국내 연구진이 실험실에서 사람의 폐포를 만들어 코로나19 바이러스 감염 과정을 정확히 밝혀내는데 성공했다. 카이스트 의과학대학원, 국립보건연구원 국립감염병연구소, 기초과학연구원(IBS) 혈관연구단, 서울대병원, 벤처기업 지놈인사이트와 영국 케임브리지대 공동연구팀은 3차원 미니 장기기술을 이용해 실험실에서 사람의 폐포 세포를 만들어 내는데 성공하고 이를 활용해 코로나19 바이러스가 사람의 폐 세포를 파괴하는 과정을 정밀하게 규명했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 스템셀’에 실렸다. 미국 존스홉킨스대에서 운영하는 코로나19 감염자 현황에 따르면 26일 현재 확진자 수는 4300만 9311명으로 지난 18일 4000만 명을 넘어선지 열흘이 못 된 상황에서 300만 명의 환자가 더 늘었다. 미국의 총감염자 수는 863만 6165명으로 가장 많은 것으로 나타났다. 지난 24일 미국에서는 하루에 8만 8973명의 신규 확진자가 발생해 하루 최대 코로나19 환자 발생을 기록했다. 이 같은 가운데 코로나19 바이러스를 정밀 타격할 수 있는 치료제나 예방백신을 개발하기 위해서는 바이러스가 몸 속에 들어와서 어떤 과정으로 감염을 시키는지 정확히 파악할 수 있어야 한다. 많은 과학자들이 정확한 코로나19 감염 메커니즘을 밝혀내고자 하지만 생쥐를 이용해서는 코로나19 바이러슥 감염이 쉽지 않고 실험실 수준에서 활용할 수 있는 사람의 폐포 모델도 존재하지 않아 한계가 있었다.연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 폐암과 같이 폐질환 관련 수술이나 검사시에 채취한 사람의 폐조직을 이용해 실험실에서도 사용할 수 있는 장기간 안전한 3차원 폐세포 모델을 만들었다. 이렇게 만든 폐포 실험결과 코로나19 바이러스에 노출되면 6시간 내에 급속한 바이러스 증식이 발생해 세포 상태에서는 완벽하게 감염된 것으로 확인됐다. 코로나19 바이러스 입자 하나가 세포 하나를 감염시키기에 충분한 만큼 급속한 바이러스 증식으로 몸 전체에 코로나19 바이러스 퍼져나가는 것이 가능하다는 것도 확인했다. 연구팀에 따르면 폐세포의 선천 면역반응이 활성화되는 것은 사흘 가량의 시간이 걸리는데 감염 이후 사흘이 지나면 세포 가운데 일부분은 고유의 기능을 급격히 상실되는 것이 관찰됐다.주영석 카이스트 교수는 “이번에 개발한 3차원 인체 폐배양모델을 활용하면 코로나19 바이러스를 포함한 다양한 호흡기 바이러스 감염 연구에 유용하게 사용될 수 있을 것”이라고 말했다. 주 교수는 “특히 동물이나 인체 다른 장기에서 만들어낸 세포 모델이 아니라 바이러스에 직접 공격을 받아 영향을 받는 사람의 폐세포를 직접 연구에 활용할 수 있기 때문에 정확한 메커니즘을 파악할 수 있을 뿐만 아니라 치료제 개발에도 이용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

20일 정부출연연 국감서 더불어 민주당 이용빈 의원 지적 직무관련 개인 기업을 차려 특허를 빼돌리고 연구비를 횡령하는가하면 아들의 연구를 위해 후배 연구원을 동원하고……. 노벨상 수상 수준의 최고 연구를 지원하겠다며 연간 6000억원 가까운 예산을 사용하는 국내 유일 기초과학연구기관이라고 하는 기초과학연구원(IBS)에서 벌어진 일들이다. 국회 과학기술정보방송통신위원회 더불어민주당 이용빈 의원은 기초과학연구원에서 제출받은 국정감사 자료를 분석한 결과 IBS는 2016년부터 최근까지 16건의 징계처리가 있었으며 특히 연구단장 비리가 끊이지 않고 있다고 20일 대전 한국전자통신연구원(ETRI)에서 열린 정부출연연구기관 국정감사에서 지적했다. 이 의원이 공개한 2015년 이후 최근까지 감사결과에 따르면 연구단장들이 저지른 비위 사실에 대해 전체 21건의 지적사항이 있었는데 이중 15건은 완료됐고 6건은 진행 중이다. 이 중 3명은 검찰에 고발돼 파직, 해임 등으로 연구단을 퇴직했고 2명은 3개월 보직해임됐다 복귀한 상태이다. 이들의 비위 내용은 특허 빼돌리기, 상품권깡, 허위견적서 작성 등으로 수 억원 가량의 연구비를 횡령하고 인건비와 연구비를 불법 지원한 것이다. 심지어 대학교수 직위를 겸직하고 있는 한 연구단장은 같은 학교에 다니는 아들의 박사후과정을 지원하기 위해 IBS 소속 연구원을 불법 파견하는 갑질을 하기도 했다. 또 다른 연구단장은 채용비리가 적발되면서 해외로 도주하는 사례도 있었다. IBS는 설립 당시 연구 자율성 확보를 이유로 연구단을 대표하는 단장이 인력구성, 운용, 관리, 연구비 편성, 배분, 집행, 관리까지 전권을 줬다. 이렇듯 폐쇄적으로 운영되고 있어서 비리에 대한 내부 감시나 제보가 쉽지 않아 상급기관인 과학기술정보통신의 감사가 이뤄지기 전까지는 밝혀지기가 쉽지 않다는 문제가 있다. 또 IBS 자체 징계위원회 역시 감사결과에 따른 징계요구에 대해 경고 등 약한 처분을 내림으로써 이런 비리 사실을 방조하고 있다는 지적을 받기도 하고 있다. 실제로 비리로 퇴직한 단장들은 현재도 대학교수로 복귀해 활동하는 등 연구윤리에 심각한 문제를 드러내고 있다고 이 의원은 지적했다. IBS에 엄청난 예산이 투입되면서 기초과학계의 불만은 이전부터 컸다. 기초과학 지원의 핵심은 다양한 분야의 연구가 가능하도록 하는 것이 필요한데 특정 연구분야에만 집중하면서 전체적인 기초과학 연구풍토가 척박해졌다는 지적이 끊임없이 나오고 있다. 이용빈 의원은 “연구단장들의 비리 사안들을 보면 결코 가볍지 않은 만큼 보다 엄격한 기준을 적용해야 할 것”이라며 “IBS는 더 이상 비리가 발생하지 않도록 처분기준을 강화하고 전체 31개 연구단에 대한 전수조사를 실시해 조직 쇄신에 나서야 할 때”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘백일몽’, ‘블랙코미디’. 지난주에 끝난 올해 노벨 과학상 수상자 발표를 둘러싸고 벌어진 우리 사회의 상황을 이보다 적절하게 설명하는 단어는 없을 것이다. 사건의 시작은 노벨상 발표를 보름가량 앞둔 지난달 23일 클래리베이트 애널리틱스라는 정보분석 기업의 ‘올해 피인용 우수연구자’ 발표였다. 이 회사는 2002년부터 매년 생리·의학, 물리학, 화학, 경제학 분야에서 2000번 이상 다른 사람의 연구에 인용되는 논문을 낸 과학자를 선정해 발표한다. 올해는 현택환 서울대 교수가 한국 과학자로는 유일하게 이름을 올렸다. 2014년 유룡 카이스트 교수, 2017년 박남규 성균관대 교수, 2018년 로드니 루오프 울산과학기술원(UNIST) 교수에 이어 한국 연구자로는 네 번째이다. 세계적 연구자로 인정받았다는 점은 명확한 사실이지만 발표 직후 국내 한 언론사가 현 교수와 만난 뒤 ‘노벨 화학상 유력 후보’라고 분위기를 띄웠다. 현 교수가 연구단 단장을 맡고 있는 기초과학연구원(IBS)까지 ‘노벨상 유력 후보’라는 보도자료를 배포하며 장단을 맞추고 나섰다. 세계적인 기초과학 연구를 하도록 연구자를 지원하는 것만으로도 시간이 모자랄 연구기관이 민간기업에서 발표한 자료를 근거로 홍보 치어리더 역할을 한 것이다. 노벨상 수상자 선정 과정을 몰랐다면 모르겠지만 너무도 잘 알고 있을 기관의 행동으로는 너무 남사스러웠다. 이러다 보니 화학상 수상자가 발표되는 7일 당일까지 ‘올해 노벨 화학상 한국인 수상이 확실한 이유’라든가 ‘오늘밤 한국 첫 노벨 과학상 수상자 나온다’ 등의 기사들이 쏟아졌다. 국회의 과학기술정보통신부 국정감사장에서는 ‘오늘 노벨 화학상 수상을 예측하느냐’는 어이없는 질문에 ‘수상을 위해 로비 좀 하라’는 황당한 주문까지 나왔다. 더 우스운 것은 현 교수가 수상했을 때 과기부, 서울대, IBS 중 어디가 홍보 중심이 될지 7일 오후까지 눈치싸움을 벌이다 과기부로 정리됐다는 뒷얘기이다. 줄 사람은 생각도 않는데 김칫국만 한 동이 들이켠 셈이다. 노벨재단 홈페이지에도 친절하게 설명돼 있듯이 노벨위원회는 수상자가 발표되기 직전인 9월부터 이듬해 수상자 선정을 위한 작업을 시작한다. 해당 분야 노벨상 수상자들과 스웨덴 왕립 과학아카데미 회원들에게 9월에 추천장 양식이 발송되고 다음해 1월 31일 후보자 추천이 마감된다. 더군다나 후보자는 물론 추천자까지도 50년 동안 철저하게 비밀에 부쳐지기 때문에 수상자들도 발표 당일까지 자신이 해당 분야 후보였는지 알 수 없다. 노벨위원회는 추천된 후보들 중에서 새로운 분야를 개척하거나 연구의 지평을 연 것으로 평가되고 해당 연구가 인류에게 큰 혜택을 가져다 줄 것으로 예상되는 업적을 이룬 과학자에게 그 해 수상의 영광을 안긴다. 수상자를 선정할 때 논문의 피인용 지수 뿐만 아니라 여러 요소를 고려하기 때문에 로비를 한다고 해서 상을 받을 수 있는 것도 아니다. 이런 명백한 사실에도 불구하고 국내에선 잊을 만하면 노벨상과 관련해 웃지 못할 사건들이 벌어진다. 2005년 황우석 박사가 그랬고, 몇 년 전에는 한 줄기세포 관련 기업 대표가 노벨 생리의학상 최종 후보까지 올라갔지만 안타깝게 수상하지 못했다는 황당한 얘기들이 그것이다. 국내에서 벌어지는 노벨상 관련 사건들은 상에 대한 무지 때문에 벌어진다고 해도 과언이 아니다. 관찰과 실험으로 사실을 밝혀내는 과학은 열광으로 발전하지 않는다. 꾸준한 성찰과 지지를 바탕으로 조금씩 성장해 나가는 것이다. 웃자란 식물은 아름다운 꽃도, 달콤한 열매도 맺지 못하는 법이다. 우리만 인식하지 못하고 있을 뿐 한국 과학기술의 많은 분야들이 외국 과학계에서 충분히 인정받는 수준에 올라섰다. 노벨 과학상 수상자를 배출하지 못했다고 해서 한국 과학기술 수준이 무시당할 수준은 아니란 말이다. 매년 10월만 되면 노벨상 열병 때문에 백일몽을 꾸다 못해 블랙코미디를 연출하는 우리 사회도 이제 좀 차분해질 때가 되지 않았나 싶다. edmondy@seoul.co.kr

“후보 거론된 것 자체가 좋은 지표노벨상 근접한 과학자들 많이 생겨난치병 치료 기술 개발하는 게 목표” 올해 노벨 화학상의 유력 후보로 꼽혔으나 안타깝게 수상하지 못한 현택환(56) 서울대 석좌교수 겸 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 단장은 7일 서울대에서 취재진과 만나 “올해는 수상이 어려울 거라고 예상했다. 오늘 강의를 시작하기 전에 학생들에게 방탄소년단(BTS)의 ‘Not Today’를 틀어줬다”며 담담히 소회를 밝혔다. 현 교수는 “노벨상 후보로 거론된 것 자체가 우리나라 과학자가 노벨상급 반열에 들어갔다는 좋은 지표라고 생각한다. 우리나라 과학기술이 그만큼 수준이 올라갔다고 말씀드리고 싶다”고 말했다. 앞서 지난달 정보분석업체 ‘클래리베이트 애널리틱스’는 국내 과학자 가운데 유일하게 현 교수를 노벨 화학상 수상 유력 후보로 점찍었다. 하지만 노벨 화학상은 프랑스의 에마뉘엘 샤르팡티에와 미국의 제니퍼 A. 다우드나에게 돌아갔다. 현 교수는 “대한민국에서 저를 포함해 노벨상에 근접한 과학자들이 많이 생겼다. 해외 주요 연구기관들이 설립된 지 100년이 더 넘은 점을 고려하면 우리나라 기초과학 연구지원 역사 30년 만에 위상이 올라간 점에 자부심을 느낀다”고 했다. 그는 정부에 감사하다는 뜻도 전했다. 현 교수는 “23년간 서울대 교수, 8년간 IBS 단장으로 일하면서 정부의 적극적인 연구비 지원을 받지 못했더라면 지금의 저는 없었다. 여러 지원 덕에 나노입자 분야에서 세계 최고의 반열에 들 수 있었다”고 밝혔다. 그러면서 “과학자의 창의성은 자유로운 연구 기회에서 나온다”며 젊은 과학자들을 조기에 발굴하고 이들에 대한 지원을 아끼지 않아야 한다고 강조했다. 올해 수상하지는 못 했지만 미래의 노벨 화학상 후보로 꼽히고 있는 현 교수는 포부도 밝혔다. 그는 “올해로 연구 23년째인데 이번에 노벨상 후보로 선정된 2개 논문은 나노입자 디자인·합성 등을 다룬 초창기 논문”이라며 “향후 10년 동안은 나노기술을 활용해 난치병을 치료하는 기술을 개발하는 게 제가 가진 큰 꿈”이라고 했다.최선을 기자 csunell@seoul.co.kr

노벨화학상 후보인 현택환 서울대 화학생물공학부 석좌교수 겸 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단장이 7일 오전 관악구 서울대 연구실에서 업무를 보고 있다. 2020.10.7 뉴스1

2020년 노벨상 수상자 발표가 오는 5일(현지시간)부터 12일까지 스웨덴 스톡홀름과 솔나, 노르웨이 오슬로 등지에서 진행된다. 노벨위원회에 따르면, 순차적으로 생리의학상(5일 오후 6시30분), 물리학상(6일 오후 6시45분), 화학상(7일 오후 6시45분), 문학상(8일 오후 8시), 평화상(9일 오후 6시), 경제학상(12일 오후 6시45분) 등 총 6개 부문에서 수상자가 발표될 예정이다. 올해 한국에서는 화학상에 가장 관심이 높다. 서울대 석좌교수이자 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 단장인 현택환 단장(56)이 예상 수상자 명단에 올라 있기 때문이다. 노벨평화상 후보로는 오는 11월 3일 미국 대통령선거에서 승부를 펼칠 예정인 도널드 트럼프 미국 대통령과 조 바이든 민주당 대선후보가 모두 추천을 받고 있다. 블라디미르 푸틴 러시아 대통령과 그의 정적 알렉세이 나발니 전 러시아진보당 대표도 평화상 후보다. 노벨문학상의 경우, 올해는 프랑스령 과들루프 출생 마리즈 콩데(83)가 유력하다. 그 외에도 류드밀라 울리츠카야, 무라카미 하루키, 마거릿 애트우드, 응구기 와 시옹오, 앤 카슨, 하비에르 마리아스, 고은 시인, 옌롄커, 아니 애르노, 찬쉐, 코맥 매카시, 돈 드릴로, 마릴린 로빈슨, 자마이카 킨카이드, 위화 등이 물망에 올라 있다. 생리의학상은 암 백신 공동 연구자인 일본 나카무라 유스케 박사가 유력하다. 또한 파멜라 비요르크맨 캘리포니아 공과대학 교수, 잭 스트로밍거 하바드대 교수 등도 거론되고 있다. 물리학상은 미 해군연구소 물리학자들인 토마스 캐롤과 루이스 페코라 박사, 홍제다이 미국 스탠포드 대학교 교수, 알렉스 제틀 미국 버클리대 교수, 카를로스 프랭크 영국 전산 우주론 연구소(ICC) 소장, 훌리오 나바로 캐나다 빅토리아대 교수, 사이먼 화이트 독일 막스플랑크 천체물리학 연구소 전 연구소장 등이 꼽힌다. 노벨상 경제학상 후보자 명단은 아직 발표되지 않았다. 매년 스웨덴 스톡홀름에서 열리던 노벨상 시상식이 올해는 코로나19로 인해 취소됐다. 시상식은 온라인으로 대체될 전망이다. 노르웨이 오슬로에서 별도로 열리는 노벨평화상 시상식은 규모를 줄여 별도로 개최한다. 임효진 기자 3a5a7a6a@seoul.co.kr

거미류 가운데 가장 큰 크기를 자랑하는 타란툴라는 독거미다. 하지만 일반적인 선입견과는 달리 강한 독을 지닌 종은 일부에 불과하다. 애완용으로 키우는 타란툴라는 대부분 말벌보다 약한 독을 지니고 있다. 거대한 몸과 이빨로 먹이를 제압하는 만큼 반드시 독이 강할 필요는 없기 때문이다. 사람과 자주 접촉하지도 않고 사람을 공격하는 경우 역시 드물어 타란툴라의 독은 인간에게 큰 위협이 되지 않는다. 그런데 일부 과학자들은 이 거미 독 속에 신약 후보 물질이 숨어 있다고 보고 연구를 진행 중이다. 호주 퀸즐랜드 대학 과학자들은 거미 독에 포함된 신경독을 이용해 내장 통증(visceral pain)을 조절할 수 있는지 조사했다. 내장 통증은 피부나 근육에 있는 통증 신경과 다른 방식으로 작동하기 때문에 일반적인 진통제로 잘 조절되지 않는다. 예를 들어 주기적인 복부 불편감과 복통을 일으키는 과민성 대장 증후군(irritable bowel syndrome, IBS)의 경우 진통제를 포함한 약물치료에 잘 반응하지 않는 경우가 많다. 연구팀은 거미 독에서 내장 통증을 조절할 수 있는 물질을 찾기로 하고 28종의 거미 독에서 후보를 물색했다. 일차 목표는 내장 통증 신경 세포에 있는 소듐 이온 채널(sodium ion channels)만 선택적으로 차단하는 물질을 찾는 것이다. 신경독은 기본적으로 신경을 마비시키는 화학물질이기 때문에 통증을 담당하는 신경세포의 수용체를 차단할 가능성이 있다. 연구 결과 28종의 거미 독에서 가장 효과가 큰 물질은 핑크풋 골리앗 타란툴라(Pinkfoot Goliath tarantula)의 독에서 나왔다. 이 거미는 다리 폭이 최대 30㎝에 달하는 세계 최대의 거미 주 하나로 독 자체는 강하지 않으나 이전 연구에서 여러 가지 유용한 생물학적 물질이 있는 것으로 알려진 거미다. 연구팀은 핑크풋 골리앗 타란툴라의 독에서 추출한 Tap1a와 Tap2a라는 두 개의 펩타이드가 쥐를 이용한 과민성 대장 증후군 동물 모델에서 효과적으로 신경을 차단하고 통증을 줄인다는 사실을 발견했다. 이 연구는 저널 '통증' (Pain)에 발표됐다. 물론 신물질을 발견했다고 해서 바로 신약으로 개발될 수 있는 것은 아니다. 사람에게도 효과가 있는지, 그리고 무엇보다 부작용은 없는지 철저한 검증이 필요하다. 그러나 신약 후보가 늘어날수록 실제 개발 가능성도 커지는 만큼 이런 기초 연구가 매우 중요하다. 거미는 지금까지 보고된 종만 4만8200종에 이르고 이들 중 상당수가 독을 지니고 있어 생물 자원으로써 큰 잠재력을 지니고 있다. 거미 독에서 유용한 물질을 찾으려는 노력은 앞으로도 계속될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

살아가는데 있어서 ‘먹는 것’은 여러 즐거움 중 상위에 속한다. 많은 사람들은 맛있게 먹으면서도 살찌지 않았으면 하는 바람을 갖고 있다. 실제로 조금만 먹어도 살찌는 사람이 있는가하면 먹는 만큼 살이 찌지 않는 사람이 있기도 하다. 체질탓이라는 이야기를 하는 경우도 있지만 체질 때문인지 평소 신체활동 때문인지는 정확히 밝혀진 바가 없다.국내 연구진이 신체 필요한 영양분, 특히 지방질을 흡수하는데 중요한 부분인 소장 내 암죽관의 작동원리를 밝혀내 주목받고 있다. 이를 통해 당뇨와 비만 등 대사질환 치료에도 도움을 받을 수 있을 것으로 기대되고 있다. 기초과학연구원(IBS) 혈관연구단, 카이스트 의과학대학원 연구팀은 지용성 영양분 흡수를 담당하는 소장의 융모 속 암죽관이라는 림프관은 소장 내 기질세포로 조절된다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 14일자에 실렸다. 지방, 지방에 잘 녹는 지용성 비타민 A, D, E, 약물 등 영양분은 소장의 융모(융털) 속 암죽관을 통해 흡수된다. 암죽관은 지용성 영양분을 흡수하는 유일한 통로라는 사실은 잘 알려져 있지만 암죽관 형태와 기능이 유지되는 정확한 원리는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 앞서 융모를 이루는 기질세포 중 하나인 평활근세포가 암죽관 주위를 둘러싸고 주기적 수축으로 암죽관의 지방 흡수를 돕는다는 것을 밝혀낸바 있다. 기질세포는 조직의 골격구조를 이루며 공간을 채우는 세포 종류로 이중 평활근 세포는 위, 소화관, 혈관, 방광 같은 관형태의 기관을 둘러싼 근육이다.연구팀은 암죽관 주변 기질세포의 영향을 파악하기 위해 암죽관 부근을 집중 관찰했다. 그 결과 다양한 기질세포들이 물리적 자극에 반응하는 신경전달경로 물질인 ‘얍/태즈’ 단백질을 활성화시킨다는 것을 확인했다. 얍/태즈 단백질의 활성화 정도에 따라 암죽관의 지방흡수 기능이 달라진다는 설명이다. 연구를 수행한 홍선표 IBS 혈관연구단 선임연구원은 “이번 연구를 통해 지용성 영양분 흡수를 담당하는 소장의 암죽관 조절에 기질세포가 핵심적인 역할을 해 기능과 형태를 조절한다는 것을 확인했다”라며 “지용성 영양분 흡수 원리를 이해해 지방 흡수와 분해와 관련된 비만, 당뇨병 등 대사질환 치료에 중요한 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

농가에서 생산성을 높이고 병충해 피해를 줄이기 위해 작물이나 가축을 키울 때 음악을 틀어 주는 ‘음악 농법’을 쓰는 경우가 있다. 국내 연구진이 이 같은 음악 농법의 원리를 규명하고 동화 ‘피리 부는 사나이’처럼 소리를 이용해 분자의 움직임을 조절하는 방법을 찾아냈다. 김기문 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립연구단장이 이끄는 연구팀은 소리가 물리적 현상뿐만 아니라 화학 반응까지 조절할 수 있다는 사실을 밝혀내고 소리로 화학 반응을 조절하는 것을 시각화하는 데 성공했다. 이 같은 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 ‘네이처 화학’ 8월 11일자에 실렸다. 마이크로파나 초음파는 물체나 분자 움직임을 변화시킬 수 있다는 사실은 잘 알려져 있지만 파장이 긴 소리는 에너지가 작아 분자 움직임에 변화를 일으키지 못하는 것이 당연하다고 여겨져 왔다. 이 때문에 소리는 화학 분야에서 연구 대상으로 거의 고려되지 않았다. 그러나 연구팀은 소리를 이용해 물을 움직여 공기의 용해도를 조절할 수 있다면 하나의 용액 내에서도 서로 다른 화학적 환경을 조성할 수 있을 것이라는 점을 착안해 냈다. 연구팀은 스피커 위에 파란색 용액을 담아둔 실험용 접시를 올려놓은 뒤 소리가 접시 속 물 색깔을 어떻게 변화시키는지 관찰했다. 연구팀이 사용한 용액은 산소와 반응하면 파란색에서 무색으로 바뀌는 염료였다. 그 결과 소리로 액체가 물결을 만들 때 움직이지 않는 마디 부분은 파란색이었지만 상하운동을 하는 마루와 골 부분은 산소와 반응해 무색으로 바뀌는 것이 관찰됐다. 소리에 따라 기체의 용해도라는 화학반응이 달라지면서 하나의 용액 속에서도 다양한 색깔을 나타낼 수 있다는 것을 처음으로 증명해 낸 것이다. 이번 연구를 주도한 황일하 IBS 연구위원은 “이번 연구 결과는 소리로 화학의 기본 반응인 산화, 환원과 산, 염기 반응을 일으킬 수 있다는 점을 처음으로 확인했다는 데 의미가 크다”며 “소리가 생체 내 화학반응에 미치는 영향에 대한 연구를 진행할 계획”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

농가에서 생산성을 높이고 병충해 피해를 줄이기 위해 작물이나 가축을 키울 때 클래식 음악을 틀어주는 ‘음악 농법’을 쓰는 경우가 있다. 국내 연구진이 이같은 음악농법의 원리를 규명하고 동화 ‘피리 부는 사나이’처럼 소리를 이용해 분자의 움직임을 조절하는 방법을 찾아냈다. 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립연구단, 포스텍 화학과 공동 연구팀은 소리가 물리적 현상 뿐만 아니라 화학 반응까지 조절할 수 있다는 사실을 밝혀내고 화학반응 조절과정을 시각화하는데 성공했다. 이 같은 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘네이처 화학’ 11일자에 실렸다. 마이크로파나 초음파는 물체나 분자 움직임을 변화시킬 수 있다는 사실은 잘 알려져 있지만 파장이 긴 소리는 에너지가 작아 분자 움직임에 변화를 일으키지 못하는 것이 당연하다고 여겨져 왔다. 이 때문에 소리는 화학 분야에서 연구대상으로 거의 고려되지 않았다. 그러나 연구팀은 소리를 이용해 물을 움직여 공기가 녹는 정도를 조절할 수 있다면 하나의 용액 내에서도 서로 다른 화학적 환경을 조성할 수 있을 것이라는 점을 착안해 냈다. 연구팀은 스피커 위에 파란색 용액을 담아둔 실험용 접시를 올려놓은 뒤 소리가 접시 속 물 색깔 변화를 관찰했다. 연구팀이 사용한 용액은 산소와 반응하면 파란색에서 무색으로 바뀌는 염료였다. 그 결과 소리로 액체가 동심원의 물결을 만들 때 움직이지 않는 마디 부분은 파란색이었지만 상하운동을 하는 마루와 골 부분은 산소와 반응해 무색으로 바뀌는 것이 관찰됐다. 소리에 따라 기체의 용해도라는 화학반응이 달라지면서 하나의 용액 속에서도 다양한 색깔을 나타낼 수 있다는 것을 처음으로 증명해낸 것이다. 이번 연구를 주도한 황일하 IBS 연구위원은 “이번 연구결과는 소리로 화학의 기본 반응인 산화, 환원과 산, 염기 반응을 일으킬 수 있다는 점을 처음으로 확인했다는데 의미가 크다”라며 “소리가 생체 내 화학반응에 미치는 영향에 대한 연구를 진행할 계획”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 주도해 다층 구조의 균일한 그래핀을 세계 처음으로 만드는데 성공했다. 또 대면적으로 합성이 가능해 반도체 고집적 전극이나 다양한 광전극소자 등으로 사용할 수 있을 것으로 기대된다. 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단, 삼성종합기술원 무기재료연구실, 성균관대 물리학과, 에너지과학과, 부산대 광메카트로닉스공학과, 프랑스 파리-샤클레대, 스페인 마드리드 재료과학연구소 공동연구팀은 네 겹 다층 그래핀을 원자가 균일하게 배열한 단결정으로 성장시키는 합성법을 개발했다. 이 같은 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 28일자에 실렸다. 흑연 원자의 한 층인 ‘꿈의 신소재’ 그래핀은 전기전도도와 신축성이 우수하고 투명해 반도체 전극으로 사용이 가능하다. 단층 그래핀이 겹쳐짐에 따라 다른 성질을 보인다는 특징도 갖고 있다. 문제는 이같은 우수한 특성에도 불구하고 고품질 다층 그래핀을 균일하게 넓은 면적으로 만들기가 쉽지 않다는 점이다. 기존에는 구리 같은 금속 박막에 그래핀을 성장시키는 화학기상증착법(CVD)을 이용해 다층 그래핀을 만드는데 층수가 불균일해지는 경향이 있어 고품질로 만들기가 어려웠다.이에 연구팀은 우선 CVD에서 기판이 들어가는 석영튜브에 구리 기판을 넣고 900도의 고온으로 열처리를 했다. 이렇게 되면 튜브에 포함된 실리콘이 기체로 승화되면서 구리판에 확산돼 구리-실리콘 합금이 만들어진다. 여기에 메탄 기체를 주입해 메탄의 탄소 원자와 석영 튜브의 실리콘 원자가 구리 표면에 균일한 실리콘-탄소층을 만들도록 했다. 이렇게 만들어진 기판은 기존의 불균일한 다층 그래핀 합성과는 달리 1, 2, 3, 4층의 균일한 다층 그래핀을 만들 수 있었으며 메탄 농도를 변화하면 더 많거나 적은 층의 그래핀을 만들 수 있다. 더군다나 이렇게 만들어진 그래핀은 대면적으로도 만들 수 있다는 장점이 있다. 이영희 IBS 나노구조물리연구단장(성균관대 물리학과 교수)는 “이번 연구는 고온의 구리-실리콘 합금을 이용해 균일한 고품질의 다층 그래핀을 만들 수 있는 새로운 방법”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

바이러스 감염을 차단하는 백신이나 치료제, 암 세포를 잡는 항암제 같은 단백질 기반 의약품을 고순도로 빠르게 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 포스텍 화학과, 기초과학연구원(IBS) 복잡계자기조립연구단 공동연구팀은 항바이러스 치료제나 백신, 항암치료제 등 개발에 필요한 재조합 단백질 의약품을 고효율, 고순도로 정제할 수 있는 분자 끈끈이 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 생체의학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링’ 20일자에 실렸다. 단백질 전체나 일부만을 나타나도록 해 병원성 물질 전체를 사멸시키거나 독성을 약하게 만드는 백신은 유전재 재조합 기술로 만들어 진다. 이렇게 개발된 백신을 많은 사람에게 접종하기 위해서는 대량생산을 해야 하는데 고순도, 고효율 의약품을 만들기 위해서는 단백질 정제과정을 반드시 거쳐야 한다. 현재 단백질 의약품 정제기술은 동물세포 같은 생물질을 이용하고 있기 때문에 생산비용이 비싸고 보관이나 재사용이 쉽지 않다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 속이 빈 호박모양의 초분자 복합체인 쿠커비투릴과 다다만탄이라는 물질에 주목했다. 쿠커비투릴과 아다만탄 인공합성 분자쌍 사이에는 끈끈이처럼 특정 분자를 인지해 붙게 만드는 성질을 활용한 것이다. 분자 끈끈이 원리를 이용해 항바이러스, 항암제 등으로 사용되는 재조합 단백질 의약품을 고효율, 고순도로 정제할 수 있게 됐다.실제로 이번 기술을 활용해 단일클론 항체, 유방암 치료제인 허셉틴, 분자량이 작은 항바이러스제, 백혈병 치료제 인터페론 알파까지 고순도, 고효율로 정제하는데 성공했다. 생체분자가 아닌 인공분자를 사용하기 때문에 만들기도 편리하고 멸균성, 재사용성이 모두 우수한 것으로 확인됐다. 또 유전공학적 조절과 효소처리를 통해 단백질 의약품의 크기, 종류에 상관없이 정제가 가능한 것으로도 확인됐다. 연구팀은 이번 기술을 활용하면 백신이나 치료제 생산 속도를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 김기문 IBS 복잡계자기조립연구단 단장(포스텍 화학과 교수)은 “이번에 개발한 분자 끈끈이는 백신용 단백질처럼 단백질 의약품들의 생산 효율성을 높이는데 도움을 줄 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

적당한 스트레스는 건강에 도움이 된다지만 현대인들 대부분은 과도한 스트레스를 받고 있다고 느끼는 경우가 많다. 스트레스를 적절히 관리하지 않으면 신체적, 정신적 질병에 시달리게 된다. 그렇지만 많은 사람들이 막연하게 ‘요즘 스트레스가 심해’라거나 ‘예전보다 스트레스가 줄었어’라고 말은 하지만 정확히 어느 정도인지를 파악하기는 쉽지 않다. 국내 연구진이 콘택트렌즈를 착용하는 것만으로도 눈물 속 호르몬을 측정해 스트레스 정도를 스마트폰으로 파악할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 연세대 신소재공학과, 화학과, 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 명지대 화학공학과, 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 공동연구팀은 눈물 속에 있는 스트레스 호르몬을 감지해 정확히 측정해 스마트폰으로 한 눈에 볼 수 있도록 하는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 10일자에 실렸다. 스트레스 정도를 파악하기 위해서는 스트레스 호르몬인 코티졸 수치를 측정해야 한다. 이전에도 스트레스 호르몬 코티졸 측정 기술이 있기는 했지만 1년에 1~2번 정도 건강검진을 하거나 병원이나 전문 연구소를 찾아야 했다. 또 혈액을 채취해 전기화학 분석법이나 흡광 분석법 같은 방식으로 측정해야 해서 스트레스 지수를 실시간으로 측정할 수 없었다. 연구팀은 ‘꿈의 신소재’라고 불리는 2차원 물질 그래핀을 이용해 투명하고 유연하면서 무선통신이 가능한 코티졸 센서를 만들었다. 또 1차원 전도성 투명물질인 나노와이어를 그물망 구조로 만들어 신축성이 뛰어난 투명전극과 안테나를 만들었다. 연구팀은 초정밀 3D프린팅 기술로 만든 회로로 전극과 안테나, NFC칩 등 각 부품을 연결한 소프트 콘택트렌즈를 제작하는데 성공했다.이렇게 만들어진 소프트 콘택트렌즈를 착용하면 센서가 눈물 속 코티졸 농도에 따른 그래핀의 미세한 저항변화를 읽어내 스트레스 수치를 실시간으로 검출해 내는 원리이다. 이렇게 읽어낸 코티졸 농도는 렌즈 속 NFC칩을 통해 스마트폰으로 무선 전송된다. 렌즈를 착용후 스마트폰을 눈 주위로 가까이 가져가면 스트레스 지수를 스마트폰에 자동으로 전송돼 확인할 수 있게 되는 것이다. 연구팀은 콘택트렌즈를 실제로 착용한 뒤 성능과 안전성을 실험했는데 렌즈가 실제 착용상태에서도 정상 작동할 뿐만 아니라 렌즈에서 발생하는 열과 전자기파가 인체에 무해한 수준이라는 것이 확인됐다. 또 콘택트렌즈를 세척액이나 보관액에 담긴 뒤에도 형태와 기능이 그대로 유지되는 것도 관찰됐다. 박장웅 연세대 신소재공학과 교수(IBS 나노의학연구단 연구위원)는 “이번에 개발한 스마트 콘택트렌즈는 스트레스 수치를 실시간으로 정확하고 간단히 측정해 일상 속에서 스트레스 관리를 할 수 있도록 도울 수 있다는데 의미가 있다”라며 “이번 기술에 적용된 웨어러블 형태의 스마트폰 호환 센서는 모바일 헬스케어 기기의 플랫폼에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다양한 의료기기에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 의과학자들이 유전자가위의 안전성을 높일 수 있는 인공지능 알고리즘을 개발했다. 연세대 의대 약리학교실, BK21연세의과학사업단, 의생명과학부, 연세세브란스아동병원 소아과, 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 서울대 전기정보공학부, 연세세브란스아동병원 소아과 공동연구팀은 유전질환의 절반 이상을 차지하는 점돌연변이 교정을 위한 염기교정 유전자가위의 교정효율과 결과를 예측할 수 있는 인공지능(AI) 알고리즘을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 연구결과는 생명공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 7일자에 실렸다. DNA의 가닥을 바꾸는 것이 아니라 특정 염기만 바꿀 수 있는 염기교정 유전자가위는 3세대 유전자가위 기술인 크리스퍼 유전자가위에서 파생된 새로운 형태의 기술이다. 염기교정 유전자 가위는 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 바꿀 수 있는 ‘아데닌 염기교정 유전자가위’와 시토신(C)을 티민(T)으로 바꿀 수 있는 ‘시토신 염기교정 유전자가위’가 있다. 최근 개발된 염기교정 유전자가위 기술은 정밀하고 효율이 높지만 교정해야 할 염기가 비슷한 위치에 여러 개 있을 경우 교정 후 단백질 아미노산이 일부 바뀌어 변이가 일어날 수가 있다. 연구팀은 다양한 형태의 염기교정 유전자가위를 만들고 각각의 효율과 정확성에 대한 빅데이터를 확보해 인공지능 딥러닝으로 분석해 ‘염기교정 결과예측 프로그램’을 개발했다. 연구팀은 이 프로그램을 이용해 2만 3479개의 점돌연변이 유전질환 중에 표적염기가 1개이고 교정 효율이 높을 것으로 예상돼 유전자편집을 시도해볼 만한 질환을 분석한 결과 1차적으로 낭포성 섬유증을 포함해 3058개 점돌연변이 유전질환을 선별해냈다. 김형범 연세대 의대 교수(약리학교실)는 “이번 기술을 활용하면 다양한 염기교정 결과물의 빈도를 예측함으로써 안전한 교정이 가능한 유전자가위를 선택할 수 있게 된다”라며 “연구자들에게 1차적으로 선별된 유전자가위와 질환정보를 사전에 제공해 연구방향과 전략을 세우는데도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

청소년의 상징이자 고민꺼리는 다름 아닌 얼굴 군데군데 올라온 여드름이다. 실제로 여드름은 급격한 호르몬 변화가 발생하는 청소년기에 가장 많이 발생한다. 그렇지만 환경적 요인 때문에 성인 여드름 때문에 고민하는 사람들도 많다. 과학자들이 작은 패치 형태로 열을 발생시켜 여드름 같은 피부 염증을 치료할 수 있는 기술을 개발했다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 연세대 신소재공학과, 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학부, 이탈리아 밀라노공대 에너지학과 공동연구팀은 나노물질과 첨단 프린팅 기술을 이용해 피부에 부착하면 여드름과 염증을 치료할 수 있는 투명 온열패치를 개발하고 나노과학 분야 국제학술지 ‘나노 레터스’ 8일자에 발표했다. 최근은 대기 환경이 좋지 않아 청소년 뿐만 아니라 성인남녀들도 피부 트러블로 고민하는 일이 많다. 염증성 피부질환들은 피부에 따뜻한 열을 가해 혈액순환과 물질대사를 촉진하는 온열요법으로 개선될 수 있는 것으로 알려져 있다. 온열요법은 피부질환 치료약물이 쉽게 침투될 수 있도록 도와 치료효과를 극대화시킬 수도 있다. 기존에도 온열패치가 개발돼 있지만 구동 모듈과 배터리 등이 별도로 필요해 부피가 커지며서 부착 가능부위가 제한적이고 투명하지 않아 쉽게 눈에 띈다는 문제가 있었다.이에 연구팀은 일반 금속보다 신축성이 좋고 쉽게 녹슬지 않으며 전기적 특성도 우수한 메탈릭 글래스라는 물질과 나노와이어를 이용해 투명전극을 만들었다. 연구팀은 메탈릭 글래스를 1차원 섬유 형태로 만들어 미세한 그물 구조로 제작했고 마이크로미터 단위까지 고해상도로 출력이 가능한 전기수력학적 프린팅 기법으로 은 잉크를 격자무늬로 찍어내 투명 배터리를 완성했다. 이렇게 만들어진 투명 전극과 투명 배터리는 통신회로로 연결돼 무선으로 간단히 충전할 수 있을 뿐만 아니라 충전 패치가 가볍게 누르면 열이 발생하여 언제 어디서든 사용이 가능하다. 연구팀은 이번에 개발한 패치를 피부에 붙이고 1분 정도 열을 가해 피부의 생리학적 변화를 관찰했다. 그 결과 혈류량이 13분 동안 증가하고 보습효과도 1.9배 가량 늘어났다. 연구에 참여한 박장웅 IBS 연구위원(연세대 신소재공학과 교수)은 “이번 연구는 무선 충전이 가능하고 유연할 뿐만 아니라 구성요소 전부가 투명한 온열패치를 처음으로 선보였다는데 의미가 크다”라며 “미용 산업이나 피부과 치료 등에 다양하게 활용될 수 있기 때문에 차세대 웨어러블 기기 플랫폼이 될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

50대 이후에 주로 발병하는 뇌졸중은 대표적인 심혈관질환이다. 뇌혈관이 막히거나 혈액을 공급받지 못해 뇌 부위가 손상되는 뇌졸중은 다양한 후유증을 남기는 질환으로 잘 알려져 있다. 국내 연구팀이 이런 뇌졸중 후유증이 발생하는 원인을 밝혀내 다양한 뇌 질환 치료 방법을 찾는데 도움을 받을 수 있을 것으로 기대되고 있다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단, 광주과학기술원(GIST) 의생명공학과, 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 공동연구팀은 뇌졸중이 발생하면 언어장애나 운동능력, 인지능력 저하 같은 후유증이 일어나는 메커니즘을 밝혀냈다. 이 같은 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’ 8일자에 실렸다. 뇌졸중은 손상된 뇌 부위 뿐만 아니라 멀리 떨어져 있는 다른 부위에도 기능적 변화를 일으킨다. 기능해리라고 부르는 이 같은 변화는 뇌신경세포들의 활동성이 낮아지면서 뇌 대사와 기능을 떨어뜨리는 것으로 알려졌지만 정확한 발생 원인은 규명되지 않았다. 연구팀은 앞서 뇌 백질부분에서 뇌졸종우 발생하면 멀리 떨어져 있는 운동을 담당하는 뇌 부위인 운동피질 부분에 초미세 신경변성이 발생한다는 사실을 밝혀낸 바 있다. 연구팀은 신경변성 부위에서 별세포라고 부르는 뇌세포가 다른 신경세포의 활성과 대사를 억제해 기능해리를 일으킨다고 보고 백질부분에 뇌졸중을 유도한 생쥐의 뇌를 관찰했다. 별세포는 뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별모양의 비신경세포로 그 숫자와 크기가 증가하면 주변 신경세포에 여러 영향을 미쳐 파킨슨병, 알츠하이머, 중풍 등 다양한 뇌질환을 일으키는 것으로 알려져 있다.관찰 결과 연구팀은 뇌졸중이 발생한 생쥐의 뇌에는 멀리 떨어져 있는 운동피질에 신경세포의 활성과 대사를 억제시키는 가바라는 신경전달물질이 증가하면서 뇌 기능이 떨어진다는 것을 확인했다. 뇌졸중이 발생하면 별세포가 증가하면서 가바를 과다분비해 주변 신경세포 기능을 저하시키고 결국 기능해리를 일으킨다는 것이다. 또 연구팀은 별세포에서 가바를 생성하는 핵심효소인 마오비를 억제하는 약물을 자체 개발해 적용한 결과 기능해리 현상이 완화된다는 것을 관찰하기도 했다. 이창준 IBS 인지및사회성연구단 단장은 “이번 연구는 뇌졸중 뿐만 아니라 편두통, 뇌종양, 뇌염 같은 다양한 뇌질환에서 나타나는 기능해리 유발 원리를 규명했다는 점에 의미가 크다”라며 “별세포 조절로 다양한 신경학적 뇌질환 치료법 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 세포 내 DNA 이상 구조를 제어하는 방법을 찾아냈다. 이번 연구를 활용하면 암 예방에도 도움이 될 것으로 보인다. 기초과학연구원(IBS) 유전체항상성연구단 연구팀은 암 억제단백질로 알려진 ATAD5가 DNA 이상 구조를 어떻게 없애 유전체 안정성을 유지하는지를 규명했다고 2일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘핵산 연구’(Nucleic Acids Research)에 실렸다. 인체 세포는 생명유지를 위해 DNA 복제, 전사, 복구 등 다양한 대사활동을 한다. DNA 전사과정에서 RNA는 DNA 이중나선의 한 가닥에 결합한 ‘R-루프’라는 것이 일시적으로 형성되는데 대사과정이 끝나면 사라지게 된다. 문제는 R-루프가 해소되지 않고 장시간 유지될 경우 DNA 대사과정이 완료되지 못하는데 이 상태에서 세포분열이 진행되면 DNA가 손상돼 암을 유발시키게 된다.ATAD5 단백질은 DNA가 복제 과정을 완료하지 못하고 멈춰 버리는 DNA 복제스트레스 현상을 해소해 암 억제에 기여한다는 것을 이번 연구에 앞서 밝혀낸 바 있다. 연구팀은 ATAD5 단백질이 DNA 복제 과정에서 R-루프 형성을 제어해 유전체 안정성을 유지한다는 것을 추가로 밝혀냈다. 연구팀은 사람 세포를 이용한 실험에서 ATAD5 단백질 양을 인위적으로 줄이자 DNA 복제가 진행 중인 세포에서 R-루프 양이 증가하는 것이 관찰됐다. ATAD5가 세포 속 유전적 변이에 중요한 역할을 한다는 것을 보여주는 점이라고 연구팀은 설명했다. 이규영 IBS 연구위원은 “이번 연구는 ATAD5 단백질이 DNA 복제를 조절하고 복제스트레스를 해소할 뿐만 아니라 DNA 내 이상구조를 제어할 수 있음을 밝혀냈다는데 의미가 크다”라며 “암 치료제나 노화억제제 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

동식물 유전자 특정 부분을 정교하게 잘라내 품종을 개선하거나 유전자 관련 질병을 치료할 수 있는 유전자 가위 기술은 생물학 분야의 혁명이라고까지 불린다. 현재는 3세대 유전자 가위기술인 ‘크리스퍼 유전자 가위’와 관련해 활발한 연구가 이뤄지고 있다. 크리스퍼 유전자 가위도 한 종류만 있는 것이 아니라 다양한 종류가 존재한다. 문제는 유전자 가위들마다 특성이 다른데 이를 체계적으로 분석한 연구가 없어 어떤 유전자 가위를 이용해 연구나 임상에 적용해야 하는지 헷갈릴 때가 많다. 국내 연구진이 이 같은 문제를 해결하기 위한 인공지능 알고리즘을 개발해 주목받고 있다. 연세대 의대 약리학교실, 재활의학연구소, 의생명과학부, BK21연세의과학사업단, 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 서울대 전기정보공학과, 생물정보학협동과정 공동연구팀은 유전자 교정 상황에 따라 가장 효율적인 유전자 가위기술을 추천해주는 인공지능 알고리즘(DeepSpCas9variants)을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’에 실렸다. 유전자 가위는 표적 DNA의 특정 염기서열 정보를 가진 가이드RNA와 염기서열을 자르는 절단효소로 구성되는데 최근에는 화농성연쇄상구균에서 가져온 SpCas9을 절단효소로 활용하는 크리스퍼 유전자 가위가 가장 많이 활용되고 있다. SpCas9는 효율은 높지만 표적 이외 지점을 잘라내는 표적 이탈현상이 빈번하다는 문제가 있다. 이 때문에 이를 막기 위한 다양한 종류의 크리스퍼 유전자 가위 기술이 파생돼 있다. 유전자 가위들의 약점을 보완한 여러 종류의 파생기술들이 있지만 이들의 성능과 장단점을 분석한 연구가 없어 전문 연구자들마저도 어떤 유전자 가위를 언제 사용해야 하는지 혼란스러울 때가 많다. 이에 연구팀은 다양한 연구데이터베이스를 바탕으로 SpCas9 변이체 13종을 대상으로 가이드RNA 표적 염기서열에 따른 교정효율을 측정하고 교정 정확성 차이를 밝혀냈다. 또 동일한 조건에서 인간배아 신장세포를 이용한 유전자 교정실험을 실시해 교정 효율을 분석했다. 이를 바탕으로 연구나 임상 상황에 따른 유전자 가위의 효율을 예측하는 알고리즘을 개발했다. 이 알고리즘을 이용하면 가장 효과적인 유전자 가위기술을 추천받을 수 있을 뿐만 아니라 이를 활용했을 때 기대되는 교정효율까지 파악할 수 있게 된다고 연구팀은 설명했다. 연구팀 관계자는 “이번 연구는 지금까지 밝혀지지 않았던 여러 유전자 가위의 파생기술들의 차이를 체계적으로 분석함으로써 정확한 유전자 교정도구를 선택할 수 있는 가이드라인을 제시했다는데 의미가 크다”라며 “이번에 개발된 알고리즘을 활용하면 표적이탈로 인한 돌연변이 같은 부작용을 최소화할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

울산과학기술원(UNIST), 삼성전자 종합기술원, 기초과학연구원(IBS), 영국 케임브리지대, 스페인 카탈루냐 나노과학기술연구소 공동연구팀은 반도체 소자를 더 작게 만들고 정보처리속도는 더 빠르게 만들 수 있는 ‘초저유전율 절연체’라는 소재를 개발하고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 25일자에 발표했다. 현재 반도체 공정기술로는 소자가 작아질수록 내부 전기간섭 현상이 심해져 정보처리 속도가 느려진다. 이 때문에 많은 연구자들이 전기간섭을 최소화할 수 있는 낮은 유전율을 가진 신소재 개발에 관심을 갖고 있었다. 연구팀은 원자 배열이 불규칙한 비정질 질화붕소라는 물질로 새로운 반도체 절연체를 만드는 데 성공했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

코로나19 대확산으로 외출이 줄고 집에 머무는 시간이 길어지다보니 체중이 늘었다고 고민하는 사람들이 많다. 많은 사람들이 체중이 늘면 다이어트나 운동으로 살을 빼려는 노력을 한다. 비만은 고혈압이나 당뇨 같은 대사질환을 비롯해 각종 질병 원인이라고 지목받고 있기 때문이다. 과연 비만이 나쁘기만 한 것일까. 건강에 악영향을 미치는 나쁜 비만만 있는 것이 아니라 각종 건강지표가 정상 수준인 건강한 비만도 있다. 그동안 숨겨져 있던 건강한 비만의 비결이 국내 연구진에 의해 풀렸다. 기초과학연구원(IBS) 혈관연구단 연구팀은 혈관 생성을 촉진하는 ‘안지오포이에틴-2’라는 단백질이 대사적으로 건강한 비만을 유도하는 핵심 요소라고 24일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 살이 찌면 혈액 내 지질수치가 높아지고 당 대사기능을 하는 간, 근육 등에 지방이 비정상적으로 축적되면 대사질환 위험이 높아진다. 반면 대사적으로 건강한 비만은 일반 비만에 비해 내장지방 축적이 적고 인슐린 저항성 수치, 혈압, 심혈관 질환 발병 위험이 낮다. 지방 축적에는 모세혈관이 관여하는 것으로 알려져 있다. 지방산 전달인자들이 모세혈관에서 나타나 모세혈관을 통해 전달돼 지방세포로 축적된다. 모세혈관이 지방 축적을 위한 지방산 전달자이면서 이동통로라는 것이다. 그렇지만 모세혈관이 어떤 방식으로 지방을 축적하는지에 대해 정확히 알려져 있지 않았다. 연구팀은 건강한 비만환자와 일반 비만환자의 혈액과 생명정보학적 데이터를 분석했다. 그 결과 안지오포이에틴-2이 건강한 비만 환자의 피하지방에서만 발견된다는 것이 확인됐다. 연구팀은 생쥐에게 안지오포이에틴-2이 비활성화되도록 하면 혈중 지방이 증가하고 인슐린 기능과 신진대사에 이상이 생기는 것이 확인됐다. 고규영 IBS 혈관연구단 단장(카이스트 의과학대학원 특훈교수)은 “이번 연구는 혈관의 대사기능을 조절해 혈액 속 지방 축적을 제한할 수 있다는 것을 보여줬다”라며 “비만, 당뇨병, 고혈압 등 대사질환 치료에 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr