#과학과 놀자 | 생글생글

과학과 놀자
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
과학과 놀자
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
과학과 놀자
세상에 단 하나뿐인 혈액형…'과다 음성' 발견

세상에 단 한 사람만 가진 희귀한 혈액형이 발견됐다. 주인공은 카리브해 과들루프라는 섬 출신의 68세 여성이다. 지난 6월, 프랑스 혈액청(EFS)은 이 여성의 혈액에서 새로운 혈액형 시스템 ‘PIGZ’와 혈액형 ‘과다 음성(GWADA negative)’을 발견했다고 발표했다.혈액형은 적혈구에 붙은 이름표와 같다. 적혈구 표면에는 수많은 단백질과 당지질이 붙어 있는데, 이를 ‘항원’이라고 부른다. 혈액형은 특정 항원의 차이를 기준으로 혈액을 분류하는 시스템이다.우리에게 가장 익숙한 ABO식 혈액형은 1901년 오스트리아의 의사 카를 란트슈타이너가 발견했다. 그는 환자들의 혈액을 섞어보다가 서로 뭉치는 응집반응이 일어나는 것을 발견했고, 그 원인이 특정 항원과 항체의 결합이라는 사실을 밝혀냈다. 란트슈타이너는 이를 바탕으로 A·B·AB·O형의 네 가지 혈액형을 분류했고, 이 공로로 1930년 노벨생리의학상을 받았다.이후 란트슈타이너는 또 한번 중요한 혈액형을 발견했다. 바로 Rh 혈액형이다. 적혈구 표면에 ‘D 항원’이 있으면 Rh 양성(Rh+), 없으면 Rh 음성(Rh-)으로 분류된다.이렇게 혈액형을 구분하는 이유는 수혈 시 일어나는 면역반응을 막기 위해서다. 혈액형이 맞지 않는 사람의 혈액을 수혈받으면 면역계가 해당 혈액을 외부 침입자로 인식해 적혈구를 파괴한다. 이 과정에서 혈액이 뭉치고 혈관이 막히거나 장기가 손상되어 생명까지 위협받을 수 있다. 그렇기에 혈액형 판별은 안전한 수혈을 위한 가장 기본적인 기준이다.그런데 사실 ABO와 Rh 혈액형 외에도 인간에게는 수많은 혈액형이 있다. 국제수혈학회(ISBT)가 지금까지 공식적으로 인정한 혈액형은 48가지에
과학과 놀자
"물속에서도 끄떡없는 접착제, 홍합에서 배웠다"

자연 속 동식물들은 오랜 세월에 걸쳐 독자적인 생존 전략을 고안해 왔다. 과학자들은 종종 이런 전략들에 착안해 인간에게 유용한 기술을 개발하는데 이를 '생체 모방 기술(Biomimetics)'이라고 한다. 비행기 날개(새 날개), 고속열차 앞부분(물총새 부리), 벨크로 찍찍이(도꼬마리 씨앗)가 대표적인 사례로, 자연을 흉내 내 만든 일종의 '모방작'이다.최근 주목받고 있는 생체모방 기술 중 하나는 홍합을 참고해 만든 ‘수중 접착제’다. 홍합은 해류가 잘 통하는 바위나 암초에 달라붙어 사는데, 바위에 물이 묻어 있거나 파도가 세게 쳐도 결코 떨어지지 않는다. 이런 홍합의 강력한 접착력은 입에서 분비하는 ‘접착 단백질’ 속에 포함된 ‘카테콜(catechol)’이라는 특별한 화학구조에서 나온다.카테콜 구조는 분자 끝에 작은 갈고리 같은 손잡이가 달려 있어 금속이나 돌, 플라스틱 표면의 미세한 부분을 잘 붙잡는다. 처음에는 약한 힘으로 달라붙었다가 시간이 지나면 화학반응이 일어나 강력 접착제처럼 굳어버린다. 게다가 카테콜 구조 주변 분자들이 물과 잘 어울리는 성질(친수성)이 있어 젖은 표면에도 안정적으로 붙는다. 이런 장점 때문에 과학자들은 예전부터 홍합의 접착 단백질을 흉내 내 의료용 접착제나 수중 보수재를 개발하려고 노력해왔다.다만 카테콜 구조를 본떠 만든 합성 접착제는 물속에서 접착력이 약하다. 합성 접착제의 몸통은 물을 싫어하는 성질(소수성)을 가진 고분자로 구성돼 물에 젖은 표면에서 잘 퍼지지 못하고 밀려난다. 카테콜 구조가 표면에 닿기 전에 물이 가로막으니 들러붙을 수가 없는 것이다.과학자들은 이 문제를 해결하기 위해 하이드로

과학과 놀자
'장-뇌 신경회로'에 타격…음식 트라우마 만들기도

가을 문턱에 들어서도, 여전히 더위가 기승을 부리고 있다. 최근 이어지는 덥고 습한 날씨는 식중독균이 쉽게 번식할 수 있는 환경을 만들기 때문에, 음식 섭취 시 각별한 주의가 필요하다. 한 연구에 따르면 한 번의 식중독 경험이 단순 배앓이로 끝나지 않고, 음식에 대한 평생 공포로 이어질 수 있다.식중독은 기온이 높은 여름에 많이 발생한다. 그러나 기후변화로 한여름 같은 더위가 늦가을까지 지속되며 계절에 상관없이 음식 섭취에 주의가 필요하다. 실제로 식품의약품안전처 자료에 따르면, 2020년부터 2024년까지 식중독 사례는 총 204건, 환자 수는 7788명에 달한다. 7~9월에만 환자 4542명이 발생했는데, 이는 전체의 52% 수준이다.식중독을 가장 많이 유발하는 원인은 살모넬라균이다. 닭, 달걀 등에서 발견되는 살모넬라균은 체내에 들어오면 위에서 사멸하지 않고 장까지 도달해 장 점막 상피세포에 붙어 세포 내로 침투한다. 이 과정에서 분비되는 독소가 세포 내 신호전달을 교란하고, 장 점막에 염증을 유발한다. 그 결과 면역반응이 활성화되며 발열과 복통, 설사 반응이 나타나는 것이다.살모넬라균 외에 장염비브리오, 황색포도상구균 등도 식중독의 원인이다. 세균 외에 노로바이러스, 로타바이러스 등 바이러스도 식중독을 일으킬 수 있다. 특히 바이러스는 극소량으로도 감염을 일으킬 수 있어 집단 발생으로 번지기 쉽다. 따라서 이 시기에는 식중독 발생 위험이 높은 음식을 주의해야 하고, 어느 때보다 음식을 충분히 가열 조리한 뒤 섭취해야 한다.흔히 식중독을 유발하는 음식으로 달걀, 채소, 조개 등이 잘 알려져 있다. 그러나 아이스크림처럼 냉동 보관된 차가운 음식도 한번 녹았다면 취
과학과 놀자
전 세계 산호초 84%, 백화현상에 고사 위기

지구 생물의 80%가 살고 있는 것으로 알려진 바다. 고래와 물고기, 해파리, 해초, 플랑크톤 등 수많은 생명체가 바닷속에 터를 잡아 살아가고 있다. 그중에서도 산호초는 해양생물이 많이 모여 산다. 이곳에 서식하는 물고기 종류만 해도 1500종에 이른다. 그런데 최근 해양생물들이 산호초를 떠나기 시작했다고 알려졌다. 어떻게 된 일일까?산호초는 원래 해양생물들에 바다 최고의 서식지로 손꼽힌다. 산호와 공생관계인 조류가 있고, 이를 먹이로 삼는 물고기들이 모이고, 포식자를 피해 숨을 공간이 많고! 여러 면에서 살기 좋은 서식지다 보니, 많은 동물이 모여 살게 된 것이다. 덕분에 산호가 군락을 이루는 산호초는 ‘바다의 열대우림’이라는 별명을 갖고 있다.문제는 산호가 예민한 편이라는 점이다. 수온, 산성도, 탁도 등 주변 환경이 바뀌면 쉽게 스트레스를 받는다. 바닷물의 온도가 1~2℃만 높아져도 스트레스를 받기 시작한다. 지구온난화로 수온이 지속적으로 오르고, 염도가 높아지고 산성화가 심해지자 결단을 내린다. 공생하던 조류를 몸 밖으로 내보내기로!사실 산호는 혼자서는 살 수 없는 해양 무척추동물이다. ‘조잔텔라(zooxanthellae)’라는 조류와 서로 도우며 함께 살아간다. 조류는 광합성을 해서 에너지를 만들고, 이걸 산호에게 나눠준다. 그 대신 산호는 조류들이 살 수 있는 집과 광합성에 필요한 이산화탄소를 내어준다. 공생하는 조류의 색에 따라 산호의 색도 노란색, 갈색, 초록색 등 다양한 색을 띤다. 이렇게 서로 상부상조하며 살아가는 관계를 ‘공생’이라고 한다.스트레스로 인해 조류를 내보낸 산호는 에너지를 얻을 수 있는 방법이 없다. 그럼 산호의 화
과학과 놀자
날카로운 칼로 천천히…"톡 쏘는 물질 덜 나와요"

양파는 묘한 식재료다. 생으로 먹으면 톡 쏘는 매운맛이 입안을 자극하는데 열을 가하면 달콤한 맛이 살아나 볶음밥, 자장면, 카레 등 다양한 요리에 쓰인다. 여기에 식이섬유와 세포 손상을 막아주는 항산화 물질이 풍부해 혈압을 낮추고 면역력을 높이는 데도 도움이 된다. 그런데 이 매력적인 식재료에 꽤 성가신 면이 있다. 바로 칼로 썰기만 하면 눈물을 쏟게 해 손질하기가 골치 아프다는 점이다. 이 문제를 과학적으로 해결할 수는 없을까.우선 무엇이 눈물을 유발하는지 살펴보자. 양파 세포에는 황화아미노산이라는 물질과 이를 분해하는 효소가 분리된 상태로 들어 있다. 그런데 양파를 칼로 자르거나 치아로 으깨면 세포가 파괴되면서 두 물질이 화학반응을 일으키고, 이 과정에서 새로운 물질이 생성된다. 그중 하나는 양파 특유의 매운맛을 내는 ‘티오설피네이트’고, 다른 하나가 바로 눈 점막을 자극해 눈물이 나게 만드는 ‘프로파네티올-S-옥사이드’다.원인 물질이 무엇이든 우선 양파를 썰 때 눈이 자극받지 않는 게 급선무다. 사람들은 보통 양파를 물에 담가두거나 고글을 쓰고 손질하는 방법을 택한다. 경험에서 얻은 지혜다. 한편에서는 이 익숙한 불편함을 과학적으로 해결하려는 움직임도 있다. 실험을 통해 양파를 자를 때 정확히 어떤 현상이 일어나는지, 어떻게 하면 눈물을 덜 흘릴 수 있는지를 규명하는 것이다. 최근 미국 코넬대학교 연구팀이 논문 사전 공개 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 발표한 연구가 좋은 예다.연구팀은 고속카메라와 미세입자 추적 기술을 이용해 양파를 자를 때 세포 속에서 어떤 물질이 어떤 형태로 방출되고, 어떤 속도로 공기 중으로
과학과 놀자
플라스틱 폐기물로 해열진통제 만들었다

2030년, 감기에 걸려 약국에서 해열진통제를 샀다. 그런데 약사가 건네준 이 해열진통제의 원료는 작년에 내가 마시고 버린 음료수병이다. 말도 안 되는 이야기 같지만, 곧 현실이 될지 모른다. 최근 과학자들이 플라스틱 폐기물로 해열진통제를 만드는 데 성공했기 때문이다. 그것도 대장균을 이용해서 말이다.영국 에든버러대학교 연구팀은 유전자 변형 대장균을 이용해 폴리에틸렌 테레프탈라이트(PET)를 파라세타몰(아세트아미노펜)로 바꾸는 데 성공했다. 우리가 자주 먹는 타이레놀에 들어 있는 성분이 바로 이 파라세타몰이다. 연금술도 아니고, 어떻게 이런 일이 가능했을까?연구팀은 ‘로센 재배열’이라는 유기화학 반응에 주목했다. 이 반응은 1872년 독일의 화학자 빌헬름 로센이 발견한 것으로, 하이드록삼산(hydroxamic acid)의 원자 배열이 바뀌어 이소시아네이트라는 물질로 변환되는 반응이다. 이소시아네이트가 물과 만나면 최종적으로 ‘아민’이 만들어진다. 150년 가까이 된 이 반응은 유기화학에서 중요한 역할을 해왔다. 아민은 의약품, 플라스틱, 염료 등 다양한 물질을 만드는 데 필수적인 화합물인데, 로센 재배열 반응은 특정 구조의 아민을 합성하는 데 특히 유용하다.하지만 이 반응은 고온과 강한 염기가 있는 혹독한 조건에서 독성이 있는 시약을 사용해야 일어난다. 그래서 특수 장비와 안전시설을 갖춘 실험실에서만 가능했다. 그런데 연구팀은 이 반응을 살아 있는 대장균 내에서 구현하는 데 성공했다.연구팀은 유전자 편집 기술을 이용해 대장균을 작은 화학 공장처럼 개조했다. 로센 재배열 반응과 파라세타몰을 합성할 수 있는 대사 경로를 가진 새로운 대장균을 만

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10