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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
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과학 기타우리나라 IT · 소재 기술로 만든 미래 첨단 소총 'K11'
세계 최초 이중총열구조··· 보병전투에서 최고의 개인 화기 부상#2018년 육군 ○○부대 K11 사수 A상병은 중동 지역 평화유지군으로 파병돼 실전에 돌입했다. 통신이 가능하고 전장정보를 실시간으로 받아볼 수 있는 헬멧을 착용한 A상병은 폭격으로 폐허가 된 시가지에 진입해 부서진 건물 잔해 사이를 지나가고 있다. 갑자기 K11 의 야시장비에 희미한 열상이 잡히자 A상병은 돌무더기 뒤편에 있는 몇명의 사람들과 그들이 보유한 화기 형상을 확인한다. A상병은 이를 즉시 분대장에게 알리고 지휘소와 교신한 후 전투 준비에 들어간다. 교전허가가 떨어지자 A상병은 같은 K11 사수인 B상병과 함께 공중폭발 모드로 동시사격을 실시하고 분대원들과 집중사격을 퍼부어 적을 초토화하고 부대로 복귀한다. 미래 보병전투에서 최고의 개인화기로 부상하고 있는 K11 복합형소총이 국방과학연구소 연구원을 중심으로 한 국내 연구진에 의해 개발돼 최근 전력화됐다. K11은 구경 5.56㎜ 기존 소총과 구경 20㎜ 공중폭발탄 발사기 두 가지 총열을 하나의 방아쇠로 선택 · 운용이 가능한 세계 최초의 이중총열구조 소총이다. 국방과학연구소를 통해 K-11 복합소총을 알아보자.⊙'무적' K11 소총K11은 국내 IT 기술 및 소재 기술의 역량을 총 동원하며 8년에 걸친 연구 · 개발(R&D)의 결과로 탄생했다. IT 기술을 통한 전체 시스템 설계, 전자보드 및 광학계 설계, 효과적 소프트웨어(SW)프로그래밍 기술이 기반이 됐다. 특히 저전력 회로설계, 소형화된 고신뢰성 전자보드, 소형 광학설계기술, 비접촉 에너지 및 신호 전송기술이 집약된 사격통제시스템과 미세전자기계시스템(MEMS)기술이 융합된 20㎜탄의 신관 설계 기술 등은 독보
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과학 기타인류의 생존까지 위협하는 '지구온난화' 해결책은 없을까?
이산화탄소 포집·인공 광합성·대체에너지 연구 활발 최근 세계적으로 이상기후 현상이 뚜렷하다. 극지방의 빙하가 녹아내려 해수의 수위가 올라가 해안선이 바뀌고 홍수 · 가뭄 · 태풍 · 이상고온 현상이 빈번히 발생하고 있다. 과학자들은 이상기후의 원인이 산업화 이후 무분별하게 사용한 화석에너지의 부산물인 '온실가스'로 인한 지구온난화 때문이라는 데 대체로 동의한다. 세계 최대 인구 보유 국가인 중국과 인도는 오히려 고도화되는 형국이라 화석연료 사용량이 매년 가파르게 증가하고 있다. 일부 과학자는 이대로 가다간 약 50년 후인 2060년에는 각종 재해로 지구상의 인구가 지금보다 현저히 감소할 것이며, 100년 후인 2110년에는 인간이 멸종 위기에 처할지도 모른다고 우려한다. 실제로 지구온난화로 인해 우리나라가 현재 아열대 기후로 바뀌고 있다는 분석이 지배적이다. 지구온난화의 실태와 이를 극복하기 위한 과학기술을 알아보자.⊙ 인류에 치명적인 지구온난화인류가 지구에서 살아갈 수 있는 이유는 대기중에 적절히 존재하는 온실가스가 온실의 유리처럼 작용해 지구 표면의 온도를 일정하게 유지해주기 때문이다. 태양에서 지구로 도달하는 에너지(자외선+가시광선이 대부분)는 발전량으로 환산하면 약 343 W/㎡ 다. 이 중 30%가량은 대기 · 구름 · 지표면에서 반사돼 우주로 다시 방출되고, 21%는 대기에 직접 흡수돼 대기를 가열하면서 지구의 온도를 적절하게 유지한다. 나머지 49%는 지표면에서 흡수돼 지표면을 일부 가열하거나 지표면의 적외선으로 변환돼 다시 방출된다. 그런데 온실가스의 양이 많아지면서 이 같은 시스템이 고장나기 시작했다. 공기의 주성분인
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과학 기타올 여름 무더위는 해수 온도가 떨어지는 '라니냐' 탓?
'엘리뇨'의 반대 현상··· 아시아 지역 홍수·불볕 더위 시달려 아침저녁으로 공기가 서늘하다. 찜통더위가 조금 물러간 듯싶다. 올해는 예년과 다르게 유달리 더운 날씨가 기승을 부렸다. 기상청 자료에 따르면 한국은 7월1일부터 8월8일까지 39일 중 35일이 평년 수준보다 더운 날씨를 기록한 것으로 나타났다. 7월 전국 60개 지점 평균 기온은 25.3도로 평년(24.5도) 대비 0.8도 높았고 8월엔 평균 기온이 27.6도에 육박해 평년보다 1.7도나 높았다. 이상 고온현상이 나타난 우리나라와는 달리 아시아 지역은 폭우로 몸살을 앓았다. 주요 외신들에 따르면 파키스탄 북서부에서는 8월 초 폭우로 인한 사망자가 1600명을 넘었다. 인도에서는 북부 잠무 · 카슈미르주 라다크 지역에서 홍수가 발생해 외국인 6명을 포함해 최소 169명이 목숨을 잃었다. 중국도 지난 7일부터 내린 폭우로 인해 간쑤성 저우취현에서 대형 산사태가 발생해 현재까지 최소 127명이 사망했고 실종자가 2000명에 달했다. 많은 기상학자들은 아시아에 기상 이변이 발생한 배경으로 '라니냐'를 지목하고 있다. 태평양 동쪽 칠레 앞바다 온도가 떨어지는 '라니냐' 현상이 나타나면 남는 에너지가 바다 건너 아시아 쪽으로 몰려와 홍수와 불볕 더위를 만든다는 것이다. 각종 기상이변의 원인이 되는 해수온도 변화 현상인 라니냐와 엘니뇨. 이 현상이 생기는 원인은 과연 무엇일까?⊙ 엘니뇨는 무엇인가?엘니뇨란 페루나 에콰도르 해안가의 어부들이 그들의 어업 활동과 관련해 지역적으로 쓰던 용어다. 스페인어로 어린 남자아이 또는 어린 예수라는 뜻을 갖고 있다. 과거에는 동태평양의 남아메리카 근해의 해류를 엘니뇨라고 했으나 지
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과학 기타'입자 가속기' 연구가 우주 생성의 비밀 풀어줄까?
LHC 터널에서 양성자 충돌 실험··· 빅뱅·블랙홀의 정체 등 의문 밝힐 끈이론 연구 우주는 어떻게 만들어졌을까. 또 모든 물질은 궁극적으로 무엇으로 이뤄져 있을까. 이 두 가지는 입자물리학의 가장 근본적인 질문이다. 최근 교육과학기술부 관계자들은 이런 연구를 세계적으로 선도하고 있는 스위스 CERN(유럽입자물리연구소)을 공식 방문했다. CERN은 세계 최대 규모 강입자가속기(LHC:Large Hadron Collider)를 갖추고 있으며 수만명의 다국적 연구원들이 드나드는 곳이다. 우리나라도 LHC와 유사한 국제적 기초과학 연구를 진행할 수 있는 중이온가속기를 들여올 준비를 하고 있다. 가속기 연구는 우주의 비밀을 풀어줄 수 있을 것으로 기대되고 있다. 과학의 진보는 의문의 해소와 무지(無知)의 정복 과정이다. 19세기 중반까지만 해도 원자의 존재를 믿는 사람은 별로 없었으나,21세기에는 원자 하나하나를 움직이는 기술까지도 존재하는 세상이 됐다. 그리고 20세기 초반까지만 해도 우리 은하계 밖에 무엇이 있다고는 전혀 생각하지 못했으나,현재는 우리의 은하만한 것이 수천억개 이상 있다는 것을 알게 됐다. 입자가속기가 무엇인지 알아보자.◎ LHC,빅뱅 환경 유사하게 구현CERN은 올해 4월 약 27㎞길이의 LHC 터널에서 양성자를 각각 3.5TeV(테라전자볼트)의 에너지로 충돌시키고 데이터를 기록하는 실험을 성공적으로 마쳤다. 당시 CERN 관계자들은 "우리는 이로써 이전에 누구도 가보지 못한 영역에 발을 내딛었으며 물리학의 새로운 지평을 열었다"고 말했다. 총 7Tev의 힘은 이전까지 최고 기록이었던 미국 시카고 페르미연구소 입자가속기 2Tev보다 3.5배나 높은 것이다. 빅뱅 당시 상황을 가장 정
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과학 기타동물도 자살을 한다?
고래·물개 등 해양 동물의 '스트랜딩' 침팬지·코끼리 등도 스스로 죽음 선택 최근 연예인 박용하가 스스로 목숨을 끊은 데 이어 최근에는 일본의 유명 여자 아나운서가 생후 5개월 아기를 두고 자살해 큰 이슈가 됐었다. 특히 한국의 자살률은 이미 세계적인 수준이다. 최근 한국인의 자살률은 경제협력개발기구(OECD) 30개 회원국 가운데 1위를 기록하는 불명예를 안기도 했다. 한국인의 자살률은 10만명당 21.5명(OECD 평균 11.1명)으로 회원국 가운데 1위를 차지했고 헝가리(21.0명),일본(19.1명) 순으로 나타났다. 그리스는 2.9명으로 회원국 가운데 자살률이 가장 낮았다. 도대체 사람들은 왜 자살을 하는 것일까. 사람이 자살하는 이유로는 동물에 비해 잘 발달된 대뇌가 꼽힌다. 대뇌피질이 창조적이고 조직적이며 모든 신경을 통제하는 중추기능이지만 취약점도 가지고 있다. 엄청난 자극에 의해 흐트러진 질서는 좀처럼 돌이키기 힘들거나 영구적으로 못 쓰게 돼버리는 것이다. 그래서 사람들은 우울증,폭력 등의 비정상적인 행동을 보이기도 하고,아노미(anomie)에 빠지면 자살을 선택하기도 한다. 사람만큼 대뇌가 발달하지 못한 동물들도 자살을 한다. 물론 정신적인 충격을 받고 자살하는 경우는 드물다. 하지만 자살의 의미가 '스스로를 죽이는 행위'라고 할 때 동물들도 자살을 할 수 있다는 증거들은 얼마든지 있다. ⊙ 고래 등 해양동물의 자살(stranding)우리는 종종 고래나 물개 등 해양동물들이 해안가로 올라와 죽었다는 소식을 접하게 된다. 이렇게 대부분의 해양동물들이 갑작스레 해안가로 올라오는 현상을 '스트랜딩(stranding)'이라고 한다. 전문가들은 스트랜딩의 원인을 '어떤 이유에