과학 기타
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과학 기타운동·감각 조절하는 우리 몸의 중심 "척수"
배아줄기세포 이용한 '척수손상' 치료법 찾기 활발 사람은 항상 움직이고 다양한 감각을 느낀다. 그런데 어느날 갑자기 운동기능과 감각기능을 잃어버린다면? 불행하게도 우리 주변에서는 이런 일이 비일비재하게 일어나고 있다. 바로 척수손상 때문이다. 최근 세계적으로 활기를 띠고 있는 줄기세포 연구가 치료할 것으로 기대되는 주요 질병이 척수손상이다. 경희대 의과대학 윤태영 교수팀을 통해 척수손상에 대해 알아보자.중추신경계는 뇌와 척수로 나뉜다. 그러나 실제로는 하나로 연결돼 있는 것이나 다름이 없다. 발전소에서 전기를 만들어 송전소를 통해 전국의 가정과 사무실, 공장 등으로 전기를 보내는 것과 마찬가지로 뇌는 어떤 명령을 위한 전기적 · 화학적 신호를 만들고 이를 척수라는 거대한 송전소로 보낸다. 이 신호는 신체 곳곳, 손가락 발가락 끝까지 전달된다. 척수에서 뻗어나와 온몸으로 신호를 보내주는 전깃줄을 말초신경계라고 한다. 중추신경계와 말초신경계를 통틀어서 신경계라고 하며, 신경계는 인체 내에서 가장 중요한 기관 중 하나다. 척수신경은 뇌의 명령을 온몸으로 전달하거나 몸의 감각 신호를 뇌로 전달하는 역할을 한다. 한마디로 온몸의 감각과 운동 등 활동을 통제하는 사령탑 역할을 한다. 척수는 가늘고 긴 마시멜로처럼 말랑말랑한 형태로 이뤄져 있다. 척수는 끊어지기 쉽고 유연하다는 특성 때문에 안쪽으로 세 가지 보호막으로 에워싸여 있다. 제일 안층이 '유막'이며 중간층은 섬세한 '거미막', 바깥쪽은 질긴 '경질막'으로 이뤄져 있다. 그리고 이 보호막의 바깥쪽을 뼈인 척추가 에워싸 보호하고 있다. 척수 내부를 살펴보면 신경세포와
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과학 기타펄펄 끓는 물에서도 잘 살수있는 미생물도 있네!
혐기성 미생물로 수소에너지 생산···‘수력도약’ 이용한 세포컨트롤 기술 개발 최근 아침 저녁으로 날씨가 쌀쌀해져 따듯한 온천이 생각나는 계절이다. 사람이 온천을 즐길 수 있는 온도뿐 아니라 화산 주변과 같은 펄펄 끓는 물에서도 잘 살아갈 수 있는 존재가 있는데 바로 '초고온성 미생물'들이다. 초고온성 미생물들은 대체로 산소가 없는 환경(혐기성)에서 수소를 만들어낸다. 이들은 미래 청정에너지인 수소 생산의 좋은 원료가 된다. 또 물이 콸콸콸 흐르다 보면 위로 솟아오르는 현상을 볼 수 있다. 이를 '수력도약'이라고 한다. 일상생활에서 볼 수 있는 이 현상을 이용해 마이크로(미시) 세계에서 세포 등 입자를 제어하는 기술이 최근 나왔다. 미시 세계의 원료를 거시로 확장하거나, 거시 세계의 원리를 미시 세계에 활용하는 기술에 대해 알아보자.⊙ 혐기성 미생물로 '무한 에너지' 수소에너지 생산석탄 석유 등 화석연료의 고갈이 다가오고 이에 따른 지구온난화가 가속되면서 세계 각국은 지금 대체에너지 개발에 여념이 없다. 바이오매스, 핵융합에너지, 풍력발전, 태양광에너지 등이 대표적이다. 이와 함께 많은 전문가들이 유망한 대체에너지로 꼽는 게 수소에너지다. 수소는 지구상에서 가장 풍부한 물(H20)을 원료로 쓰기 때문에 무한에 가까운 에너지이며, 연소 후 만들어지는 부산물도 물이라서 폐기물이 없다. 즉 수소는 최상의 무공해 친환경 에너지이며, 연료전지를 통해 전력생산까지 동시에 해결할 수 있는 에너지 자원이다. 2030~2040년께 본격적으로 가동될 것으로 예상되는 핵융합발전의 원료도 사실 수소(중수소,삼중수소)다. 1억도가 넘는 초고온의 플라즈마(원자
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과학 기타곰팡이, 알고보면 더럽고 해로운 것만은 아니네요!
치명적 병 유발하지만 항생제·항암제 만드는 원료로 쓰여 21세기 들어 인간의 유전정보(게놈)가 밝혀졌고, 동물 복제는 너무나 자연스럽게 일상화되고 있다. 또 우리가 눈치채지는 못하지만, 유전자 변형 농산물이 우리 식탁에 오르고 있는 등 생명공학기술이 날로 발전하고 있다. 이에 따라 세계 각지에서 여러 생명체에 대한 분자유전학적인 연구에 박차를 가하고 있다. 분자유전학이란, 생명현상의 연구에 있어 생명의 유전정보를 담고 있는 눈에 보이지 않는 작은 분자인 DNA 등을 대상으로 여러 첨단 기법을 동원해 분석하는 학문이다. 우리가 너무나 하찮게 여기는 미생물에 대한 연구는 사실 우리 상상 이상으로 활발하다. 혐오스럽게 생각하는 곰팡이는 사실 너무나 중요한 과학기술 발전의 도구다. 곰팡이에 대한 분자유전학적 연구는 식품이나 의약품으로 직결되며, 곰팡이는 사람에게 직접 병을 생기게 하거나 사람이 먹는 동 · 식물에 병을 생기게 하는 등 우리의 삶과 매우 밀접한 관련을 가진다. 곰팡이가 만들어내는 사람에게 유용한 물질은 20세기 초 의학 발전에 혁신을 가져온 항생제 '페니실린', 항콜레스테롤제로 현재 가장 많이 팔리고 있는 의약품 중 하나인 '로바스타틴', 항암제로 각광받고 있는 '아피시딘' 등 무궁무진하다. 우리가 하찮게 여기는 미생물이 얼마나 우리 삶을 윤택하게 해줄 과학기술 발전 도구로 이용되고 있는지 알아보자.⊙ 곰팡이, 사실 더러운 것 아니다일반적으로 '곰팡이' 하면 '더러운 것''해로운 것'을 떠올린다. 하지만 지구상에는 이제껏 밝혀진 7만여 종의 곰팡이 외에도 100만여 종의 곰팡이가 더 있다. 치즈，빵，된장，술 등 많은 발효 식품들이
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과학 기타정신질환은 뇌의 어느 부분이 고장나 발생하는 걸까?
정신분열증, 세포내 미토콘드리아 기능 장애… 스트레스는 치매·뇌졸중 등에 영향 흔히 '미쳤다'고 한마디로 표현되는 정신분열증이나 자폐증,우울증이나 뇌졸중 등 뇌 관련 질환은 왜 생기는 것일까. 국내외 영화에서도 기이한 행동을 유발하는 이 같은 정신 질환을 앓고 있는 주인공들이 종종 나온다. 많은 과학자들과 의학자들은 뇌 어느 부분이 고장나 질환이 생기는 것인지 규명하기 위해 노력하고 있지만 속 시원한 원인은 아직 밝혀지지 않았다. 최근 KAIST 포스텍(Postech) 고려대 등 국내 연구진은 이들 질환의 단서를 밝혀낼 수 있는 여러 연구결과를 발표했다. ⊙ 세포 내 미토콘드리아 이상 생기면 '정신분열증'박상기 포스텍 생명과학과 교수팀은 기능에 이상이 생기면 정신분열증을 유발하는 것으로 알려진 유전자 DSCI-1이 도파민과 같은 세포 속 신경전달물질의 대사에도 영향을 미친다는 사실을 규명하고 이 연구결과를 미 국립과학원회보(PNAS)에 게재했다. DSCI-1은 '정신분열증 환자의 유전자에서만 망가져 있다(Disrupted-in-schizophrenia 1)'는 뜻이다. 이번 연구결과는 그간 베일에 싸여 있던 DISC-1과 미토콘드리아 간 상호작용을 밝혀내고 정신분열증 치료에 대한 새로운 방향을 제시했다는 점에서 주목을 끌고 있다. 미토콘드리아는 세포 내에서 생체가 사용하는 에너지를 생산해 세포가 정상적인 기능을 수행하도록 하는 일종의 '엔진'과 같은 소기관이다. 또 신경세포 안에서는 도파민 세로토닌 노르에피네프린 등 신경계 기능에 필수적인 신경전달물질의 대사에도 관여하고 있다. 연구진은 DISC-1 단백질의 기능에 이상이 생기면 '미토필린'이란 단백질의 정상적 활동을 방해해 미토콘드리
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과학 기타
빛을 가둬 새어 나오게하는 레이저기술, 이젠 3차원으로 진화
플라즈몬 공명현상 이용, 나노크기 레이저 발생장치 개발 올해는 레이저(laser)가 만들어진 지 만 50년이 되는 해다. 이를 기념하기 위해 미국광학회 국제광공학회 등 많은 학술단체가 레이저 페스트(Laser Fest)라는 이름으로 다채로운 행사를 펼치고 있다. 레이저는 1960년 발명된 이래 눈부신 발전을 지속해 왔다. 레이저는 비선형광학 분광학 등 기초과학인 물리학과 화학 · 생물학은 물론이고 공학,나아가 의학과 군사 분야 등에서도 필수 도구로 이용되고 있다. 레이저의 출력도 갈수록 세져 처음 발명됐을 때 이후 100배 이상 강해졌고 펄스 폭은 펨토(femto:10의 15제곱분의 1)초 영역에 다가섰다. 레이저는 또 최근에는 플라즈모닉스(pasmonics) 등 여러 새로운 연구 분야를 낳고 있다. ⊙ 거울에 빛을 가두는 게 레이저의 기본 원리레이저는 우리가 흔히 프레젠테이션용으로 흔히 쓰고 있는 '레이저 포인터'를 보면 알 수 있듯 일정한 방향성을 갖고 빛의 세기가 세며, 단일한 색을 갖고 있다. 레이저의 기본 원리는 의외로 간단하다. 1917년 아인슈타인은 유도방출(spontaneous emission)이란 현상이 있을 것이라고 예측했다. 이는 어떤 물질의 구성요인인 원자에 빛을 쐬어주면 쌍둥이 빛을 탄생시키게 되는 것이다. 레이저는 이 현상을 이용하는 것이다. 물질의 양편에 거울을 설치한 다음 빛을 가둬놓고 반사만을 지속시키면 계속 쌍둥이 복제를 하면서 높은 세기의 빛을 만들게 된다. 레이저의 크기는 거울 사이의 거리에 해당하며, 이렇게 왕복하는 레이저를 일부 새어나오게 해 우리가 이용하는 것이라고 보면 된다. 레이저는 '유도방출에 의한 빛의 증폭(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation)'이라는
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과학 기타줄기세포의 神秘··· 도마뱀은 왜 꼬리가 잘려도 다시 자라지?
난치병 치료의 ‘한줄기빛’… 국내서도 배아·제대혈 줄기세포 연구 활발 지금은 환경오염이 심각해 보기 어려우나 20~30년 전만 해도 시골에 가면 도마뱀을 흔히 볼 수 있었다. 도마뱀 등 하등동물은 신체 일부가 잘려 나가더라도 일정 기간이 지나면 다시 완벽하게 재생을 한다. 손상된 장기나 조직이 어떻게 재생될 수 있는 것일까. 바로 '줄기세포' 때문이다. 미국 버락 오바마 행정부가 출범 이후 가장 먼저 한 일 중 하나는 2억달러의 줄기세포 연구비를 긴급 지원하는 것이었다. 이는 줄기세포 연구가 정보통신산업 등 현재 주류 산업의 뒤를 이을 중요한 산업 · 임상적 의미를 갖는다고 볼 수 있다. 우리나라도 2005년 황우석 전 서울대 교수 사태 이후 세계적 추세에 맞지 않게 답보 상태에 있던 줄기세포 연구를 활성화하기 시작했다. ⊙ 난치병 치료의 희망장미꽃의 가지를 자르면 다시 싹이 나고 도마뱀의 꼬리를 자르면 다시 자라나오는 것과 같이 우리 몸 안에는 재생능력을 가진 세포들이 있는데 이것이 바로 줄기세포다. 줄기세포를 이용한 세포 치료는 불치병 혹은 난치병으로 분류되는 질병을 치료할 수 있는 새로운 기술,약물 치료와 수술 치료로 대표되는 현재 의학기술의 한계를 극복할 수 있는 차세대 치료법으로 기대를 모으고 있다. 특히 배아줄기세포를 이용한 세포치료는 무한 증식 능력과 광범위한 분화 능력으로 인해 현재 실행 중에 있는 성체줄기세포 치료제가 해결하지 못하는 부분을 완벽히 보완할 수 있는 장점을 갖고 있으며 원천기술 확보를 위해 세계적으로 막대한 투자와 치열한 연구경쟁이 이뤄지고 있다. 줄기세포는 크게 배아줄기세포와 성체줄기세포로 나
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과학 기타정신질환은 우리몸 어느 곳이 잘못돼 발생할까?
시냅스 단백질 · 뇌혈관장벽 연구로 분자 · 원자수준의 극미세 시스템 분석 병이 생긴다는 것은 신체의 기관이나 조직,세포의 특정 부분에 이상이 생겼다는 것이다. 따라서 그 근원을 찾다보면 분자나 원자 수준의 미세한 시스템에서 이상이 감지되게 마련이다. 세계 과학자들은 분자나 원자 수준의 극미세 시스템에서 병을 진단하고 치료하려는 연구를 활발히 진행하고 있다 . KAIST와 연세대 등을 통해 최근 연구 동향을 알아보자.⊙시냅스 단백질 · 뇌혈관장벽, 정신질환 분석의 중요한 단서 제공정신작용은 우리가 주변 사물을 보고 느끼고 판단하는 모든 과정에 관여하는 뇌의 종합적 작용을 말한다. 정신작용의 가장 기본적 단위는 두 신경세포 사이의 신경전달이다. 여러 신경전달이 모이면 뇌신경회로(circuit)가 만들어진다. 신경전달이란 한 신경세포에서 발생한 신호가 다른 신호로 전달되는 것을 말하며 이는 두 신경세포 사이 접점인 '시냅스'에서 일어난다. 여러 뇌신경회로가 모이면 바로 정신작용이 된다. 따라서 시냅스의 신경전달이 잘못되면 신경회로가 차단되고 정신작용에 문제가 생겨 치매 우울증 정신분열 등 정신질환을 앓게 된다. 창의연구단 '시냅스 생성 연구단'에 참여하고 있는 김은준 KAIST 생명과학과 교수팀은 다양한 시냅스 구성 단백질을 7년 동안 연구해왔다. 시냅스는 전시냅스(presynapse)와 후시냅스(postsynapse)로 구분된다. 한 신경세포에서 발생한 신호가 축삭을 따라 신경말단(전시냅스)에 도달하면 여기서 신경전달물질(neurotransmitter)이 신경말단 밖으로 분비된다. 이는 수상돌기에 위치한 후시냅스의 수용체(receptor)를 자극하고 이를 통해 신경전달이 일어난다
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과학 기타우리 몸속 세포의 움직임을 훤히 들여다보는 '사이토믹스'
공초점 현미경 등을 이용해 실시간으로 세포의 변화 분석 인체는 약 100조개의 세포로 구성돼 있다. 각 세포는 약 30억개의 염기쌍을 갖고 있으며, 수만 개 유전자에서 유래한 단백질이 서로 상호작용하면서 활성화되거나 억제되면서 기능을 수행한다. 이 세포들이 제대로 기능을 하면 인간은 건강하게 정상적인 생활을 할 수 있다. 그러나 단백질의 활성도나 상호작용에 문제가 생기면 질병이 발생하게 된다. 따라서 세포 구성 단백질의 기능 연구는 인간 질병의 원인 규명에 매우 중요하며 예방과 치료에 결정적 기여를 할 수 있다. 세포나 몸 속의 이상을 자세히 관찰하는 기술에 대해 알아보자.⊙사이토믹스-세포를 훤히 들여다보다사이토믹스(Cytomics)는 단일세포 수준에서 환경의 변화에 따른 단백질의 거동(이동)，상호작용 및 활성도 등의 사이톰(Cytome:정상적인 상태에서 단일 세포 내에서 일어나는 모든 변화의 총체적 집합)의 변화를 실시간으로 분석하는 새로운 개념의 세포연구 기술이다. 세포는 세포막 핵 미토콘드리아 등 다양한 종류의 세포 내 소기관뿐 아니라 단백질 탄수화물 핵산 지질 등으로 구성돼 있다. 세포 내 소기관은 수 마이크로미터에서 수십 나노미터까지 크기가 다양하며 단백질 등 생체 고분자물질은 크기가 수 나노미터 수준으로 더 작다. 따라서 세포 내 소기관이나 단백질을 분석하기 위해서는 형광물질로 세포를 염색하고 형광현미경 · 공초점현미경 등으로 이미지를 얻어서 분석하는 과정이 필수적이다. 형광물질에는 가시광선 영역의 색깔을 발광하는 다양한 종류가 있다. 최근에는 형광을 발광하는 단백질이 개발돼 형광색을 띠는 세포 물고기 생쥐 등도 만