변이바이러스 주요 3종 감염 49명↑국내 집단감염 사례 총22건누적 379명, 기타변이 추가시 497명 코로나19보다 전파력이 더 센 것으로 알려진 해외유입 변이 바이러스 감염 사례가 꾸준히 늘고 있다. 특히 입국 검역 및 자가격리 과정은 물론 지역사회에서 전파된 사례도 함께 증가하는 추세여서 확산 우려가 커지고 있다. 중앙방역대책본부(방대본)는 12일 주요 3종 변이 바이러스 감염자가 49명 늘어 총 379명으로 집계됐다고 밝혔다. 신규 49명 가운데 영국발 변이 감염자가 44명, 남아프리카공화국(남아공)발 변이 감염자가 4명, 브라질발 변이 감염자가 1명이다. 변이 감염자가 나온 국내 집단발병 사례는 총 22건으로 늘었다. 신규 49명의 국적은 내국인 26명, 외국인 23명이다. 이들 가운데 20명은 국내발생, 29명은 해외유입 사례에 속한다. 국내발생 20명은 모두 영국발 변이 감염자다. 경기 성남시 외국인모임(6명)·울산 북구 목욕탕(4명) 등 기존 집단감염 사례에서 추가된 인원이 10명이고, 신규 사례인 울산 북구 회사 및 목욕탕 2번(3명)·경기 광주시 석제품 제조업(1명)·경기 성남시 중학교 및 체육도장(1명) 관련 변이 감염자가 5명이다. 나머지 5명은 아직 집단감염 사례로 분류되지 않은 개별 확진자다. 개별 확진자는 변이 바이러스에 감염된 특정 환자의 선행 확진자를 찾지 못한 상황에서 해당 지역이나 집단의 주변까지 유전체 검사 대상을 확대하는 ‘지역사회 감시 강화’ 과정에서 발견됐다. 백신 효과가 떨어지는 것으로 알려진 남아공발 변이의 국내 감염 사례는 추가로 나오지 않았다. 신규 해외유입 사례 29명을 보면 영국발 변이 감염자가 24명이다. 이들은 필리핀·파키스탄(각 7명), 폴란드·미국(각 3명), 헝가리(2명), 아르메니아·케냐(각 1명)에서 입국했다. 남아공발 변이 감염자는 4명으로 방글라데시·브라질(각 2명)에서, 브라질발 변이 감염자 1명은 브라질에서 입국했다. 29명 중 10명은 검역 단계에서, 나머지 19명은 입국 후 자가격리 중 진행한 검사에서 양성 판정을 받았다.방대본은 지난해 10월 이후 변이 바이러스 유전체 총 6천453건을 분석해 현재까지 총 379건의 주요 변이를 확인됐다. 이 가운데 영국발 변이가 324건, 남아공발 변이가 46건, 브라질발 변이가 9건이다. 영국·남아공·브라질발 주요 3종 변이 이외에 아직 역학적 위험성이 확인되지 않은 미국 캘리포니아 유래 변이 등 ‘기타 변이 바이러스’ 국내 감염 사례는 총 118명이다. 주요 3종 변이와 기타 변이 감염자를 합치면 총 497명으로 500명에 육박했다. 이상원 방대본 역학조사분석단장은 “변이 바이러스 문제를 상당히 심각하게 보고 있다”며 “유럽 등 다른 국가에서 변이 발생률이 최초의 낮은 단계, 즉 10% 미만에서 50% 이상의 우세종으로 변하는 데 불과 몇 개월의 시간이 걸리지 않았다”고 말했다. 이 단장은 “우리나라는 현재 다른 나라보다 변이 점유율이 낮은 편이지만, 최선을 다해서 유행을 억제하지 않으면 언제든지 높아질 수 있다”며 “격리와 검사 확대 등 방역관리 부분을 강화할 것”이라고 설명했다. 김채현 기자 chkim@seoul.co.kr

CJ제일제당이 아주대 의료원과 함께 ‘마이크로바이옴’(microbiome·미생물군유전체) 공동 연구개발에 나선다. 마이크로바이옴은 암이나 면역질환 등 주요 만성 퇴행성 질환 치료에 중요한 역할을 할 수 있어 최근 연구개발의 필요성이 대두되고 있다. CJ제일제당은 지난 8일 경기 수원시 아주대 의료원에서 ‘마이크로바이옴 공동 연구개발 양해각서(MOU)’를 체결했다고 11일 밝혔다. 양측은 인적·학술 교류와 연구시설 공동 활용 등을 통해 유용한 마이크로바이옴 후보군을 찾고, 이를 기반으로 한 질병 치료 솔루션을 개발할 계획이다. 황윤일 CJ제일제당 바이오사업부문장은 “이번 협업을 통해 탄생할 결과물이 ‘최고의 산학 협력 사례’로 남을 수 있게끔 최선을 다할 것”이라고 말했다. 명희진 기자 mhj46@seoul.co.kr

기존 백신 보강하는 ‘부스터 샷’ 정기접종 전망 제기 코로나19 바이러스의 변이가 지속적으로 나오면서 백신을 평생 맞아야 할지도 모른다는 전망이 나왔다. 로이터통신은 15일(현지시간) 영국 코로나19 유전체학 컨소시엄(COG-UK) 국장인 샤론 피콕 교수가 기존 백신을 보강하는 이른바 ‘부스터 샷’을 정기적으로 접종하는 미래가 올 것이라고 예상했다고 보도했다. 피콕 교수는 로이터통신과 가진 인터뷰에서 “코로나19 바이러스에 대한 면역력은 영원히 지속되지 않는다”면서 “우리는 (백신) 추가 접종을 항상 해야 한다는 점을 인정해야 할 것”이라고 말했다. 이어 “우리는 바이러스가 진화하는 것에 대처하려고 이미 백신을 수정하고 있다”면서 “전염력이 강하고 우리의 면역 반응을 부분적으로 피할 수 있는 변이들이 있기 때문”이라고 설명했다. 피콕 교수는 독감 백신처럼 정기적으로 코로나19 백신 접종이 필요하다는 점을 확신한다고 밝혔다. 또 현재 파악된 코로나19 변이 가운데 남아프리카공화국발 변이를 가장 우려한다며 “전파력이 더 강하기 때문”이라고 말했다. 코로나19 백신을 개발한 미국 제약사 화이자의 앨버트 부를라 화이자 최고경영자(CEO)도 피콕 교수와 비슷한 견해를 내놨다. 미국 인터넷 매체 악시오스는 이날 부를라가 ‘악시오스 온 HBO’(Axios on HBO)에 사람들이 수년 동안 매년 코로나19 백신을 접종할 필요가 있을 것으로 예상한다고 밝혔다. 악시오스는 코로나19 변이들이 빠르게 확산하고 있다며 백신 접종이 일상이 될수 있다고 분석했다. 신진호 기자 sayho@seoul.co.kr

전 세계에서 태어난 쌍둥이들이 1980년대와 비교해 3분의 1이나 늘어 최고점에 이르렀다고 영국 BBC가 12일 보도했다. 매년 160만명의 쌍둥이가 태어나 신생아 42명 가운데 한 명이라고 했다. 최근 의학잡지 ‘휴먼 리프로덕션’에 따르면 지난 1980~85년과 2010~15년의 165개국 쌍둥이 출산 정보를 비교한 결과 30년 동안 모든 지역에서 쌍둥이 출산이 크게 늘었으며 아시아 지역은 32%, 북아메리카 지역은 71%까지 늘어난 것으로 나타났다. 임신 1000회당 쌍둥이 숫자는 특별히 유럽과 북미에서 높아졌다. 세계적으로는 임신 1000회당 9명에서 12명으로 늘었다. 아프리카에서는 30년 동안 꾸준히 늘어나 인구 증가에 기여했다. 아프리카와 아시아의 쌍둥이는 현재 세계 전체의 80%를 차지한다. 이렇게 쌍둥이들이 늘어난 이유로는 임신 연령이 늦춰지고 시험관 아기 시술 같은 의료기술의 발전 덕으로 추정된다. 연구를 주도한 크리스티안 몬덴 영국 옥스퍼드대학 교수는 “아프리카에서 쌍둥이들이 많이 태어나는 것은 이란성 쌍둥이들이 많기 때문”이라면서 “아프리카 인구와 다른 대륙 인구 사이에 유전체가 현저히 다르기 때문”이라고 했다. 유럽과 북미, 오세아니아의 쌍둥이 출산율이 1970년대 이후 빠르게 늘어난 것은 인공수정이나 시험관 시술, 임신 촉진제 등 의술의 도움을 받은 결과다. 하지만 이런 쌍둥이 출산은 앞으로는 줄어들 것으로 전망된다. 단둥이를 갖거나 출산하는 것이 훨씬 임신부를 안전하게 만들기 때문이라고 몬덴 교수는 지적했다. 그는 “쌍둥이 분만은 아기와 어렸을 때 사망률을 높일 수 있다. 임신 중이나 출산 중간, 그 뒤에도 산모나 어린이 모두에게 더 많은 합병증을 가져올 수 있다”고 말했다. 조산아로 태어나거나 과소 체중으로 태어날 가능성도 높아진다. 더욱이 못 사는 나라에 태어나는 쌍둥이들은 더욱 걱정할 일이 많다. 예를 들어 아프리카의 사하라 이남 사헬 지구에서는 많은 쌍둥이들이 태어난 해에 다른 쪽을 먼저 저하늘로 보낸다. 매년 20만명 이상이나 된다. 공동 저자인 제로엔 스밋츠 교수는 “부유한 서구 국가들에서 쌍둥이 비율이 늘어나 사헬 지구와 비슷한 수준이 되고 있는데 두 생존 조건에는 엄청난 차이가 있다”고 말했다. 또 앞으로는 인도와 중국의 쌍둥이 출산율이 중요해질 것이라고 연구진은 내다봤다. 아울러 출산 기피, 출산 연령이 높아지는 점, IVF 기술 발전 등이 몇년 동안의 쌍둥이 출산률에 많은 영향을 미칠 것이라고 봤다. 임병선 평화연구소 사무국장 bsnim@seoul.co.kr

자신이 낳은 네 자녀가 1989년부터 1999년까지 10년이 조금 넘는 기간 모두 세상을 떠났다면 어머니는 얼마나 참담할까? 하지만 세상은 의심의 눈초리를 던졌고, 어머니는 법의 심판대에 섰다. 2003년 호주 뉴사우스웨일즈(NSW)주의 헌터 밸리에 살던 캐슬린 폴비그에게 벌어진 일이다. ‘호주 최악의 여성 연쇄살인범’이란 별칭이 붙여졌다. 첫 아들 칼렙은 과실치사, 패트릭과 사라, 로라 등 세 아이를 살해한 혐의가 인정돼 징역 30년형이 선고돼 18년 가까이 복역했다. 그는 한사코 무고하다고 항변했고 지금도 마찬가지다. 그런데 최근 아이들이 모두 자연사했다는 그의 주장을 뒷받침하는 과학적 증거가 나타나 어쩌면 억울한 누명을 벗을지 모르겠다고 영국 BBC가 11일(현지시간) 전했다. 지난주 90명의 저명한 과학자들, 과학 동호인들, 의료 전문가들이 NSW 지사에게 탄원서를 건네 폴비그의 사면과 즉각 석방을 요구했다. 두 노벨상 수상자, 올해의 호주인으로 뽑힌 두 사람, 호주학술원 회장 등이 포함됐다. 존 샤인 교수는 “현재 이 사건과 관련해 존재하는 과학적, 의료적 증거를 고려하면 이 탄원서에 서명하는 일은 마땅히 옳은 일”이라고 말했다. 만약에 폴비그의 무죄가 선언돼 석방되면 호주 사법부 사상 최악의 오심이 될 전망이다. 이 나라에서는 울룰루 지역에서 자신이 낳은 아기 아자리아를 살해한 혐의로 잘못 기소돼 3년을 복역한 린디 챔벌레인의 사례보다 더 지독한 사법권 오용 사례가 될 것이다. 2019년에도 여러 차례 청원 끝에 재심이 열렸지만 재판부는 한사코 합리적인 의심보다 원심에서 제시됐던 정황 증거, 그가 일기장에 남긴 모호한 표현들에 더 무게를 실었다. 레지날드 블랜치 재판장은 “누군가 의도적으로 아이들에게 해를 입혔다는 것이 유일한 합리적인 결론이란 사실은 여전하다. 증거는 폴비그 말고는 어떤 다른 이도 지목하지 않는다”고 말했다. 그러나 그 뒤 시간이 흐를수록 유죄 판단에 대해 합리적인 의심을 해야 한다는 점을 보여주는 과학적 증거들이 잇따라 나왔다. 유전학자인 조제프 게츠 박사는 “이 사건에서의 과학은 매우 강력해 무시할 수가 없다”고 단언했다. 아동 및 공중 보건을 전공한 피오나 스탠리 교수는 “의학적, 과학적 증거가 무시되고 정황 증거를 우선시하는 일은 아주 염려스러운 일이다. 우리는 지금 폴비그의 자녀들 죽음에 관해 달리 설명할 방법을 갖고 있다”고 말했다. 두 딸 사라와 로라가 희귀한 유전자 돌연변이를 갖고 있어 갑작스러운 심장 돌연사를 불렀다는 것이다. 2019년의 청원을 이끈 것도 카롤라 비누에사 호주국립대 교수의 이 주장 때문이었다. 비누에사 교수는 캐슬린의 ‘CALM2 G114R’ 유전자를 두 딸이 물려받았고 이것이 심장 이상을 불러왔을 가능성이 있다고 했다. 지난해 11월 호주, 덴마크, 프랑스, 이탈리아, 캐나다, 미국 과학자들은 유럽심장재단이 발행하는 저명 의료잡지 유로페이스(Europace)에 실린 논문을 통해 폴비그와 두 딸의 변이 유전체는 다른 CALM 변이를 지닌 사람들보다 훨씬 심각한 영향을 미쳐 심장마비와 영유아들의 수면 돌연사를 초래한다는 사실을 밝혀냈다. 두 아들 칼렙과 패트릭 역시 다른 종류의 유전자 돌연변이를 갖고 있었다. 쥐들에 주사하면 곧바로 사지가 마비돼 죽었다. 과학자들은 아들들의 유전자에 대해선 추가 연구가 필요하다는 점을 인정했다. 네 자녀의 부검 결과를 2015년 다시 살펴본 멜버른의 법의학자 스티븐 코드너 교수는 “네 자녀 중 누구라도 살해됐다는 점을 뒷받침하는 법의학적 증거는 찾지 못했다. (폴비그가) 목을 졸랐다는 징후는 없었다”고 단언했다. 2018년 브리티시컬럼비아 대학의 법의학자 매슈 오르데 교수도 호주 ABC 방송 인터뷰를 통해 “기본적으로 코드너 교수의 말에 동의한다. 네 자녀 모두의 죽음은 자연사로 설명될 수 있다”고 말했다. 최근 NSW 항소법원은 탄원서에 대한 심리를 다시 벌였는데 폴비그에 좋은 소식이 전해질까 주목된다고 BBC는 전했다. 임병선 기자 bsnim@seoul.co.kr

■서울대병원 △임상유전체의학과장 박경수△중환자의학과장 이상민△중증외상센터장 하종원 ■계명대 동산의료원 △의과학연구소장 배재훈△뇌연구소장 이형△암연구소장 조광범△간호과학연구소장 김덕임△행정부장 최동철△국제의료팀장 신동칠△임상시험지원팀장 김홍일△원무행정팀장 김주용△복지증진팀장 이재홍△의료질관리팀장 강미숙△응급간호팀장 김정애

2001년 영화 ‘뷰티플 마인드’는 1994년 노벨경제학상을 수상한 미국 수학자 존 내쉬의 이야기를 다루고 있다. 내쉬는 게임이론에서 가장 많이 쓰이는 균형이론을 만든 천재 수학자로 오랜 동안 조현병에 시달려왔다. 조현병은 망상과 환각, 비정상적 사고 등 감정, 지각, 인지, 행동 등 다양한 측면에서 이상 증상을 보이는 정신질환이다. 이 때문에 많은 사람들이 조현병은 흔하지 않은 질병으로 생각하지만 사실 전 세계, 모든 민족에서 100명 중 1명꼴로 발병하고 있다. 문제는 이렇듯 흔한 정신질환의 근본 원인이 제대로 밝혀지지 않고 있어 치료가 쉽지 않다는 것이다. 국내 연구진이 조현병 발병의 주요 요인 중 하나를 새로 밝혀냈다. 카이스트 의과학대학원 연구팀은 후천적으로 뇌 특이적 체성 유전변이가 조현병을 발병시킨다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 정신과학 분야 국제학술지 ‘생물 정신과학’ 9일자에 실렸다. 조현병은 다양한 원인으로 발병하는 것으로 알려져 있는데 특히 유전적 원인을 밝혀내기 위해 그동안은 환자의 혈액이나 타액을 분석해 돌연변이를 찾으려 시도했으나 모두 실패했다. 이에 연구팀은 조현병을 앓다가 사망한 27명의 뇌 조직을 이용해 ‘전장 엑솜 유전체 서열 기법’으로 분석한 결과 뇌에만 존재하는 특이 체성 유전변이를 발견했다. 연구팀은 조현병을 유발시키는 뇌 특이적 체성 유전변이들이 뇌신경 정보 교환과 신경발달에 중요한 역할을 하는 유전자에 주로 분포하는 것도 찾아냈다. 결국 뇌 체성 유전변이가 뇌신경회로를 파괴하거나 교란시켜 조현병 원인이 될 수 있다는 것이다. 연구팀은 이번 연구결과를 바탕으로 뇌 체성 돌연변이 연관 조현병 환자 진단과 치료법 개발에 나설 계획이다. 이정호 카이스트 의과학대학원 교수는 “이번 연구는 조현병 발병에 체성 유전변이가 중요한 역할을 하고 있음을 밝혀냄으로써 조현병의 새로운 치료법 개발은 물론 다른 신경정신질환 연구에도 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 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

과학저널 ‘사이언스’는 최근 캘리포니아 남부 지역을 중심으로 발견된 일명 ‘캘리포니아 변이 바이러스’가 감염력과 중증 증상 유발 가능성이 높고 심지어 백신을 무력화시킬 가능성도 큰 최악의 변이 바이러스라고 25일 전했다. 또 미국 뉴욕에서도 백신의 효력을 약화할 수 있는 신종 코로나 변이가 퍼지고 있다는 보도가 나왔다. 캘리포니아 변이를 연구한 미국 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 의대 연구팀은 지난해 9월 1일부터 지난 1월 29일까지 캘리포니아 44개 지역에서 수집한 4000여개의 검체에서 2172개의 유전체, 코로나19 입원 환자 324명의 의료기록을 분석했다. 그 결과 ‘B.1.427’과 ‘B.1.429’로 이름 붙여진 새로운 변이 감염자들이 코로나19 감염 환자에 비해 중환자실에 입원할 가능성이 4.8배 높고, 사망 가능성은 11배 이상인 것으로 조사됐다. 미국 동부에서도 컬럼비아대 메디컬센터 연구팀이 ‘B.1.526’으로 명명된 새로운 바이러스를 지난해 11월 뉴욕에서 채취한 표본에서 발견했다고 CNN이 24일(현지시간) 보도했다. 뉴욕 변이는 백신 저항력이 강한 남아프리카공화국 변이와 비슷한 특징을 보이는 것으로 알려졌다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr홍희경 기자 saloo@seoul.co.kr

과학저널 ‘사이언스’는 최근 캘리포니아 남부 지역을 중심으로 발견된 일명 ‘캘리포니아 변이 바이러스’가 감염력과 중증 증상 유발 가능성이 높고 심지어 백신을 무력화시킬 가능성도 큰 최악의 변이 바이러스라고 25일 전했다. 미국 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 의대 연구팀은 2020년 9월 1일부터 지난 1월 29일까지 캘리포니아 44개 지역에서 수집한 4000여개의 검체에서 2172개의 유전체를 분석했다. 또 UCSF 부속병원에서 치료를 받거나 입원한 코로나19 환자 324명의 의료기록을 분석했다. 그 결과 ‘B.1.427’과 ‘B.1.429’로 이름 붙여진 새로운 변이 코로나바이러스에 감염된 사람들은 다른 코로나19 바이러스 감염 환자보다 중환자실에 입원할 가능성이 4.8배 높았으며 사망 가능성은 11배 이상인 것으로 조사됐다. 또 변이 바이러스에 감염된 사람들은 호흡기 속 바이러스 양이 다른 코로나 감염환자보다 2배 이상 많아 다른 사람을 더 쉽게 감염시킬 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 미국 캘리포니아 지역에서 발생한 변이 코로나19 바이러스가 기존 코로나19 바이러스나 다른 변이 바이러스보다 감염력이 더 높을 뿐만 아니라 치명적이라는 연구결과가 나왔다. 과학저널 ‘사이언스’는 지난해 말 발생한 영국, 남아프리카공화국, 브라질 코로나19 변이 바이러스에 이어 최근 캘리포니아 남부지역을 중심으로 발견된 일명 ‘캘리포니아 변이 바이러스’가 감염력과 중증 증상유발 가능성이 높고 백신을 무력화시킬 가능성도 높다고 25일 전했다. 미국 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 의대 연구팀은 2020년 9월 1일부터 지난 1월 29일까지 캘리포니아 44개 지역에서 수집한 4000여개의 검체에서 2172개의 유전체를 분석했다. 또 UCSF 부속병원에서 치료를 받거나 입원한 코로나19 환자 324명의 의료기록을 분석했다. 그 결과 ‘B.1.427’과 ‘B.1.429’으로 이름 붙여진 새로운 변이 코로나바이러스에 감염된 사람들은 다른 코로나19 바이러스 감염 환자보다 중환자실에 입원할 가능성이 4.8배 높았으며 사망가능성은 11배 이상인 것으로 조사됐다. 또 변이 바이러스에 감염된 사람들은 호흡기 속 바이러스양이 다른 코로나 감염환자보다 2배 이상 많아 다른 사람을 더 쉽게 감염시킬 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 실제 세포실험을 통해 캘리포니아 변이 바이러스가 더 쉽게 전파되고 감염시킨다는 것이 확인됐다. 문제는 캘리포니아 변이 바이러스에 감염되면 백신을 맞더라도 바이러스에 대항할 수 있는 중화항체도 잘 형성되지 않아 백신도 무력화시킬 가능성이 크다는 점이다. 이에 대해 전문가들은 “변이 바이러스가 더 많이 확산되기 전에 백신접종 속도를 높인다면 또 다른 변이 바이러스를 막을 수 있을 것”이라고 밝혔다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

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

경기 용인시 지곡반도체클러스터 산업단지에 세계적인 반도체 장비 기업인 미국의 ‘램리서치’(Lam Research)와 국내 유전체 분석장비 업체 등 첨단 기업들이 모여들고 있다. 디에스디그룹은 23일 ㈜힘스, EDGC㈜와 용인 지곡반도체클러스터 산업단지 유전체 분석장비 국산화 기업 입주 및 유치를 위한 업무협약(MOU)을 체결했다고 밝혔다. 이날 수원 라마다호텔에서 열린 업무 협약식에는 디에스디그룹 김언식 회장, ㈜힘스 김주환 대표이사, EDGC㈜ 신상철 대표이사, 더불어민주당 김진표 국회의원, 신삼호 이원철 대표이사 등이 참석했다. 이번 협약은 디에스디그룹이 추진 중인 용인 지곡반도체클러스터 산업단지 조성을 통해 유전체 분석장비 국산화를 위한 기업의 연구 및 제조시설이 입주할 수 있도록 상호 협력하는 데 있다. ㈜힘스는 1999년 설립된 OLED 평판 디스플레이 최첨단 장비를 공급하는 첨단 반도체 및 디스플레이 전문기업이며 EDGC는 Cell free DNA 기반으로 암을 1기 이내 극초기에 찾아내는 첨단 액체생검기술을 보유한 생명공학 회사이다. 유전체 분석 기술은 빅데이터 분석에 의한 다양한 응용 분야와 신약 개발 및 치료에 적용되면서 4차 융합시대 정보산업의 핵심 경쟁력으로 부상하고 있다. ㈜힘스, EDGC㈜ 등 기업이 미국과 중국에 의존하고 있는 의료 및 유전체 장비의 국산화를 추진 중이다. 용인 지곡반도체클러스터 산업단지는 디에스디그룹 자회사인 ㈜신삼호가 용인시 기흥구 지곡동 일대 17만 3764㎡ 부지에 추진 중이다. 지곡일반산업단지에는 지난 2019년 11월 세계적인 반도체 장비 기업인 미국의 ‘램리서치’ 입주 협약 양해각서(MOU)를 체결한 바 있다. 지곡반도체클러스터 산업단지는 기업활동을 위한 최적의 입지도 갖췄다. 경부고속도로 기흥 IC와 가깝고 영동고속도로 용인 IC로 이동도 편리하다. 또 산업단지 인근에 수도권 제2외곽순환고속도로 서용인IC가 개통할 예정이다. 주변에는 용인바이오밸리 연구단지(예정), 지곡일반산업단지(조성중), 삼성SDI, ㈜씨엔원, ㈜알버트 공장설립부지 등이 있어 시너지를 발휘할 것으로 전망된다. 디에스디그룹 관계자는 “이번 업무협약을 계기로 각 사가 진행하고 있는 사업 추진이 더욱 탄력을 받을 것으로 기대하고 있다”며 ”유전체 분석장비의 조속한 국산화는 물론 입주 기업들이 연구 및 기업활동을 하는 데 있어 최적의 환경을 제공할 수 있는 산업단지를 조성할 것”이라고 밝혔다. 김병철 기자 kbchul@seoul.co.kr

포스트 코로나 시대를 위한 축산업 대체 기술과 감염병 백신 및 치료제의 신속개발 기술 등이 가까운 미래에 선보일 유명 바이오기술로 선정됐다. 한국생명공학연구원 국가생명공학정책연구센터는 이 같은 내용이 포함된 ‘2021년 바이오 미래유망기술’을 발굴해 23일 발표했다. 연구센터는 기초·생명과학 및 공통기반기술(플랫폼 바이오), 보건의료(레드 바이오), 농림수축산·식품(그린 바이오), 산업공정 및 환경·해양(화이트 바이오) 4개 분야 10대 유망기술을 선정했다. 특히 올해 발표된 바이오 미래유망기술에는 포스트 팬데믹 관련 기술이 5개나 선정돼 과학기술 분야에서 코로나19가 미친 영향력이 크게 반영되고 있다는 것을 보여줬다. 실제로 평균 10~15년 이상 소요되던 백신 개발 기간이 코로나19 발생 이후 10~18개월로 단축되면서 백신 개발의 새역사가 쓰였다고 해도 과언이 아닐 정도라는 평가를 받고 있는 상황이다. 이번에 보여준 백신 개발 속도는 병원체 유전체의 빠른 서열 분석, 고해상도 이미징 기술을 통한 구조분석, mRNA, DNA, 바이러스벡터 등 다양한 백신 플랫폼 기술이 결합되면서 가능해진 것이다. 우선 플랫폼 바이오 기술로는 ‘생물 유래 화학다양성 확보 기술’, ‘개인 맞춤형 체외 면역시스템’, ‘인공지능 기반 단백질 모델링’이 선정됐는데 이 가운데 인공지능 기반 단백질 모델링기술은 10대 기술 중에서도 가장 파급효과가 클 것으로 전망됐다. 분자물리학적 접근방법과 인공지능 심층학습(딥러닝) 기술을 활용해 아미노산 서열에서 3차원 단백질 구조와 세포 내 단백질 작용을 예측하는 기술이다. 구글에서 개발한 ‘알파폴드’라는 AI기술도 단백질 구조 예측을 하는 것으로 실제로 코로나19 바이러스 일부 단백질 구조 예측을 통해 백신과 치료제 개발에 단서를 제공한 것으로 유명하다. 이 같은 AI 기반 단백질 모델링 기술은 단백질 구조 예측을 넘어 생체 내 작용메커니즘, 질병과 연관성, 약물표적 규명으로 신약개발 시간과 비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 전망되고 있다.레드 바이오에는 합성면역, 단일세포 교정기술, 나노백신 및 나노항체 기술이 꼽혔다. 나노백신·항체 기술은 나노구조체 표면에 다량, 다종의 항원을 노출시키거나 기존 항체보다 작고 효과적인 치료제를 만드는 것으로 기존 백신이나 항체치료제로 치료하기 어려운 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그린 바이오분야에서는 식물 마이크로바이옴 엔지니어링, 세포배양 축산 기술이 꼽혔다. 세포배양축산 기술은 감염병 대유행 등의 이유로 공급문제가 발생할 수 있는 축산업을 대체하기 위한 기술로 세포배양을 통해 실험실에서 육류나 우유를 만드는 것이다. 또 화이트 바이오분야에서는 친환경 고분자 생산 미생물, 빅데이터 기반 생태건강성 평가기술이 꼽혔다. 국가생명공학정책연구센터 김흥열 센터장은 “코로나19 백신 개발을 계기로 바이오 혁신기술을 얼마나 잘 준비하고 확보했느냐에 따라 국민 건강은 물론 경제적 가치 창출에 중요하다는 것을 재인식하게 됐다”라며 “포스트 코로나를 넘어 포스트 팬데믹을 대비할 수 있는 혁신기술은 바이오 미래유망기술의 집합체가 될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

SF 영화 속 캐릭터인 울버린처럼 미 공군이 병사들이 부상을 입었을 때 빠르게 치유할 수 있는 기술을 개발하고 있다. 영국 일간 데일리메일 19일자 보도에 따르면, 미 공군과학연구소(AFOSR)는 미시간대 연구진과 협력해 전투 중 입은 상처와 화상 그리고 기타 부상을 인체의 자연적인 상처 치유 속도보다 5배 빠르게 치료하는 ‘세포 재프로그래밍’(cellular reprogramming)을 연구하고 있다. 세포 재프로그래밍의 과정은 세포의 분열 및 성장, 세포의 이동 및 조직과 같은 활동을 제어하기 위해 다른 유전자들을 멈추게 하는 전사 인자라고 불리는 단백질을 사용해 유전체(게놈)를 수정한다. 전사 인자 단백질은 상처에 직접 뿌리는 분무식 붕대를 통해 투여할 수 있어 외부로 노출된 근육 세포의 상처 표면을 덮는 피부 세포로 변환해 더 빨리 치유할 수 있게 해준다.연구를 주도한 미시간대의 계산의학생물정보학과 부교수이자 수학과 부교수인 인디카 라자파크세 박사는 이 프로젝트를 위해 ‘라이브 셀 이미징 현미경’을 사용하고 있다. 이 기술을 통해 연구진은 세포의 내부를 고해상도로 볼 수 있어 상처의 치유 과정을 더 잘 이해할 수 있다. 라자파크세 박사는 “미국에는 다른 국가들과 달리 과학을 인간에 적용하고 의학의 중요한 요구를 충족할 수 있는 놀라운 기회가 있다”면서 “우리는 이를 수행할 자원이 있고 이를 최대한 활용하는 것이 우리의 의무”라고 말했다. 유전자를 수정한 뒤에는 필요에 따라 다른 유형의 세포로 변하도록 염기서열을 작성할 수 있다. 예를 들어 한 병사가 근육이 드러난 부위에 부상을 입으면 근육 세포를 피부 세포로 재프로그래밍해서 상처를 빠르게 덮을 수 있다. 이 기술은 상처에 직접 전사 인자를 적용하는 분무식 붕대처럼 작용할 것이다. 연구진은 “이 방식은 노출된 심부 근육 세포의 표면을 피부 세포로 바꿀 것이며 이는 오늘날 피부 이식 수술보다 더 높은 치유 가능성을 의미할 것”이라고 말했다. 연구진은 정확한 전사 인자를 수학적으로 확인하고 전사 인자가 원하는 변화에 가장 잘 영향을 미칠 수 있는 세포 주기의 시점을 예측하기 위해 데이터 기반 알고리즘을 개발했다. 이때 라이브 셀 이미징 현미경은 알고리즘을 더욱더 개선하기 위한 데이터를 제공한다. 연구에 참여한 AFOSR의 프레더릭 레브 박사는 “수학이 그렇게 빨리, 그렇게 유망한 결과를 제공하는 사례는 드물다. 대개 기본적인 수학 연구가 기술에 적용할 수 있는 모델로 제작하는 기간은 보통 몇십 년이 걸린다”면서 “하지만 라자파세크 박사의 경우 거의 몇 년밖에 걸리지 않았다”고 말했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

국내 연구진이 세계 최초로 동물의 에너지를 만들어 내는 세포 내 소기관 미토콘드리아 유전자를 편집하는 데 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 유전체 교정 연구단(단장 김진수)이 염기 교정 효소 ‘DdCBE’(DddA 유래 시토신 염기 편집기)를 이용해 생쥐 미토콘드리아 DNA의 특정 염기를 바꾸는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 시력·청력 뿐만 아니라 중추 신경계·근육·심장 등에 치명적인 결함을 일으킬 수 있다. 미토콘드리아 질환은 5000명 중 한 명꼴로 발생하는 흔한 유전질환이지만 현재까지 마땅한 치료법이 없다. 널리 알려진 유전체 교정 기술인 ‘크리스퍼 유전자 가위’로는 미토콘드리아 DNA를 교정하는 것이 불가능하다. 절단 효소가 목표 DNA를 인식하기 위해서는 가이드 RNA의 도움이 필요한데 가이드 RNA가 미토콘드리아 막을 통과하지 못하기 때문이다. 하지만 지난해 미국 브로드 연구소 데이비드 리우 교수 연구팀이 미토콘드리아 DNA를 정밀 편집하는 분자 도구인 DdCBE를 개발했다. 세균에서 유래한 DddA 탈아미노 효소를 이용해 미토콘드리아 DNA 이중나선의 염기 시토신(C)을 티민(T)으로 바꿀 수 있는 편집 기술이다. 이로써 미토콘드리아 DNA도 교정이 가능하다는 것을 증명했지만 이는 세포 수준의 연구로 동물 개체 수준에서도 정상적으로 작동하는지 확인이 필요했다. 연구팀은 생쥐 세포주(세포 집합)에서 만들어진 다양한 조합의 DdCBE 가운데 가장 효율이 높은 DdCBE를 선정, 생쥐 배아에 주입했다. 이를 대리모에 이식, 미토콘드리아 DNA의 시토신 염기를 티민 염기로 치환한 유전자 교정 생쥐를 제작해 냈다. 나아가 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 염기 서열이 다음 세대에게도 온전히 전달됨을 확인했다. 이번 연구 결과는 권위 있는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 이날 자에 실렸다. 이현지 선임연구원은 “미토콘드리아 DNA를 동물 배아 수준에서 정밀하게 교정할 수 있게 됐다”며 “미토콘드리아 질환 치료제 개발에 기여할 것”이라고 말했다. 대전 이천열 기자 sky@seoul.co.kr

국내 연구진이 유전병 주요원인으로 알려진 미토콘드리아의 이상을 고칠 수 있는 효소를 이용해 동물에게 적용해 성공했다. 기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단 연구팀은 시토신 염기교정효소 ‘DdCBE’를 이용해 생쥐의 미토콘드리아 DNA 특정 염기를 바꾸는데 성공했다고 19일 밝혔다. 이번 연구는 지난해 미국 브로드연구소 데이비드 리우 교수팀이 처음 개발한 DdCBE를 동물에 적용한 세계 첫 사례이다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 19일자에 실렸다. 미토콘드리아는 ‘세포 공장’이라고 불리는 세포내 소기관으로 에너지를 만들어 내는 곳이다. 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어날 경우 시력, 청력 뿐만 아니라 에너지가 많이 필요한 중추신경계, 근육, 심장 등에 치명적 결함을 일으킬 수 있다. 특히 미토콘드리아 DNA는 어머니에게서 전달되는 모계유전 경향 때문에 모체의 미토콘드리아 DNA에 결함이 있을 경우 다음 세대로 전달되면서 유전병의 원인이 된다. 실제로 미토콘드리아 이상으로 인한 질환은 5000명 중 한 명 꼴로 발생하는 흔한 유전질환이다.문제는 아직 치료법이 없다는 점이다. 유전체 교정 기술로 널리 활용되고 있는 크리스퍼 유전자 가위로도 치료가 어렵다는 것이다. 세포 핵 속 DNA에는 적용이 가능하지만 미토콘드리아 막을 통과하지 못해 미토콘드리아 DNA 교정은 어려웠다. 이에 연구팀은 지난해 개발된 DdCBE에 주목했다. DdCBE에 대한 세포 수준 연구는 있었지만 질환 치료를 위한 동물 개체 수준의 실험은 없었다. 연구팀은 다양한 조합의 DdCBE를 생쥐의 세포주 수준에서 선별해 가장 효율이 높은 것을 선정했다. 이렇게 선택된 DdCBE를 생쥐 배아에 주입해 미토콘드리아 DNA 염기에서 시토신을 티민으로 바꾸는데 성공했다. 이렇게 교정된 미토콘드리아 DNA가 새끼 생쥐들에게도 그대로 전달된다는 것도 확인됐다. DdCBE를 이용한 DNA 교정이 동물 개체 수준에서 정상 작동한다는 것을 처음으로 확인함으로써 사람에게도 적용될 가능성을 높였다는 것이다. 나아가 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 서열이 다음 세대에게도 온전히 전달됨을 확인했다. DdCBE가 동물 개체 수준에서 정상 작동함을 최초로 확인한 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세계에서 가장 오래된 동물의 DNA를 과학자들이 발견해냈다. 이는 120만 년 된 신종 매머드의 엄니 화석에서 나온 것이다. 이전까지 가장 오래된 동물의 DNA는 78만~56만 년 전 고대 말에서 나온 것이었다. 스웨덴 고생물유전학센터(CPG) 러브 달렌 교수가 이끄는 국제연구진은 1970년대 시베리아 영구동토층에서 각각 발굴된 매머드 엄니 3마리분에서 추출한 DNA를 사용해 유전체(게놈)를 분석했다.그 결과 그중 하나가 120만 년 전까지 거슬러 올라갔고 발굴 지명을 따서 크레스토프카 매머드라는 이름이 붙여졌다. 나머지 두 매머드의 엄니는 각각 110만 년, 70만 년 된 것으로, 이들 역시 각 지명을 따서 아디차 매머드와 추코치야 매머드라는 이름이 붙여졌다. 이번 발견은 크레스토프카 매머드와 아디차 매머드가 약 250만 년 전 시베리아에서 서식한 유일한 매머드 종인 스텝 매머드와 비슷한 시기에 존재했다는 점을 시사한다. 연구에 참여한 스웨덴 생명과학연구실의 톰 판데르팔크 박사는 “이전 모든 연구는 당시 시베리아에는 스텝 매머드만 존재했다는 점을 보여줬지만 이번 DNA 분석은 크레스토프카 매머드와 아디차 매머드라는 유전적 계통들도 존재했다는 점을 보여준다”고 말했다. 이 연구는 몇백만 년 된 표본에서 DNA 염기서열을 추출해 처음으로 인증받은 결과를 나타낸 것이다. 연구진은 이들 표본에서 극소량의 DNA만이 남아 있어 이를 추출하는 작업이 어려운 일이었다고 말했다. 달렌 교수는 “이 DNA들은 믿을 수 없을 정도로 오래됐다”면서 “이들 표본은 바이킹 유적보다 1000배 더 오래됐고 심지어 인간과 네안테르탈인의 존재 이전까지 거슬러 올라간다”고 설명했다. 연구진은 또 약 150만 년 전 마지막 빙기 때 북아메리카에 서식한 컬럼비아 매머드가 크레스토프카 매머드와 털매머드의 교잡종이었다고 제안했다. 컬럼비아 매머드 게놈의 거의 절반이 크레스토프카 계통이고 나머지 절반은 털매머드에서 나온 것으로 나타났기 때문이다. 이에 대해 또 다른 연구 공동저자인 덴마크 코펜하겐대의 파트리시아 페치네로바 박사는 “북아메리카의 가장 상징적인 빙하기 동물인 컬럼비아 매머드는 약 42만 년 전 일어난 교잡화를 통해 진화한 것으로 보인다”고 설명했다. 약 100만 년 전에는 아직 진화가 일어나지 않았기에 털매머드나 컬럼비아 매머드가 없었다. 이 시기는 고대 스텝 매머드의 시대이자 크레스토프카 매머드와 아디차 매머드의 시대이기도 했다. 그리고 많은 종이 전 세계로 뻗어나간 시기였다. 또 기후 변화와 해수면 변화의 주요한 시기이자 지구의 자기극이 위치를 바꾼 마지막 시기이기도 했다. 이밖에도 연구진은 아디차 매머드의 게놈과 70만 년 전 살았던 최초의 털매머드의 게놈 그리고 몇천 년 전 매머드의 게놈을 비교했다. 이를 통해 아디차 매머드가 털매머드의 조상일 수 있다는 것을 알아냈다. 그리고 이들 매머드가 어떻게 추운 환경에서 적응했는지, 그리고 이런 적응력이 종분화 과정 동안 어느 정도까지 진화했는지를 조사할 수 있었다. 그 결과 매머드 계통 대부분의 적응력은 시간이 지남에 따라 느리고 점차적으로 발생한 것으로 나타났다. 자세한 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature) 최신호(2월 17일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

DNA의 작은 고리들이 어떻게 하나의 세포 속에서 춤추듯 움직이는지를 보여주는 영상을 과학자들이 처음으로 만들었다. 영국 리즈대와 셰필드대 그리고 요크대 공동연구진은 DNA의 단일 분자를 역대 가장 높은 해상도로 촬영한 이미지를 기반으로 이와 같은 영상을 제작했다. 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 최신호에 실린 연구논문에 첨부된 이 영상은 세포 속 DNA가 어떤 형태들로 변할 수 있는지를 자세히 보여준다. 이는 첨단 원자현미경과 슈퍼컴퓨터의 시뮬레이션 기술을 결합해 가능한 것이다. 이전까지는 현미경만을 사용했기에 DNA의 정지된 이미지만을 볼 수 있었다.영상은 DNA의 상징적인 이중 나선 구조를 보여준다. 시뮬레이션 기술 덕분에 DNA 안에 있는 모든 원자의 위치와 그것들이 어떻게 뒤틀리고 휘어지는지를 고스란히 묘사한다. 이에 대해 연구진은 “DNA를 이런 방법으로 자세히 관찰할 수 있으면 새로운 유전자 치료법의 개발 속도를 높이는데 도움이 될 수 있다”고 밝혔다. 연구에 참여한 셰필드대학의 앨리스 핀 박사도 “직접 보면 안 믿을 수 없겠지만, DNA 만큼 작은 것으로는 DNA 분자 전체의 나선 구조를 보는 것은 매우 어려운 일”이라면서 “이 영상은 지금까지 본 적이 없는 자세한 수준으로 DNA의 꼬임을 관찰할 수 있게 해준다”고 덧붙였다.한편 인간의 세포 하나에는 길이 2m에 달하는 DNA가 다양한 모양으로 꼬여 있다. 흔히 초나선꼬임(supercoiling)이라고 부르는 이 과정은 고리 모양의 DNA가 유전체의 모든 곳에 존재하고 있다는 것을 의미한다. 사진=네이처 커뮤니케이션스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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.