#단백질
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생글기자
미래 식량으로 주목받는 식용 곤충
봉준호 감독 영화 ‘설국열차’에는 곤충을 원료로 만든 음식인 ‘단백질바’가 나온다. 영화 속 얘기만은 아니다. 실제로 곤충은 미래 식량 원료로 주목받고 있다.곤충은 우수한 단백질 공급원이다. 식용 곤충의 단백질 함량은 100g당 50~60g으로 소고기의 두 배 이상이다. 식용 곤충에는 20가지 아미노산이 들어 있고 불포화지방산 함량도 높다. 곤충은 또한 번식 주기가 빠르고 사육 과정에 필요한 물 소비량과 온실가스 발생량이 소 돼지 등에 비해 적다. 유엔식량농업기구(FAO)에 따르면 곤충으로 단백질 1㎏을 얻는 데 들어가는 사료는 약 1.7㎏으로 소의 6분의 1 수준밖에 안 된다.유엔은 2019년 발표한 보고서에서 세계 인구가 2050년 97억 명을 넘고, 2100년엔 109억 명에 이를 것으로 전망했다. 인구 증가에 비례해 육류 소비가 늘어난다면 축산업이 유발하는 환경 오염으로 식량 위기는 더 심각해질 수도 있다.미국 중국 영국 등 많은 나라에서 곤충을 식량으로 활용하고 있다. 식품의약품안전처는 풀무치 메뚜기 장수풍뎅이(유충) 등 10가지 곤충을 식용 곤충으로 지정했다. 연지벌레에서 추출한 색소가 딸기 우유와 명란젓의 붉은 색을 내는 데 쓰이고 있고, 녹차 아이스크림과 민트 검 등에는 누에 똥에서 나온 초록색 색소가 이용된다.앞으로 식용 곤충을 활용한 다양한 식품이 우리 식탁에 올라올 것이다. 미래에 닥칠지 모를 식량 위기에 대비해 식용 곤충에 대한 연구는 더욱 활발해져야 한다. 식용 곤충이 일으킬 수도 있는 식품 알레르기와 질병에 관한 연구도 필요하다.김재윤 생글기자(세현고 2년)
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과학과 놀자
질병 유발 단백질에 대한 신약 후보물질의 생리활성을 예측하는 기술, 인공지능 활용한 가상탐색으로 신약 후보물질 빨리 찾아내
평균 10년, 1조원의 비용. 일반적으로 알려진 신약 개발에 필요한 기간과 비용이다. 이렇게 많은 시간과 비용이 드는 이유는 신약 후보 물질을 찾는 단계에서 약물의 승인 단계까지 상당한 시간과 비용이 소모되기 때문이다. 신약 개발에는 막대한 시간과 비용이 들어가지만, 성공 가능성은 희박하다. 신약 개발 과정은 질병을 일으키는 단백질을 찾아내고 해당 질병을 치료하기 위한 후보물질 탐색, 전임상, 안전성 및 약효를 평가하는 임상 1, 2, 3상 단계를 거친다. 이와 같은 과정에는 많은 시행착오가 생기며 이로 인해 막대한 연구개발 시간과 비용이 소요될 수 있다. 인공지능을 활용한 연구개발신약 개발업계 관련자들은 이런 고민을 해결하기 위해 엄청난 노력을 꾸준히 하고 있다. 최근 4차 산업혁명이라는 이슈와 함께 이런 질문에 대한 대안으로 관심받는 기술이 있다. 바로 컴퓨터를 이용한 인공지능 기술이다. 인공지능은 하드웨어 발달 및 병렬처리 알고리즘 개발에 힘입은 컴퓨터 성능 향상, 딥러닝을 기반으로 하는 획기적 데이터 분석 기술 개발, 전 세계를 연결하는 초고속 인터넷 등 다양한 기술 발전의 결과물로서 이미 이미지, 영상, 음성에 대한 인식 수준은 인간을 초월해가고 있으며 그 응용범위가 신약 개발을 포함한 모든 과학 분야의 영역으로 확대되고 있다. 인공지능을 활용하면 개선될 여지가 충분히 크기 때문에, 인공지능 기술은 기존 신약 개발 연구개발 과정의 효율성을 높여 신약 개발 성공률을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.컴퓨터 기반의 신약 개발 연구는 지난 수십 년 동안 화합물과 생물학적 타깃(질병 유발 단백질) 간의 상호작용을 컴퓨터, 물리, 화학, 통계 등의
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김동욱 기자의 세계사 속 경제사
누구나 고기를 먹게 된 것은 언제부터일까
소는 중요하고 귀중한 단백질 공급원이다. 그러나 농부가 트랙터, 경운기 역할을 하는 소를 잡아먹는 것은 상상하기 어려웠다. 소를 잡더라도 고기를 장기간 보관할 수도 없었다.고대 그리스의 시인 호메로스가 인간을 ‘빵을 먹는 존재’로 정의했듯이 그리스·로마 시대에는 곡물을 경작(cultivate)해 빵을 만드는 것이 곧 문화(culture)이자 문명이었다. 유럽 북부의 게르만족, 켈트족 등이 즐기는 육식은 야만으로 간주됐다.소는 식용으로 거의 키우지 않았다. 초지가 부족해 종일 풀을 뜯는 소를 고기로 먹는 것이 비경제적이었던 탓이다. 그래도 영양 보충을 위한 육식은 필수였다. 로마시대 상류층의 연회에서는 주로 돼지나 양, 닭, 오리 등의 고기를 먹었다. 대다수 평민은 ‘빵과 서커스’ 정책에 따라 무상으로 돼지고기와 기름이 배급될 때나 맛볼 수 있었다.육식은 게르만족이 지배계급으로 올라선 중세에도 선호됐다. 특히 프랑크왕국에서는 육식 금지가 무장해제와 동일한 처벌로 간주됐을 정도였다. 하지만 고기, 특히 소고기는 여전히 왕과 귀족이나 먹는 귀한 음식이었다. 농노들은 어쩌다 고기가 생기면 스프나 스튜로 먹었을 뿐 주식은 빵이었다. 그나마 해마다 곡식을 모두 소진한 늦겨울과 아직 덜 자란 한여름에는 굶주림이 되풀이됐다.15세기 말 대항해시대도 소고기와 연관이 있다. 모험가들이 위험을 무릅쓰고 먼바다로 나간 것은 이슬람 세력에 의해 막힌 후추 수입항로 개척이 주목적이었다. 냉동 냉장기술이 없어 고기 부패를 막고 풍미를 살리는 후추 등 향신료가 필수였기 때문이다. 소고기, 음식에서 요리로고기를 불에 구은 스테이크는 본래 북유럽의 거친 야만
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과학과 놀자
샤르팡티에·다우드나 교수에게 노벨화학상 안긴 유전자 가위 기술
유전자 가위 기술을 개발한 공로로 스웨덴 우메오대의 에마뉘엘 샤르팡티에 교수와 미국 UC버클리의 제니퍼 다우드나 교수가 2020년 노벨 화학상을 받았다. 유전자 가위 기술은 세균이 바이러스를 물리치기 위한 생물학적 과정을 이용하여 특정 유전자의 발현을 억제하거나 유전자 서열을 바꾸는 데 이용 가능하며, 더 나아가 치료할 수 없다고 알려진 사람의 유전질환에 대한 치료의 가능성을 열었다.인류는 생물이 가지고 있는 유전적 특성을 우리에게 유용한 방향으로 이용해왔다. 가장 오래된 방식이 품종 개량이라고 하는 방법이다. 예를 들어 우리의 주식인 쌀은 야생 벼 품종으로부터 품종 개량을 거쳐 좀 더 맛이 좋고 알곡이 많이 열리도록 개량되었다. 벼와 같은 곡류 외에도 야채, 과일과 가축 등도 오랜 품종 개량을 거쳐왔다. 생명과학은 지난 세기 동안 DNA의 구조 발견, 핵산의 염기서열 결정, 단백질의 아미노산 서열 결정, 유전자 발현 과정의 규명 등 비약적인 발전을 거듭해 왔다. 이 과정에서 얻은 생명과학 지식은 인류가 직접 생물의 유전자를 조작하여 이용할 수 있게 해주었다. 유전자 재조합 기술을 비롯해 많은 방법이 개발되었지만, 그중 매우 간단하고 빠르게 유전자 서열을 편집하는 방법이 유전자 가위 기술이다. RNA와 CAS9 단백질 복합체로 DNA 유전자 편집유전자 가위 기술은 세균이 바이러스로부터 자신을 지키는 방법을 활용한 것이다. 세균은 자신이 과거 감염된 바이러스의 핵산 서열을 저장해 놓았다가 똑같은 서열을 가진 바이러스가 들어오면 그 바이러스의 핵산을 잘라내 바이러스를 물리친다. 유전자 가위 기술을 ‘CRISPR 가위’ 기술이라고도 하는데 이 단어는 세
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과학과 놀자
물질의 조합·배열 달리해 레고 쌓듯이 새 물질 만든다
장난감 레고 빌딩블록을 떠올려보면, 기본적인 형태들이 몇 가지 존재하고 이것들의 조합과 배열로 수없이 다양한 구조물이 형성된다는 것을 알 수 있다. 자연에 존재하는 물질의 세계도 기본적인 단위체(편의상 앞으로 이를 빌딩블록이라 부르자)의 조합과 배열로 수없이 다양한 물질이 만들어진다.더 놀라운 것은 원자와 같은 작은 단위의 빌딩블록으로 만들어진 분자들이 다시 더 큰 구조를 구성하기 위한 하나의 빌딩블록이 되는 위계를 형성한다는 것이다. 이런 위계적 빌딩블록으로 자연에서는 매우 정교하고 다양한 기능을 가진 물질들이 만들어지고 있다.2015년 개정 교육과정 문서에서는 물질을 구성하는 빌딩블록에 관한 내용이 여러 문장으로 제시되어 있다. 예를 들면, 통합과학 교과에서 “…생명체와 지각을 구성하는 단백질, 광물 등의 물질은 원소들 간의 규칙적인 화학 결합을 해 만들어지며, 기존 물질의 물리적 성질을 변화시켜 다양한 신소재를 개발한다…”와 같이 원자를 빌딩블록으로 하여 단백질과 광물 등의 다양한 물질이 만들어질 수 있음을 알 수 있도록 설명한다.그리고 빌딩블록으로 구성된 다양한 물질의 사례로 규산염 사구체를 빌딩블록으로 해서 만들어지는 다양한 광물, 탄소와 수소 원자를 빌딩블록으로 만들어지는 다양한 탄화수소 화합물, 아미노산 및 뉴클레오티드를 빌딩블록으로 하는 단백질과 DNA를 제시하고 있다.가장 근본적인 빌딩블록은 무엇일까?물질을 구성하는 가장 근본적인 빌딩블록은 원자다. 현재까지 118개의 원자가 발견되었다. 원자들은 원자핵의 전하와 원자핵 주위의 전자가 오비탈(궤도함수)에 배치된 방식이 서로 다른데, 이러한
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과학 기타
단백질과 DNA
2007년 방영된 “태왕사신기(MBC)”라는 드라마는 주인공 ‘담덕(훗날 광개토대왕)’이 “청룡(靑龍)의 창, 주작(朱雀)의 홍옥, 현무(玄武)의 지팡이, 백호(白虎)의 쇠도끼’ 등 네 개의 신물을 찾고 고구려의 태왕이 된다는 내용이었다. 여기서 백호는 벵골 호랑이의 변종으로 “붉은색소와 노란 색소 합성에 필요한 효소(단백질)의 결핍”으로 흰색 털을 가졌고, 이로 인해 등에 검은 줄무늬가 진하게 보인다. 아미노산과 펩타이드 결합백호의 흰색 털은 위장 역할을 제대로 하지 못하기 때문에 사냥에 불리하게 작용하고, 유전병 등으로 사망률도 높다. 그러나 효소(단백질)의 부족 혹은 결핍으로 흰색 털을 가진 백호를 영험하고 신비한 능력을 지닌 호랑이로 생각해 신화나 설화에 등장하기도 한다.단백질(蛋白質)은 기본 단위체인 아미노산이 펩타이드 결합으로 형성된 고분자 화합물로 주요 구성 원소는 C, H, O, N, S이다. 세포의 주요 구성 성분으로 신체를 이루는 주성분이며, 에너지를 제공하는 3대 영양소 중의 하나이며, 생체 내 물질대사의 촉매(효소) 작용을 통하여 생명 현상을 유지하는 물질이다.식물은 단백질을 스스로 합성식물이나 미생물은 뿌리혹박테리아 혹은 질소 고정 등의 방법을 이용하여 뿌리로 암모늄이온(NH4+) 형태로 질소(N) 원자를 흡수하여 필요한 단백질을 스스로 합성할 수 있다. 반면 공기 중의 약 78%를 차지하는 질소 기체(N2)는 매우 안정적으로 반응성이 거의 없는 기체이다. 동물과 사람은 호흡으로 공기 중의 질소 기체가 몸 안으로 들어오지만 그대로 밖으로 배출하게 된다. 호흡으로는 질소 원자를 얻을 수 없어 동물과 사람은 음식물을 통해 단백질