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과학과 놀자

바이러스는 왜 변종이 발생해 치료제 개발을 어렵게할까?

2020년 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 전 세계를 강타하고 있다. 온라인 개학, 비대면 회의 등 바이러스 전파를 막기 위한 전례 없는 조치들이 취해지고 있다. 코로나19 외에도 감기, 독감, 홍역, 볼거리, 에이즈(후천성면역결핍증) 등 인류를 괴롭혀온 수많은 질병을 바이러스가 일으킨다.무생물과 생물의 중간 단계인 바이러스그렇다면 바이러스란 무엇일까? 바이러스는 자신을 늘리는 목적밖에 없는 단순한 형태의 복제 기계다. 바이러스 입자는 전자현미경으로만 관찰 가능한 크기며, 단백질 등으로 구성된 껍질(캡시드)과 그 안에 있는 핵산(DNA 또는 RNA)으로 구성돼 있다. 캡시드는 핵산을 보호하고 바이러스가 침투할 숙주세포를 인식해 핵산을 세포에 주입한다. 핵산은 바이러스 증식과 관련된 여러 유전자 정보를 담고 있다. 숙주세포를 만나기 전까지 바이러스는 아무런 생명 활동을 하지 않아 무생물과 다름없다. 그래서 바이러스는 무생물과 생물의 중간 단계에 있는 것으로 간주된다.바이러스의 캡시드가 숙주세포와 접촉하면 바이러스는 핵산을 숙주세포 안으로 주입한다. 주입된 DNA는 바이러스 증식을 위한 프로그램을 가동한다. 단 자신이 바이러스를 구성하는 캡시드와 핵산을 생산하지 못하기 때문에 숙주세포의 생산공장을 이용한다. 숙주가 지닌 핵산복제효소를 이용해 자신의 핵산을 복제하고, 바이러스 유전자 정보에 담긴 단백질 성분을 만들기 위해 숙주의 단백질 생산기구를 이용한다. 단지 공장만 이용하는 것이 아니라 숙주가 갖고 있던 자원도 아낌없이 쓴다. 감염 후 어느 정도 시간이 흐르면 새롭게 만들어진 바이러스들로 숙주세포 내부가 가득해지고, 곧이어 바이러스

과학 기타

DNA

박테리아들은 오래전부터 생존 확률을 높이기 위해 어떤 전략을 선택했다. 그것은 외 부에서 다른 DNA(디옥시리보핵산)를 받아들여 유전적 성질을 변화시키는 형질전환 (transformation) 전략이었다. 이를 처음 발견한 사람은 영국의 과학자 프레드 그리피스다. 그는 1928년 폐렴쌍구균(Pneumococcus)을 이용한 실험으로 형질전환을 발견했다.형질전환은 왜 일어나지?폐렴쌍구균은 폐렴을 일으키는 유독한 균주인 S형과 폐렴을 초래하지 않는 무독한 균주인 R형이 있다. 그는 실험을 통해 열을 가해 죽은 S형 폐렴쌍구균을 생쥐에 주입하면 쥐가 폐렴에 감염되지 않으나, 살아 있는 R형과 열을 가해 죽인 S형 폐렴쌍구균을 섞어서 주입하면 쥐가 폐렴에 감염된다는 것을 발견했다. 그리피스는 살아 있는 폐렴쌍구균 R형이 S형으로 형질전환이 일어나 폐렴에 감염됐다는 결론을 얻었다.1944년 분자생물학과 면역학의 선구자인 오즈월드 에이버리는 DNA가 유전 정보의 매개체로 작용하는지를 실험했다. 동료들과 함께 진행한 실험에서 그는 형질전환을 일으키는 물질은 DNA이며 DNA가 유전 물질임을 발견했다. 앨프리드 허시와 그의 제자인 마사 체이스는 DNA와 단백질로 이뤄진 가장 단순한 생명체인 박테리오파지(bacteriophage)를 이용한 실험을 통해 DNA가 유전 물질임을 밝혀내기도 했다.DNA의 화학적 구조에 대한 고민도 해결됐다. 이런 노력은 동물, 식물, 미생물 할 것 없이 모든 생물체에 적용되는 ‘샤가프의 규칙’에서 출발했다. 에드윈 샤가프는 DNA의 염기를 정량적으로 분석해 아데닌(A)과 티민(T), 구아닌(G)과 사이토신(C)이 항상 1 대 1의 비율로 들어 있다는 사실을 발견했고, 이를 샤가프의 규칙이라고 명명했다.DNA

과학 기타

1g 무게 생체 DNA에 컴퓨터 OS·영화까지 저장

미국 과학자들이 생명의 유전정보가 담긴 DNA에 컴퓨터 운영체제(OS)와 짧은 영화 한 편을 저장하는 데 성공했다. 미국 컬럼비아대와 뉴욕게놈센터 연구진은 지난 3일 국제학술지 사이언스에 휴대폰에서 동영상을 틀 수 있도록 설계한 알고리즘을 이용해 DNA에 정보를 집어넣었다고 발표했다.컴퓨터는 모든 정보를 숫자 0과 1의 이진법으로 바꿔 저장한다. 0과 1 하나하나가 정보 기본 단위인 비트가 된다. 이에 비해 DNA는 아데닌(A) 구아닌(G) 시토신(C) 티민(T)이라는 네 가지 염기로 유전정보를 기록한다. DNA는 작은 크기에 많은 정보를 최장 수십만년까지 안정적으로 저장할 수 있다.연구진은 컴퓨터 OS를 비롯해 1895년 프랑스 영화 ‘시오타 역에 도착하는 기차’, 50달러짜리 아마존 기프트카드, 컴퓨터 바이러스, 정보이론가 클로드 섀넌이 1948년 발표한 논문 등 파일 여섯 개를 DNA에 옮겼다. 파일을 하나로 합친 뒤 다시 이를 쪼개 0과 1로 구성된 짧은 이진수 나열로 바꿨다. 이 정보를 바탕으로 A, G, C, T 등 네 개 염기로 구성된 조각들로 바꿨다. 연구진은 이런 방식으로 염기에 정보가 배열된 7만2000개의 조각 DNA를 인공 합성하고 이를 담은 작은 DNA 분자 알갱이를 만들었다.연구진은 이렇게 정보를 담은 DNA를 유전 정보를 해석하는 시퀀싱 과정을 거쳐 다시 원래 파일로 재생할 수 있었다. 소량의 DNA 샘플을 증폭시키는 중합효소연쇄반응(PCR)을 이용해 컴퓨터 파일을 복사하듯 여러 개 샘플을 만드는 데도 성공했다.연구진은 DNA 1g에 215페타바이트(PB·1PB는 100만기가바이트)를 집어넣을 수 있다고 보고 있다. 지난해 미국 워싱턴대 연구진이 DNA에 입력한 디지털 정보보다 100배 많은 양이다. 지금 기술로는