명금 중 하나인 금화조 수컷의 노래를 수천 개 녹음했습니다. 그다음 인공지능으로 이들 소리를 분류해 약 50만개의 노래 음절을 구분해 냈습니다. 연구팀이 이 음절을 분석한 결과 암컷은 똑같은 노래라도 음절 사이 간격과 한 음절의 길이를 구분해 짝을 찾는다는 것을 밝혀냈습니다. 암컷들은 음절 사이의 길이가 긴 노래를 선호하는 것으로 나타났습니다. 음절 사이가 긴 다시 말해 호흡이 긴 음절의 노래를 수컷의 자질을 보여 주는 지표로 인식한다는 것입니다. 연구에 따르면 금화조가 구사하는 노래에는 다양한 음절이 있지만 짝이 되기 위해서는 수컷이 구사하는 음절과 암컷이 선호하는 음절이 일치해야 한다고 합니다. ‘짚신도 짝이 있다’는 속담을 동물 행동학적으로 규명한 것이라고 해야 할까요. ‘합이 잘 맞는다’거나 ‘단짝’이라는 말이 있는 것을 보면, 사람에게도 비슷한 원리가 작동할 것 같습니다. 아니나 다를까 이런 궁금증을 해결하기 위한 연구도 수행됐습니다. 중국 베이징사범대 인지 신경과학 연구실, 뇌 영상·커넥톰 연구실, 국립 뇌 연구소 공동 연구팀은 유대감이 형성된 사람들 사이에서는 신경 활동이 일치해 더 빠르고 빈번한 의사소통이 이뤄진다고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 3월 20일자에 실렸습니다. 연구팀은 이전에 한 번도 만난 적이 없는 176명의 성인 남녀를 3인 1조로 구성해 서로 대화하도록 했습니다. 연구팀은 의사소통 과정 중 뇌 활동을 측정하기 위해 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 전극이 부착된 모자를 착용하도록 했습니다. 일부 실험 조에는 같은 색상의 유니폼을 지급해 입도록 한 다음 대화를 하도록 했습니다. 그 결과 같은 유니폼을 입고 유대감이 형성된 집단은 그렇지 않은 집단에 비해 더 자유롭게 대화하고 친근감을 느끼는 것으로 나타났습니다. 이들에게는 우측 배외측 전전두엽(rDLPFC)과 우측 측두두정 접합부(rTPj)의 활동이 활발하고 뇌파가 거의 일치하는 것으로 확인됐습니다. 이런 신경 동기화가 의사소통 과정을 원활하게 해 준다는 설명입니다. 학기 초 자녀가 아직 단짝 친구를 만들지 못했다고 걱정하는 부모들이 많습니다. 아이들도 아직 뇌파가 일치하는 친구를 만나지 못했을 뿐입니다. 부모가 억지로 친구를 만들어 주기보다는 아이들이 맘에 맞는 친구를 만날 수 있도록 기다려 주는 게 좋지 않을까요.

지구온난화가 가속화하면서 독특한 형태의 바다생물 개체 수가 급증했다는 연구결과가 나왔다. 시애틀타임스 등 현지 언론의 18일(이하 현지시간) 보도에 따르면, 오리건주립대학과 국립해양대기청 공동 연구진은 최근 지구온난화로 인해 해양 먹이사슬 모델이 어떻게 변화하는지 분석했다. 이 과정에서 열파(heat wave)가 태평양 바다의 영양분과 에너지 이동에 광범위한 영향을 미치며, 특히 이는 불우렁쉥이라는 바다생물에게 눈에 띄는 변화를 가져다 준다는 사실을 확인했다.피로솜(Pyrosome)이라고도 부르는 불우렁쉥이는 흰색의 심해 해양생물로, 주로 따뜻한 바다에서 원기둥이나 원뿔을 이루며 사는 작은 피낭 동물의 군체다. 마치 젤리처럼 불투명하고 말랑말랑한 몸체가 특징이다. 연구진은 “피로솜(불우렁쉥이)는 높은 수온의 바닷물에서 많은 에너지를 흡수한다는 사실을 확인했다”면서 “바다 온난화가 극심해질수록 피로솜은 더 많은 에너지를 가져가면서 개체수가 증가한 반면, 해파리와 정어리, 대구 등의 다른 종(種)은 개체수 손실을 입었다”고 설명했다. 연구진에 따르면 지난 10년 동안 캘리포니아 북부 해양 생태계는 비정상적으로 따뜻한 기온을 기록했다. 특히 2014년에는 강력한 해양 폭염으로 기온이 평소보다 크게 높아졌고, 이런 현상은 2016년 중반까지 이어졌다. 2019년부터는 북태평양에서 거의 매년 이상 고온 현상이 발생했고, 이 과정에서 연어 개체수가 감소하거나 바닷새가 멸종하는 등 해양 생태계는 큰 영향을 받았다.불우렁쉥이는 2014년 북태평양의 폭염이 시작되기 이전까지는 좀처럼 확인되지 않다가, 폭염이 시작된 이후부터 해변에 떠밀려온 채로 쉽게 발견되기 시작했다. 전문가들은 이 같은 현상이 불우렁쉥이의 급격한 개체 수 증가를 의미한다고 설명한다. 불우렁쉥이의 개체 수 증가는 먹이사슬 최상위에 있는 종에게는 잠재적으로 부정적인 영향을 줄 수 있다. 이번 연구를 이끈 오리건주립대학의 딜런 고메스 박사는 “먹이그물 모델을 통해 생태계 전체에 걸쳐 해양 폭염의 영향을 추정한 결과, 먹이사슬 가장 아래에 있는 피로솜(불우렁쉥이)가 자신처럼 먹이사슬 아래에 있는 플랑크톤 등을 소비하고 그 에너지를 몸 안에 가둬두는 것으로 나타났다”면서 “피로솜은 포식자가 필요로 하는 에너지를 빼앗고 있다”고 말했다. 실제로 태평양에서 불우렁쉥이가 확산한 이후 연어와 바닷새의 수가 감소한 것으로 나타났다. 이는 불우렁쉥이가 연어와 바닷새의 먹이까지 모두 먹어치웠기 때문으로 추정된다. 반대로 먹이사슬 상위에 있는 연어나 바닷새는 불우렁쉥이를 잡아먹어도 유의미한 영양분 섭취를 하지 못하는 것으로 알려져 있다.고메스 박사는 “현재까지는 먹이사슬이 이전과 유사한 형태를 유지하고 있지만, 따뜻한 바다 온도가 지속된다면 생태계가 장기적으로 어떻게 유지될지 알 수 없다”면서 불우렁쉥이 개체 수의 증가가 생태계에 미칠 영향을 우려했다. 자세한 연구 결과는 세계적인 학술지인 네이처 커뮤니케이션스 최신호에 실렸다. 한편, 2018년 뉴질랜드 바다에서 길이 30m에 달하는 거대한 불우렁쉥이가 목격돼 국내에서도 화제를 모은 바 있다.

지난 2월 경질된 대한민국 대표팀 감독 위르겐 클린스만은 아시안컵 내내 ‘전략 없음’으로 일관하며 졸전을 펼쳐 국민의 공분을 불러일으켰다. ‘차라리 인공지능(AI)이 낫겠다’는 비판까지 나왔다. 그런데 실제로 인간 감독보다 나은 전술 인공지능이 개발돼 눈길을 끈다. 바둑 AI ‘알파고’, 단백질 분석 AI ‘알파폴드’ 등을 개발해 AI 분야를 선도하고 있는 구글 딥마인드 팀이 이번에는 인간보다 나은 축구 전술 AI를 내놓은 것이다. ●최적의 선수 구성·득점 극대화 구글 딥마인드와 현재 영국 프리미어리그 2위를 달리고 있는 리버풀 FC의 트레이닝 센터 공동 연구팀이 최적의 선수 구성을 결정하고, 득점 가능성을 극대화한 전술을 제시할 수 있는 인공지능 ‘택틱AI’(TacticAI·전술 인공지능)를 개발했다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 3월 20일자에 실렸다. 이번 연구 논문에는 딥마인드의 최고경영자(CEO) 데미스 허사비스도 이름을 올렸다. 축구에서 코너킥은 득점으로 연결할 기회를 높이고 감독의 전략이 개입할 수 있는 여지도 많아 중요하게 여겨진다. 코너킥 전략은 매 경기 전에 결정하기 때문에 득점 가능성을 최대한 높일 수 있는 시스템이 있다면 코치진에게 도움이 된다. 이에 연구팀은 기하학적 분석을 이용한 딥러닝으로 주요 전술 패턴을 식별해 코너킥의 성공 확률을 예측할 수 있는 AI를 설계했다. 이를 위해 연구팀은 지난 프리미어리그 시즌에서 나온 7167개의 코너킥 자료를 활용해 택틱AI를 훈련하고 테스트했다.●전문가들도 AI 전략 선호 택틱AI는 바둑AI 알파고처럼 상대의 모든 움직임을 계산해 최적의 전략을 계산하고, 코너킥 상황에서 공을 처음 받는 선수가 득점으로 연결할 수 있는 확률을 정확하게 예측한다. 또 선수 교체 시 가능한 결과를 평가하고 이에 따른 전술적 변형도 만들어 낼 수 있다는 장점이 있다. 데이터 과학자 3명, 비디오 분석가 1명, 리버풀 FC 코치진 1명으로 구성된 전문가 그룹의 평가 결과, 택틱AI가 만들어 낸 전술이 실제 경기에서 사용하는 것과 구분하기 어려울 정도로 현실적인 것으로 확인됐다. 또 블라인드 테스트를 통해 사람이 짠 전술이나 기존 사용된 전술보다 택틱AI가 만든 전략의 선호도가 90% 이상인 것으로 조사됐다. 연구를 이끈 대니얼 헤네스 구글 딥마인드 연구원은 “택틱AI는 일단 축구 코너킥을 대상으로 전략을 제시하고 있지만 다른 세트피스 상황은 물론 다양한 팀 스포츠에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

지난 2월 경질된 대한민국 대표팀 감독 위르겐 클린스만은 아시안컵 내내 ‘전략 없음’으로 일관하며 졸전을 펼쳐 국민의 공분을 불러일으켰다. ‘차라리 인공지능이 낫겠다’는 비판까지 나왔다. 그런데, 실제로 인간 감독보다 나은 전술 인공지능이 개발돼 눈길을 끈다. 바둑 인공지능 ‘알파고’, 단백질 분석 인공지능 ‘알파폴드’ 등을 개발해 인공지능 분야를 선도하고 있는 구글 딥마인드 팀이 이번에는 인간보다 나은 축구 전술 AI를 내놓은 것이다. 구글 딥마인드와 현재 영국 프리미어리그 2위를 달리고 있는 리버풀 FC의 트레이닝 센터 공동 연구팀이 최적의 선수 구성을 결정하고, 득점 가능성을 극대화할 수 있는 전술을 제시할 수 있는 인공지능 ‘택틱AI’(TacticAI·전술 인공지능)을 개발했다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 3월 20일 자에 실렸다. 이번 연구 논문에는 딥마인드의 CEO 데미스 허사비스도 이름을 올렸다. 축구에서 코너킥은 득점으로 연결할 기회가 매우 크고, 감독의 전략이 개입할 수 있는 여지도 많아 중요하게 여겨진다. 코너킥 전략은 매 경기 전에 결정하기 때문에 득점 가능성을 최대한 높일 수 있는 시스템이 있다면 코치진에게 도움이 된다. 이에 연구팀은 기하학적 분석을 이용한 딥러닝으로 주요 전략 패턴을 식별해 코너킥의 성공 확률을 예측할 수 있는 AI를 설계했다. 이를 위해 연구팀은 지난 프리미어리그 시즌에서 나온 7167개의 코너킥 자료를 활용해 택틱AI를 훈련하고 테스트했다.택틱AI는 바둑AI 알파고처럼 상대의 모든 움직임을 계산해 최적의 전략을 계산하고, 코너킥 상황에서 공을 처음 받는 선수에 따라 득점으로 연결할 수 있는 확률을 정확하게 예측한다. 또 선수 교체 시 가능한 결과를 평가하고 이에 따른 전술적 변형도 만들어 낼 수 있다는 장점이 있다. 데이터 과학자 3명, 비디오 분석가 1명, 리버풀 FC 코치진 1명으로 구성된 전문가 그룹의 평가 결과, 택틱AI가 만들어 낸 전술이 실제 경기에서 사용하는 것과 구분하기 어려울 정도로 현실적인 것으로 확인됐다. 또, 블라인드 테스트를 통해 사람이 짠 전술이나 기존 사용된 전술보다 택틱AI이 만든 전략의 선호도가 90% 이상인 것으로 조사됐다. 연구를 이끈 다니엘 헤네스 구글 딥마인드 연구원은 “택틱AI는 일단 축구 코너킥을 대상으로 전략을 제시하고 있지만 다른 세트피스 상황은 물론 다양한 팀 스포츠에도 적용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

단국대학교는 신소재공학과 주수현 교수 연구팀이 꿈의 신소재라 불리는 그래핀의 크랙 결함을 없앤 나노셀룰러(나노 크기의 3차원 연속연결) 구조 그래핀 개발에 성공했다고 18일 밝혔다. 그래핀은 전기 전달이 우수하고 화학적으로 안정돼 배터리 음극재 등 다양한 응용 분야에서 주목받고 있다. 그래핀 제작에는 흑연의 산화·환원 특성을 활용한 화학적박리법과 화학기상증착 합성법(CVD) 등이 주로 사용된다. 하지만 기존에 개발된 나노구조의 그래핀은 나노구조 사이의 연결성이 떨어지고 서로 간 결합력이 약해 크랙이 쉽게 발생하는 단점이 있다. 연구팀은 일본 도호쿠 대학의 가토 히데미(Hidemi Kato) 교수팀과 금속 용탕 탈성분법(원소 간 결합 선호도 차이를 활용한 새로운 공정)과 망간·탄소를 증착해 얻은 비정질합 금막을 활용해 크랙이 전혀 없는 나노셀룰러 구조 그래핀 제작에 성공했다. 연구팀이 제작한 나노셀룰러 구조 그래핀은 기존의 그래핀보다 전기전도도가 2배 이상 높고 인장강도도 10배 이상 높다. 플렉시블 나트륨 배터리의 음극재로 활용 시 매우 빠른 속도로 7000번의 충·방전 후에도 충전용량이 유지되는 획기적인 특성 향상을 이뤘다. 주수현 교수는 “배터리 음극재, 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 기기 등에 훨씬 높은 성능을 제공할 것으로 기대한”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 우수신진연구 지원을 받아 수행됐다. 연구 논문(Mechanically Robust Self-Organized Crack-Free Nanocellular Graphene with Outstanding Electrochemical Properties in Sodium Ion Battery)은 세계적 권위의 국제 저명 학술지 ‘Advanced Materials (2022년 IF=29.4)’ 2024년 2월 온라인으로 게재됐다.

존엄한 노년을 방해하는 대표적인 질환이 치매다. 알츠하이머는 치매의 최대 80%를 차지하는 핵심 원인으로 꼽힌다. 알츠하이머 발생 원인에 관해 다양한 연구가 진행되고 있는데, 국내 연구진이 갑상샘 호르몬과 알츠하이머의 상관관계에 대해 밝혀 눈길을 끈다. 서울대 의대 연구팀은 뇌 내 갑상샘 호르몬 결핍이 알츠하이머 악화와 밀접한 관계가 있다고 18일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 3월 16일 자에 실렸다. 알츠하이머는 아밀로이드 베타와 타우 단백질이 과도하게 뇌에 축적되면서 신경세포가 손상되고 염증이 생기면서 발생하는 것으로 알려져 있다. 그런데, 갑상샘 호르몬은 뇌 발달과 기능에 중요한 역할을 해 갑상샘 호르몬 수치의 불균형이 뇌 건강과도 밀접한 관계가 있어 알츠하이머 발병과 진행에도 영향을 미칠 것으로 보는 연구자들이 많다. 실제로 갑상선 기능 저하증은 기억력을 비롯한 인지 능력 저하, 브레인 포그 같은 알츠하이머 증상과 유사하다. 여러 역학 연구를 통해 알츠하이머 환자의 혈액, 뇌척수액, 사후 뇌 조직에서 갑상샘 호르몬 수치 변화가 보고되기는 했으나 둘 간 명확한 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 알츠하이머 치매를 일으킨 생쥐의 갑상샘 호르몬 수치 변화를 관찰했다. 그 결과, 기억에 관여하는 해마 영역에서 갑상샘 호르몬 수치가 알츠하이머 초기부터 감소하는 것이 확인됐다. 이는 혈중 갑상샘 호르몬 수치 감소보다 더 빠르게 일어났다.연구팀은 또 뇌 조직을 이용한 단일 세포 분석을 통해 갑상샘 호르몬 결핍이 뇌 면역세포인 미세아교세포의 기능에 영향을 미친다는 사실도 발견했다. 요오드 결핍 사료를 먹여 갑상샘 호르몬이 완전히 고갈된 치매 생쥐의 미세아교세포는 알츠하이머 원인 물질인 아밀로이드 베타 단백질 덩어리를 제거하지 못해 인지적 행동 장애가 더욱 악화되는 것이 관찰됐다. 연구팀은 뇌 내 갑상샘 호르몬이 부족한 알츠하이머 치매 생쥐에게 활성형 갑상샘 호르몬 T3를 투여한 결과, 치매 쥐의 기억과 인지기능이 회복된 것을 확인했다. 또 뇌 내 아밀로이드 베타와 타우 단백질의 과도한 축적도 줄어들었다. 연구를 이끈 묵인희 서울대 의대 교수는 “이번 연구는 갑상샘 호르몬이 뇌에서 아밀로이드 베타 단백질에 대한 미세아교세포의 면역 반응을 형성하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여줬다”라고 말했다. 묵 교수는 “갑상샘 호르몬 보충을 통해 알츠하이머 치매 치료 가능성도 크다”라고 덧붙였다.

지구 온난화는 지표면뿐만 아니라 해수 온도까지 높인다. 이 때문에 많은 동식물이 멸종될 가능성이 커지고 있는데, 의외의 동물은 지구 온난화로 인해 개체수가 증가하고 있다는 연구 결과가 나왔다. 주인공은 바로 식인 상어다. 미국 미시시피주립대, 알래스카 페어뱅크스대, 앨라배마 자연 보호국, 루이지애나 주립대 공동 연구팀은 지난 20년 동안 해수면 온도가 꾸준히 상승하면서 식인 상어인 황소상어 개체 수가 5배나 증가했다고 17일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 3월 15일 자에 실렸다. 황소상어는 따뜻하고 얕은 해안이나 강에 서식하는 상어로 예측 불가능한 행동과 포악함으로 유명하다. 다른 바다 상어들과 달리 민물에서도 살 수 있는 황소상어는 먹이 개체수 조절로 연안 생태계 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 하지만, 뱀상어(또는 호랑이상어), 백상아리와 함께 인간을 공격하는 대표적인 식인 상어이기도 하다. 연구팀은 2003년부터 2020년까지 앨라배마주 하구 모바일 베이의 해수면 온도 변화와 황소상어 분포와 개체 수 변화를 비교 분석했다. 분석 결과, 모바일 베이의 평균 해수면 온도는 2001년 22.3도에서 2020년 23도로 상승했으며, 조사 기간 포획된 개체 수도 2001년에 비해 2020년에는 약 5배 증가한 것으로 나타났다. 연구팀이 컴퓨터 시뮬레이션을 실시한 결과, 해수면 온도가 22.5도 이상이면 황소상어의 생존 가능성이 오히려 더 커지는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 조사 기간 인근 지역의 도시화가 커지면서 황소상어를 포획할 가능성이 줄어들 것으로 예상됐지만, 오히려 모바일 베이 전역에서 증가했다. 연구를 이끈 마커스 드라이먼 미시시피주립대 교수는 “황소상어 개체 수가 증가하면서 어업에 미치는 영향이나 사람을 실제로 위협하는 문제들에 대해 심각하게 생각해야 할 상황”이라면서 “해수면 온도가 추가로 상승할 경우 황소상어들의 생태에 어떤 영향을 미치는지는 추가 연구를 할 계획”이라고 말했다.