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프로그래머블 면역: T 세포의 운명을 바꾸는 유전자 지도

T 세포는 암세포나 바이러스를 인식하여 제거하는 강력한 능력을 지녔지만, 종양 환경에서는 세포독성을 잃고 점차 기능을 상실하는 '탈진(Exhaustion)' 상태에 빠지기 쉽습니다. 특히 고형암 치료에 있어 T 세포의 낮은 유지율과 기능 장애는 해결해야 할 핵심 과제로 남아 있습니다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 T 세포의 분화 상태를 정밀하게 조절하는 기술에 주목했습니다. 유익한 조직 상주 기억 T 세포(TRM)의 특성은 유지하면서도 탈진을 억제할 수 있다면, T 세포가 가진 치료적 잠재력을 극대화하여 환자의 생존율을 높일 수 있기 때문입니다. 연구팀은 TAIZI라는 전사 인자(TF) 분석 플랫폼을 활용해 9가지 세포 상태에 걸쳐 전사 인자의 영향력을 매핑했습니다. 분석 결과, 여러 상태에 관여하는 다중 상태 드라이버와 특정 상태에서만 활성화되는 단일 상태 전사 인자를 명확히 구분해낼 수 있었습니다. 특히 TRM 형성과 탈진 과정은 유전적으로 유사하지만 기능적으로는 매우 다릅니다. 이 플랫폼을 통해 탈진에만 특이적으로 작용하는 새로운 표적을 발굴함으로써, 다른 유익한 세포 상태를 방해하지 않고도 정밀한 세포 프로그래밍을 수행할 수 있는 과학적 기반을 마련하게 되었습니다. 발굴된 전사 인자 중 Zscan20과 같은 탈진 특이적 인자를 제거했을 때, T 세포는 탈진 상태가 감소하고 세포독성 사이토카인 생성이 눈에 띄게 향상되었습니다. 쥐 실험 결과, 이러한 유전자 조작은 종양 제어 능력을 획기적으로 개선했으며 바이러스 억제 효과도 뛰어난 것으로 나타났습니다. 반면 TRM 형성에는 부정적인 영향을 주지 않아 세포의 내구성을 안정적으로 유지할 수 있었습니다. 이는 특정 단일 상태 전사 인자를 선택적으로 조절하는 것이 T 세포의 기능을 최적화하고 항암 효과를 극대화하는 데 얼마나 결정적인 역할을 하는지 입증한 사례입니다. 이러한 쥐 모델에서의 발견은 인간 범암 아틀라스 데이터 분석을 통해 그 보존성이 확인되었습니다. Zscan20 및 JDP2와 같은 인자들은 인간 T 세포에서도 동일한 기능을 수행함이 검증되었으며, 이를 제거할 경우 기억 잠재력과 세포독성 능력이 강화되었습니다. 특히 기존 면역항암제인 면역관문 억제제와 전사 인자 조작 T 세포를 병용했을 때, 흑색종 모델에서 종양 부담이 현저하게 감소하는 시너지 효과를 확인했습니다. 이는 임상 현장에서 활용될 맞춤형 차세대 CAR-T 치료제 개발에 있어 매우 고무적인 연구 결과로 평가받고 있습니다. 마지막으로 연구팀은 기능 획득(GoF) 스크리닝 플랫폼인 SEGO를 통해 Myc 유전자의 새로운 역할을 발견했습니다. Myc의 항상적 과발현은 세포의 증식과 줄기세포 유사 상태를 촉진하여 예상치 못했던 수준의 종양 조절 능력을 보여주었습니다. 연구팀은 이제 한 걸음 더 나아가 전사 조절의 역동성을 포착하는 '기능 유전체학 2.0'과 신호 재배선 기술을 결합하고 있습니다. 억제 신호인 PD-1의 활동을 재구성하여 세포 상태를 활성화하는 유전자 회로를 구축함으로써, 보다 진보된 맞춤형 면역 치료 시스템을 완성해 나갈 계획입니다.

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주문하신 암 백신💊 나왔습니다~ 암을 정복할 히든카드!😏 mRNA 백신(Vaccine) | 요즘과학

2020년 코로나19 팬데믹은 인류에게 큰 시련이었지만, 동시에 mRNA 백신이라는 혁신적인 기술을 선사했습니다. 기존의 전통적인 백신이 바이러스 자체를 몸에 주입하는 방식이었다면, mRNA 백신은 세포가 바이러스 단백질을 직접 만들 수 있도록 설계도를 전달하는 방식입니다. 이는 우리 몸의 유전정보 흐름인 '센트럴 도그마' 원리를 이용한 것으로, DNA에서 단백질로 가는 중간 단계인 mRNA를 주입해 면역 반응을 유도합니다. 이러한 방식은 항원 자체를 넣지 않아 감염 우려가 적고 안전하다는 장점이 있습니다. mRNA 백신이 코로나19 시기에 갑자기 등장한 것처럼 보이지만, 사실 그 뿌리는 1960년대부터 시작된 수십 년의 연구에 있습니다. 1994년에 이미 첫 백신 시험이 시작되었을 정도로 오랜 역사를 지니고 있으며, 코로나19 팬데믹은 이 기술이 실제 현장에서 증명될 수 있는 거대한 시험 무대가 되었습니다. 통상 10년 이상 걸리던 백신 개발 기간을 1년 미만으로 단축할 수 있었던 비결은 바로 이러한 축적된 연구 성과 덕분이었습니다. 유전정보만 알면 신속하게 개인 맞춤형 제작이 가능하다는 점은 mRNA 기술의 가장 큰 매력입니다. 최근 mRNA 기술은 감염병 예방을 넘어 암 치료라는 새로운 영역으로 확장되고 있습니다. 여기서 말하는 '암 백신'은 일반적인 예방 접종과는 달리, 이미 암에 걸린 환자의 종양 재발을 방지하고 크기를 줄이는 치료용 백신의 성격이 강합니다. 자궁경부암 백신처럼 바이러스를 막아 암을 예방하는 것이 아니라, 환자 개인의 암세포 특성을 분석해 면역체계가 암세포를 '남'으로 인식하고 공격하도록 훈련시키는 원리입니다. 이는 인류가 암을 정복하기 위해 내놓은 새로운 히든카드로 주목받고 있습니다. 실제 연구 사례에 따르면, 췌장암 환자의 종양을 제거한 후 개인 맞춤형 mRNA 백신을 투여했을 때 유의미한 재발 방지 효과가 확인되었습니다. 환자의 정상 DNA와 암세포 DNA를 대조하여 돌연변이 유전자를 찾아내고, 이에 대응하는 mRNA를 설계해 주입하는 방식입니다. 이렇게 만들어진 백신은 환자마다 다른 암세포 구조에 정밀하게 대응할 수 있어 완전한 개인 맞춤형 치료를 가능하게 합니다. 수술로 제거하기 어려운 미세한 암세포까지 면역세포가 찾아가 공격하므로 재발 위험이 큰 암 치료에 효과적입니다. mRNA 기술의 미래는 예방보다 치료용 백신에 더 큰 무게가 실리고 있습니다. 말라리아, 지카 바이러스, 결핵 등 다양한 질병 퇴치에 기여할 것으로 기대되지만, 해결해야 할 과제도 남아 있습니다. mRNA는 열에 취약하고 체내 효소에 의해 쉽게 분해되기 때문에, 이를 세포까지 안전하게 전달하는 지질 나노입자(LNP) 기술과 저온 유통 체계가 필수적입니다. 또한 개인 맞춤형 제작에 따른 높은 비용 문제도 극복해야 할 벽입니다. 그럼에도 불구하고 mRNA 기술이 보여준 혁신은 암 정복을 향한 인류의 여정에 큰 희망이 되고 있습니다.

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[해썰이 있는 과학뉴스]토마토가 부릅니다... 태양을 피하는 방법♬ 유전자 편집 토마토

비타민 D는 우리 몸에서 칼슘 흡수를 도와 뼈 건강을 유지하는 데 필수적인 영양소입니다. 하지만 현대인들은 실내 활동이 많아지면서 비타민 D 결핍을 겪는 경우가 흔해졌습니다. 비타민 D는 크게 식물성인 비타민 D2와 동물성인 비타민 D3로 나뉘는데, 우리 몸에서의 효율은 비타민 D3가 훨씬 높다고 알려져 있습니다. 보통은 햇빛을 통해 체내에서 합성되지만, 자외선 차단제 사용이나 미세먼지 같은 환경적 요인으로 인해 충분한 양을 얻기가 쉽지 않은 것이 현실입니다. 현대인의 비타민 D 결핍을 해결하기 위해 과학자들은 유전자 편집 기술에 주목했습니다. 이는 외부 유전자를 주입하는 GMO와 달리, 작물 고유의 유전자를 정밀하게 교정하여 원하는 영양 성분을 강화하는 방식입니다. 특히 토마토는 비타민 D3 전구체를 이미 가지고 있어 기술 적용에 매우 적합한 작물로 꼽힙니다. 이러한 기술적 진보는 단순히 영양제를 섭취하는 것을 넘어, 일상적인 식사만으로도 필수 영양소를 충분히 보충할 수 있는 미래형 식단 구현을 목표로 하고 있습니다. 이 유전자 편집 토마토의 핵심 원리는 비타민 D3 전구체인 '7-디하이드로콜레스테롤'이 쌓이도록 만드는 것입니다. 원래 토마토는 이 전구체를 다른 물질로 변환시키는 효소를 가지고 있는데, 유전자 가위 기술인 크리스퍼(CRISPR-Cas9)를 이용해 이 효소의 기능을 차단했습니다. 그 결과 토마토에 비타민 D3 전구체가 축적되고, 여기에 자외선을 쬐어주면 식물에서도 동물성 비타민과 같은 효능을 가진 비타민 D3가 생성되게 됩니다. 이는 식물 기반의 영양 섭취에 새로운 지평을 열었습니다. 이번 연구가 주목받는 또 다른 이유는 기존에 버려지던 토마토 잎까지 활용할 수 있다는 점입니다. 유전자 편집을 거친 토마토의 잎에는 열매보다 더 많은 양의 비타민 D3 전구체가 포함되어 있어, 이를 추출해 보충제 원료로 재활용할 수 있습니다. 특히 동물성 원료를 기피하는 채식주의자들에게는 식물에서 추출한 고효율의 비타민 D3를 섭취할 수 있는 획기적인 대안이 될 것입니다. 이는 자원 순환과 영양 공급이라는 두 마리 토끼를 잡는 혁신적인 사례로 평가받고 있습니다. 물론 유전자 편집 식품이 시장에 안착하기 위해서는 넘어야 할 산이 많습니다. 미국이나 일본 등 일부 국가에서는 규제를 완화하는 추세지만, 인위적인 유전자 조작에 대한 심리적 거부감과 장기적인 안전성에 대한 논의는 여전히 진행 중입니다. 새로운 기술이 우리 식탁에 오르기까지는 과학적 검증뿐만 아니라 사회적 합의와 신뢰 구축이 필수적입니다. 유전자 편집 토마토가 현대인의 영양 불균형을 해결하는 안전한 먹거리로 자리 잡을 수 있을지 앞으로의 행보가 기대됩니다.

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[명강리뷰] 유전자가위로 유전자 수술하기 by 김진수 ㅣ 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강

유전자 가위 기술은 생명체의 설계도인 DNA를 정교하게 편집할 수 있는 혁신적인 도구입니다. 이는 특정 염기서열을 찾아내어 절단하고, 그 자리에 새로운 유전 정보를 삽입하거나 기존의 오류를 수정하는 방식으로 작동합니다. 과거에는 상상에만 머물렀던 유전병의 근본적인 치료가 이제는 현실의 영역으로 들어오고 있습니다. 이 기술은 단순한 과학적 발견을 넘어 인류의 건강과 생존 방식을 근본적으로 바꿀 잠재력을 지니고 있습니다. 가장 널리 알려진 3세대 유전자 가위인 크리스퍼(CRISPR-Cas9)는 박테리아의 면역 체계에서 착안되었습니다. 가이드 RNA가 목표 지점을 찾아가면 Cas9 단백질이 해당 부위를 절단하는 원리입니다. 이전 세대의 기술들에 비해 제작이 쉽고 비용이 저렴하며 정확도가 높다는 장점이 있습니다. 이러한 효율성 덕분에 전 세계 연구실에서는 암, 에이즈, 유전성 희귀 질환 등 난치병 정복을 위한 연구에 박차를 가하고 있으며, 농작물의 품종 개량 등 다양한 분야로 응용 범위가 넓어지고 있습니다. 의학 분야에서 유전자 가위의 활용은 가히 혁명적입니다. 환자의 몸 밖에서 세포를 꺼내 유전자를 편집한 뒤 다시 주입하는 방식이나, 직접 체내에 주입하여 질병의 원인을 제거하는 방식이 연구되고 있습니다. 특히 혈우병이나 겸상 적혈구 빈혈증과 같은 단일 유전자 질환에서 놀라운 성과를 거두고 있습니다. 이는 증상을 완화하는 기존의 치료법을 넘어, 질병의 뿌리를 뽑는 완치의 길을 열어주고 있다는 점에서 큰 의미를 가집니다. 하지만 기술의 발전과 함께 윤리적인 논의도 활발하게 진행되고 있습니다. 유전자 편집이 배아 단계에서 이루어질 경우, 그 변화가 후세대에 대물림될 수 있다는 점이 가장 큰 쟁점입니다. 이는 인위적인 진화나 '맞춤형 아기'와 같은 사회적 문제를 야기할 수 있습니다. 따라서 기술의 오남용을 막기 위한 국제적인 가이드라인과 사회적 합의가 필수적입니다. 과학적 성취가 인류 전체의 복지로 이어지기 위해서는 기술적 완성도만큼이나 성숙한 윤리 의식이 뒷받침되어야 합니다. 유전자 가위 기술은 앞으로 더욱 정교해질 것이며, 우리 삶의 많은 부분을 변화시킬 것입니다. 질병 없는 삶을 향한 인류의 오랜 꿈이 이 작은 분자 도구를 통해 실현될 가능성이 커지고 있습니다. 물론 아직 해결해야 할 기술적 한계와 윤리적 숙제가 남아있지만, 이를 슬기롭게 극복한다면 바이오 혁명의 시대는 우리에게 새로운 희망을 선사할 것입니다. 우리는 이제 생명의 비밀을 읽는 단계를 넘어, 그 비밀을 올바르게 써 내려가는 책임감 있는 창조의 시대로 나아가고 있습니다.

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[인터뷰] 천진우_나노의학과 자기유전학(Feat.연구주제 선정방법)ㅣIBS X KAOS 2021 '기초과학 석학강연'

나노과학은 아주 작은 크기의 세계를 다루는 학문으로, 현대의학에서 혁신적인 변화를 이끌고 있습니다. 대표적인 사례가 바로 mRNA(메신저 RNA) 백신입니다. 불안정한 유전자 정보인 mRNA를 100나노미터 크기의 나노캡슐에 담아 인체에 안정적으로 전달함으로써, 우리 몸이 스스로 항체를 형성할 수 있게 돕습니다. 이는 단순히 질병을 치료하는 것을 넘어, 진단과 생체 현상 관찰, 그리고 정밀한 자극 기술까지 아우르는 융합과학의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 과학 연구의 동력은 새로운 현상에 대한 호기심과 도전적인 문제를 해결하려는 의지에서 비롯됩니다. 남들이 시도하지 않은 영역에서 창의성을 발휘할 때 학문적 중요성이 커지기 때문입니다. 과거 1990년대 후반에는 나노입자 연구가 생소한 분야였으나, 수십 년간 지식이 축적되면서 이제는 더 정밀하고 고도화된 단계로 진화하고 있습니다. 과학자들은 기존의 지식에 안주하지 않고, 양자점이나 새로운 나노물질을 바이오 분야에 접합하는 등 끊임없이 새로운 연구 영역을 개척해 나갑니다. 뇌과학은 인류에게 여전히 미지의 영역이자 가장 정복하기 어려운 분야 중 하나로 꼽힙니다. 최근 주목받는 자기유전학은 자기장을 이용해 뇌신경세포인 뉴런의 신호를 제어하는 혁신적인 기술입니다. 이는 유전공학 기법과 나노과학이 결합한 융합과학의 결정체라고 할 수 있습니다. 기존의 전기적 자극이나 빛을 이용한 방식보다 훨씬 정교한 접근이 가능하며, 뇌의 깊은 곳까지 신호를 전달할 수 있다는 점에서 과학적 성과와 발전 가능성이 매우 큰 분야로 기대를 모으고 있습니다. 자기유전학이 광유전학보다 유리한 점은 뛰어난 생체 침투력에 있습니다. 빛은 인체 조직을 통과하는 힘이 약해 정밀한 관찰에는 용이하지만 깊은 곳까지 도달하기 어렵습니다. 반면 자기장은 몸속 깊숙한 곳까지 무선으로 전달될 수 있습니다. 자성나노입자를 뉴런의 이온채널에 접합하여 '자기수용체'를 만들면, 외부 자기장에 반응해 이온채널이 열리고 닫히며 뇌 신호를 원격으로 제어할 수 있게 됩니다. 이러한 무선 제어 방식은 뇌 질환 치료와 면역 시스템 활성화에 새로운 길을 열어줍니다. 하나의 가설을 실험적으로 증명하는 과정은 수많은 연구자의 인내와 협력이 필요한 긴 여정입니다. 자기유전학 연구 역시 나노물질 합성부터 유전공학, 뇌과학 실험에 이르기까지 방대한 단계를 거쳐야 하기에 융합과학으로서의 체계가 필수적입니다. 화학자, 생명과학자, 소재공학자, 그리고 의사가 함께하는 '팀 사이언스'는 개별 연구로는 도달하기 힘든 거대한 과학적 성취를 가능하게 합니다. 이러한 협력은 나노의학이 실질적으로 인류의 건강과 삶의 질을 향상시키는 데 기여하는 밑거름이 됩니다.

천진우

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[인생과학영화#4] ‘스페이스 오페라’ & ‘테크느와르’의 계보

SF 장르의 양대 산맥인 스타 트렉과 스타워즈는 스페이스 오페라라는 공통분모를 지니면서도 서로 다른 길을 걸어왔습니다. 스타 트렉이 과학적 고증에 충실한 정통 SF의 길을 택해 인종과 종족을 초월한 지구 대통합의 이상을 그렸다면, 스타워즈는 선악의 대립과 포스라는 정신적 개념을 강조하며 우주 판타지의 영역을 개척했습니다. 이러한 차이는 제목에서도 드러나는데, 모험을 뜻하는 트렉과 전쟁을 의미하는 워즈는 각 시리즈가 지향하는 바를 명확히 보여줍니다. 두 작품은 미래 과학의 보고로서 수많은 기술적 상상력을 현실로 끌어들이는 데 결정적인 역할을 했습니다. 스타 트렉은 시대를 앞서간 과학적 통찰력으로 유명합니다. 1960년대에 이미 블랙홀의 개념을 '블랙 스타'로 묘사했으며, 오늘날 우리가 사용하는 태블릿 PC나 화상 통화 같은 기술을 예견하기도 했습니다. 특히 안드로이드인 데이터 소령은 단순한 기계를 넘어 독립된 인격체로 인정받으며 인간과 기계의 경계에 대한 철학적 질문을 던졌습니다. 아직 실현되지 않은 워프 항법이나 트랜스포터 기술은 여전히 인류의 상상력을 자극하는 미래 과학의 과제로 남아 있습니다. 이처럼 스타 트렉은 새로운 기술의 산실이자 인류가 나아갈 방향을 제시하는 나침반 역할을 해왔습니다. 반면 스타워즈는 로봇들의 천국이라 불릴 만큼 다양한 드로이드들을 통해 독창적인 세계관을 구축했습니다. R2-D2와 C-3PO로 대표되는 드로이드들은 인공지능의 지적 능력에 따라 등급이 나뉘며, 인간과 공존하거나 때로는 영웅적인 활약을 펼치기도 합니다. 흥미로운 점은 최첨단 과학 기술이 등장함에도 불구하고 제다이 기사들이 광선검을 휘두르며 '포스'라는 초자연적인 에너지와 소통한다는 사실입니다. 이는 과거와 미래, 과학과 초과학의 경계를 자유롭게 넘나드는 우주 판타지로서의 면모를 잘 보여줍니다. 스타워즈는 이처럼 방대한 서사를 통해 인간의 상상력이 도달할 수 있는 끝을 보여주었습니다. 20세기 후반에는 밝은 스페이스 오페라와 대비되는 어둡고 암울한 '테크 누아르' 장르가 부상했습니다. 그 중심에 있는 에일리언 시리즈는 H.R. 기거의 기괴하고 독창적인 디자인을 통해 영화사상 유례없는 괴물 이미지를 탄생시켰습니다. 또한, 이 시리즈는 애쉬부터 데이빗에 이르는 안드로이드 계보를 통해 인간의 통제를 벗어난 인공지능의 위험성과 자율적 인격의 진화를 심도 있게 다루었습니다. 특히 프리퀄인 프로메테우스에서 창조주인 인간에게 질문을 던지는 데이빗의 모습은 기술 발전이 가져올 실존적 위기를 암시하며 관객들에게 깊은 인상을 남겼습니다. 제임스 카메론 감독의 터미네이터와 아바타는 영상 기술의 혁명을 주도하며 SF 영화의 지평을 넓혔습니다. 터미네이터는 미래와 현재 사이의 타임 패러독스를 다루며 액체 금속 로봇 T-1000이라는 경이로운 시각 효과를 선보였습니다. 이후 아바타는 3D 기술의 정점을 찍으며 인간의 의식을 다른 육체에 접속시키는 혁신적인 설정을 현실감 있게 구현했습니다. 카메론 감독은 자신의 해양 탐험 경험을 영화적 상상력과 결합하여 미지의 세계를 창조해냈습니다. 끊임없는 도전 정신으로 무장한 그의 행보는 기술과 예술이 결합한 테크 누아르의 정수를 보여주며 현대 SF의 황금기를 이끌었습니다.

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[노벨상 해설강연] 노벨화학상: 다가오는 유전자 교정 시대_ 배상수｜카오스재단 x 고등과학원 '2020 노벨상 해설강연' | 3강

지구상의 모든 생명체는 세포를 기본 단위로 하며, 그 안에는 생명 활동을 영위하고 정보를 전달하는 유전 물질인 DNA가 존재합니다. DNA는 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민이라는 네 가지 염기로 이루어진 일종의 문자열과 같습니다. 우리가 외국어를 공부하여 그 의미를 이해하듯, DNA의 서열을 읽고 쓰는 기술은 생명의 신비를 풀기 위한 핵심적인 도구입니다. 특히 유전자 가위 기술은 DNA를 직접 표적화하여 정보를 수정함으로써, 유전자의 기능과 원리를 규명하고 질병을 치료할 수 있는 가능성을 열어주었습니다. 유전자 교정의 역사는 1960년대 제한 효소의 발견으로부터 시작되었습니다. 초기에는 특정 염기 서열을 인식해 자르는 제한 효소를 이용해 인슐린을 대량 생산하는 등 유전공학의 혁명을 일으켰으나, 인간과 같은 복잡한 생명체에 적용하기에는 한계가 있었습니다. 인식하는 서열이 너무 짧아 원치 않는 부위가 함께 잘리는 문제가 있었기 때문입니다. 이후 단백질을 이용해 정밀도를 높인 1세대 징크 핑거와 2세대 탈렌 기술이 개발되었지만, 제작 과정이 까다롭고 비용이 많이 들어 대중적으로 활용되기에는 어려움이 따랐습니다. 3세대 기술인 크리스퍼 유전자 가위는 구조가 단순하고 제작이 쉬워 유전자 교정의 대중화를 이끌었습니다. 이 기술은 박테리아가 바이러스의 공격에 대항하기 위해 갖춘 후천적 면역 체계에서 착안한 것으로, 특정 DNA를 찾아가는 가이드 RNA와 절단 역할을 하는 단백질로 구성됩니다. 에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 다우드나는 이 시스템을 인공적으로 재설계하여 효율적인 도구로 만들어낸 공로로 노벨 화학상을 수상했습니다. 이제 연구자들은 RNA 서열만 교체함으로써 원하는 유전자를 자유자재로 교정할 수 있는 강력한 수단을 갖게 되었습니다. 크리스퍼 유전자 가위 기술은 기초 과학 연구부터 실생활 응용까지 광범위한 변화를 가져왔습니다. 실험실에서는 특정 유전자가 제거된 형질 전환 동물을 단기간에 만들어 질병 모델 연구에 활용하며, 농업 분야에서는 갈변하지 않는 버섯이나 기후 변화에 강한 작물을 개발하고 있습니다. 의료 분야에서는 환자의 세포를 체외에서 교정해 다시 주입하거나, 체내 특정 기관에 유전자 가위를 직접 전달하여 희귀 질환을 치료하는 연구가 활발히 진행 중입니다. 심지어 멸종 동물의 복원이나 특정 유전자를 종 전체에 확산시키는 유전자 드라이브 기술까지 논의되고 있습니다. 유전자 교정 기술이 인간 배아에 적용되면서 사회적, 윤리적 논란이 제기되기도 했지만, 이는 기술의 발전 과정에서 반드시 거쳐야 할 숙제입니다. 과거 시험관 아기 기술이 처음 등장했을 때도 많은 우려가 있었으나, 현재는 수많은 난임 부부에게 희망을 주는 보편적인 기술로 자리 잡았습니다. 유전자 가위 역시 법적, 제도적 틀 안에서 안전하게 관리된다면 인류의 건강과 복지에 크게 기여할 것입니다. 상상 속의 미래가 현실이 되는 시대에, 우리는 이 강력한 도구를 지혜롭게 통제하고 활용하여 더 나은 세상을 만들어가야 합니다.

배상수

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

생명과학

[강연] Phantom, Avatar and Persona (2) _ by정석 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 2강 | 2강 ②

오가노이드는 줄기세포를 활용하여 인간의 장기 발달 과정을 그대로 모사함으로써 인공 장기를 만드는 혁신적인 기술입니다. 정자와 난자가 만나 배아가 되고 하나의 생명체로 성장하는 신비로운 과정을 실험실의 배양 접시 위에서 재현하는 것이 이 기술의 핵심이라 할 수 있습니다. 과거에는 질병 연구를 위해 실험동물을 대상으로 실험을 진행해야 했지만, 이제는 미니 뇌나 미니 췌장 같은 정교한 조직을 직접 만들어 연구할 수 있게 되었습니다. 이는 생명과학 연구의 패러다임을 근본적으로 바꾸는 변화입니다. 실제로 췌장 오가노이드는 내부의 혈관 구조와 세포 단위까지 정밀하게 모사하여 당뇨병 치료 연구에 활발히 활용되고 있습니다. 또한 장 오가노이드는 복잡한 융털 구조를 재현하여 우리 몸의 마이크로바이옴과 박테리아의 상호작용을 연구하는 데 중요한 도구가 됩니다. 이러한 기술은 단순히 형태를 흉내 내는 수준을 넘어, 실제 장기가 수행하는 생리적 기능을 실험실 환경에서 구현할 수 있도록 발전하고 있습니다. 이는 질병의 근본적인 원인을 규명하고 새로운 치료법을 찾는 데 결정적인 역할을 수행합니다. 뇌 오가노이드는 가장 복잡한 장기인 인간의 뇌를 연구하기 위한 도전적인 과제로 꼽힙니다. 지카 바이러스가 소두증을 유발한다는 사실을 증명하는 과정에서도 뇌 오가노이드는 결정적인 증거를 제공하며 그 가치를 입증한 바 있습니다. 하지만 오가노이드 내부의 복잡한 구조를 관찰하기 어렵다는 기술적 한계가 존재했는데, 이를 해결하기 위해 조직 투명화 기술이 함께 개발되었습니다. 투명화 기술을 통해 우리는 장기 내부에서 일어나는 미세한 변화를 생생하게 들여다보며 연구의 정밀도를 높일 수 있게 되었습니다. 장기 칩 기술은 오가노이드와는 또 다른 방식으로 인체의 생리적 환경을 정밀하게 모사합니다. 예를 들어 폐를 모사한 칩에 담배 연기를 지속적으로 노출시켜 폐 세포에 일어나는 변화를 실시간으로 관찰하는 실험이 가능해졌습니다. 실제 사람에게는 윤리적 문제로 수행할 수 없는 위험한 실험을 칩 위에서 안전하게 수행함으로써, 질병의 진행 과정을 과학적으로 분석할 수 있습니다. 최근에는 여러 개의 장기 칩을 하나로 연결하여 인체 전체의 반응을 통합적으로 연구하려는 시도도 활발히 이루어지고 있어 그 미래가 더욱 기대됩니다. 정밀 의료의 핵심은 환자 개개인의 특성에 맞춘 최적의 치료제를 찾는 것입니다. 암 환자의 조직에서 추출한 세포로 오가노이드를 만들고 다양한 항암제를 테스트하면, 부작용은 최소화하고 치료 효과는 극대화할 수 있는 약물을 미리 선별할 수 있습니다. 실제로 특정 환자에게 어떤 약물이 더 잘 침투하고 효과를 발휘하는지 칩 위에서 확인하는 기술이 임상 현장에 적용되기 시작했습니다. 이는 환자의 생존율을 획기적으로 높일 뿐만 아니라, 불필요한 치료 과정을 줄여 의료 비용을 절감하는 데에도 큰 기여를 할 수 있는 대안이 됩니다. 우리는 이제 생물학적 복제 모델인 아바타를 넘어, 방대한 데이터와 결합된 페르소나의 시대로 나아가고 있습니다. 과거에는 환자의 암세포를 쥐에게 이식하는 마우스 아바타 모델이 주로 사용되었지만, 시간과 비용 면에서 한계가 뚜렷했습니다. 반면 오가노이드와 장기 칩은 환자의 유전 정보와 생체 데이터를 통합하여 디지털과 생물학이 결합된 더욱 정교한 모델을 제공합니다. 이러한 기술적 진보는 의료진이 환자의 상태를 다각도로 분석하고, 수많은 항암제 중 최선의 선택을 내릴 수 있도록 돕는 강력한 지침이 되어줄 것입니다. 미래의 의료 시스템은 환자가 멀리 떨어져 있어도 3차원으로 구현된 장기 정보를 통해 정밀한 진단과 치료가 이루어지는 형태가 될 것입니다. 인공지능과 빅데이터, 그리고 정교한 생체 모사 기술이 결합됨으로써 인류는 질병 정복이라는 목표에 한 걸음 더 다가설 수 있습니다. 이러한 혁신은 기계공학, 생명과학, 전자공학 등 다양한 학문 분야의 경계를 허무는 융합을 통해 완성됩니다. 우리 몸의 조직을 칩 위에 올리고 데이터를 통해 분석하는 기술은 인류의 건강한 삶을 보장하는 미래 과학의 핵심 열쇠가 될 것으로 확신합니다.

정석

카오스재단카오스강연

물리학

[강연] 우리 몸에 들어오는 외부물질들-약인가, 독인가? (1) _ 김병문 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 8강 | 8강 ①

우리 몸은 외부에서 유입되는 다양한 물질인 '생체 이물질(Xenobiotics)'과 끊임없이 상호작용하며 살아갑니다. 음식물이나 약물은 물론, 미세먼지와 같은 환경 오염 물질도 우리 체내로 들어와 대사 과정을 거치게 됩니다. 대표적인 예로 보툴리눔 톡신은 세균이 만들어내는 강력한 신경 독소 단백질입니다. 이는 근육을 움직이는 신경전달물질인 아세틸콜린의 분비를 억제하여 주름을 개선하는 미용 목적으로 널리 쓰이지만, 사실 아주 적은 양으로도 치명적인 결과를 초래할 수 있는 세상에서 가장 강력한 독성 물질 중 하나이기도 합니다. 새로운 약이 탄생하기 위해서는 보건 당국의 승인을 받은 효능 있는 신물질이어야 하며, 독창성과 경제성 등 엄격한 조건을 충족해야 합니다. 신약 개발은 평균 12년에서 15년이라는 긴 시간과 1조 원 이상의 막대한 비용이 투입되는 고위험 고수익 분야입니다. 수만 개의 화합물 중에서 임상 시험을 거쳐 최종적으로 시판 허가를 받는 물질은 단 하나에 불과할 정도로 성공 확률이 매우 낮습니다. 이러한 과정은 단순히 질병을 치료하는 수단을 넘어, 인류의 건강을 지키기 위한 과학적 인내와 자본의 집약체라고 할 수 있습니다. 많은 이들이 모든 질병을 한 번에 해결할 수 있는 만병통치약이나 불로장생의 묘약을 꿈꾸지만, 과학적 관점에서 이는 실현되기 어려운 과제입니다. 과거 인디언들이 사용하던 에키네시아와 같은 천연물은 면역 증진 효과가 있다고 알려졌으나, 실제 연구 결과 성분의 표준화와 재현성 확보에 한계가 있음이 드러났습니다. 추출 부위나 환경에 따라 성분비가 달라지고, 사람에 따라 효능이 일정하지 않으며 때로는 부작용을 유발하기도 합니다. 이는 신약이 갖추어야 할 핵심 요소인 효능의 일관성과 안전성 확보가 얼마나 까다로운 작업인지를 잘 보여줍니다. 신약이 우리 몸에서 작용하기 위해서는 특정 표적에 정확히 결합해야 하는데, 대부분의 표적은 효소나 수용체 같은 단백질입니다. 과거에는 페니실린이나 사카린처럼 우연한 기회에 발견된 약물들이 많았지만, 현대 과학은 보다 체계적인 접근 방식을 취합니다. 수많은 화합물을 무작위로 탐색하는 스크리닝 기법부터 단백질의 3차원 분자 구조를 분석하여 설계하는 합리적 신약 설계까지 그 방법이 다양해졌습니다. 또한 임상 시험 과정에서 예상치 못한 부작용이 오히려 새로운 효능으로 발견되어 비아그라와 같은 혁신적인 신약으로 재탄생하는 흥미로운 사례도 존재합니다. 신약 후보 물질은 전임상 시험을 거쳐 사람을 대상으로 하는 임상 1, 2, 3상을 통과해야 비로소 시장에 나올 수 있습니다. 시판 후에도 임상 4상을 통해 장기적인 안전성을 지속적으로 감시받으며, 문제가 발견될 경우 허가가 취소되기도 합니다. 이러한 엄격한 검증 체계 속에서도 과학자들은 자연에서 영감을 얻어 새로운 길을 찾습니다. 개똥쑥에서 추출한 말라리아 치료제 아르테미시닌이나 호르몬 구조를 모방한 경구 피임약처럼, 자연계의 화합물과 우리 몸의 생리적 구조를 깊이 이해하는 것은 인류를 구원할 새로운 선도 화합물을 찾는 중요한 열쇠가 됩니다.

김병문

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