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[인터뷰] 안광석_차세대 범용 백신을 꿈꾸는 바이러스 면역학자 ｜제31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래"

바이러스와 인간의 면역 체계는 끊임없이 상호 작용하며 함께 진화해 왔습니다. 바이러스는 인간 세포 내에서 최대한 증식하고 전파하려는 본능을 가진 반면, 면역 체계는 이러한 이물질을 탐지하여 제거하려는 방어 기전을 작동시킵니다. 특히 전 세계 인구의 상당수가 감염된 사이토메갈로바이러스는 한 번 감염되면 평생 몸속에 머물며 면역력이 약해질 때 치명적인 질환을 일으킵니다. 이러한 위험성 때문에 전미 백신 위원회에서는 이 바이러스의 백신 개발을 최우선 과제로 꼽고 있으며, 바이러스의 면역 회피 전략을 이해하는 것이 치료제 개발의 핵심입니다. 과거 1800년대 런던의 콜레라 유행 당시, 질병의 원인을 공기 중의 나쁜 기운인 '미아즈마'로 보던 통념을 깨고 수인성 질병임을 밝혀낸 존 스노의 사례는 현대 역학의 시초가 되었습니다. 그는 가구별 조사와 상수도 자료 분석을 통해 콜레라 발생 지도를 만들었고, 특정 물 펌프가 감염의 근원임을 증명해 냈습니다. 이 발견은 상하수도 시설의 중요성을 일깨웠으며 공중보건학의 비약적인 발전을 이끌었습니다. 이처럼 질병의 정확한 매개체와 원인을 규명하는 과학적 접근은 인류를 위기에서 구하고 보건 환경을 개선하는 강력한 도구가 됩니다. 신종 바이러스는 계속해서 탄생하며, 백신 접종 후에도 면역 압력을 피해 스스로 변이하는 특성을 가집니다. 특히 코로나19의 스파이크 단백질은 변이가 잦아 기존 백신의 효력을 떨어뜨리는 주요 원인이 됩니다. 과학자들은 이러한 변이에 상관없이 대응할 수 있는 범용 백신 개발을 오랜 숙원으로 삼고 연구에 매진하고 있습니다. 현재는 변이가 거의 없는 다른 바이러스 단백질을 타깃으로 하는 전략이 상당한 진척을 보이고 있습니다. 머지않아 단 한 번의 접종으로 다양한 변이체로부터 오랫동안 보호받을 수 있는 범용 백신의 시대가 열릴 것으로 기대됩니다. 현대 생명과학은 물리, 화학, 공학 등 타 학문과의 긴밀한 융합을 통해 발전하고 있습니다. 전자현미경의 발달로 보이지 않던 바이러스와 원자의 구조를 정밀하게 파악하게 되었고, 최근에는 AI와 데이터 사이언스가 복잡한 생명 현상을 명확하게 분석하는 데 기여하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 과거 수년이 걸리던 백신 개발 기간을 단 몇 주 수준으로 단축할 수 있는 혁신적인 여력을 제공합니다. 융합 과학의 발전은 생명과학의 한계를 뛰어넘어 인류가 직면한 복잡한 보건 문제를 해결하고 미래의 팬데믹에 대비하는 데 결정적인 역할을 수행할 것입니다. 분자생물학의 혁명이라 불리는 PCR 기술은 DNA 연구의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 과거 수개월이 걸리던 유전자 클로닝 작업을 단 며칠로 단축시켰으며, 코로나19와 같은 급성 감염병의 신속한 진단을 가능케 하여 수많은 생명을 구했습니다. 이제 과학의 시선은 완치가 어려운 만성 감염 바이러스로 향하고 있습니다. 평생을 함께하며 끊임없이 질병을 일으키는 바이러스들을 통제하기 위한 연구는 지금도 계속되고 있습니다. 끊임없는 기술 혁신과 연구자들의 열정이 더해진다면, 인류는 만성 질환의 굴레에서 벗어나 바이러스와의 전쟁에서 새로운 승기를 잡을 수 있을 것입니다.

안광석

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[강연] 진화의 원동력, DNA _ by이현숙 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 8강 | 8강

진화의 역사를 돌이켜볼 때, 찰스 다윈은 DNA라는 분자의 존재를 전혀 알지 못했음에도 불구하고 생명 진화의 가장 핵심적인 원리를 꿰뚫어 본 인물이었습니다. 그는 수많은 관찰과 기록을 통해 종의 기원을 탐구했으며, 생명체가 환경에 적응하며 변화해가는 과정을 '자연선택'이라는 개념으로 정립했습니다. 오늘날 우리가 이해하는 진화는 결국 DNA에 새겨진 정보의 변화와 그 궤를 같이하며, 다윈이 가졌던 의문들은 현대 분자생물학을 통해 그 해답을 찾아가고 있습니다. 1953년 왓슨과 크릭이 발표한 DNA 이중 나선 구조는 생명 과학의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 로잘린 프랭클린의 엑스선 회절 데이터를 바탕으로 규명된 이 구조는 단순히 분자의 형태를 밝힌 것에 그치지 않고, 생명 정보가 어떻게 복제되고 다음 세대로 전달되는지를 시사했습니다. 불과 900자도 되지 않는 짧은 논문이었지만, 그 안에는 생명의 설계도가 가진 아름다움과 유전의 비밀을 푸는 열쇠가 담겨 있었으며 이는 현대 생물학의 위대한 시작이 되었습니다. 생명 현상의 중심에는 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 이어지는 '센트럴 도그마'라는 정보의 흐름이 존재합니다. DNA가 생명의 설계도라면, RNA는 그 정보를 전달하는 매개체이며 단백질은 실제로 우리 몸에서 다양한 기능을 수행하는 일꾼입니다. 최근에는 단백질을 만들지 않는 비부호화 RNA의 역할이 새롭게 조명되면서 생명 조절 기작의 복잡성이 더욱 드러나고 있습니다. 이러한 정보 전달 체계는 생명체가 생존을 유지하고 환경에 반응하는 근본적인 원동력이 됩니다. DNA는 복제 과정에서 끊임없이 변이를 일으키며, 이러한 불완전함이야말로 진화를 가능케 하는 핵심 요소입니다. 세포 분열 시 발생하는 수많은 복제 오류는 정교한 수선 기작을 통해 대부분 교정되지만, 일부 남겨진 변이들은 생명 종의 다양성을 풍부하게 만드는 원천이 됩니다. 만약 DNA가 한 치의 오차도 없이 완벽하게 복제되었다면 생명체는 변화하는 환경에 적응하지 못하고 멸종했을 것입니다. 즉, DNA의 미세한 오류는 생존을 위한 진화의 필연적인 선택입니다. 우리 몸의 면역 체계는 DNA의 변이와 수선 기작의 원리를 가장 적극적으로 활용하는 사례 중 하나입니다. 외부에서 침입하는 수억 개의 바이러스에 대항하기 위해 면역 세포는 DNA를 스스로 자르고 재조합하며 무한한 다양성을 가진 항체를 만들어냅니다. 이러한 과정은 마치 생태계의 진화가 압축적으로 일어나는 것과 같으며, 우리가 끊임없이 변화하는 병원균 사이에서 생존할 수 있는 이유이기도 합니다. DNA의 역동적인 변화 능력은 우리 몸을 지키는 가장 강력한 방패가 됩니다. 염색체의 끝단에 위치한 텔로미어는 생명체의 노화와 수명을 결정짓는 중요한 지표입니다. TTAGGG라는 특정 염기 서열이 반복되는 이 구조는 세포 분열 시 유전 정보가 손실되지 않도록 보호하는 역할을 합니다. 최근 연구에 따르면 텔로미어는 일반적인 이중 나선 구조 외에도 네 가닥이 꼬인 특이한 구조를 형성하며 유전체의 안정성을 유지합니다. 이러한 특수한 DNA 구조와 이를 관리하는 단백질들의 상호작용을 이해하는 것은 암과 같은 질병의 원인을 밝히는 데 중요한 단서가 됩니다. 현대 과학은 이제 DNA 염기 서열을 분석하는 수준을 넘어, 인공지능과 빅데이터를 결합한 맞춤형 의료 시대로 나아가고 있습니다. 차세대 염기 서열 분석(NGS)의 발전으로 개인의 유전 정보를 단 며칠 만에 해독할 수 있게 되었으며, 이를 통해 환자 개개인에게 최적화된 치료법을 제시하는 것이 가능해졌습니다. DNA라는 생명의 연대기를 깊이 있게 탐구함으로써 인류는 질병의 고통에서 벗어나 더 나은 복지를 누릴 수 있는 새로운 가능성을 열어가고 있습니다.

이현숙

카오스재단카오스강연

생명과학

[COVID-19_talk_18] The most important reason that data is important _Woncheol Jang | 18강

코로나19라는 전례 없는 위기 상황에서 데이터는 방역의 나침반 역할을 해왔습니다. 인도의 사례를 보면, 확진자가 수백 명에 불과하던 초기 단계에서 데이터 과학자들의 예측을 근거로 13억 인구의 전국 봉쇄라는 과감한 결정을 내렸습니다. 이는 단순히 감에 의존한 것이 아니라, 기하급수적인 확산 가능성을 수치로 확인했기에 가능한 선제적 대응이었습니다. 초기 대응의 시점이 방역의 성패를 가르는 핵심임을 인도의 사례는 데이터 기반의 의사결정을 통해 명확히 보여줍니다. 정보의 홍수 속에서 데이터를 올바르게 해석하는 시각화의 중요성도 커졌습니다. 단순히 누적 검사 수만 보면 검사가 원활히 늘어나는 것처럼 보일 수 있지만, 일일 신규 검사 수를 분석하면 실질적인 방역 속도를 더 정확히 파악할 수 있습니다. 또한, 감염병 확산처럼 폭발적으로 증가하는 데이터는 로그 스케일을 활용해야 그 추세를 명확히 읽어낼 수 있습니다. 잘못된 시각화는 대중에게 왜곡된 정보를 전달할 위험이 있기에, 데이터를 다루는 통계적 전문성이 반드시 뒷받침되어야 합니다. 뉴욕타임스와 파이낸셜 타임스 같은 주요 언론들은 정교한 데이터 시각화를 통해 전 세계의 코로나 현황을 일목요연하게 전달했습니다. 국가별 확진자 추이를 색상과 그래프로 표현하여 위험 지역을 식별하고, 바이러스가 대도시를 거쳐 어떻게 전역으로 확산되었는지 시각적으로 묘사했습니다. 이러한 시각화 작업은 복잡한 통계 수치를 직관적인 정보로 변환하여, 일반 대중이 팬데믹의 심각성과 흐름을 이해하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 이는 데이터가 소통의 도구로서 얼마나 강력한지 증명합니다. 대규모 인원을 효율적으로 검사하기 위한 방안으로 '집단 검사' 방식이 다시 주목받고 있습니다. 1943년 도프만 교수가 제안한 이 방법은 여러 명의 샘플을 하나로 섞어 검사한 뒤, 양성이 나올 경우에만 세분화하여 재검사하는 원리입니다. 이 방식은 검사 횟수를 획기적으로 줄여 비용과 시간을 절약할 수 있게 해줍니다. 과거의 아이디어가 현대의 기술 및 통계적 기법과 결합하여 감염병 확산을 막는 강력한 도구로 재탄생한 셈입니다. 이는 효율적인 자원 배분이 필요한 방역 현장에서 매우 유용합니다. 미국의 코넬 대학교와 스탠퍼드 대학병원은 집단 검사를 실제 방역 시스템에 도입하여 캠퍼스와 병원의 안전을 지키고 있습니다. 모든 구성원을 5일에 한 번씩 주기적으로 검사함으로써 지역사회 내 무증상 감염자를 조기에 발견하는 것이 핵심입니다. 특히 유병률이 낮은 집단에서 집단 검사는 그 효율성이 극대화됩니다. 이는 추적과 격리가 어려운 환경에서 대규모 인원을 상시 모니터링할 수 있는 현실적인 대안으로 평가받고 있으며, 경제 활동을 유지하면서도 방역을 지속할 수 있는 기반이 됩니다. 데이터 시각화는 단순히 예쁜 그림을 그리는 작업이 아니라, 깊이 있는 통계적 통찰력이 필요한 전문 영역입니다. 뉴욕타임스의 사례처럼 통계적 배경지식을 갖춘 전문가들이 데이터를 가공하고 해석할 때 비로소 가치 있는 정보가 탄생합니다. 자동화된 툴이 발전하더라도 응급 상황에서 데이터를 올바르게 판단하고 대응하는 것은 결국 인간의 몫입니다. 따라서 데이터 과학자는 수치 뒤에 숨겨진 진실을 읽어내는 안목을 갖추어야 하며, 이는 정책 결정의 신뢰도를 높이는 중요한 요소가 됩니다. 통계학자는 이제 모든 분야의 뒤뜰에서 함께 뛰어노는 존재가 되었습니다. 코로나19의 실시간 치사율을 예측하거나 집단 검사의 효율적인 알고리즘을 연구하는 등, 데이터 기반의 의사결정은 우리 사회의 안전을 지키는 핵심 동력이 되었습니다. 쏟아지는 데이터 속에서 유의미한 가치를 찾아내고 이를 정책에 반영하는 과정은 앞으로 더욱 중요해질 것입니다. 슬기로운 통계학자의 시선으로 데이터를 바라보는 것은 팬데믹 이후의 세상을 준비하고 더 나은 미래를 설계하는 중요한 밑거름이 됩니다.

장원철

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[COVID-19_talk_8] Coexisting with COVID-19_Kim Hongbin Professor | 8강

감염병은 인간과 미생물, 그리고 환경이라는 세 가지 요소가 상호작용하며 발생합니다. 최근 우리가 마주한 코로나19는 인류에게 낯설고 새로운 미생물이지만, 사실 지구 역사상 수많은 미생물이 나타나 새로운 감염병을 유발해 왔습니다. 특히 아시아 지역은 야생동물로부터 사람에게 전파되는 인수공통감염병이 발생할 가능성이 매우 높은 지역으로 꼽힙니다. 따라서 코로나19는 우리가 처음 겪는 거대한 위기일 뿐, 앞으로도 인류는 끊임없이 새로운 변종 미생물의 출현과 마주하며 살아갈 수밖에 없는 환경에 놓여 있습니다. 많은 이들이 코로나19의 종식을 기대하며 바이러스와의 싸움에서 승리하기를 원합니다. 하지만 생물학적 관점에서 보면 미생물은 인류보다 훨씬 이른 시기에 지구에 나타나 적응해 온 존재들입니다. 인류가 지구의 주인이라고 생각하기 쉽지만, 사실 미생물의 생존력과 번식력은 인간의 통제 범위를 벗어나는 경우가 많습니다. 이러한 맥락에서 코로나19를 완전히 박멸하거나 단기간에 끝내는 것은 현실적으로 매우 어려운 과제이며, 우리는 이들과 어떻게 공존하며 일상을 유지할 것인지에 대해 더 깊이 고민해야 합니다. 코로나19가 통제하기 어려운 결정적인 이유는 높은 감염 재생산 지수(R0)와 무증상 전파 특성에 있습니다. 한 명의 감염자가 주변의 여러 사람을 쉽게 감염시킬 수 있는 전파력을 가진 데다, 증상이 나타나기 전인 잠복기 상태에서도 바이러스를 배출하기 때문입니다. 특히 증상 발현 초기에 바이러스 배출량이 가장 많다는 점은 환자를 조기에 발견해 격리하더라도 이미 전파가 일어났을 가능성이 높음을 시사합니다. 이러한 생태적 특징은 기존의 방역 체계만으로는 유행을 완벽히 차단하는 데 한계가 있음을 보여줍니다. 진단 방식에 있어서도 PCR 검사와 항체 검사는 각기 다른 역할을 수행합니다. 현재 주로 사용되는 PCR 검사는 급성기 환자를 찾아내는 데 효과적이지만, 시간이 지나 바이러스 배출이 줄어들면 감염 여부를 확인하기 어렵습니다. 반면 항체 검사는 과거 감염 이력을 확인하는 데 유용하지만, 항체가 형성되었다고 해서 반드시 완벽한 면역력이 생겼음을 의미하지는 않습니다. 특히 경증 환자의 경우 항체가가 낮게 형성되거나 시간이 지나며 감소할 수 있다는 연구 결과가 있어, 면역 형성을 통한 종식 가능성에는 여전히 신중한 접근이 필요합니다. 바이러스의 전파를 막기 위한 가장 비용 효율적인 방법은 마스크 착용과 손 씻기입니다. 마스크는 감염자가 배출하는 비말을 차단할 뿐만 아니라 비감염자의 호흡기를 보호하는 이중의 효과를 가집니다. 또한 밀폐, 밀집, 밀접이라는 '3밀' 환경을 피하는 것이 중요한데, 이는 환기가 잘 되지 않는 공간에서 비말이 에어로졸 형태로 더 멀리 퍼질 수 있기 때문입니다. 지난 수개월간의 경험을 통해 우리는 개인 위생 수칙을 철저히 지키는 것만으로도 코로나19뿐만 아니라 인플루엔자와 같은 다른 호흡기 질환까지 획기적으로 줄일 수 있음을 확인했습니다. 코로나19의 확산은 단순히 감염병 자체의 피해를 넘어 의료 체계 전반에 심각한 영향을 미칩니다. 중환자실 병상이 코로나19 환자들로 가득 차게 되면, 심장 질환이나 뇌졸중 등 응급 처치가 필요한 다른 환자들이 적절한 치료 기회를 놓치는 '2차 피해'가 발생하게 됩니다. 실제로 대유행 지역에서는 감염병 이외의 질환으로 인한 사망률이 예년보다 증가하는 경향을 보였습니다. 따라서 의료 자원을 효율적으로 배분하고 중증 환자를 집중적으로 관리할 수 있는 시스템을 구축하는 것은 공동체의 안전을 지키기 위한 필수적인 전략입니다. 결국 우리는 코로나19와 함께 살아가는 '뉴 노멀' 시대를 준비해야 합니다. 백신과 치료제가 개발되더라도 인플루엔자의 사례처럼 감염병이 완전히 사라지지 않을 가능성이 높기 때문입니다. 정부는 의료 자원의 효율적 활용과 법적, 윤리적 기준을 마련해야 하며, 시민들은 생활 속 거리 두기를 일상화하여 의료 체계가 감당할 수 있는 수준으로 유행을 관리해 나가야 합니다. 몸은 멀리하되 마음은 가까이하며 지속 가능한 방역을 실천할 때, 우리는 비로소 바이러스의 위협 속에서도 평화롭고 행복한 삶을 영위할 수 있을 것입니다.

김홍빈

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[강연] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 (2) _ 조윤제 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 2강 | 2강 ②

유전자가 생명체의 모든 것을 결정한다는 생각은 현대 과학에서 점차 변화하고 있습니다. 최근 주목받는 후성유전학은 유전자가 항상 발현되는 것이 아니라 환경이나 시기에 따라 그 양상이 달라질 수 있음을 보여줍니다. 흥미롭게도 인간의 유전자 수는 약 2만 1,000개로, 쥐나 감자보다 적거나 비슷한 수준입니다. 유전자의 절대적인 개수가 생명체의 고등함을 결정짓는 유일한 척도는 아니라는 사실은 생명 현상의 복잡성을 다시금 일깨워 줍니다. 생명체의 다양성은 유전자의 미세한 변이와 화학적 변화에서 시작됩니다. 염기들 사이의 수소 결합이 자연적으로 이동하거나 자외선 같은 외부 요인으로 인해 DNA 구조가 변하면서 새로운 형질이 나타나기도 합니다. 이러한 변이는 때로 질병의 원인이 되기도 하지만, 생태계 전체의 다양성을 풍성하게 만드는 핵심 동력이 됩니다. 또한 단백질이 만들어진 이후에 일어나는 다양한 단백질 번역 후 변형 과정은 한정된 유전자로도 수많은 기능을 수행할 수 있게 합니다. 감수 분열 과정에서 일어나는 유전자 재조합은 생명체가 가질 수 있는 경우의 수를 무한대에 가깝게 확장합니다. 인간의 경우 부모로부터 물려받는 23쌍의 염색체가 재조합되면서 이론적으로 64조 개 이상의 다양한 조합이 가능해집니다. 여기에 더해 '스플라이싱'이라는 과정을 통해 하나의 유전자에서 여러 종류의 단백질을 만들어냄으로써 생명체는 더욱 정교한 체계를 갖추게 됩니다. 이러한 메커니즘 덕분에 지구상의 모든 생명체는 각기 고유한 개성을 지니게 됩니다. 현대 생명공학은 이러한 유전 법칙을 이해하는 데 그치지 않고 이를 실생활에 응용하는 단계에 이르렀습니다. 특정 염기서열을 인식해 절단하는 제한 효소의 발견은 유전자 재조합 기술의 시대를 열었습니다. 과학자들은 미생물의 플라스미드에 유용한 유전자를 삽입하여 질병 치료를 위한 의약품이나 산업용 효소를 대량으로 생산합니다. 이는 생명체의 설계도를 인간이 의도에 맞게 수정하고 보완할 수 있게 된 획기적인 변화라고 할 수 있습니다. DNA를 비약적으로 증폭시키는 PCR 기술은 범죄 수사부터 질병 진단까지 현대 사회의 필수적인 도구가 되었습니다. 아주 적은 양의 시료만으로도 유전 정보를 분석할 수 있게 되면서 과학적 수사의 정확도가 높아졌고, 유전자 치료법을 통해 난치병을 극복하려는 시도도 이어지고 있습니다. 건강한 유전자를 바이러스에 실어 환자의 몸에 전달하는 기술은 생명 과학이 인류의 건강과 생존에 얼마나 깊숙이 관여하고 있는지를 잘 보여주는 사례입니다.

조윤제

카오스재단카오스강연

생명과학