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선천성 면역 단백질의 비밀 밝힐 'X-레이 결정학'

단백질과 신약후보 물질간의 결합 보여줘... 패혈증 치료 가능성 열어 분자의 구조를 직접 보는 것은 과거 과학자들의 오랜 꿈이었다. 분자의 구조로부터 분자의 화학적인 성질을 이해할 수 있고 이를 바탕으로 좀 더 향상된 성질을 지닌 분자를 디자인할 수도 있기 때문이다. 분자의 구조를 보기 위해서는 고해상도의 현미경이 필요하다. 그런데 현미경의 해상도는 구조상 사용하는 빛의 파장의 2분의 1보다 좋을 수는 없기 때문에 분자와 같이 작은 입자의 구조를 보기 위해서는 가시광선을 이용할 수 없고,이보다 훨씬 작은 파장을 지닌 X-레이를 이용해야만 한다. 한편 현미경을 제작하기 위해서는 상을 만들어주는 정교한 렌즈가 필수적이다. 그런데 X-레이는 투과력이 높아 물체의 상을 만드는 데 필요한 렌즈를 제작하기가 매우 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 크리스탈(결정) 상태의 샘플에서 나오는 회절패턴으로부터 계산에 의해 분자영상을 만들어내는 방법을 개발했다. 즉 단단한 결정 상태로 만들면 X-레이가 이를 투과하지 않고 비껴가거나 반사되기 때문에 이에 대한 X-레이의 움직임 패턴을 정교하게 물리적으로 분석해 그 결과를 토대로 분자의 모양을 재구성하겠다는 것이다. 이를 'X-레이 결정학(x-ray crystallography)'이라고 부른다. KAIST 면역화학구조연구실의 설명을 통해 선천성 면역 등에 대해 알아보자.⊙ 선천성 면역과 톨유사수용체X-레이의 발견은 20세기 과학사에서 가장 큰 발견 중 하나로 꼽힌다. 뢴트겐 이후 약 20개의 노벨상이 X-레이를 이용한 분자구조 규명에 수여됐을 정도다. 왓슨과 크릭은 X-레이 회절을 이용해 DNA의 이중나선 구조를 처음으로 발견했다
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유전자변형(GM) 작물로 차린 ‘맞춤형 밥상’ 시대 멀지 않았다

“수년내 안전성 심사 통과한 관련 상품 대거 출시될 것” 최근 한국생명공학연구원은 유전자변형(GM)쌀 분야 세계적 석학들을 초청해 국제세미나를 열고 GM쌀의 상용화 시기가 머지않았다고 밝혔다. 인간은 생존에 필요한 영양분을 음식을 통해 얻으며 각종 질병을 이기는 힘도 균형잡힌 영양 식단에서 나온다. 최근에는 유전공학의 발달로 기존 작물육종으로는 불가능한 기능성 강화 작물을 생산할 수 있게 됐다. 또 유전체학의 발달과 더불어 미래에는 개인의 유전자형에 맞는 유전공학 작물을 직접 선택하는 이른바 '맞춤형 밥상'도 가능하게 될 전망이다. 국립농업과학원을 통해 맞춤형 밥상의 가능성에 대해 알아보자.인류는 식량 생산 능력에 따라 발전해 왔다고 해도 과언이 아니다. 4대 문명의 발상지도 농업 기술에 기반해 있으며 숱한 전쟁 역시 더 나은 농토와 정착지를 찾아 발전의 토대를 쌓기 위한 목적이 컸다. 인류는 1만년 전쯤 농경을 시작했으며 의도적 노력 혹은 의도하지 않은 발견 등에 따라 좋은 종자가 개량돼 왔다. 19세기 후반을 전후해 멘델의 유전법칙이 재발견되고 육종이란 기술로 인위적 품종을 만들기 전까지는 지방마다 오랜 기간 토착화된 재래종이 존재했다. 19세기 후반 이후 육종기술에 의한 작물개량의 결과 비약적 식량증산이 이뤄졌다. 이를 세계 3대 녹색혁명이라 일컫는다. 첫번째는 우리나라 난장이 밀인 '달마종'이 일본으로 건너가서 '농림 10호'라는 품종이 되고， 농림10호가 멕시코로 건너가서 노먼 볼로그 박사에 의해 '소노라' 품종으로 만들어짐으로써 헥타르당 1~2t이던 생산량이 4~5t으로 증가했다. '식량 혁명의 아버지'라고 불리는 볼로그 박
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컴퓨터가 설계를한다?…신약개발 이끄는 '분자 설계 기술'

인간처럼 창의적 사고를 할 수 있는 인공지능 영역으로 진화 글로벌 신약개발을 위한 각국의 바이오 분야 투자가 뜨겁다. 이에 따라 효율적 신약개발을 위해 활용되는 첨단과학기술에 대한 관심도 높아지고 있다. 가장 대표적인 것이 1990년대 이후 컴퓨터 성능의 급속한 발전과 더불어 도입된 '분자설계기술'이다. 이 분자설계기술은 신약개발 전 과정에서 큰 역할을 하고 있다. 신약개발 과정은 질병의 원인에 관련된 유전자 및 단백질(질병표적물질)을 찾아내고 그 표적물질에 작용하는 또 다른 물질(약물:저분자화합물)을 찾아내는 과정이다. 이는 크게 연구 단계와, 전임상~임상 실험기간을 거쳐 신약으로 승인을 받고 제품화 및 판매에 이르는 개발단계로 나뉜다. 연구단계에서의 분자설계기술은 신약으로서의 가능성을 갖는 화합물들을 설계함으로써 신약개발의 비용과 시간을 줄이는 데 기여하고 있다. 컴퓨터 기반의 분자설계기술은 신약개발을 위한 표적 물질들(단백질 DNA RNA 등)과 표적물질에 작용하는 약물 후보 화합물을 눈으로 볼 수 있도록 보여준다. 또 약물이 작용하는 중요한 자리(활성자리)를 밝혀주며 어떤 작용에 의해 약물이 효과를 나타낼 수 있는지를 계산해 예측한다. 이를 통해 실험자들에게 화합물 합성을 위한 아이디어를 제공하거나, 혹은 독창적으로 설계된 화합물 구조를 제공하기도 한다. 이때 주로 사용되는 방법은 크게 표적물질의 구조를 아는 경우와 그렇지 못한 경우로 나뉜다. 전자를 '표적단백질기반 분자설계'라 부르고, 후자를 '리간드(단백질에 작용하는 저분자화합물)기반 분자설계'라 부른다. 연구단계 초기에는 이들 정보를 바탕으로 한 가상 탐색방
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수정란이 필요없는 유도만능 줄기세포, 난치병 치료 '구세주' 될까

환자 자신의 체세포로부터 줄기세포로 역분화… 윤리적 문제 없어 올해 노벨 생리의학상 수상자는 영국의 로버트 에드워즈 박사가 선정됐다. 에드워즈 박사는 여성의 난자를 체외에서 수정시킨 후 다시 자궁에 착상시키는 시험관 수정(IVF) 기술을 개발한 공로로 상을 수상하게 됐다. 사람을 포함한 모든 동물에서는 체내든 체외든 난자와 정자가 만나 수정이 이뤄진다. 그러면 하나의 세포인 수정란이 만들어지고 이 하나의 세포가 세포분열을 통해 수많은 세포를 만들게 된다. 인간의 경우 태어나자마자 약 3조개까지 세포가 분열되고, 이후 어른이 되면 세포가 약 60조~100조개가 된다. 이들 세포는 뇌세포 심장세포 안구세포 피부세포 적혈구 백혈구 등 250여종의 다양한 세포로 변하게 되는데 이것을 세포의 분화라고 한다. 수정란은 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 전능성을 가지는 데 비해 분화된 세포는 더 이상의 분화능을 상실하게 된다. 하지만 1962년 영국의 존 구든 박사의 개구리 복제나 1996년 영국의 윌머트 박사와 캠벨 박사의 양 복제 등을 통해 분화된 세포로부터 핵이 다시 전능성을 가지도록 리프로그래밍 될 수 있음이 밝혀졌다. 그리고 2006년 일본의 신야 야마나카 박사는 분화된 세포로부터 유도만능줄기세포를 생산함으로써 윤리적으로 문제가 없는 줄기세포 치료제 개발이 가능함을 보였다. 줄기세포에는 배아줄기세포와 태아줄기세포，성체줄기세포，유도만능줄기세포가 있다. 성체줄기세포와 태아줄기세포는 쉽게 구할 수 있는 장점이 있어 그 효용성이 넓으나 수가 제한적이어서 사용에 한계가 있다. 생명이 시작되는 수정란에서 유래되는 배아줄기세포는 우리 몸

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햇빛을 곧 바로 전기에너지로 바꾸는 태양전지

안병태 KAIST 교수 "태양전지로 만든 블라인드·커튼 멀지 않아" 사람이 움직이는 데 필요한 에너지는 동식물을 포함한 음식에서 나온다. 식물은 태양을 통해 광합성을 하고 성장하며 인간과 동물은 이들 식물을 먹거나 다른 동물을 먹어 에너지를 공급받는다. 음식을 요리하는 데 가장 중요한 열은 장작이나 석유 석탄 등 연료가 공기 중 산소와 반응해 타면서 내는 불 혹은 전기에너지에서 공급된다. 이 열을 제공하는 나무나 석탄,석유는 모두 햇빛을 받아 자란 식물이 변한 것이다. 또 우리가 마시는 공기 중 산소는 식물의 광합성에서 나온다. 결국 우리는 태양에너지를 먹고 마시고 살며,태양은 모든 지구 생물의 근원이다. 1년에 지구에 도달하는 태양에너지는 125조(1.25?C1014)킬로와트(㎾)인데 이는 연간 전 세계 인간이 사용하는 에너지 소비량의 1만배 정도다. 그러나 화석에너지의 과도한 사용으로 지구온난화가 심해지며 생태계가 교란되고 있는 지금 인류는 이산화탄소가 나오지 않는 대체에너지 확보에 여념이 없다. 지구에 도달하는 햇빛을 가장 효율적으로 이용하는 방법 중 하나는 햇빛 에너지를 중간 과정을 거치지 않고 곧바로 전기에너지나 열에너지로 바꾸는 것이다. 햇빛을 바로 전기에너지로 바꾸는 장치를 태양전지(혹은 태양광발전)라 하고 열에너지로 바꾸는 장치를 태양열온수기라고 부른다. 태양전지는 햇빛으로부터 물이나 바람 석유 석탄 등 중간 매체를 사용하지 않고 햇빛을 바로 전기에너지를 생산해내는 장치이므로 높은 에너지 효율을 기대할 수 있고 공해를 생산하지 않아 우리가 반드시 실용화해야 할 미래지향적인 장치다. 우리나라는 철강，조선，자동차，메
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장(腸)의 건강 살펴보면 면역력이 좋은지 나쁜지 알 수 있대요!

초파리를 모델로 ‘생체공생시스템’ 연구 … 감마델타 T세포 규명도 최근 모 연예인이 신종플루에 감염돼 사망한 사실이 알려지면서 면역력에 대한 관심이 높아지고 있다. 감기나 아토피 등 흔한 질병부터 신종플루까지 모든 질환에 이기고 지는 관건은 바로 면역력이다. 우리 몸의 면역체계는 잘 유지될 때는 건강을 지켜주지만 반대로 교란되면 심각한 질병을 일으키기도 한다. 면역력이 좋은지 나쁜지는 장(腸)의 건강이 좌우하는 경우가 많다. 장 속에는 수없이 많은 균이 살고 있는데 몸에 좋은 작용을 하는 균과 나쁜 작용을 하는 균이 공존한다. 건강하고 면역력이 좋은 사람은 해로운 균을 잘 제거하고 몸에 좋은 균은 보호함으로써 안정적인 평형상태를 유지한다. 그러나 장의 면역력 기능이 상실되면 유해균이 많아지고 균의 평형이 깨지게 돼 장의 상태가 나빠지면서 각종 면역질환이 일어나게 된다. 면역력의 사전적 의미는 외부에서 들어온 병원균에 저항하는 힘이다. 좀 더 넓은 의미로 본다면 병이나 상처로부터 우리 몸을 지켜 건강한 상태를 유지하는 능력을 말한다. 현대인들은 공해 등 각종 화학물질에 대한 노출, 잘못된 생활 습관과 스트레스 등 이유로 면역력이 저하되기 쉽다. 장의 면역력은 두 가지 측면에서 작동한다. 첫째로 해로운 균을 제거하기 위한 강력한 면역 작동자의 발현이고, 두번째는 유익한 유산균을 보호하기 위해 이들을 회피하는 방법이다. 장 내 작동하는 가장 빠르고 정확한 면역 작동자는 활성산소와 항균물질의 분비다. 유해한 균에 노출된 장내 면역 세포는 이들을 인지해 신속하게 살균성 활성산소를 분비,균을 제거한다. 이러한 면역 기전과 더불
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세포에도 뼈가 있대요!…세포 구조 지지해주는 세포 골격

골격 없으면 우리 몸의 상처 치유안되고 근육도 무용지물 인간의 몸은 세포의 집합체다. 뇌 위 간 근육 등 인체의 모든 조직은 세포로 이뤄져 있다. 세포의 행동이란 세포가 존재하는 환경에 부착(adhesion)하고 이동(migration)하며 증식(proliferation)을 통해 생존(survival)하며, 특정 조직세포로의 분화(differentiation)를 하는 과정이다. 이러한 세포의 행동은 세포를 둘러싸고 있는 세포외기질과 주위의 다른 세포들, 즉 외부 환경에 의해 조절된다. 세포의 행동을 조절하는 요인은 개별 세포조절인자나 유전적 요인 외에도 세포-세포외기질 간 소통, 세포-세포 간 소통이 중요하다. 한호재 전남대 수의과대학 교수를 통해 세포의 행동에 대해 알아보자.세포 행동 조절이 중요한 이유는 우리 몸이 기관계-기관-조직-세포 순으로 구성돼 있어 세포의 문제는 곧 우리 몸의 문제로 직결되기 때문이다. 세포의 세포막은 지질 이중층(lipid bilayer)을 이루고 있으며, 선택적으로 물질을 통과시키는 장벽 역할을 한다. 그러나 대부분의 생체분자는 지질 이중층을 통과하지 못하기 때문에, 막에 특별한 수송단백질인 운반 단백질과 통로 단백질을 통해 물질 수송이 일어난다. 우리 몸에 뼈가 있다면 세포에도 세포 구조를 지지해주는 세포 골격(cytoskeleton)이 있다. 세포 골격은 세포질 전체에 펼쳐져 있고 복잡한 단백질 미세섬유로 이뤄져 있으며 세포 내부 구조물의 구성, 세포 모양의 결정 및 세포 이동에 관여한다. 또 세포 골격은 단단한 골격이 아니라 매우 유동적이라 '뼈'인 동시에 '근육' 이라고 할 수 있다. 세포 골격은 또 모양 변화나 분열 등 외부 환경 변화에 반응하면서 끊임없이 재구성된다. 세포 골격은 세
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해킹에 절대로 뚫리지 않는 인터넷 정보보안기술 '양자 암호'

국내 연구진, 양자 정보통신·양자 메모리 분야 연구 활발 바야흐로 대중 권력의 시대다. 기업이 생산한 물품에 대한 소비의 주도권은 물론이요,인터넷과 시민사회를 통한 정치 참여 및 견제는 역사상 유례가 없을 정도로 폭발적이다. 트위터나 페이스북 등 SNS(소셜네트워킹서비스)를 통한 1인 언론사로 기존 언론이 하지 못한 특종을 하는 경우도 다반사다. 모바일 혁명으로 인해 손안에서 인터넷과 TV 등 모든 미디어가 가능한 시대도 이미 도래했다. 미래학자 앨빈 토플러가 "21세기는 지식정보사회"라고 예언한 내용을 우리는 그대로 목격하고 있는 것이다. 지식정보사회란 과거 정부기관이나 대학,도서관에 국한됐던 수직적이고 폐쇄적인 지식과 정보가 인터넷을 통해 모든 사람이 공유하는 수평적 지식사회를 일컫는다. 즉 과거에는 일부 지식인에만 한정되었던 폐쇄적인 지식정보가 미래에는 대부분의 사람이 아무 때나,어느 곳에서나 접근 가능한 범용적 지식정보가 된다는 것을 의미한다. 그러나 인터넷이 무한 확장되고 정보통신 용량이 증가하면서 새롭게 대두되는 문제가 정보보안이다. 인하대 양자정보처리연구단을 통해 절대적 정보보안 기술에 대해 알아보자.최근 인터넷을 통한 일련의 개인정보 유출 사건은 이미 정보보안이 위험 수준으로 치닫고 있음을 보여준다. 따라서 국가적으로 정보보안에 대한 대처는 미룰 수 없는 시급한 문제다. 현재 인터넷의 암호체계는 대부분 공개키(PKI) 암호 방식(RSA 방식)으로 돼 있다. PKI 방식은 암호화와 복호화 키로 구성된 공개키를 이용해 송수신 데이터를 암호화하고 인터넷 사용자가 보유한 암호를 이용해 사용자(거래자)의 신원을 확

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