과학과 놀자 | 생글생글

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장티푸스가 나폴레옹 군대 패퇴시켰다

1812년 6월, 유럽을 제패한 나폴레옹은 60만 대군을 이끌고 러시아를 향해 진군했다. 하지만 결과는 참패. 나폴레옹 군대는 러시아군을 격파하기는커녕 폐허가 된 모스크바에 고립됐다. 결국 그해 10월, 나폴레옹 군대는 후퇴를 결정하고 폴란드 국경을 따라 이동했다. 그러나 병사 대부분은 유럽으로 돌아오지 못했다.러시아군의 공격이 아닌, 전염병으로 인해 대부분이 러시아에서 죽음을 맞은 것이다. 최근 프랑스 파스퇴르 연구소 미생물 유전체학 그룹의 리더인 니콜라스 라스코반의 연구팀은 나폴레옹 군인들의 DNA를 분석해 나폴레옹 군대의 목숨을 앗아간 전염병의 정체를 밝혀냈다. 해당 연구는 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지(Current Biology)’ 11월 3일 자에 실렸다.나폴레옹 군대가 전염병의 공격을 받았다는 사실은 원정에 함께했던 의사 J.R.L 드 키르호프가 책을 발표하며 세상에 알려졌다. 책에는 1812년 겨울, 나폴레옹 군대는 혹독한 추위와 굶주림을 견뎌야 했고 엎친 데 덮친 격으로 발진티푸스 전염병이 퍼졌다고 기록돼 있었다. 발진티푸스는 리케차 프로와제키(Rickettsia prowazekii)균에 감염되어 발생하는 급성전염병으로, 사람 몸에 기생하는 곤충인 ‘몸니(body lice)’가 옮긴다. 발진과 심한 발열을 동반하며 사망률이 매우 높은 전염병이다.J.R.L 드 키르호프의 책뿐 아니라 군대 장교들의 기록도 비슷했기 때문에 다수의 역사학자는 나폴레옹 군대가 몰락한 원인이 발진티푸스라고 믿어왔다. 2006년 프랑스 과학자들이 나폴레옹 군대 유해의 DNA 조각에서 발진티푸스를 일으키는 세균인 리케차 프로와제키의 서열을 확인하며 가설은 사실로 굳혀지는 듯했다. 하지만 해당 연구는 일부
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실명 환자에 전자칩 이식, 시력 되살렸다

미래를 배경으로 한 SF 영화에는 종종 ‘인공눈’을 단 인물이 등장한다. 사고나 질병으로 시력을 잃은 사람이 첨단 기계장치의 도움으로 다시 세상을 보는 설정이다. 그런데 이런 장면이 더 이상 허구만은 아니다. 최근 미국 스탠퍼드대학교 의대 연구팀이 국제 학술지 ‘뉴잉글랜드 저널 오브 메디슨(New England Journal of Medicine, NEJM)’에 발표한 연구에서 실명한 환자에게 전자칩을 이식해 시력을 되살리는 데 성공했다고 밝혀 눈길을 끌고 있다.이 연구는 ‘노인성 황반변성’으로 시력을 잃은 사람들을 대상으로 이뤄졌다. 노인성 황반변성은 노화가 진행되면서 눈의 망막 중심부에 있는 시각세포가 서서히 파괴돼 시력이 떨어지는 질환으로, 노인이 실명하는 흔한 원인으로 꼽힌다. 한번 손상된 시각세포는 재생하지 않기 때문에 지금까지는 잃은 시력을 되돌릴 방법이 없었다.연구팀은 이 질병을 극복하기 위해 망막 아래에 이식할 수 있는, ‘프리마(PRIMA)’라는 이름의 초소형 실리콘 칩을 고안했다. 이 장치는 지름이 2밀리미터(mm), 두께는 30마이크로미터(㎛)에 불과하지만, 그 안에는 빛을 전기자극으로 바꾸는 초미세 광다이오드 378개가 들어 있다. 환자는 카메라가 달린 특수 안경을 착용해야 하는데, 이 카메라가 외부 풍경을 포착해 눈으로 보내면 칩이 그 빛 신호를 전기신호로 바꿔 망막 신경세포를 자극한다. 망막이 해야 할 일을 칩이 대신 수행해 뇌가 다시 ‘보는 감각’을 느끼도록 돕는 것이다.연구팀은 영국, 독일, 프랑스 등 5개 국가의 17개 병원에서 노인성 황반변성으로 시야를 잃은 환자 38명을 대상으로 임상시험을 진행했다. 칩 이식 후 1년간 추적 관찰 결
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리튬이 신경세포 보호…퇴행성 뇌질환 막는다

리튬은 원자번호 3번의 알칼리금속이다. ‘리튬’ 하면 대부분 스마트폰의 리튬이온 배터리를 떠올릴 것이다. 그런데 이 금속이 우리 뇌에서도 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌다. 더 놀라운 점은 리튬이 알츠하이머병의 발생과 관련이 깊다는 것이다.알츠하이머병은 치매를 일으키는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 뇌 속의 신경세포(뉴런)가 서서히 죽어가면서 뇌가 쪼그라들고, 기억력과 판단력을 포함한 인지기능이 점점 떨어져 일상생활이 어려워지는 질병이다.현재 전 세계적으로 5000만 명이 넘는 사람이 치매를 앓고 있다. 나이가 들수록 발병 위험이 커지는 탓에, 인구 고령화가 진행되면서 환자 수는 급격히 늘고 있다. 세계보건기구(WHO)는 2050년경 전 세계 치매 환자 수가 지금의 3배인 1억5000만 명에 이를 것으로 전망한다. 알츠하이머병은 미래 보건과 사회경제 전반에서 인류가 맞닥뜨릴 가장 큰 도전 과제다.이 때문에 과학자들은 알츠하이머 원인을 규명하고 치료법을 찾기 위해 끊임없이 연구를 이어왔다. 지금까지 밝혀진 주요 원인은 두 가지 독성단백질이다. 첫째는 ‘아밀로이드 베타’라는 단백질 조각이다. 이 단백질이 제대로 분해되지 못하고 신경세포 바깥에 끈적하게 뭉쳐 플라크를 형성한다. 플라크는 세포 사이의 쓰레기 더미처럼 작용해 정보 전달을 방해하고 염증을 일으켜 세포를 손상시킨다.둘째는 ‘타우’ 단백질이다. 타우는 원래 신경세포 안에서 미세소관이라는 구조물을 안정화하는 역할을 한다. 미세소관은 세포 안에서 영양분이나 정보를 운반하는 고속도로와 같다. 그런데 알츠하이머 환자의 뇌에서는 타우가 비정상적으로 인산화되는, 즉 과인
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암모니아 번개·플라즈마 파동…목성의 비밀 밝혔다

태양계에서 가장 큰 행성인 목성은 존재만으로 오랜 세월 인류의 궁금증을 자아냈다. 그 거대 행성의 비밀을 밝혀내기 위해 과학자들은 목성에 탐사선 ‘주노’를 보냈다. 이후 주노는 목성 구석구석을 탐사하며 인류에게 놀라운 사실을 전해왔다. 탐사의 끝자락에서, 주노는 임무를 마치고 우주의 먼 곳으로 사라질 준비를 하고 있다.2011년 8월 5일, 탐사선 주노가 우주를 향해 떠났다. 그동안 여러 탐사선이 목성을 관찰했으나, 대부분은 목성을 스쳐 지나거나 외부만 관측했다. 목성 자체를 직접 조사한 탐사선은 주노가 처음이었다.지구에서 27억4000만km 떨어진 목성에 도달하는 데는 5년이 걸렸다. 목성으로 향할 때 주노는 ‘스윙바이(중력 도움)’를 이용했다. 스윙바이는 우주선이 행성의 중력 얻어 가속하거나 방향을 바꾸는 기술이다. 우주선이 행성 가까이 접근하면 행성의 중력에 끌려 들어가며 속도가 빨라지고, 행성을 벗어날 때는 행성이 태양을 공전하는 속도까지 더해져 실제 우주선의 속도가 증가한다. 이는 연료를 아끼면서 먼 행성까지 갈 수 있는 항법으로, 우주탐사에서 빈번히 쓰인다.주노는 2013년 지구를 한 차례 돌며 스윙바위를 실행했고, 이 과정에서 지구의 공전속도를 더했다. 덕분에 주노는 적은 연료로 2016년 7월 4일 목성 궤도에 성공적으로 진입했다. 이후 태양계 최대 거대 행성의 면면을 살피는 본격적 탐사가 시작됐다.주노의 임무는 목성이 탄생한 기원과 태양계가 형성된 초기 비밀을 밝히는 것이었다. 이를 위해 목성 대기 아래를 살폈고, 양극에서 발생하는 현상을 조사했다. 위성 활동도 함께 탐사했다. 주노가 관측한 자료를 토대로 인류는 우주의 과거를 들여

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가을비가 전하는 냄새, 미생물이 보내는 메시지

가을비가 내리는 날, 특유의 냄새가 코를 스친다. 서늘한 공기 속에 섞인 흙냄새와 풋풋한 풀냄새는 오묘하게 어우러져 마음을 한층 상쾌하게 만든다. 과학자들은 이 비 냄새를 ‘페트리코(petrichor)’라고 부른다. 그리스어로 돌을 뜻하는 ‘페트로스(petros)’와 신들의 피를 의미하는 ‘이코르(ichor)’를 합친 말로, 돌에서 나온 미세한 본질이라는 의미를 담고 있다.비 냄새는 자연에서 일어나는 화학반응과 미생물 활동의 결과다. 마른 땅이 비로 젖을 때 땅속 미생물들이 만들어낸 다양한 유기화합물이 공기 중에 퍼지면서 우리가 느끼는 ‘비 냄새’가 발생하는 것이다. 흙 속에는 수많은 미생물이 살고 있는데, 그중에서도 스트렙토미세스(Streptomyces) 등 방선균의 활동이 비가 온 뒤 현저히 활발해진다.방선균은 주로 토양에 존재하며 죽은 식물체를 분해하는 역할을 하는 세균(박테리아)이다. 이들은 토양 속 유기물을 분해하며 에너지를 얻는 과정에서 여러 화학반응과 효소작용을 거쳐 ‘지오스민(Geosmin)’과 ‘2-메틸이소보르네올(2-MIB)’이라는 냄새 분자를 만들어낸다. 쉽게 말해 방선균은 식물 잔해 속 물질을 분해하면서 그 부산물로 특유의 향을 내는 화합물을 합성하는 것이다. 이 과정에서는 ‘아이소프레노이드’라는 탄소 뼈대가 단계적으로 연결되는 화학반응을 거치며, 효소가 이 구조를 구부리거나 작은 메틸기를 붙여 비 냄새의 핵심 성분을 완성한다.이 화합물은 땅속 박테리아가 죽거나 손상되면서 세포 밖으로 방출돼 흙 속에 남아 있다가, 비가 내릴 때 빗방울이 지면에 충격을 가하면서 미세한 물방울과 함께 공기 중으로 퍼져나간다. 이를
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편안한 음악이 뇌 활동 안전상태로 되돌려

차나 배를 타면 종종 어지럽고 속이 미식거리는 멀미 증상이 나타난다. 과학자들은 그간 멀미가 생기는 이유에 대해 다양한 가설을 내놓았는데, 그중 ‘감각 불일치’로 발생한다는 해석이 가장 널리 받아들여지고 있다. 달리는 차에 앉아 있으면 눈은 ‘가만히 있다’고 인식하고, 귓속 평형감각 기관은 ‘움직이고 있다’고 판단한다. 이 때문에 뇌가 혼란을 일으켜 멀미가 생긴다는 것이다. 다만 감각 불일치만으로 모든 현상을 설명하기 어려우므로 멀미는 여러 요인이 겹쳐 나타나는 복합적 현상으로 보는 게 합당하다.원인이야 어찌 됐든 이 불청객을 피하기 위해 사람들은 오래전부터 다양한 방법을 시도해왔다. 멀미약을 먹거나 생강 캔디를 씹고, 차 앞좌석에 앉아 페퍼민트 향을 맡으며 창밖 수평선을 바라보는 식이다. 흥미롭게도 이 가운데 많은 사람이 선택하는 방법 중 하나가 바로 ‘음악 듣기’다. 음악이 긴장을 풀고 주의를 분산시켜 멀미 증상을 완화하는 듯한 느낌을 주기 때문이다. 그런데 과학적으로도 정말 효과가 있을까? 또 음악이라면 아무 장르나 괜찮은 걸까 아니면 특정한 장르의 음악이 더 효과적일까. 최근 중국의 한 대학교 연구팀이 이 질문에 답을 내놨다.연구팀은 달리는 차에 앉아 있는 상황을 재현한 ‘운전 시뮬레이터’를 이용해 실험 참가자 40명에게 일부러 멀미를 유발한 후 밝고 경쾌한 음악, 잔잔하고 편안한 음악, 슬프고 우울한 음악, 그리고 무작위 소리(화이트 노이즈) 등 네 가지 유형의 음악을 들려줬다. 그리고 뇌파를 측정해 멀미 정도를 수치로 나타냈다. 이른바 ‘멀미 지표’다. 멀미가 심해지면 뇌파는 다양한 패턴을
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사람 몸에서 가장 빨리 늙는 기관은?

“나이는 숫자에 불과하다”는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 일반적으로 나이는 사회 활동에 제약이 되지 않는다는 뜻으로 해석하지만, 최근 생물학적으로도 의미 있다는 사실이 밝혀졌다. 지난 9월 호주 모나시대와 덴마크 제약 기업 노보노디스크 등이 참여한 국제 공동연구팀이 발표한 연구에 따르면, 우리 장기는 사람의 나이와 상관없이 저마다의 속도로 늙는다. 즉 노화 관점에서 보면 장기마다 다른 나이를 지니는 것이다.연구팀은 각 장기의 노화 정도를 알아내기 위해 ‘DNA 메틸화’에 주목했다. 모든 세포에는 일종의 설계도인 DNA가 존재한다. DNA는 늘 똑같이 발현되지 않고, 필요에 따라 어떤 유전자는 켜지고 어떤 유전자는 꺼지며 세포를 정상적으로 작동시킨다. 이때 핵심적 역할을 하는 것이 바로 DNA 메틸화다. DNA의 특정 위치에 탄소와 수소로 이루어진 ‘메틸기’가 붙었다 떼어지며 유전자의 스위치를 켰다 끈다. 그런데 몸속에서 DNA 메틸화가 증가하거나 감소하면 유전자 발현이 제대로 조절되지 않는다. DNA 메틸화의 변화는 암 또는 노화에 따른 장기 기능 저하의 지표로 여겨진다.연구팀은 노화에 따른 인체의 메틸화 패턴을 알아내기 위해 전례 없이 방대한 자료를 모았다. 18세부터 106세까지 다양한 연령대의 사람들에게서 피부, 근육, 폐, 위, 망막, 간 등 총 17개 인체 조직에서 취한 1만5000여 개 샘플을 분석한 것이다. 그리고 약 90만 개의 DNA 위치를 하나하나 살피며, 나이 들수록 메틸화가 어떻게 바뀌는지 추적했다. 쉽게 말해 인체의 노화 지도를 완성한 것이다.이 노화 지도로 알아낸 첫 번째 발견은 장기별 노화 속도다. 분석 결과, 가장 노화가 빨리 일어나는 장
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종이 접듯 DNA 접어, 약물 정확하게 전달

종이접기는 종이를 손으로 접어서 여러 가지 모양을 만드는 놀이다. 학, 꽃, 개구리 등 한 장의 종이를 정교하게 접으면 멋진 예술 작품이 만들어진다. 그런데 재밌는 종이접기 놀이가 과학에서 사람을 살리는 기술로 쓰이고 있다. 바로 ‘DNA 오리가미’다. 오리가미는 일본어로 종이접기를 뜻하는데, 이제는 종이가 아닌 DNA를 접어 미래의 의학과 과학을 바꾸는 연구로 주목받고 있다.DNA 오리가미는 2006년 미국의 폴 로데문드 교수가 처음 제안한 방법이다. 종이접기하듯 DNA를 접어 2D 또는 3D 형태의 입체 구조로 변화시키는 기술을 말한다. 이 기술은 DNA를 구성하고 있는 염기들이 서로 짝을 이루는 성질을 활용했다. DNA를 이루는 염기는 총 네 가지(A, T, C, G) 인데, 이 중 A는 T와, C는 G와 짝꿍이다. 서로 꼭 맞는 퍼즐처럼 결합한다. 즉 DNA에서 접고 싶은 부분에 짝꿍인 염기를 배열하는 방식으로, 원하는 모양을 만들 수 있는 것이다.최근 미국 일리노이 대학교 한범수 교수가 참여한 국제 공동연구팀은 DNA 오리가미를 활용해 췌장암 세포를 구별하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 DNA 오리가미 기술로 다양한 크기의 원통과 타일 모양 구조물을 만들었다. 그리고 그 구조물 안에 형광빛을 내는 물질과 췌장암 세포에만 반응하는 센서를 함께 넣었다. 이 구조물은 췌장까지 다가간 뒤, 암세포가 있으면 달라붙는다. 이후 연구자들이 췌장을 관찰했을 때 형광빛을 통해 암세포가 있는지, 어디에 있는지 확인할 수 있다. 반대로 암세포가 아닌 정상 세포에는 반응하지 않게 설계했다.연구진은 먼저 실험실에서 췌장 오가노이드를 이용해 실험했다. 오가노이드는 줄기세포를 이용해 실제 장기와 비슷하게 배

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