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TSMC, 트럼프 정부의 반도체 정책 발맞춰 미국 투자 확대
- 세계 최대 파운드리(반도체 수탁생산) 기업 TSMC가 도널드 트럼프 미국 대통령의 자국 내 반도체 생산 장려 정책에 적극적으로 호응하여 미국 투자 확대를 추진할 계획이라고 복수의 대만 언론이 소식통을 인용해 10일(현지시간) 보도했다. 10일부터 11일까지 양일간 미국 애리조나주 공장 부지에서 열리는 TSMC 이사회에서는 트럼프 대통령의 반도체 정책에 대한 투자 대응 방안이 핵심 의제로 논의될 예정이다. 특히, 이사회에서는 애리조나주 피닉스의 21팹(fab·반도체 생산공장)에 1.6㎚(나노미터·10억분의 1m) 공정 신규 건설 안건과 관련한 투자 결정이 이루어질 것으로 전망된다. TSMC는 이미 애리조나주 1공장(P1)에서 4나노 제품 양산을 개시했으며, 2공장(P2)은 올해 상량식 등을 마치고 2027년 3분기부터 3나노 제품 양산에 돌입할 계획이다. 나노는 반도체 회로 선폭을 의미하는 단위로, 선폭이 좁을수록 소비전력이 줄고 처리 속도가 향상된다. 현재 세계에서 가장 앞선 양산 기술은 3나노로 알려져 있다. TSMC는 2나노 이상의 최첨단 분야에서 상당한 우위를 점하고 있다는 것이 전문가들의 평가다. 또한, 3공장(P3)은 올해 기공식에 들어가 2027년 연말에 반도체 생산 설비를 구축할 예정이다. 대만 언론에 따르면, 애리조나 TSMC 공장 부지는 향후 6공장(P6)까지 확장이 가능한 445㏊(헥타르·1㏊는 1만㎡)에 달한다. 이사회에서는 이와 더불어 미국 내 첫 번째 첨단 패키징 공장 건설 계획에 대한 검토도 이루어질 것으로 전해졌다. 지난달 취임한 트럼프 대통령은 최첨단 반도체의 미국 내 생산과 반도체 관련 관세 추가 부과 등에 대한 입장을 여러 차례 표명하며 TSMC의 미국 내 생산 확대를 압박하고 있는 것으로 알려졌다. 한편, TSMC는 지난달 21일 대만 남부 타이난 지역에서 발생한 규모 6.4 지진으로 인해 53억 대만달러(약 2천300억원)의 손실이 발생한 것으로 잠정 평가된다고 이날 밝혔다. 당시 대만 남부과학산업단지(난커·南科) 내 TSMC 공장의 웨이퍼(반도체 제조용 실리콘판) 손상이 예상보다 심각하여 폐기 물량이 수만 장에 달할 것으로 파악되었다. 보험 정산을 거친 최종 순손실액은 1분기 실적에 반영될 예정이다. TSMC는 생산량 회복에 만전을 기하고 있으며, 영업이익률 등 연간 전망에는 변동이 없을 것이라고 밝혔다. TSMC는 2023년 4월에도 규모 7.2 지진의 여파로 그해 2분기 총이익률이 약 0.5%포인트 감소한 바 있다. 한편, 지난 1월 매출은 2932억8800만 대만달러(약 12조9600억원)로, 지난해 동기 대비 35.9% 증가한 것으로 나타났다.
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TSMC, 트럼프 정부의 반도체 정책 발맞춰 미국 투자 확대
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인체 장기 내 미세 플라스틱 축적 심화, 뇌 조직에서 고농도 검출
- 미세플라스틱이 인체 내 뇌 조직에서 다른 장기보다 더 많이 발견돼 충격을 주고 있다. 미국 뉴멕시코대학 연구진의 최근 연구에 따르면, 인체 내 미세플라스틱 축적이 심화되고 있으며, 특히 뇌 조직에서 높은 농도의 미세플라스틱이 검출돼 우려가 커지고 있다고 과학전문매체 사이언스얼럿과 abc뉴스 등 다수 외신이 4일(현지시간) 보도했다. 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재된 이번 연구는 지난해 수거된 뇌 조직 샘플이 약 10년 전 수거된 유사 샘플보다 훨씬 더 많은 미세플라스틱을 함유하고 있음을 보여준다. 이는 미세한 합성 입자가 시간이 지남에 따라 인체의 주요 기관에 축적된다는 사실을 시사한다. 뉴멕시코대 보건과학자 알렉산더 니하트(Alexander Nihart)와 연구진은 뇌 샘플에서 신장 및 간 샘플보다 더 높은 농도의 미세플라스틱이 검출됐음을 확인했다. 뉴멕시코대 건강과학센터, 오클라호마주립대, 듀크대, 콜롬비아 라 유니버시다드 델 발레엔칼리의 연구원들은 47구의 시체에서 뇌, 간, 신장 샘플을 분석했다. 연구 결과에 따르면 뇌 조직에서 발견된 미세플라스틱의 평균 양은 1g당 4800마이크로 그램이었다. 이는 표준 플라스틱 숟가락 하나와 맞먹는 양이다. 연구에 따르면 사람의 혈류 내에 이 정도의 미세플라스틱이 존재할 경우 어떤 구체적인 건강 위험이 초래될지는 아직 알수 없다고 한다. 1950년부터 2019년까지 약 90억 톤의 플라스틱이 생산되었으며, 이 물질들은 시간이 지나면서 미세한 조각으로 분해돼 전 세계적으로 확산되고 있다. 플라스틱이 작은 조각으로 떨어져나간 미세플라스틱은 크기가 최대 5mm에 달하며, 나노플라스틱은 그보다 더 작은 크기로 10억분의 1미터 단위로 측정한다. 연구진은 논문에서 "인위적으로 생성된 미세플라스틱과 나노플라스틱의 환경 내 농도는 지난 반세기 동안 기하급수적으로 증가했다"고 밝혔다. 연구에 따르면 플라스틱 용기부터 바닥재, 의료기기에 이르기까지 모든 것에서 발견되는 가장 흔한 플라스틱인 폴리에틸렌이 뇌 샘플에서 발견된 미세 플라스틱의 75%를 차지했다. 미세플라스틱, 뇌 보호막도 침투 인체 조직에 축적된 플라스틱 입자의 장기적인 영향과 잠재적 누적 효과는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만, 우려할 만한 연구 결과들이 속속 제시되고 있다. 미발표 연구에서는 태반 내 미세플라스틱이 조산과 연관된 것으로 나타났으며, 쥐를 대상으로 한 연구에서는 미세플라스틱이 뇌 혈관을 막는 데 영향을 미칠 수 있다는 결과도 보고됐다. 또 다른 연구에서는 흔히 사용되는 플라스틱 첨가제 노출이 수백만 건의 사망과 관련이 있다는 사실이 밝혀졌다. 니하트 연구진은 2016년과 2024년 부검을 통해 확보한 52개의 인체 조직 샘플을 분석한 결과, 모든 샘플에서 플라스틱 입자가 검출됐다고 밝혔다. 간과 신장 샘플의 플라스틱 양은 유사했으나, 뇌 샘플에서는 최대 30배 높은 농도의 플라스틱이 발견됐다. 이는 간과 신장이 체내 노폐물을 걸러내고 분해하는 역할을 수행하면서 순환하는 입자와의 접촉이 많아질 수 있다는 점을 고려할 때 뜻밖의 결과다. 특히, 뇌에는 유해 물질을 차단하는 혈액뇌관문이 존재함에도 불구하고 미세플라스틱이 축적된 사실이 확인돼 충격을 주고 있다. 치매 환자 뇌에서 플라스틱 농도 더 높아 연구진은 1997년부터 2013년까지 확보한 초기 뇌 샘플 데이터와 비교한 결과, 시간이 지남에 따라 플라스틱 농도가 증가하는 명확한 추세를 발견했다. 이는 환경 내 미세플라스틱과 나노플라스틱 농도의 급격한 증가가 인체 내에서도 반영되고 있음을 시사한다. 분석된 조직의 플라스틱 농도는 연령, 인종, 사망 원인과 무관했지만, 치매 진단을 받은 사람들의 샘플에서는 그렇지 않은 사람들보다 높은 농도의 플라스틱이 검출됐다. 연구진은 "뇌 조직 위축, 혈액뇌관문 손상, 노폐물 제거 기능 저하는 치매의 주요 특징이며, 이는 미세플라스틱과 나노플라스틱 농도를 증가시킬 수 있다"고 설명했다. 다만, 플라스틱 물질 축적이 건강 악화에 직접적으로 영향을 미치는지는 아직 확실하지 않다고 덧붙였다. 니하트 연구진은 미세플라스틱의 건강 영향을 규명하기 위한 추가 연구가 필요하다는 점을 강조하며, 이에 대한 연구자들의 관심이 더욱 필요하다고 촉구했다. 한편, 플라스틱 생산량은 지속적으로 증가하고 있으며, 인간은 일상적으로 플라스틱 조각을 흡수하고 있다. 영국 엑서터대 글로벌 개발 연구원 아담 하니에(Adam Hanieh)는 "플라스틱은 석유와 가스로부터 추출된 석유화학 제품"이라며, 2040년에는 플라스틱이 석유 수요 증가의 95%를 차지할 것으로 예상된다고 경고했다.
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- ESGC
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인체 장기 내 미세 플라스틱 축적 심화, 뇌 조직에서 고농도 검출
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[신소재 신기술(150)] 세포 독성 없는 항균·항염 나노 꽃, '꿈의 상처 치료제'로
- 카네이션을 닮은 나노 구조체가 상처 치유를 돕는 밴드 형태로 개발되어 주목받고 있다. 미국화학회(ACS)의 응용 생체 재료 저널(ACS Applied Bio Materials)에 발표된 연구 결과에 따르면, 이탈리아 제노아 대학 연구팀이 개발한 나노 꽃(nanoflower) 코팅 드레싱은 실험실 시험에서 항생, 항염증 효과와 생체 적합성 특성을 나타냈다. 해당 연구에 대해서는 전문 사이트 Phys, 팝 사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 연구팀은 넓은 표면적을 가진 카네이션을 닮은 나노 꽃에 주목했다. 넓은 표면적은 수많은 상처 치유 약물 분자를 담을 수 있는 공간을 제공하기 때문이다. 연구팀은 구리 인산염과 탄닌산, 두 가지 폴리페놀 기반 재료를 활용하여 새로운 나노 구조를 설계했다. 이 시약들은 뛰어난 항염 및 항생 효과로 잘 알려져 있다. 혼합된 시약을 식염수에 넣으면 구리 인산염-탄닌산 화합물이 자체 조립되면서 꽃 모양의 구조로 자란다. 연구진은 이렇게 만들어진 나노 꽃을 전기 방사 나노 섬유 직물 조각에 조심스럽게 부착했다. 연구팀은 "페놀 구조가 풍부한 천연 화합물인 폴리페놀은 항산화, 항염, 항균 및 항암 특성으로 널리 주목받고 있으며, 생물 의학 분야에서 매우 유용하게 쓰인다"고 설명했다. 이어 "경제적이고 환경 친화적인 전략을 사용한 폴리페놀 기반 재료의 합성은 더욱 중요해지고 있다"고 강조했다. 탄닌산과 인산구리(II)로 만들어진 이 나노 꽃 밴드는 감염 및 염증 치료에 유망한 후보 물질로 평가받는다. 나노 꽃은 스스로 조립되는 미세 구조체로, 넓은 표면적을 가지고 있어 약물 분자를 부착할 공간이 충분하므로 약물 전달에 특히 적합하다. 이번 연구에서 파테메 아흐마드푸르, 피에르 프란체스코 페라리 연구진은 인산구리(II)와 탄닌산의 항생 및 항염증 특성에 주목하여 이 두 물질을 나노 꽃 재료로 선택했다. 생리 식염수 용액에서 나노 꽃을 성장시킨 후, 생체 모방 구조체를 전기 방사된 나노 섬유 직물 스트립에 부착했다. 실험 결과, 나노 꽃 코팅 밴드는 배양된 다양한 세균(대장균, 녹농균, 황색포도상구균 포함)과 항생제 내성 생물막을 비활성화하고, 활성 산소종을 제거했으며, 실험실에서 배양한 인체 세포에 손상을 주지 않는 것으로 나타났다. 아흐마드푸르와 페라리는 "나노 꽃 코팅 밴드는 감염 퇴치와 상처 치유 촉진을 위한 자연적이고 비용 효율적이며 고효율적인 해결책을 제시함으로써 획기적인 발전을 이루었으며, 치료 기준을 재정의할 가능성이 있다"고 평가했다. 연구팀은 대장균(E. coli), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)을 포함한 유해 세균 배양액에 나노 꽃 붕대 샘플을 넣었다. 2025년 1월 31일 발표된 내용에 따르면, 나노 꽃으로 덮인 원단은 세균을 '불활성화'했을 뿐만 아니라 항생제 내성 바이오필름까지 억제했으며, 실험실에서 배양한 인간 세포를 보호하는 효과를 보였다. 연구팀은 "새로운 나노 꽃 기반 접근법은 비용 효율적일 뿐만 아니라 매우 효율적이어서 상처 치유를 가속화하고 감염과 싸우는 더 나은 수단을 제공한다"고 밝혔다. 나노 꽃의 잠재적 이점은 의학에만 국한되지 않는다. 2024년 10월 '어드밴스트 머티리얼(Advanced Materials)'에 발표된 또 다른 연구에서는 나노 꽃이 실시간 이미징, 폐수 정화, 심지어 마이크로 로봇 공학에도 사용될 수 있다고 제시했다. 이번 연구 결과는 상처 치료 분야에 새로운 패러다임을 제시할 가능성이 엿보인다. 기존 항생제 내성 문제와 상처 치유 지연 문제를 동시에 해결할 수 있는 혁신적인 접근 방식이기 때문이다. 특히 자연 소재인 폴리페놀을 활용하여 생체 적합성을 높인 점은 향후 임상 적용에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.
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[신소재 신기술(150)] 세포 독성 없는 항균·항염 나노 꽃, '꿈의 상처 치료제'로
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[퓨처 Eyes(68)] 양자 컴퓨터, '슈뢰딩거의 고양이' 품다
- "어제의 꿈은 오늘의 희망이고, 내일의 현실이다." 20세기 초, 양자역학의 태동과 함께 등장한 '슈뢰딩거의 고양이'는 과학자들에게 끊임없는 탐구의 대상이었다. 죽어있는 동시에 살아있는 고양이라니! 이 기묘한 역설 속에 숨겨진 양자 세계의 비밀은 오랫동안 미지의 영역으로 남아있었다. 그러나 이제, 그 베일이 벗겨지려 한다. 호주 뉴사우스웨일스 대학교(UNSW) 연구팀이 안티몬 원자를 이용하여 양자 컴퓨터의 고질적인 문제였던 오류 발생 가능성을 획기적으로 줄이는 기술을 개발했기 때문이다. '슈뢰딩거의 고양이'를 현실 세계로 불러낸 이 연구는 양자 컴퓨터 개발에 있어 중대한 돌파구를 마련했으며, 인류에게 새로운 미래를 선사할 혁신의 씨앗이 될 것으로 기대된다. 지난 14일(현지시간) 네이처 피직스 저널에 게재된 이 연구는 1세기 넘게 과학계를 괴롭혀 온 양자역학의 난제인 '슈뢰딩거의 고양이'의 비밀을 밝히는 동시에, 양자 컴퓨팅의 가장 큰 걸림돌 중 하나였던 오류 수정 문제에 대한 새로운 해결책을 제시했다는 점에서 학계의 비상한 관심을 모으고 있다. 슈뢰딩거의 고양이, 현실이 되다 '슈뢰딩거의 고양이'는 양자역학의 불가사의한 특징을 설명하는 대표적인 사고 실험이다. 상자 속 고양이의 생사가 방사성 원자의 붕괴 여부에 따라 결정되는 이 실험에서, 양자역학적으로 고양이는 관찰되기 전까지 살아있는 상태와 죽은 상태가 중첩된 상태로 존재한다. 양자역학의 원리를 설명하기 위해 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 1935년에 고안한 사고 실험인 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학의 해석이 가진 불완전함을 드러내기 위해 설계됐다. 이 실험의 원리는 다음과 같다. 상상 속의 밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리가 들어 있다. 상자 안에는 방사성 물질과 연결된 독가스 장치가 함께 들어 있다. 방사성 물질은 1시간 내에 50% 확률로 붕괴할 수 있으며, 붕괴가 발생하면 독가스가 방출되어 고양이는 죽는다. 반대로 붕괴가 일어나지 않으면 고양이는 살아남는다. 이 실험의 핵심은 상자를 열기 전까지는 고양이가 살아 있는지, 죽어 있는지 알 수 없다는 점이다. 양자역학에 따르면, 상자를 열어보기 전까지 고양이는 살아 있는 상태와 죽어 있는 상태가 동시에 중첩되어 존재한다. 즉, 고양이는 동시에 살아 있으면서 죽어 있는 것이다. 슈뢰딩거는 이 사고 실험을 통해 양자역학의 '중첩' 개념에 의문을 제기했다. 거시세계에서 우리가 관찰할 수 있는 현실에서는 고양이가 죽었거나 살아 있거나 둘 중 하나의 상태만 존재한다. 중첩된 두 상태가 동시에 존재한다는 양자역학적 해석은 직관적으로 받아들이기 어렵기 때문이다. 연구팀은 안티몬 원자의 핵 스핀을 이용하여 이러한 '슈뢰딩거 고양이' 상태를 실제로 구현했다. 안드레아 모렐로 UNSW 교수는 "누구도 동시에 죽고 사는 상태의 실제 고양이를 본 적은 없지만, 슈뢰딩거의 고양이라는 비유는 큰 차이가 있는 양자 상태의 중첩을 설명하는 데 사용된다"고 설명했다. 안티몬(Sb, 원자번호 51)은 주기율표 15족에 속하는 준금속 원료로, 금속성과 비금속성을 모두 가진 독특한 특성이 있다. 기존 양자 컴퓨터는 '큐비트'라는 양자 정보 단위를 사용한다. 큐비트는 0 또는 1의 두 가지 상태를 갖는데, 외부 환경의 영향으로 쉽게 오류가 발생하는 문제점이 있었다. 하지만 안티몬 원자는 8개의 서로 다른 스핀 방향을 가질 수 있어 큐비트보다 훨씬 더 안정적인 양자 정보 저장 및 처리가 가능하다. 논문의 주 저자인 시 유(Xi Yu)는 "안티몬 원자는 '7개의 목숨'을 가진 슈뢰딩거 고양이와 같다"며 "0에서 1로 상태를 바꾸려면 7번의 연속적인 오류가 발생해야 하므로 양자 정보를 안전하게 보호할 수 있다"고 강조했다. 실리콘, 양자 컴퓨팅의 날개를 달다 연구팀은 안티몬 원자를 실리콘 양자 칩에 내장하여 양자 상태를 정밀하게 제어하는 데 성공했다. 다니엘 홈스 UNSW 박사는 "실리콘 기반 기술은 기존 컴퓨터 칩 제작 방식과 유사하게 확장될 수 있어 양자 컴퓨팅의 실용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 기대했다. 실리콘 기반 기술의 활용은 양자 컴퓨팅의 확장성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 기존 반도체 산업의 인프라를 활용할 수 있다는 점에서 양자 컴퓨터의 대량 생산 및 상용화 가능성을 높일 수 있기 때문이다. 좀 더 자세히 설명하면, 현재 양자 컴퓨터 개발에는 극저온 환경 유지, 복잡한 제어 시스템 구축 등 까다로운 조건들이 필요하다. 하지만 기존 반도체 제조 공정을 활용하면 양자 컴퓨터를 보다 쉽게 제작할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 위에 큐비트를 생성하고 제어하는 기술을 통해 대량 생산이 가능해지고, 이는 곧 양자 컴퓨터의 생산 비용 절감과 상용화 시기를 앞당길 수 있다는 것을 의미한다. 뿐만 아니라 실리콘은 이미 우리 주변의 전자 기기에 널리 사용되는 소재이기 때문에 안정성과 내구성이 검증되었다. 이러한 실리콘의 특징은 양자 컴퓨터의 안정적인 작동과 수명 연장에도 기여할 수 있다. 결과적으로 실리콘 기반 기술은 양자 컴퓨터를 연구실 밖으로 꺼내 우리 생활 속으로 가져올 수 있는 중요한 열쇠가 될 것으로 기대된다. 모렐로 교수는 "이번 연구는 양자 오류 감지 및 수정이라는 양자 컴퓨팅의 '성배'를 향한 중요한 발걸음"이라며 "앞으로 오류 수정 기술을 더욱 발전시켜 실용적인 양자 컴퓨터 개발에 박차를 가할 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 UNSW 시드니, 멜버른 대학교, 샌디아 국립 연구소, NASA 에임스 연구센터, 캘거리 대학교 등 다양한 기관의 국제 협력을 통해 이루어졌다. 모렐로 교수는 이를 "상호 보완적인 전문성을 갖춘 세계적 팀 간의 개방적 국경 협업의 훌륭한 사례"라고 평가했다. 양자 컴퓨터, 새로운 세상을 열다 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 '큐비트'라는 양자 정보 단위를 사용한다. 큐비트는 0과 1의 값을 동시에 가질 수 있는 '중첩' 상태를 통해 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 연산을 수행할 수 있다. 다만 큐비트는 외부 환경에 민감하게 반응하여 오류가 발생하기 쉽다는 단점이 있다. 이번 연구에서 UNSW 연구팀은 안티몬 원자의 핵 스핀을 이용하여 큐비트를 구성했다. 안티몬 원자는 핵 스핀이 8개의 다른 방향을 가질 수 있어 0과 1뿐만 아니라 그 사이의 6개 값을 추가로 저장할 수 있다. UNSW의 양자 정보 연구원 벤자민 빌헬름은 "기존 큐비트는 스핀 업(1)과 스핀 다운(0) 두 가지 상태만 가지므로 스핀 방향이 바뀌면 0이 1로, 혹은 1이 0으로 바뀌는 오류가 발생한다"며 "그러나 안티몬 원자는 8개의 상태를 가지므로 하나의 오류가 발생하더라도 정보가 즉시 손상되지 않는다"고 덧붙였다. 안티몬 원자, 큐비트의 수호자 연구팀은 이러한 안티몬 원자의 특성을 "마치 고양이가 목숨이 아홉 개인 것처럼, 한 번의 작은 긁힘으로는 죽일 수 없다"는 속담에 비유하며 "우리의 비유적인 '고양이'는 목숨이 일곱 개나 된다. 0을 1로 바꾸려면 7개의 연속적인 오류가 발생해야 한다"고 설명했다. 안드레아 모렐로 교수는 "단일 또는 몇 개의 오류가 발생하더라도 정보가 즉시 스크램블되지 않는다"며 "오류가 발생하면 즉시 감지하고 추가 오류가 누적되기 전에 수정할 수 있다. 슈뢰딩거의 고양이 비유를 계속하자면 마치 우리 고양이가 얼굴에 큰 긁힘을 입고 집에 오는 것을 본 것과 같다. 고양이는 죽지는 않았지만 싸움에 휘말렸다는 것을 알 수 있다. 우리는 다시 싸움이 일어나 고양이가 더 다치기 전에 누가 싸움을 일으켰는지 찾아낼 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 양자 컴퓨터의 오류 감지 및 수정 기술 개발에 중요한 발판을 마련했다는 평가를 받는다. 앞으로 더욱 안정적인 양자 컴퓨터 개발을 통해 의학, 재료 과학, 인공 지능 등 다양한 분야에서 혁신적인 발전이 이루어질 것으로 기대된다. 특히 신약 개발, 암 치료, 인공지능 개발 등 복잡한 문제 해결에 획기적인 전환점을 가져올 수 있을 것으로 전망된다. 양자 컴퓨터, 인류의 미래를 밝히다 이번 연구는 마치 판도라의 상자를 여는 열쇠처럼, 양자 컴퓨팅 시대의 문을 활짝 열었다. 안티몬 원자를 이용한 오류 수정 기술은 양자 컴퓨터 개발의 핵심 과제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 더욱 안정적이고 효율적인 양자 컴퓨터의 등장은 과학 기술 분야는 물론, 인류의 삶 전반에 걸쳐 혁명적인 변화를 가져올 것이다. 어쩌면 머지않아 우리는 양자 컴퓨터가 만들어낼 놀라운 미래를 직접 경험하게 될지도 모른다.
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[퓨처 Eyes(68)] 양자 컴퓨터, '슈뢰딩거의 고양이' 품다
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EU, PFAS(영원한 화학물질) 규제 본격화…소비자 제품 사용 금지 추진
- 유럽연합(EU)이 환경과 건강에 악영향을 미칠 수 있는 PFAS(퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질)의 소비자 제품 사용 금지를 본격 추진한다. EU 환경 담당 집행위원 제시카 로스월은 20일(현지시간) 로이터와의 인터뷰에서 "소비자 제품에서 PFAS 사용을 금지하는 방안을 검토 중"이라며 "이는 인간과 환경에 중요한 문제일 뿐 아니라 산업계가 PFAS를 단계적으로 줄여나가는 데도 도움을 줄 것"이라고 밝혔다. PFAS(Per-and Polyfluoroalkyl Substances)는 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 화합물을 통칭하는 화학 물질군이다. 이들은 약 4700종 이상의 화합물로 구성되어 있으며, 높은 내구성과 비분해성으로 인해 '영원한 화학물질(Forever Chemicals)'로 불린다. PFAS는 열, 물, 오염물질에 강한 내성을 지니고 있어 쉽게 분해되지 않는다. 또한 물과 기름을 모두 방어하는 특성이 있어 다양한 산업과 소비자 제품에 사용된다. 높은 온도에도 견딜 수 있고 부식에 강한 특성 덕분에 PFAS는 화장품, 코팅 프라이팬, 항공기, 풍력 터빈 등 수천 가지 제품에 사용된다. 그러나 환경에서 분해되지 않아 생태계와 음용수, 인체에 축적될 가능성이 커 심각한 우려를 낳고 있다. 규제 세부안 마련⋯"산업계 필수 사용 사례는 예외 검토 중" 미국 환경보호국(EPA)에 따르면 PFAS에 장기간 노출되면 전립선암, 신장암, 고환암 위험이 증가하고, 어린이의 발달 지연, 여성의 생식력 감소, 신체 호르몬 균형이 깨질 수 있다. 특히 PFAS는 장내 미생물의 섬세한 균형을 파괴해 염증을 유발하고, 이는 대장암과 같은 질병 발생 위험을 높이는 것으로 밝혀졌다. 덴마크, 독일, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴은 2년 전부터 PFAS의 광범위한 금지를 지지해 왔지만, EU의 공식 제안은 이르면 내년에나 나올 전망이다. 의료용 흡입기와 전기차용 반도체 같은 필수 산업 분야에서 PFAS 사용이 예외적으로 허용될 가능성을 검토 중이기 때문이다. EU 화학물질청(ECHA)은 금지 대상의 범위를 구체화하기 위해 기업 및 업계 단체로부터 수천 건의 의견을 수렴하고 있다. 자동차, 청정 에너지, 플라스틱 산업 등 다양한 분야의 단체들은 일부 PFAS, 특히 방수 의류나 태양광 패널에 쓰이는 플루오로폴리머에 대한 예외 적용을 요청하고 있다. PFAS 관련 소송 증가⋯기업 리스크 확대 PFAS는 신장 기능에도 심각한 영향을 미치는 것으로 드러났다. 미국 남부캘리포니아 대학교(USC) 연구팀의 4년간 추적 관찰 결과, PFAS 노출은 신장 기능을 최대 50%까지 감소시키는 것으로 나타났다. 신장 기능 감소는 노폐물 여과 기능 저하로 이어져 체내 독성 물질 축적, 주요 장기 기능 손상 등을 유발할 수 있다. 또한 미국 노스이스턴 대학교 연구팀은 PFAS가 면역 체계를 약화시켜 감염에 대한 저항성을 떨어뜨린다는 사실을 밝혀냈다. 이는 면역력 저하로 인한 각종 감염성 질환, 만성 염증성 질환 발병 위험 증가로 이어질 수 있다. PFAS가 간 손상, 저체중 출산, 고환암 등 건강 문제와 관련 있다는 연구 결과가 나오면서 기업들의 소송 위험도 커지고 있다. 미국에서는 화학물질로 인한 수질 오염 소송으로 3M과 케모어스(Chemours) 등 기업들이 110억 달러(약 14조 원) 이상의 합의금을 지불했다. 유럽에서도 환경오염과 건강 피해를 축소하거나 은폐한 기업들을 대상으로 한 소송이 확산될 가능성이 크다는 분석이 나온다. 환경법 전문 로펌 클라이언트어스(ClientEarth)의 헬렌 뒤구이 변호사는 "PFAS와 관련된 기업들의 행동을 주시하고 있으며, 필요할 경우 법적 조치를 취할 것"이라고 밝혔다. EU의 PFAS 규제가 본격화되면 관련 산업계와 소비자 제품에 적잖은 변화를 가져올 것으로 보인다. PFAS 사용 금지와 규제 강화가 어떻게 진행될지 귀추가 주목된다.
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- ESGC
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EU, PFAS(영원한 화학물질) 규제 본격화…소비자 제품 사용 금지 추진
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[글로벌 핫이슈] '식수 불소화' 논란, 트럼프 시대에 다시 불붙나⋯한국은?
- 미국 대선 이후 잠잠했던 '식수 불소화' 논란이 다시 뜨겁게 달아오르고 있다. 트럼프 당선자가 공공 용수에 불소 첨가를 중단하는 정책을 검토 중이라는 소식이 전해지면서다. 만약 현실화된다면, 70년 넘게 이어져 온 불소화 정책이 전면 폐지되는 초유의 사태를 맞이하게 된다고 로이터통신이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 과연 '충치 예방'과 '건강 위해성' 사이에서 끊임없이 줄다리기를 해 온 불소화 논란은 어떤 결말을 맞이하게 될까? 그리고 한국은 이러한 흐름에 어떻게 대응해야 할까? 트럼프 당선자가 보건복지부 장관으로 지명한 로버트 F. 케네디 주니어는 "트럼프가 공공 용수에 불소 첨가를 중단할 것을 요구할 것"이라고 밝혔다. 물론 트럼프는 아직 공식 입장을 밝히지 않았지만, "그러한 권고를 할 가능성이 있다"고 말해 논란이 예상된다. 불소, 충치 예방 효과 vs 건강 위해성 논란 불소는 물, 토양, 공기에 자연적으로 존재하는 미네랄로, 치아 법랑질을 강화하여 충치를 예방하는 효과가 있다. 하지만 불소 섭취량이 과도할 경우 골절, 갑상선 질환, 신경계 손상 등의 건강 문제를 일으킬 수 있다는 우려도 제기되어 왔다. 최근 발표된 연구 결과들은 이러한 논란에 더욱 불을 지폈다. 지난 1월 미국 국립보건원(NIH) 연구팀은 불소 노출이 높은 어린이의 IQ가 더 낮다는 연구 결과를 발표했다. 또한, 코크레인 체계적 문헌 고찰 데이터베이스의 2024년 10월 검토에서는 치약 사용이 보편화된 현대 사회에서 식수 불소화의 충치 예방 효과가 제한적일 수 있다는 의문을 제기했다. 식수 불소화, 70년 넘는 역사⋯폐지될 경우 파장 커 식수 불소화는 1945년 미국 미시간주 그랜드래피즈에서 처음 시작되었다. 이후 미국 정부와 치과 협회는 불소화의 충치 예방 효과를 인정했고, 현재 미국 인구의 약 63%가 불소화된 식수를 사용하고 있다. 하지만 불소화에 대한 안전성 논란은 끊이지 않았다. 케네디 주니어는 "결정적인 증거가 없음에도 불구하고 미국의 불소화 수치가 암을 포함한 수많은 건강 문제와 관련이 있다고 주장"해 왔다. 반면, 미국 질병통제예방센터는 식수 불소화를 "20세기 미국 10대 공중 보건 업적 중 하나"로 꼽으며 충치 예방 효과를 강조하고 있다. 한국도 '식수 불소화' 논란에서 자유롭지 못해 흥미로운 점은 이러한 논란이 비단 미국에만 국한된 것이 아니라는 점이다. 한국에서도 식수 불소화는 뜨거운 감자다. 충치 예방 효과에도 불구하고 안전성, 환경 영향, 강제성, 기존 불소 노출 등 다양한 이유로 반대 여론이 만만치 않다. 한국의 수돗물 불소화 사업은 수돗물의 불소 이온 농도를 0.8ppm으로 조절하는 것으로, 세계보건기구(WHO)가 권장하는 공중구강보건사업이다. 하지만 과량의 불소 섭취는 반점치아를 유발할 수 있으며, 불소가 수중 생태계를 교란시킬 수 있다는 우려도 제기된다. 또한, 공공 급수 체계를 통한 불소 섭취는 '강제적 의료 행위'라는 비판도 있다. 보건복지부는 정기적인 모니터링을 통해 수돗물 불소화 사업의 안전성을 강조하고 있지만, 전국적인 확대에 대해서는 여전히 논란이 지속되고 있다. 전문가 의견 엇갈려⋯과학적 근거 기반 논의 필요 전문가들의 의견도 엇갈린다. 존스홉킨스 블룸버그 공중보건대학원의 켈로그 슈왑은 "용수에 불소를 첨가하는 것은 미국인의 치아 건강에 도움이 되었으며 연구에 따르면 부작용 위험이 매우 낮다"고 주장한다. 하지만 플로리다 주 조지프 라다포 보건국장은 '불소화가 어린이의 뇌에 위험을 초래한다'는 연구 결과를 인용하며 불소 첨가에 반대하고 있다. 트럼프 정부가 식수 불소화 폐지 쪽으로 가닥을 잡을 경우, 미국 사회는 물론 전 세계적으로, 그리고 한국 사회에도 큰 파장이 예상된다. 70년 넘게 이어져 온 공중 보건 정책을 뒤집는 결정이기 때문이다. 따라서 충분한 과학적 근거와 사회적 합의를 바탕으로 신중하게 접근해야 한다. 식수 불소화 논란은 단순히 과학적 문제를 넘어 사회적, 정치적 문제로 확대될 수 있다. 특히 건강 권리, 개인의 선택권, 정부의 역할 등 다양한 가치가 충돌하는 문제이기 때문에 더욱 신중한 접근이 필요하다. 앞으로 불소화 논쟁은 더욱 가열될 것으로 예상되며, 이 과정에서 정확한 정보에 기반한 합리적인 논의가 이루어져야 할 것이다.
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[글로벌 핫이슈] '식수 불소화' 논란, 트럼프 시대에 다시 불붙나⋯한국은?
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[퓨처 Eyes(66)] '투시의 마법' X선, 120년 만에 혁명⋯'안전'과 '정확성' 두 마리 토끼 잡다
- 고감도 접이식 X선 검출기가 개발돼 인체의 방사선 노출 우려가 대폭 줄어들 것으로 보인다. 우리 몸속을 꿰뚫어보는 '마법의 빛' X선. 뼈가 부러졌는지, 인대가 늘어났는지, 폐렴에 걸렸는지, 심지어 공항에서 가방 속에 뭐가 들었는지까지… X선은 우리 생활 곳곳에서 '투시'의 마법을 부리고 있다. 하지만 이 편리한 기술에는 치명적인 약점이 숨어 있다. 바로 '방사선 피폭'의 위험이다. 하지만 이제, 과학계가 X선 촬영의 안전성을 획기적으로 높일 새로운 기술을 개발했다. 더 적은 방사선으로 더 선명한 이미지를 얻을 수 있는 미래가 눈앞에 다가온 것이다. X선 기술의 놀라운 진화는 우리 삶을 어떻게 바꿀까? 사우디아라비아의 킹 압둘라 과학기술대학교(KAUST) 오마르 모하메드 교수 연구팀이 개발한 새로운 X선 검출기는 기존 검출기보다 감도가 훨씬 뛰어나다. 특수 페로브스카이트 결정을 '캐스케이드'라는 독특한 전기적 구성으로 연결해 암전류를 절반으로 줄이고 X선 검출 한계를 5배 향상시켰다. 모하메드 교수는 "이러한 발전은 검출 한계를 낮추고 더 안전하고 에너지 효율적인 의료 영상 및 산업 모니터링의 길을 열어준다"고 강조했다. 또한 "캐스케이드 엔지니어링 장치가 X선 검출에서 단결정의 기능을 향상시킨다는 것을 보여준다"고 덧붙였다. 이 새로운 검출기는 더 적은 X선량으로도 고품질의 이미지를 생성할 수 있다. 연구팀은 "라즈베리를 뚫는 금속 바늘과 USB 케이블의 내부 구성 요소와 같은 미세한 세부 사항을 보여주는" 고품질 방사선 사진을 얻는 데 성공했다. X선 노출량↓, 화질↑⋯진단 정확성·안전성 'UP' X선 촬영은 의료 진단에 필수적인 도구이지만, 전리 방사선 노출에 대한 우려는 늘 존재했다. 특히 어린이나 임산부, 또는 만성 질환으로 인해 X선 촬영이 잦은 환자들의 경우 누적된 방사선량이 건강에 악영향을 미칠 수 있다는 점은 심각한 문제였다. 하지만 이번 연구 결과는 이러한 우려를 불식시키는 데 큰 도움이 될 것으로 보인다. 모하메드 교수는 "단일 스캔 중 환자가 노출되는 방사선량은 위험하지 않으며, 악영향을 느끼려면 수천 번의 스캔을 받아야 한다"고 설명했다. 하지만 "고에너지 X선에 반복적으로 노출되면 전자 장비가 손상되거나 X선 기사와 같은 사람에게 위험을 초래할 수 있다"고 경고하며 "스캔 중에 사용되는 X선이 적을수록 좋다"고 강조했다. 새로운 X선 검출기 기술은 의료 현장에서 더욱 안전한 X선 촬영을 가능하게 할 뿐만 아니라 환자들에게 심리적인 안정감까지 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 의료 진단 분야의 큰 진전이며, 더 나아가 X선 기술이 인류의 건강 증진에 더욱 기여할 수 있도록 하는 발판이 될 것이다. 접이식 X선 검출기, 의료·산업 현장 누빈다 이번 연구에서 개발된 X선 검출기는 '접이식'이라는 또 다른 장점을 가지고 있다. 이는 X선 장비의 휴대성과 활용도를 획기적으로 높일 수 있는 혁신적인 특징이다. 기존의 X선 장비는 크고 무거워 이동과 설치가 어려웠다. 하지만 접이식 X선 검출기를 사용하면 X선 장비를 소형화하고 유연하게 만들 수 있다. 이는 응급 상황, 재난 현장, 또는 의료 시설이 부족한 오지에서 X선 촬영을 가능하게 하여 의료 접근성을 향상시키는 데 크게 기여할 것이다. 이번에 개발된 X선 검출기는 기존 검출기보다 5배 향상된 X선 검출 한계를 보여준다. 즉, 훨씬 적은 X선량으로도 동일한 품질의 이미지를 얻을 수 있다는 의미다. 이는 환자의 방사선 피폭량을 줄이는 동시에 더욱 선명하고 정확한 진단 이미지를 얻을 수 있게 해준다. 모하메드 교수는 "새로운 검출기로 촬영한 X선 사진은 라즈베리를 관통하는 금속 바늘이나 USB 케이블의 내부 구성 요소와 같은 미세한 부분까지 선명하게 보여주었다"고 밝혔다. X선 기술의 미래, 그리고 숙제 X선 기술은 120여 년 동안 끊임없이 발전해 왔다. 초기의 단순한 X선 촬영에서부터 CT, MRI 등 다양한 영상 진단 기술이 개발되었으며, 최근에는 인공지능 기술과의 결합을 통해 더욱 정확하고 빠른 진단이 가능해졌다. 하지만 X선 기술은 여전히 '방사선 피폭'이라는 딜레마를 안고 있다. 이번 연구는 X선의 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 가능성을 제시했지만, 상용화까지는 넘어야 할 산이 많다. 첫째, 새로운 검출기의 생산 비용을 낮춰야 한다. 혁신적인 기술이라 하더라도, 높은 비용은 상용화의 걸림돌이 될 수 있다. 둘째, 다양한 의료 장비 및 산업 현장에 적용 가능하도록 기술을 고도화해야 한다. 이를 위해서는 크기, 모양, 성능 등 다양한 측면에서 개선이 필요하다. 셋째, 장기간 사용에 대한 안전성을 철저하게 검증해야 한다. 새로운 기술의 안전성은 무엇보다 중요하다. 이러한 과제들을 해결한다면, 이번 연구는 X선 기술의 새로운 전환점을 마련할 수 있을 것이다. 더 안전하고 정확하며, 휴대하기 간편한 X선 장비는 의료 및 산업 현장에 혁신을 가져올 것이다. 특히 의료 접근성이 낮은 저개발 국가나 재난 현장에서 X선 기술의 혜택을 더 많은 사람들에게 제공할 수 있을 것으로 기대된다. X선 기술은 인공지능, 빅데이터 등 다른 첨단 기술과의 융합을 통해 더욱 발전할 것으로 기대된다. 예를 들어, AI 기반 X선 영상 분석 기술은 의료 진단의 정확성과 효율성을 더욱 높일 수 있다. 또한, X선 영상 데이터를 빅데이터 기술과 결합하면 질병 예측 및 예방에도 활용할 수 있을 것이다. X선 기술의 미래는 밝다. 끊임없는 혁신과 발전을 통해 X선 기술은 인류의 삶을 더욱 풍요롭고 건강하게 만드는 데 기여할 것이다. 그리고 그 선두에는 더 안전하고 선명한 미래를 향한 과학자들의 끊임없는 도전이 있을 것이다.
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[퓨처 Eyes(66)] '투시의 마법' X선, 120년 만에 혁명⋯'안전'과 '정확성' 두 마리 토끼 잡다
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[기후의 역습(110)] 케냐 커피 농가의 이중고, 낮은 임금과 기후 변화
- 기후변화로 케냐 커피 농부들이 생계를 위협받고 있다. 케냐 중부 코모타이의 울창한 화산 고원의 농부 사이먼 마차리아는 작은 농장에서 커피를 재배한다. 마차리아는 2.5헥타르의 농장을 운영하고 있다. 이곳에서는 커피를 '블랙 골드(검은 금)'라고 부른다. 케냐의 커피 농가가 낮은 임금과 기후 변화로 이중고를 겪고 있다고 BBC가 현지 탐방을 통해 전했다. 마차리아는 다른 커피 농부들과 함께 밝은 빨간색 커피 체리 자루를 지역 가공 공장으로 가져와 무게를 재고 가공 처리한다. 기계가 붉은 껍질을 제거하고, 안에 있는 연한 원두를 씻어 콘크리트 통로를 따라 통과시킨 다음, 계곡을 가로지르는 건조대에 보낸다. 여기서 원두를 등급별로 분류하는데, 가장 높은 등급은 유럽의 커피숍에 판매된다. 마차리아는 고품질, 풍부한 바디, 깊은 향과 과일 맛으로 전 세계적으로 높이 평가되고 있는 케냐 AA 커피 원두를 재배한다. 원두는 1890년대 후반 영국 식민지 개척자들이 도입한 이래 이 울창한 고원의 일부가 되었다. 현재 이 지역은 독특한 최고 등급의 커피로 유명하다. 커피콩을 재배하는 것은 수확, 가지치기, 잡초 제거, 살포, 비료 주기, 제품 운반을 수반하는 노동 집약적 사업이다. 커피는 특히 꽃이 피기 시작할 때 풀타임 집중해야 한다. 그 순간부터 수확할 날까지 6개월 동안은 농장에서 전업으로 일해야 한다. 커피나무는 열매를 맺는 데 4년이 걸리기 때문에 현금이 부족한 농부들에게는 큰 투자다. 유럽 카페에서 커피 한 잔의 가격은 일반적으로 4달러인데, 이는 케냐 커피 노동자의 하루 수입이 최대 2.3달러에 불과한 것과 비교하면 엄청난 차이가 난다. 즉 케냐 커피 농부는 가난하다. 이들은 살아남기 위해 밤낮으로 고생해야 한다. 일례로 네 명의 자녀를 부양해야 하는 농부 에디타 므왕기는 주 6일 일하고 하루에 약 1.4달러를 번다고 BBC에 말했다. 그녀는 일하는 농장에 가기 위해 5km를 걸어야 한다. 케냐 커피 농부들은 케냐와 세계 최대 커피 시장인 유럽 간의 무역 시스템이 수년간 자신들에게 불리하게 작용했다고 주장한다. 기후 변화, 커피 재배 농가 생계 위협 그러나 이제 케냐의 커피 농부들의 생계를 위협하는 새로운 위험이 다가왔다. 바로 기후 변화다. 커피나무는 온도와 기상 조건의 작은 차이에도 매우 민감하다. 또 재배를 위해서는 적절한 기온과 습하고 충분한 강우량 등 특정한 기후 조건이 필요하다. 8000명의 커피 농부를 대표하는 코모타이 커피협회의 존 무리기 회장은 "기후 변화야말로 우리 커피 농부들에게 큰 도전이다"라고 말했다. 불규칙한 기온과 강우량이 섬세한 커피나무에 파괴적인 영향을 미치고 있다는 것. 무라기 회장은 "지난 몇 년 동안 커피 생산이 감소했다"고 우려했다. 그는 기후 변화로 인해 커피나무에 질병이 더 많이 퍼지고 있다고 말했다. 커피 잎을 먹는 벌레, 작물의 80% 이상을 쓸어버릴 수 있는 파괴적인 곰팡이 감염인 커피 베리 질병이 크게 증가했다고 한다. 증가하는 커피나무 전염병에 대처하기 위해 농부들은 장기적으로 토양의 질을 손상시키고, 건강에 위험을 초래할 수 있는 제초제와 살충제를 사용하고 있다. 커피 한 잔을 생산하는 데는 식물을 재배하는 데 필요한 물을 포함해 최대 140리터의 물이 필요하다. 그러나 더 높은 기온과 변화하는 강우 패턴은 커피 농부들에게 물 공급이 감소한다는 것을 의미한다. 가뭄과 폭우 등 불규칙한 날씨로 인해 강 수위도 많이 낮아졌다. 반면 비가 오지 않을 때 농부들은 강물을 더 많이 사용해야 한다. 강우량 부족으로 인해 강물에 대한 의존도가 높아지면서, 이미 제한된 물 공급은 더욱 부담스러워지고 있다. 무리기 회장은 커피 농부들의 물 사용량이 증가했다는 것은 인정했지만, 그것이 강이 마르는 이유는 아니라고 부인했다. 그러나 이 지역에는 23개의 커피 협회가 있고, 커피 재배 과정에서 상당한 양의 물이 사용되고 있음은 분명하다. 이 같은 사정은 코모타이만의 이야기는 아니다. 지구 온난화와 함께 가뭄이 증가함에 따라 전 세계 모든 지역에서 좋은 커피를 재배하기는 더욱 어려워질 전망이다. 커피는 '커피 벨트'에서만 재배할 수 있다. 커피 벨트는 전 세계 열대 지방의 고도 1000~2000m 사이에 위치한 지역을 말한다. 최근 몇 년 동안 기후 변화로 인해 전 세계 커피 공급이 감소했다. 브라질이나 베트남과 같은 주요 커피 생산국에서 가뭄과 작물 재배 실패로 인해 커피 가격이 상승했다. 공정무역라벨을 발행하는 단체인 국제공정무역기구(Fairtrade International)의 조사에 따르면 케냐 커피 농부의 93%가 이미 기후 변화의 영향을 겪고 있는 것으로 나타났다. 케냐의 커피 산업은 약 15만 명에게 일자리를 제공하는 주요 고용원이다. 커피 농부들은 커피나무에 그늘을 더 제공하기 위해 키 큰 나무를 심는 등 기후 적응 기술을 실험하고 있지만, 커피 농부들은 이 산업의 미래에 대해 비관적이다. 어떤 커피 농부도 자녀가 이곳에서 커피를 재배하기를 원하지 않을 것 같다는 우려가 팽배하다.
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[기후의 역습(110)] 케냐 커피 농가의 이중고, 낮은 임금과 기후 변화
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[퓨처 Eyes(63)] 손가락 끝 재생, 비밀은 바로 '기계적 부하'?
- 인류는 오랫동안 상상 속에서 잃어버린 팔다리를 재생하는 능력을 꿈꿔왔다. 신화 속 영웅이나 SF 영화의 주인공처럼 말이다. 이러한 꿈이 현실에서 이루어질 가능성이 점점 커지고 있다. 텍사스 A&M 대학교의 켄 무네오카 박사 연구팀은 최근 '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치(Journal of Bone and Mineral Research)'와 '디벨롭멘탈 바이올로지(Developmental Biology)' 저널에 발표한 논문에서 신체 재생의 핵심 메커니즘을 밝혀냈다. 놀랍게도 그 핵심은 신경이 아닌 '기계적 부하', 즉 신체에 가해지는 물리적 힘이었다. 기계적 부하란 뼈에 가해지는 물리적인 힘으로, 압력, 장력, 전단력 등 다양한 형태로 작용한다. 걷거나 뛰는 등의 일상적인 활동은 물론, 운동이나 재활 치료를 통해서도 뼈에 기계적 부하가 가해진다. 기존의 재생 의학 연구는 주로 신경이나 성장 인자에 초점을 맞추었지만, 이번 연구는 기계적 부하의 중요성을 강조하며 새로운 치료법 개발에 대한 가능성을 제시한다. 무네오카 박사는 "부하가 없으면 아무 일도 일어나지 않지만, 부하가 다시 가해지면 짧은 지연 후 재생이 시작된다"고 설명했다. 이는 신경이 재생에 필수적인 요소가 아님을 명확히 보여준다. 포유류 재생의 미스터리⋯손가락 끝에 숨겨진 재생 능력 포유류의 뼈 재생은 복잡하고 제한적인 과정이다. 골절이 발생하면 골막에서 가골이 형성되어 손상 부위를 연결하지만, 큰 골절이나 복잡한 손상은 완전히 치유되지 않는 경우가 많다. 골 견인 신생술과 같은 수술적 기술은 뼈의 성장을 촉진하지만, 완전한 재생과는 거리가 멀다. 그러나 예외적인 사례가 있다. 바로 손가락 끝 재생이다. 인간과 쥐는 손가락 끝이 절단되면 놀라운 재생 능력을 보여준다. 절단된 뼈는 물론, 주변 조직까지 원래 상태로 복구되는 것이다. 이 독특한 현상은 오랫동안 과학자들의 호기심을 자극해 왔다. 무네오카 박사 연구팀은 손가락 끝 재생 과정을 면밀히 분석했다. 절단 후 초기에는 염증 반응과 함께 파골세포가 활성화되어 절단된 뼈의 추가적인 손실이 일어난다. 이후 배아형성체(blastema)라는 미분화 세포 덩어리가 형성되고, 여기서 다양한 세포들이 증식하며 새로운 뼈를 만들어낸다. 기계적 부하가 뼈 재생에 미치는 영향 흥미로운 점은 이 과정에서 기계적 부하가 결정적인 역할을 한다는 것이다. 물리적 힘이 부족하면 뼈 형성이 저하되는 현상이 관찰되었다. 무네오카 박사팀은 기계적 부하의 역할을 명확히 규명하기 위해 '후지 부하 모델'을 사용했다. '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치'에 게재된 연구에서, 실험 동물의 뒷다리를 특수 장치를 이용하여 들어올려 무중력 상태와 유사한 환경을 조성하여 기계적 부하를 제거한 것이다. 그 결과, 재생 과정이 완전히 멈추는 것을 확인했다. 반대로, 기계적 부하를 다시 가하자 재생이 다시 시작됐다. 텍사스 A&M 대학교의 수의생리학 및 약리학과 책임자인 래리 수바 박사도 이 연구 결과를 높이 평가하며, "기존의 재생 연구에서 기계적 부하를 고려하지 않았다는 점에서 큰 전환점이 될 것"이라고 말했다. 그는 "기계적 부하는 성장 인자만큼이나 중요하다. 이는 앞으로 과학자들이 문제를 해결하는 방식에 근본적인 변화를 가져올 것"이라고 덧붙였다. 신경보다 중요한 기계적 부하 이 실험은 기존 과학계의 통념을 뒤엎는 결과였다. 지금까지 신경이 재생에 필수적인 요소로 여겨졌지만, '디벨롭멘탈 바이올로지'에 발표된 후속 연구에서 무네오카 박사팀은 기계적 부하가 더 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 심지어 신경이 제거된 손가락 끝도 기계적 부하가 가해지면 재생이 가능했다. 무네오카 박사는 "신경은 재생의 필수 요소가 아니라, 여러 요소 중 하나일 뿐"이라고 강조했다. 재생 의학의 새로운 지평⋯분자 칵테일, 희망을 불어넣다 무네오카 박사팀의 발견은 인간 사지 재생이라는 오랜 꿈을 현실로 만들 가능성을 제시한다. 연구팀은 기계적 부하를 모방하는 '분자 칵테일' 개발을 통해 물리적 힘 없이도 재생을 유도할 수 있을 것으로 전망한다. 이 분자 칵테일은 세포 성장과 분화를 조절하는 다양한 성장 인자와 신호 물질로 구성될 것으로 예상된다. 예를 들어, 뼈 형성을 촉진하는 BMP(뼈 형성 단백질), 혈관 생성을 촉진하는 VEGF(혈관 내피 성장 인자) 등이 포함될 수 있다. 물론 인간의 완전한 사지 재생까지는 아직 넘어야 할 산이 많다. 현재까지는 동물 실험 단계이며, 인간에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 하지만 무네오카 박사팀의 연구는 중요한 돌파구를 마련했으며, 재생 의학 연구에 새로운 방향을 제시했다. 과학자들의 끊임없는 도전과 혁신이 계속된다면, 언젠가 인류는 사지 재생의 꿈을 이루고 질병과 사고로 고통받는 사람들에게 새로운 희망을 선사할 수 있을 것이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(63)] 손가락 끝 재생, 비밀은 바로 '기계적 부하'?
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[기후의 역습(101)] 아마존의 '끓는 강' 보일링 리버, 가뭄 등 심각한 위협
- 아마존의 보일링 강의 수온이 점점 뜨거워지면서 식물에 악영향을 미치는 것으로 나타났다. 샤나이팀피슈카 또는 라 봄바라고도 불리는 보일링 강(Boiling River)은 이름 그대로 거대한 증기를 뿜는 '끓는 강'으로, 페루 동부와 중부를 흐르며 거대한 아마존 강으로 연결된다. 이 지역은 1930년대 석유 매장지를 찾으려는 화석연료 회사들이 샅샅이 탐사했지만, 보일링 강의 비밀은 과학자들이 지금에 와서야 자세히 밝히고 있다. 그 결과 보일링 강은 지하 깊은 곳의 지열원에 의해 가열된다는 것을 확인했다. 스위스 로잔 연방기술연구소(EPFL)의 식물 생태학 연구원 앨리사 쿨버그 박사는 2022년 미국 마이애미 대학교 라일리 포티에 연구원 및 페루의 연구진과 함께 이곳을 처음 방문했다. 연구진은 정글을 탐험하면서 보일링 강 주변 식물에 대한 탐사를 진행했고 최근 연구 보고서를 발표했으며 BBC가 이를 요약해 전했다. 탐사 결과 보일링 강을 따라 눈에 띄는 변화가 관찰됐다. 포티에에 따르면 숲은 큰 나무가 많지 않은 상태에서 무질서했으며 더 건조해졌고 잎은 더 바삭바삭 말랐다. 이는 기후 변화가 아마존을 어떻게 변화시킬 수 있는지를 보여주는 증거다. 지구 온난화로 인해 평균 기온이 높아졌기 때문에 일어난 결과라는 것이다. 보일링 강은 기후 변화에 기인한 밝지 않은 미래를 엿볼 수 있는 일종의 자연 실험이었다. 최근 발표된 연구 논문에서 포티에와 쿨버그 연구진은 강 구간을 따라 배치된 13개의 온도 측정 장치를 사용, 보일링 강 근처의 1년치 기온 판독값을 추적했다. 연평균 기온은 시원한 지역에서 섭씨 24~25도, 가장 따뜻한 지역에서 섭씨 28~29도로 다양하게 나타났다. 강을 따라 가장 더운 몇몇 지역에서 기록된 최고 기온은 섭씨 45도에 가까웠다. 팀은 강줄기를 따라 기온의 차이와 함께 어떤 식물 종이 존재하는지도 분석했다. 기온과 서식 식물 종은 중요한 상관관계를 갖고 있었다. 강이 뜨거운 곳에서는 식물의 밀도가 낮았고, 일부 종은 전혀 발견되지 않았다. 강의 하층에는 식물이 훨씬 적었다. 매우 찌는 습한 날씨에도 불구하고 초목은 훨씬 더 건조했다. 지구 온난화로 이 지역이 더 뜨거워지면 이런 현상이 가속돼 식물 생태계에 치명적인 영향을 미칠 것이라는 분석이다. 예컨대 최대 50m 높이까지 자랄 수 있는 큰 상록수는 강의 가장 뜨거운 부근에서 생존의 어려움을 겪었다. 전반적으로 더위는 생물 다양성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 보였다. 고온에 내성이 강한 식물 종은 당연히 뜨거운 지역에서 더 흔하게 나타났는데, 이 지역에서는 매우 짧은 거리 안에서도 그런 현상이 나타나는 특이한 양태를 보였다. 연구 지역의 전체 길이는 2km를 넘지 않았는데, 온도가 일정 지점에 도달하자마자 식물은 거의 즉시 반응하는 것으로 나타났다. 기후 변화로 인한 이런 결과는 토착민에게 약영향을 끼칠 수 있다는 점에서 우려된다는 지적이다. 아마존의 원주민 집단은 이미 홍수와 가뭄 등 심각한 기상 위협에 직면해 있으며, 기후 변화로 인해 악화되고 있다. 브리스톨 대학교의 로돌포 노브레가 교수는 아마존의 더 높은 온도는 그곳에 서식하는 많은 식물의 기능 자체를 위협할 수 있다면서 보일링 강이 이를 완벽하게 보여준다고 강조했다. 노브레가는 "물이 있어도 기온이 상승하면 식물의 광합성 능력이 감소한다. 식물은 주변에 물이 있어도 기온 때문에 스트레스를 받는다"고 지적했다. 보일링 강의 기온 상승이 생물 다양성과 식물 성장에 어떤 영향을 미칠 수 있는지는 암시하지만, 거대한 아마존의 규모를 감안하면 이는 열대 우림의 미래를 정확히 반영하지는 않을 수 있다. 아마존 강은 브라질, 페루, 볼리비아, 콜롬비아, 해외 프랑스 영토인 프랑스령 기아나를 포함한 9개국에 걸쳐 흐르며 총 유역 면적은 670만㎢를 넘는다. 2023년에 발표된 글로벌 전환점에 대한 보고서는 아마존 열대 우림이 곧 정글보다는 사바나에 가까운 훨씬 더 건조한 곳으로 변할 위험이 있다고 지적했다. 보일링 강에 대한 연구는 아마존이 마주한 새로운 환경에서 어떤 식물 종이 생존할 가능성이 가장 높은지를 추론할 수 있다. 특정 식물이 보일링 강의 극한 환경에 대처할 수 있다면, 넓은 열대 우림의 어느 지역을 보호할 수 있는지를 결정하는 데 도움이 된다. 회복력이 강한 식물 종으로 구성된 숲에서 미세 기후를 유지하는 것도 가능하다. 연구팀은 아마존을 보호하는 것은 숲 자체를 넘어 인류를 보호하는 최고의 방법이라고 지적했다. 열대 우림이 사라지는 치명적인 임계점에 도달하면 전 세계가 피해를 입게 된다. 숲이 없어지면 많은 탄소가 대기로 올라가 기후에 영향을 미치고 이는 지역적인 문제를 넘어 전 세계를 위협한다. 연구팀은 보일링 강의 변화는 단순히 미래를 엿보는 것이 아니라 일종의 경고라고 강조했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(101)] 아마존의 '끓는 강' 보일링 리버, 가뭄 등 심각한 위협
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[먹을까? 말까?(82)] 콩 단백질, 심부전 진행 억제에 효과⋯장내 미생물 조절 기전 규명
- 콩 단백질이 심장 건강에 도움을 주는 것으로 나타났다. 일본 나고야대학교 의과대학원 연구팀은 콩 단백질의 일종인 베타-콘글리시닌(β-conglycinin, β-CG)이 심부전 진행을 억제하는 데 효과적이라는 연구 결과를 발표했다고 사이테크데일리가 보도했다. 심부전은 심장의 기능 저하로 신체에 혈액을 제대로 공급하지 못해서 생기는 질환을 말한다. 서울대학교 병원 측에 따르면 심부전의 가장 흔한 증상은 숨이 차는 것(호흡곤란)이고, 심장에서 혈액을 제대로 짜내지 못하므로 피로감, 운동 능력 저하가 나타나며 부종(발목이나 종아리) 등의 증세가 나타난다. 본 연구는 쥐 실험을 통해 β-CG 섭취가 장내 미생물 환경을 변화시켜 심장 기능을 개선하는 효과를 확인했으며, 이는 식이요법을 통한 심부전 예방 가능성을 시사한다는 점에서 주목받고 있다. 연구팀은 심부전 유발 쥐에게 β-CG를 풍부하게 함유한 식단을 제공하고 심장 기능 변화를 관찰했다. 그 결과, β-CG 섭취는 심장 기능 개선, 심근 비대 감소, 심장 조직 손상 감소 등 심부전 진행과 관련된 주요 증상을 완화하는 것으로 나타났다. 장내 미생물 환경 변화로 심장 기능 개선 이러한 효과는 β-CG 섭취에 따른 장내 미생물 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. β-CG는 장내 유익균인 부티리시모나스(Butyricimonas), 마빈브라이언티아(Marvinbryantia), 아나에로트룬쿠스(Anaerotruncus)의 증식을 촉진하고, 이들 유익균이 생성하는 짧은사슬지방산(SCFAs)인 아세트산, 부티르산, 프로피온산의 농도를 증가시키는 것으로 확인됐다. SCFAs는 장 건강 유지에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 항염증 작용을 통해 심장을 고혈압으로 인한 손상으로부터 보호하는 효과를 가지는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 항생제를 사용하여 쥐의 장내 SCFAs 생성 미생물을 감소시켰을 때 β-CG의 심장 보호 효과가 사라지는 것을 확인했다. 또한, SCFAs 중 하나인 프로피온산 나트륨을 쥐에게 투여한 결과 β-CG 섭취와 유사한 심장 보호 효과를 나타냈다. 이는 β-CG의 심장 보호 작용에 장내 미생물과 SCFAs가 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 연구를 주도한 노조미 후루카와 박사는 "이번 연구는 콩 단백질의 기능성 성분이 심혈관 질환 예방에 효과적일 수 있음을 보여준 중요한 결과"라며 "β-CG 섭취는 장내 미생물 변화를 통해 주요 SCFAs 생성을 증가시켜 심부전 진행을 억제하는 효과를 나타냈다"고 설명했다. 콩 알레르기 환자, 효과 제한적 하지만 후루카와 박사는 "콩과 그 성분은 알레르기가 있는 사람들에게는 효과적이지 않을 수 있다"며 "향후 β-CG의 구조와 SCFAs 증가의 분자 메커니즘을 더욱 자세히 연구하여 새로운 치료 및 예방법 개발에 활용할 계획"이라고 밝혔다. 이번 연구는 심부전 치료에 있어 식이요법과 장 건강의 중요성을 강조하며, 식습관과 심장 건강 사이의 연관성에 대한 새로운 시각을 제시했다. 전 세계적으로 주요 사망 원인 중 하나인 심부전 치료에 있어 β-CG 또는 그 유도체가 천연 치료제로 개발될 가능성을 제시한 본 연구 결과는 심장 건강 유지에 중요한 영향을 미칠 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 국제 학술지 '임상 영양학(Clinical Nutrition)'에 게재됐다.(DOI: 10.1016/j.clnu.2024.09.045)
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(82)] 콩 단백질, 심부전 진행 억제에 효과⋯장내 미생물 조절 기전 규명
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[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도
- 10억 년 전 지구를 지배했던 단세포 생물의 고대 유전자가 오늘날 생쥐 탄생을 가능하게 했다. 과학계를 놀라게 한 이번 연구는 줄기세포와 진화의 관계를 새롭게 조명하며 재생의학의 미래를 열 획기적인 발견으로 평가받고 있다. 홍콩 대학교와 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 공동 연구진은 단세포 생물에서 유래한 유전자를 생쥐 세포에 도입해 줄기세포를 생성했으며, 이를 통해 살아있는 생쥐를 탄생시키는 데 성공했다고 사이언스 얼럿(Science Alert)과 IFL사이언스 등 다수 외신이 전했다. 연구팀은 편모조류에서 발견되는 유전자를 쥐의 유전자와 교환함으로써 두 편모조류가 기능적으로 얼마나 유사한지 확인할 수 있었다. 홍콩 대학의 야 가오 박사와 데이지린 세나 탄, 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 마티아스 기르빅 박사가 이끄는 연구팀은 복제된 쥐의 줄기세포를 배양하고 게놈을 재프로그래밍하여 포유류의 Sox2 유전자를 동물과 가까운 단세포 생물인 동정편모충류[choanoflagellate, 후생동물의 가장 가까운 친척으로 여겨지는 생물로, 긴 편모(flagellum)를 가지고 있으며, 이 편모 주변을 둘러싼 깃(collar) 모양의 구조를 가지고 있는 게 특징] Sox 유전자로 대체해, 연구를 진행했다. 이 세포를 배아 쥐(마우스) 배반포에 주입한 다음, 임신한 쥐 대리모에 이식하는 임신, 출산, 양육 환경에서 배양했다. 영국 퀸 메리 대학의 유전학자 알렉스 드 멘도사는 사이언스얼럿에 "단세포 친척인 쥐에서 얻은 분자 도구를 사용해 성공적으로 쥐를 만들어냄으로써 우리는 거의 10억 년 전의 진화 과정에서 놀라운 기능의 연속성을 목격하고 있다"고 말했다. 멘도사는 "이 연구는 줄기세포 형성에 관여하는 핵심 유전자가 줄기세포 자체보다 훨씬 일찍 생겨났을 수 있음을 시사하는데, 아마도 우리가 보는 다세포 생명체의 길을 닦는 데 도움이 되었을 것"이라고 설명했다. 고대 유전자가 오늘날 동물 발달에 핵심적인 역할을 한다는 점을 실증한 이번 연구는 줄기세포의 기원과 재활용 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 고대 유전자, 다세포 생물 진화의 토대가 되다 약 10억 년 전, 지구에는 동물이나 식물 같은 다세포 생물이 존재하지 않았다. 당시 지구를 지배하던 단세포 생물 가운데 동정편모충류(choanoflagellates)는 오늘날 동물의 가장 가까운 친척으로 여겨진다. 동정편모충은 현미경으로 관찰할 정도로 작은 단세포 생물이지만, 이들의 유전체에는 포유류 줄기세포 형성을 돕는 것으로 알려진 Sox와 POU라는 유전자의 초기 버전이 포함되어 있다. 기존에는 줄기세포가 다세포 생물에서만 진화했을 것이라 여겨졌지만, 이번 연구는 단세포 생물에도 줄기세포 형성에 중요한 유전자가 존재했음을 보여준다. 연구진은 이 유전자들이 다세포 생물로 진화하는 과정에서 재활용되고 확장되었을 가능성을 제시하며, 고대 유전자의 가치를 새롭게 조명하고 있다. 생쥐 탄생의 비밀, 동정편모충류 유전자 연구진은 동정편모충류의 Sox 유전자를 생쥐 세포에 도입해 생쥐의 Sox2 유전자를 대체했다. Sox2는 포유류 줄기세포의 다능성(모든 세포로 분화할 수 있는 능력)을 유지하는 데 중요한 유전자다. 놀랍게도 동정편모충의 Sox 유전자 역시 생쥐 세포에서 동일한 기능을 수행할 수 있었다. 동물은 '다능성'이라고 알려진 특징을 가지고 있다. 다능성은 배아 줄기세포가 분화하여 완전히 발달된 유기체를 구성하는 다양한 조직으로 발달할 수 있는 능력을 말한다. 동물에 인접한 미생물에 대한 이전 연구에 따르면 다능성의 기원은 다세포성보다 앞선 것으로 나타났다. 이것이 사실이라면, 이는 동물의 진화 결과가 아니라 동물 진화의 원동력 중 하나일 수 있다. 생쥐 세포는 동정편모충 유전자의 도움으로 유도만능줄기세포(iPSC) 상태로 전환되었으며, 이를 발달 중인 생쥐 배아에 주입한 결과 키메라 생쥐(마우스)가 탄생했다. 키메라 생쥐는 서로 다른 유전자를 가진 두 세포 집단이 공존하는 동물로, 이번 실험에서는 줄기세포의 영향을 받아 맨 위의 사진에서 보이는 것처럼 검은 털 반점과 어두운 눈 등의 특징을 가진 생쥐가 만들어졌다. 이 발견은 단세포 생물의 간단한 유전자가 다세포 생물의 복잡한 발달에 얼마나 중요한 역할을 할 수 있는지 명확히 보여준다. 고대 유전자, 재생의학의 미래를 열다 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 이번 연구는 야마나카 박사의 연구를 기반으로 더 나아가, 고대 단세포 생물의 유전자를 활용해 줄기세포를 생성했다. 이는 줄기세포 형성 메커니즘이 생명 진화 초기 단계부터 존재했음을 강력히 뒷받침한다. 진화에서 재활용된 유전자, 재생의학의 열쇠 연구진은 동정편모충 유전자들이 초기 생명체의 기본적인 세포 기능을 조절하는 역할을 했으며, 이후 다세포 생물이 출현하면서 더 복잡한 기능으로 진화했을 가능성을 제시한다. 이를 "10억 년에 걸친 기능적 연속성"이라 설명하며, 진화생물학과 재생의학이 맞닿은 접점임을 강조한다. 홍콩대 랄프 야우흐(Ralf Jauch) 박사는 "고대 유전자 연구는 다능성 메커니즘을 더욱 정밀하게 조정하고 최적화할 방법을 제시할 것"이라며, 동정편모충 유전자의 합성 버전을 개발해 기존 유전자보다 효율적으로 작동할 가능성도 시사했다. 이번 연구는 고대 단세포 생물이 현대 생명공학에 얼마나 큰 영감을 줄 수 있는지 보여준다. 단세포 생물의 유전자가 다세포 생물의 기원과 발전에 중요한 역할을 했다는 사실은 줄기세포 연구와 재생의학의 새로운 가능성을 열고 있다. 줄기세포와 진화라는 두 축이 만들어갈 생명과학의 미래가 더욱 기대된다. 한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.
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[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도
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[기후의 역습(93)] AI, 역사적 기후 극단 현상 발견
- 인공지능(AI)으로 지구의 극한 기온을 분석한 연구 결과가 나왔다. 전 세계에는 3만 개가 넘는 기상 관측소가 있다. 관측소는 매일 기온, 강수량 및 기타 기상 관련 지표를 측정한다. 이 자료는 기상학자들이 월별 및 연간 기후 정보를 생성하기 위해 분석해야 할 엄청난 양의 데이터이다. 기상학자들이 최근 기상 데이터 세트에 AI 기술을 적용해 유럽의 극한 기온을 분석했다. 이를 기존의 분석과 비교한 결과 일치도가 탁월한 것으로 나타났다. 나아가 AI 분석은 과거에 알려지지 않은 기후 극한 현상도 추가로 발견했다고 PHYS가 전했다. 기상학자들의 이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다. 기후 변화로 인해 일부 지역에서는 비가 더 많이 내리거나 더위의 극한도 증가하고 있다. 현재 전 세계 육지 면적의 30% 이상이 매년 2-시그마 통계 수준을 넘는 월별 기온을 기록하고 있으며, 이는 1950년의 약 1%에서 대폭 증가한 수치다. 기온을 분석하는 데 있어 중요한 문제는 일부 기상 관측소의 데이터가 부족하다는 것이다. 유인 기상 관측소는 손상되거나, 관측자가 바뀌거나 교체되지 않는 등 연속성이 떨어진다. 관측 기술은 이전 계측과 상관관계가 있어야 하는데, 예컨대 아프리카와 극지방 등의 지역은 충분한 정보를 제공하지 않는다. 함부르크 소재 독일 기후 컴퓨팅 센터의 연구팀은 극한 기온이 AI의 신경망 기술을 적용하기에 적합한 영역이라고 판단했다. 연구팀은 전 세계 다른 곳보다 더 오래 전부터 기상 관측소가 밀집된 유럽에 초점을 맞췄다. 연구진은 AI를 사용해 유럽의 기후 극한 상황에 대한 기상 관측치를 재구성했다. 유럽의 기온 관측소는 밀도가 높기 때문에 기존의 통계적 방법은 효과적일 수 있다. 한 관측소에 온도계가 없어도 인근의 관측소를 통해 예측할 수 있기 때문이다. 관심 지점에서 인근 관측소까지의 거리와 함께 측정된 값을 사용해 관심 위치의 온도를 예측하는 방법이며, 계산에서 거리나 각도에 가중치를 부여해 산정한다. 그러나 근처 관측소의 데이터가 부족하거나 누락되면 성능이 떨어진다는 문제가 있다. 연구팀이 적용한 AI 방법론은 지난 몇 년 동안 누락된 기후 정보를 적정 가중치를 적용해 재구성하고 불확실성을 정량화해 빈 데이터 공간을 채우는 것이었다. 그 결과 기존의 통계 방법에 의한 채우기보다 성능이 우수한 것으로 나타났다. 연구팀이 사용한 AI 모델은 CMIP6 아카이브(결합 모델 상호 비교 프로젝트: 과거 기후, 현재 기후 및 미래 기후를 계산하는 대기와 해양을 결합한 기후 모델의 글로벌 협업)의 지구 시스템 모델을 사용, 과거 시뮬레이션을 통해 훈련을 받고 비교했다. 연구팀은 CRAI(기후 재구성 AI)라고 부르는 딥러닝 기술이 따뜻한 날(일일 최고 기온이 90번째 백분위수보다 높은 날의 비율), 시원한 날(일일 최고 기온이 10번째 백분위수보다 낮은 날의 비율)을 계산하는 데 여러 기존의 방법보다 성능이 뛰어나다는 것을 발견했다. 따뜻한 밤과 시원한 밤에 대해서도 마찬가지였다. 연구진은 또 이를 유럽 도메인의 HadEX3 데이터 세트에 있는 모든 필드를 재구성하는 데 적용했다. HadEX3는 1901~2018년까지 격자로 구분한 지구 표면의 극한 기온과 강수량에 대한 80개 이상의 지수로 구성되어 있다. 여기에서도 AI 기술은 과거의 극단적인 기상을 재구성하고, 소위 '재분석 데이터 세트'에서 다루지 않은 시간 간격에 걸친 공간적 추세를 드러내는 능력을 보여주었다. 기후 재분석은 기후 모델과 사용 가능한 관측치를 함께 활용해 관측 데이터베이스의 격차를 메워주었다. CRAI는 1929년의 한파와 1911년의 폭염 등 이전에는 알려지지 않았던 유럽의 극단적인 기상 상황도 밝혀냈다. 연구팀은 "우리의 연구는 이 접근법을 글로벌 규모 또는 데이터가 부족한 지역에 적용해야 할 필요성과 장점을 모두 보여준다"라며 "실제로 우리의 AI 기반 재구성은 특히 데이터 부족이 심한 지역에서 기존 통계적 방법보다 더 높은 정확도를 보여주었다"라고 셜명했다. 연구팀은 이러한 CRAI 모델을 학습하면 더 많은 양의 정보를 활용할 때 정확도가 향상될 것이라고 덧붙였다.
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[기후의 역습(93)] AI, 역사적 기후 극단 현상 발견
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[먹을까? 말까?(81)]"끓인 물 마시면 미세 플라스틱 걱정 뚝?"⋯간단한 방법으로 식수 오염 줄인다
- 물을 끓여서 마시면 미세 플라스틱을 현저히 낮출 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 식수에서 미세 플라스틱을 아주 간단하게 제거할 수 있는 방법이 공개됐다. 바로 끓인 물이다. 생수에서 미세 플라스틱이 발견됐다는 보도가 나온 후 물을 마실 때마다 '이 물은 과연 안전할까?'라고 끝없이 되묻게 된다. 미세 플라스틱은 특히 음식과 물을 통해 우리 몸속 깊숙이 침투하여 건강에 대한 우려를 높이고 있기 때문이다. 중국 광저우 의과대학과 지난 대학의 연구진은 최근 물에서 미세 플라스틱을 제거하는 간단하고 효과적인 방법을 발견했다고 사이언스얼라트가 보도했다. 연구진은 연수와 경수(미네랄 함량이 높은 물)를 사용하여 실험을 진행했다. 지난 2월 발표된 논문에서 연구진은 "중앙 집중식 정수 시스템을 통과하는 나노/미세 플라스틱(NMP)은 식수를 통해 인체에 잠재적인 건강 위험을 초래할 수 있어 전 세계적으로 우려가 커지고 있다"고 밝혔다. 물 끓이면 나노 플라스틱 최대 90% 제거 연구진은 물에 나노 플라스틱과 미세 플라스틱을 넣고 끓인 후 침전물을 걸러내는 방식으로 실험을 진행했다. 그 결과, 물의 종류에 따라 효과는 다르지만, 끓이고 거르는 과정을 통해 최대 90%의 나노 플라스틱이 제거되는 것으로 나타났다. 나노 플라스틱은 크기가 1마이크로미터(㎛) 미만인 아주 작은 플라스틱 입자를 말한다. 눈에 보이지 않을 정도로 너무 작아서 '눈에 보이지 않는 플라스틱'이라고도 부른다. 바다나 강에 버려진 플라스틱 쓰레기, 플라스틱 미세 섬유 등이 햇빛과 바람, 파도 등에 의해 작게 분해되어 나노 플라스틱이 된다. 미세 플라스틱은 나노 플라스틱보다 큰 약 5mm 미만으로 쪼개진 플라스틱 조각을 말한다. 미세 플라스틱과 나노 플라스틱은 뇌와 혈액, 생식기 등 인체 곳곳에서 발견되어 건강에 악영향을 미치고 있다. 광저우 의과대학의 생물의학 엔지니어 유지민과 연구진은 "이 간단한 물을 끓이는 전략은 가정의 수돗물에서 NMP를 '제거'할 수 있으며, 식수를 통한 인체 NMP 섭취를 무해하게 줄일 수 있는 잠재력이 있다"고 설명했다. 경수, 가열 시 석회질 생성으로 미세 플라스틱 제거 효과 높아 특히 경수는 가열하면 자연적으로 석회질(탄산칼슘)이 생성되어 미세 플라스틱 제거 효과가 더 높은 것으로 나타났다. 주방에서 물을 끓이는 주전자나 전기 포트(주전자)에 하얗게 남아 있는 석회질은 온도 변화에 따라 용액에서 탄산칼슘이 빠져나오면서 플라스틱 표면에 형성되는데, 이 과정에서 플라스틱 조각들이 석회질에 효과적으로 갇히게 된다. 연구진은 "실험 결과, 끓일 때 물의 경도가 증가할수록 나노 플라스틱 침전 효율이 증가하는 것으로 나타났다"며 "예를 들어 탄산칼슘 농도가 80mg/L일 때 34%였던 침전 효율은 180mg/L과 300mg/L에서 각각 84%와 90%로 증가했다"고 밝혔다. 탄산칼슘이 적게 용해된 연수에서도 약 25%의 NMP가 물에서 제거되었다. 연구진은 석회질이 붙은 플라스틱 조각들은 차를 거르는 데 사용하는 스테인리스 스틸 망과 같은 간단한 필터를 통해 제거할 수 있다고 설명했다. 끓인 물 마시기, 미세 플라스틱 노출 줄이는 현실적 전략⋯"일상생활 속 실천 중요" 과거 연구에서는 식수에서 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 미세 플라스틱 조각들이 검출된 바 있다. 이는 우리가 모르는 사이에 매일 다양하게 많은 양을 섭취하고 있는 것들이다. 연구진은 끓인 물 전략을 최종적으로 검증하기 위해 더 많은 나노 플라스틱 입자를 추가했으며, 그 결과 효과적으로 입자 수가 감소하는 것을 확인했다. 연구진은 "끓인 물을 마시는 것은 전 세계적으로 NMP 노출을 줄이는 현실적인 장기 전략"이라며 "끓인 물을 마시는 것은 지역적 전통으로 여겨지며 일부 지역에서만 행해지고 있다"고 지적했다. 플라스틱이 전 세계를 뒤덮고 있는 가운데, 연구진은 끓인 물을 마시는 것이 더욱 널리 보편화되기를 희망하고 있다. 미세 플라스틱, 장내 미생물 변화 및 항생제 내성과 연관⋯추가 연구 필요 아직 플라스틱이 우리 몸에 정확히 어떤 손상을 주는지 확실하지 않지만, 건강에 해롭다는 것은 분명하다. 플라스틱은 이미 장내 미생물 변화 및 신체의 항생제 내성과 연관된 것으로 밝혀졌다. 이번 연구를 진행한 연구진은 끓인 물이 인체 내 인공 물질 유입을 막고, 미세 플라스틱의 부정적인 영향에 대응할 수 있는 방법에 대한 추가 연구가 필요하다고 강조했다. 연구진은 "이번 연구 결과는 인간의 NMP 노출을 줄이는 매우 실현 가능한 전략을 입증했으며, 더 많은 샘플을 사용한 추가 연구의 기반을 마련했다"고 밝혔다. 이 연구는 환경 과학 및 기술 레터(Environmental Science & Technology Letters)에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(81)]"끓인 물 마시면 미세 플라스틱 걱정 뚝?"⋯간단한 방법으로 식수 오염 줄인다
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
- 우주는 더 이상 단순한 탐험의 공간이 아니다. 국제우주정거장(ISS)과 민간 우주 임무에서 진행된 줄기세포 실험에서 의료 과학의 판도를 바꿀 혁신적인 결과가 나왔다. ISS의 미세중력 환경에서 배양된 줄기세포가 지구에서는 실현할 수 없었던 뛰어난 능력을 발휘한 것이다. 미국 플로리다 메이요 클리닉과 세다스-사이나이 연구진은 이번 실험 결과가 질병 치료와 재생의학 연구에 새로운 지평을 열 것이라고 최근 발표했다. 우주에서는 줄기세포가 스스로 3차원 구형 배열을 형성했다는 점이 연구진에게 가장 큰 놀라움을 안겨 주었다. 지구의 중력 때문에 평면 배양 접시 위에서만 자라던 줄기세포가 우주의 미세중력 아래에서는 스스로 진화하듯 3차원 조직 구조를 만들어 낸 것이다. 이는 인체 조직에 가까운 구조로, 면역 조절과 염증 완화 능력을 크게 향상시켰다. 플로리다 메이요 클리닉의 아바 주바이르 박사는 "우리는 세포가 3차원으로 자라리라고는 기대하지 않았다. 그러나 미세중력 환경은 세포가 자연스럽게 구형 배열을 형성하도록 했다. 이는 지구에서는 불가능했던 현상"이라고 설명했다. 이처럼 우주의 미세중력은 줄기세포의 자가 조립 능력을 활성화하며, 새로운 의료 혁신의 가능성을 열어주었다. 이번 연구는 NPJ 마이크로그래비티(NPJ Microgravity)에 게재됐으며, 우주 환경을 활용한 줄기세포 연구가 새로운 의료 혁신을 가져올 것으로 기대된다. [미니해설] 우주 실험이 밝혀낸 줄기세포의 비밀⋯불로장생의 꿈 '성큼' 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 줄기세포는 그 자체로 현대 의학의 혁신적인 가능성을 품고 있다. 복제와 분화 능력은 조직 재생과 질병 치료의 핵심 자원으로 평가받는다. 그러나 기존 기술은 여전히 복잡한 한계를 지니고 있다. 이런 상황에서 우주에서 진행된 줄기세포 배양 실험은 재샌의학 분야에 새로운 방향을 제시하며 주목받고 있다. 미세중력, 줄기세포 배양의 최적 환경 미세중력은 중력이 거의 없는 상태를 말한다. '무중력' 이라고도 불리지만, 중력이 완전히 없는 것은 아니고 지구 표면 중력의 100만분의 1 정도로 매우 작은 중력만 존재하는 환경이다. 지구 궤도를 도는 우주정거장에서는 지구 중력의 영향을 거의 받지 안항 미세중력 환경이 조성된다. 우주 환경에서 줄기세포를 배양하는 일은 간단하지 않았다. 미세중력 상태에서는 액체가 접시 밖으로 흘러나갈 위험이 있었기 때문이다. 하지만 연구진은 96웰 플레이트의 액체 표면 장력을 활용해 세포를 고정하는 기술을 개발하여, 성공적으로 배양 과정을 진행할 수 있었다. 아룬 샤르마 세다스-사이나이 연구소 박사는 "표면 장력을 활용한 이번 기술은 실험 성공의 핵심이었다. 맞춤형 장비 없이도 우주 실험을 가능하게 한 중요한 성과였다"라고 말했다. 우주에서의 새로운 가능성: 노화 관련 질환 치료 미세중력 환경은 줄기세포가 더 자연스러운 성장 상태를 유지하며, 면역 조절 능력과 염증 완화 효과를 향상시키는 데 기여했다. 이는 단순한 발견을 넘어, 줄기세포의 응용 가능성을 확장하는 중요한 과학적 단서를 제공한다. 연구진은 미세중력 환경에서 줄기세포를 대량으로 제조할 방법을 모색 중이다. 이는 줄기세포 기술의 상업적 생산과 재생의학 응용을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 이번 연구는 노화 관련 질환의 치료에 새로운 전환점을 마련했다. 줄기세포는 뇌졸중, 암, 치매와 같은 질환 치료에서 중요한 역할을 할 가능성을 보여주었다. 또한, 우주 환경에서 배양된 줄기세포는 지구로 돌아온 뒤에도 복제 안정성과 확장 능력을 유지하며 의료 응용 가능성을 높였다. 클라이브 스벤슨 세다스-사이나이 연구소 교수는 "우리가 수행한 연구는 시작에 불과하다. 우주에서 제조된 줄기세포는 재생의학을 혁신할 독특한 특성을 갖고 있다"고 말했다. 우주 시대의 의료 혁명: '불로장생'의 가능성 이번 연구 결과는 단순한 과학적 발견을 넘어, 재생의학의 새로운 장을 열었다. 우주라는 실험실은 줄기세포 기술의 대량 생산과 상업적 생산 가능성을 제시하며, 인류의 오랜 꿈인 '불로장생'을 현실로 만들 가능성을 보여준다. 우주에서 시작된 줄기세포 연구는 더 이상 공상과학의 영역이 아니다. 미세중력이라는 우주의 독특한 환경은 질병 치료와 장기 이식 기술에 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 미래의 어느 날, 우리는 줄기세포 기술 덕분에 질병의 고통에서 벗어나 건강하게 오래 사는 꿈을 이룰지도 모른다. 그리고 그 꿈을 현실로 만들 열쇠는 바로 우주에서 진화한 작은 세포들이 쥐고 있을 것이다.
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
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[기후의 역습(91)] 기후 변화로 인한 산불, 새로운 치매 원인으로 급부상
- 기후가 더 따뜻하고 건조해지면서 산불 발생이 빈번해지고 지역적으로도 대폭 확대되고 있다. 이로 인해 수천만 명이 치매 위험에 처할 수 있다는 연구가 발표돼 주목받는다고 데일리메일이 전했다. 펜실베이니아 대학교와 캘리포니아의 카이저 퍼머넌트 공동 연구진의 분석 결과 산불로 인한 대기 오염에 노출된 사람들은 단 3년 동안의 노출만으로 치매에 걸릴 위험이 18% 더 높아지는 것으로 나타났다. 산불이 아닌 산업용 제조 또는 자동차 등의 오염에 노출된 사람들은 치매 위험이 1% 더 높아졌을 뿐이다. 초미세먼지(PM2.5)로 알려진 오염 물질에 장기간 노출되는 것이 치매에 걸릴 위험을 높인다는 사실은 이미 알려져 있다. 그러나 산불로 인해 생성되는 미세한 오염 물질(재, 일산화탄소 및 이산화탄소, 포름알데히드, 휘발성 화합물, 기타 발암 물질)이 사람들의 뇌에 어떤 영향을 미치는지는 알려진 바가 적다. 연구진은 2008~2019년까지 캘리포니아에서 평균 3년 동안 산불 오염에 노출된 120만 명의 의료 기록을 분석했다. 캘리포니아 산림 화재 보호국(CAL FIRE)에 따르면 그동안 9만 157건의 산불이 발생했으며, 약 8만 1000명이 치매 진단을 받았다. PM2.5는 지름 2.5마이크로미터 미만의 초미세먼지로 흡입을 통해 폐로 들어갈 만큼 작다. 연구진은 이 입자가 혈류로 들어가 몸 전체를 순환하면서 뇌의 보호 장벽을 관통한다고 추정했다. 그리고 이것이 뇌의 악화를 가속화하고 치매로 이어질 수 있다고 결론지었다. 이 연구는 알츠하이머병, 루이소체 치매, 혈관성 치매, 전두측두형 치매, 파킨슨 치매 및 불특정 치매 진단을 두루 분석하고 있다. PM2.5는 가스, 디젤, 목재, 제조 및 정유 공장의 연소 등으로 발생하지만, 산불로 인해 방출되는 것이 더욱 해롭다고 연구진은 밝히고 있다. 2020년 65세 이상의 미국인 700만 명이 치매를 앓고 있었고, 2019년 70세 이상의 성인 중 치매를 앓고 있는 비율은 10%였다. 현재 추세가 계속된다면 2030년까지 900만 명 이상의 미국인이 치매를 앓고, 2040년까지 그 숫자는 1200만 명까지 늘어난다. 그러나 이번 연구는 다른 결과를 보여 준다. 산불이 흔해짐에 따라 치매 진단이 더욱 늘어날 것이라는 예측이다. 연구진은 이에 대한 추가 연구가 반드시 필요하다고 주장했다. 또 소수 민족과 빈곤 지역 주민 등 취약한 인구 집단에 대해서는 대기 오염을 완화하기 위한 노력이 배가되어야 한다고 지적했다. 한편 메릴랜드 대학 연구진에 따르면 전국적으로 산불로 인해 소실된 면적은 2001~2023년까지 매년 약 5.4%씩 증가했다. 이로 인해 PM2.5의 발생도 크게 늘었다. PM2.5의 과도한 증가는 뇌세포의 방어 시스템을 무력화해 세포 손상, DNA 돌연변이 및 세포 기능 장애로 이어질 수 있다. 또한 심장병, 암 및 알츠하이머병 발생 위험을 높인다. 연구진은 또 산불로 발생하는 PM2.5가 뇌의 건강한 균형을 유지하고 감염과 싸우며 뇌에서 유해물질을 제거하는 면역 세포를 과도하게 활성화시킬 수 있다고 말했다. 과도한 활성화는 뇌와 척수에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 나아가 세포독성 인자를 대량으로 생성해 건강한 세포를 손상시키거나 죽인다. 연구진은 PM2.5의 과도한 노출은 신체의 정상적인 대사를 방해해 간접적으로 치매를 유발함은 물론, 혈전, 과도한 출혈, 뇌혈관 기능 장애 및 뇌졸중의 위험을 증가시킬 수 있다고 지적했다. 이는 치매의 근본적인 위험 요인이 될 수 있다. 연구에 따르면 2018년 산불로 인한 경제적 피해는 막대했으며, 그중 의료비도 약 1490억 달러에 달했다.
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- IT/바이오
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[기후의 역습(91)] 기후 변화로 인한 산불, 새로운 치매 원인으로 급부상
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[먹을까? 말까?(80)] 저녁 늦게 먹으면 혈당 수치 높아진다⋯UOC·컬럼비아대 연구 결과 발표
- 오후 5시 이후에 많은 양의 식사를 하면 혈당 수치가 올라가 건강에 좋지 않은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 스페인 카탈루냐 오베르타 대학교(UOC)와 미국 컬럼비아 대학교의 공동 연구 결과, 저녁 늦게 식사를 하는 것이 혈당 수치를 높여 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있다는 것이 밝혀졌다. '당뇨병과 영양(Nutrition & Diabetes)'에 게재된 이 연구에 따르면, 일일 칼로리 섭취량의 45% 이상을 오후 5시 이후에 섭취하는 경우, 개인의 체중이나 체지방과 관계 없이 혈당 수치가 증가하는 것으로 나타났다. 컬럼비아 대학교 어빙 메디컬 센터에서 진행한 이 연구는 UOC 건강과학부의 다이애나 디아즈 리졸로 박사가 이끌었다. 리졸로 박사는 "장기간 고혈당 상태를 유지하면 제2형 당뇨병 발병 위험 증가, 혈관 손상으로 인한 심혈관 질환 위험 증가, 만성 염증 악화 등 심각한 건강 문제를 야기할 수 있다"고 경고했다. 기존에는 저녁 식사 시간이 늦어질 경우 체중 증가가 주된 문제로 여겨졌다. 이는 야간에는 공복감과 포만감을 조절하는 호르몬 변화로 인해 가공식품 섭취량 증가 등 잘못된 식습관을 선택하는 경향이 있기 때문이다. 그러나 이번 연구는 하루 총 칼로리 섭취량, 체중, 체지방과 관계없이 식사 시간 자체가 혈당 대사에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 보여준다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 늦은 식사 vs 이른 식사 연구팀은 과체중 또는 비만이며 전당뇨병 또는 제2형 당뇨병을 가진 50~70세 참가자 26명을 대상으로 혈당 내성 수준을 비교 분석했다. 참가자들은 일일 칼로리 대부분을 저녁 이전에 섭취하는 '이른 식사 그룹'과 오후 5시 이후에 45% 이상 섭취하는 '늦은 식사 그룹'으로 나뉘었다. 두 그룹은 동일한 양의 칼로리와 음식을 섭취했지만, 섭취 시간에 차이를 두었다. 참가자들은 모바일 앱을 사용하여 실시간으로 식사를 기록했다. 연구 결과 늦은 식사 그룹은 체중이나 식단 구성과 관계없이 혈당 내성이 더 낮은 것으로 나타났다. 또한 저녁 시간대에 더 많은 양의 탄수화물과 지방을 섭취하는 경향을 보였다. 리졸로 박사는 "야간에는 인슐린 분비가 감소하고, 낮과 밤의 주기에 따라 세포의 인슐린 민감성이 떨어지기 때문에 신체의 포도당 대사 능력이 제한된다"고 설명했다. 올바른 식사 시간의 중요성 이번 연구는 건강과 식사 시간의 연관성에 대한 중요한 발견을 제시했다. 리졸로 박사는 "지금까지 영양학적 측면에서 개인의 결정은 '얼마나 먹는가'와 '어떤 음식을 선택하는가'라는 두 가지 질문에 기반했지만, 이번 연구를 통해 '언제 먹는가'라는 새로운 요소가 심혈관 대사 건강에 중요한 영향을 미친다는 시실이 밝혀졌다"고 강조했다. 연구 결과를 바탕으로 리졸로 박사는 "햇빛이 있는 시간대에 주로 식사를 하고, 하루 중 가장 많은 칼로리를 아침과 점심에 섭취하고, 저녁 식사는 가볍게 하는 것이 좋다"고 조언했다. 특히 야간에는 가공식품, 패스트푸드, 탄수화물 함량이 높은 음식을 피할 것을 권고했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(80)] 저녁 늦게 먹으면 혈당 수치 높아진다⋯UOC·컬럼비아대 연구 결과 발표
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[퓨처 Eyes(59)] 햇빛 먹는 동물? 광합성 동물 세포 탄생!
- 햇빛을 받아 에너지를 만드는 동물, 상상이나 해봤는가? '광합성을 하는 동물'은 마치 SF 영화 속 이야기 같지만, 이제 현실이 되고 있다. 일본 도쿄대학교 마츠나가 사치히로 교수 연구팀은 동물 세포에 조류(藻類)의 엽록체를 이식해 광합성을 가능하게 하는 혁신적인 기술을 개발했다. 이는 동물과 식물의 생물학적 경계를 허물며 의학, 식량 생산, 환경 개선 등 다양한 분야에서 획기적인 변화를 예고한다. 50년 넘는 난제, 마침내 해결! 광합성은 햇빛, 물, 이산화탄소를 이용해 산소와 포도당을 생성하는 과정으로, 지구 생태계를 유지하는 핵심이다. 식물, 조류, 일부 박테리아가 광합성을 통해 스스로 영양분을 만들고 산소를 생성한다. 이는 동물의 생존에 필수적인 요소다. 동물 세포에 광합성 기능을 도입하려는 시도는 1970년대부터 있었지만, 동물 세포가 엽록체를 이물질로 인식하고 파괴하는 면역 반응 때문에 번번이 실패했다. 마츠나가 교수 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 동물 세포의 고온 환경(37℃)에서도 생존 가능한 홍조류(紅藻類)인 시아니디오시존 메롤래(Cyanidiochyzon merolae) 엽록체를 선택하고, 동물 세포가 엽록체를 '먹이'로 섭취하도록 유도해 면역 반응을 우회하는 전략을 사용했다. 이 홍조류는 이탈리아의 화산 온천에서 자라고 37℃ 이상의 온도에서 광합성을 할 수 있었다. 연구팀은 이 엽록체를 동물 세포에 강제로 주입하는 대신 배양액에 첨가한 다음 중국 햄스터 난소 세포에 먹였다. 동물 세포, 엽록체와 공존하며 광합성하다! 그 결과, 동물 세포는 엽록체를 파괴하지 않고 최대 48시간 동안 공존하며 광합성 초기 반응을 성공적으로 나타냈다. 뿐만 아니라 엽록체로부터 추가적인 에너지를 공급받아 성장 속도가 증가하는 현상도 확인됐다. 연구팀은 이틀간의 공동 배양 직후 세포의 1%가 "엽록체가 풍부해졌다"고 밝혔다. 이는 엽록체를 7개 이상 흡수했다는 의미다. 추가로 20%의 세포는 엽록체가 1개에서 3개 사이인 것으로 밝혀졌다. 중요한 것은 이들 엽록체가 이틀 동안 더 활동했으며, 이 기간 동안 숙주 세포가 빠른 속도로 성장했다는 점이다. 이는 엽록체가 잠재적으로 탄소 공급원으로 작용하면서 광합성이 실제로 일어나고 있음을 나타난다고 IFL 사이언스가 전했다. 마츠나가 교수는 "50년 동안 모든 생물학 연구자들이 포기했던 일을 해냈다는 사실에 놀랐다"며 이번 연구 성과에 대한 소감을 밝혔다. 생물학의 경계를 허물다 연구팀은 이러한 동물-식물 잡종 세포를 영어의 식물(plant)과 동물(animal)을 합성한 신조어인 '플래니멀(planimal)' 세포라고 이름을 붙였다. 이 기술은 동물 세포가 스스로 에너지를 생성하는 가능성을 열며 생명과학의 패러다임을 바꾸고 있다. 엽록체를 통해 공급받은 에너지로 동물 세포의 성장 속도가 증가하는 현상이 확인되면서, 자율적인 에너지 생산 시스템 구축에 대한 기대감이 높아지고 있다. 의학·식량·환경, 응용의 무한 가능성 이번 기술은 바이오산업의 여러 분야에서 실질적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 먼저, 의료 분야에서는 심장병 환자의 손상된 심장에 광합성 세포를 이식하여 빛으로 산소를 공급, 회복을 돕는 치료법이 개발될 수 있다. 또한, 산소 공급의 한계를 극복해 대형 조직 배양 및 이식 기술을 크게 발전시킬 수 있다. 식량 생산 분야에서는 배양육 생산에 광합성 동물 세포를 활용하여 외부 산소 공급 없이 자체적으로 산소를 생성, 생산 비용을 절감하고 효율성을 극대화할 수 있다. 이는 지속 가능한 식량 생산의 돌파구가 될 전망이다. 환경 문제 해결에도 기여할 수 있다. 광합성 동물 세포는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하는 기능을 통해 탄소 배출 감소와 환경 복원에 기여할 수 있으며, 탄소 중립 목표를 추구하는 기업들에게 획기적인 솔루션을 제공할 수 있다. 남은 과제와 미래 전망 물론 아직 넘어야 할 산도 있다. 추가 관찰 결과 이 이식된 엽록체는 2일 후에 분해되기 시작해 4일째 완전히 파괴됐다. 이 기술을 완성하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 연구팀은 "이미 합성 생물학 기반 접근법이 인공 광합성 동물 세포를 만드는 데 기초가 될 수 있다"며 이번 연구 성과에 대해 기대감을 드러냈다. 그럼에도 불구하고 광합성 기능을 안정적으로 유지하려면 엽록체의 장기 생존 및 효율적인 공생 메커니즘 구축이 필수적이다. 또한, 이 기술이 대규모로 활용되기 위해서는 사회적 수용성과 윤리적 검토도 병행되어야 한다. 광합성 동물 세포 기술은 생명공학의 새로운 문을 열며, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 도구로 자리매김할 전망이다. 이 기술이 의학, 식량, 환경 등 다양한 분야에서 어떠한 변화를 가져올지, 앞으로의 발전이 더욱 기대된다. 이번 연구는 단순한 학문적 성과를 넘어, 미래 바이오산업의 초석이 될 기술적 기반을 제공했다는 점에서 주목할 만하다. "동물이 햇빛을 먹는다"는 발상이 이제는 더 이상 SF 영화 속 이야기가 아닌, 현실로 다가오고 있는 것이다. 이 연구 결과는 '일본 학술원 회보 B(proceedings of tje Japan Academy, Series B)' 저널에 게재됐다.
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[퓨처 Eyes(59)] 햇빛 먹는 동물? 광합성 동물 세포 탄생!
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MZ세대 대장암 급증 이유는?…"식단이 문제, 확 바꿔야"
- MZ 세대를 중심으로 한 젊은 층의 대장암 진단이 급증, 의사들을 당혹스럽게 하고 있다. 분석 결과, 지난 30년 동안 25~49세의 젊은 층의 치명적인 대장암 발병이 52%나 급증한 것으로 나타났다. 이에 따라 세계 최고의 대장암 전문가 3명이 이 같은 추세에 대한 흥미로운 설명을 내놓아 주목된다고 영국 데일리메일이 전했다. 예일대 의대 위장병 전문의인 미셸 휴즈 박사는 현실적으로 가장 걱정되는 대장암 원인으로 미세 화학 물질을 언급했다. 젊은 층의 대장암 증가는 식품 용기에서 과일과 채소에 이르기까지 일상 용품에 들어 있는 미세한 화학 물질 사용이 증가한데 따른 것일 가능성이 크다는 것이다. 장내 박테리아의 건강한 균형을 방해하는 화학 오염 물질과 공기 중 미립자 등 미세 화학 물질은 의학적으로 내분비 교란 요소로 알려져 있는데, 이로 인해 염증과 스트레스가 발생해 암으로 이어질 수 있다는 설명이다. 휴즈 박사는 "1950년 이후 태어난 사람들은 평생 더 많은 환경 변화와 오염 물질에 노출되었기 때문에 더 위험할 수 있다"고 부연했다. 전문가들이 더 우려하는 내분비 교란 화학 물질의 한 예는 살충제이다. 살충제는 과일과 채소 재배 과정에서 피해를 줄이거나 수확량을 늘리기 위해 사용되는 독성 화학 물질이다. 암과 사회의 프론티어(Frontiers in Cancer and Society) 저널에 발표된 한 연구에 따르면 농업에 사용되는 살충제에 노출되면 특정 암 위험을 증가시킬 위험이 담배 연기만큼 높을 수 있다고 지적했다. 잡초와 해충을 없애는 데 사용되는 제초제나 살충제는 과일과 채소에 잔류할 수 있기 때문에 사람은 소량씩 장기적으로 이를 섭취할 수 있다. 살충제와 암 발병 연관성 시사 콜로라도의 로키 비스타 대학교 연구진은 영국에서 사용되는 농업용 제초제 다이클로로아세트산과 글리포세이트를 포함해 69가지 살충제를 조사하고 다양한 화학 물질에 노출되었을 때의 해로움에 대해 경고했다. 연구진은 농업 비중이 크고 살충제에 많이 노출된 지역에서 대장암 발병률이 증가한다는 것을 발견했다. 결과에 따르면 제초제와 살충제 노출은 비호지킨 림프종, 백혈병 및 방광암, 대장암, 폐암 및 췌장암의 발병과 관련이 있는 것으로 나타났다. 다만 살충제와 암 사이의 연관성만을 지적할 뿐 살충제가 암을 유발한다는 확실한 증거는 제시하지 않았다. 그러나 살충제는 신경계 장애, 호르몬 장애, DNA 손상 및 염증을 유발하고, 결국 암 위험도 증가시킬 수 있다. 초가공식품 섭취도 암 발병 위험 높여 전문가들은 또한 암 발병률 증가가 열악한 식단 때문이라고 말한다. 설탕이 들어간 음료, 감자칩, 과자와 같은 초가공 식품(UPF)을 대량으로 섭취하면 여러 유형의 암 발병 위험이 높아진다. UPF가 가득한 식단은 체중 증가를 촉진하여 암 위험을 증가시킨다. 건강한 소화 시스템에 필수적인 섬유질은 매우 부족하다. 그래서 인기 다이어트 앱 조(Zoe)를 만든 영양학자이자 교수인 팀 스펙터는 뉴스위크지와의 인터뷰에서 과일, 채소, 통곡물, 견과류와 같은 섬유질이 풍부한 음식을 섭취하는 것이 중요하다고 말했다. 그는 대장암으로부터 자신을 보호하기 위해서는 나쁜 것을 피해야 할 뿐 아니라 신체에 도움이 되는' 음식을 섭취하는 것도 중요하다고 설명했다. 스펙터 교수는 섬유질이 배변을 조절하고 유해 물질이 대장과 접촉하는 것을 줄이는 데 도움이 된다고 강조했다. 진단 기술 개발로 대장암 진단 늘어 비 생물학적 요인도 대장암 증가에 영향을 미칠 수 있다. 대장암에 대한 인식이 높아지고 진단 기술이 개선돼 MZ 세대가 대장암 진단을 받는 숫자가 늘어나게 된 것도 한 요인이다. 논리적으로, 젊은 사람들의 대장암 지식이 깊어질수록 검진을 받을 확률도 높아진다. 그러나 대장암에 기인한 배변 습관의 변화, 대변 혈액, 피로, 복통 등의 증상을 여전히 과민성대장증후군(IBS) 등 여타 질환으로 오인하는 경우가 많다는 경고도 있다. 따라서 모든 연령대가 대장암의 경고 신호를 인식하고 의료 지원을 받아야 할 것이라는 지적이다.
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- 생활경제
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MZ세대 대장암 급증 이유는?…"식단이 문제, 확 바꿔야"
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[퓨처 Eyes(58)] 인듐 셀레나이드, 초저에너지 시대 연다
- 스마트폰 배터리를 하루 종일 써도 용량이 남는 시대가 올까? 꿈만 같은 이야기가 현실로 다가오고 있다. 인도과학연구소(IISc), 미국 펜실베이니아대학교 공과대학, 매사추세츠공과대학(MIT)의 공동 연구팀이 쏘아 올린 '인듐 셀레나이드(In2Se3)'라는 혁신의 씨앗 덕분이다. 이 소재는 마법처럼 전기적 충격만으로도 기존 메모리보다 10억배나 작은 에너지로 데이터를 저장한다. 미래 메모리 저장 장치의 판도를 뒤흔들 게임 체인저가 등장한 것이다. 기존 메모리, 에너지 소비량 높아⋯인듐 셀레나이드는 '깃털'처럼 가볍다 지금까지 메모리 저장 장치의 주역은 위상변화 메모리(PCM)였다. CD, DVD, 블루레이 등에 널리 쓰이는 이 기술은 특정 물질을 800℃ 이상의 고온으로 녹였다가 급속 냉각하는 방식으로 데이터를 저장했다. 이 과정에서 막대한 전력을 소비하는 게 단점이다. "PCM이 널리 쓰이지 못하는 가장 큰 이유 중 하나는 높은 에너지 소비 때문이다" 펜실베이니아 공과대학의 재료 과학 및 공학(MSE) 분야의 스리니바사 라마누잔 석좌교수 리테시 아가왈의 말처럼 에너지 효율은 메모리 기술의 아킬레스 건이었다. 하지만 인듐 셀레나이드는 이러한 문제에 명쾌한 해답을 제시한다. 전기 충격만으로, 아주 작은 에너지로 데이터를 저장하는 혁신적인 기술이라 메모리 시장의 패러다임을 바꿀 잠재력이 있다. 전류 한 방에 '유리 상태'로 변신!⋯2D 층상 구조가 빚어낸 마법 연구팀은 인듐 셀레나이드 나노선에 전류를 흘려보내는 실험을 진행했다. 그런데 놀랍게도, 전류를 통과시키자 결정 구조가 순식간에 유리 상태로 변했다고 한다. 논문 제1저자인 펜실베이니아 공과대학의 전 박사과정 학생인 가우라브 모디는 "처음에는 소재가 손상된 줄 알았다"며 당시의 놀라움을 감추지 못했다. 일반적으로 아몰화(결정 구조가 무질서한 비결정질 상태로 변하는 현상)를 유도하려면 강력한 전기 펄스를 가해야 한다. 하지만 인듐 셀레나이드는 연속적인 전류만으로 유리 상태로 변한다. 신기하지 않은가? 이 현상의 비밀은 인듐 셀레나이드의 독특한 구조에 숨겨져 있다. 2D 층상 구조, 강유전체성, 압전성, 이 세 가지 요소가 절묘한 조화를 이루며 혁신을 가능하게 했다. 2D 층상 구조 덕분에 전류가 층 사이를 통과하면, 층들이 서로 미끄러지며 특정 쌍극자 모멘트를 가진 도메인을 형성한다. 이 도메인 사이의 결함이 충돌하면서 결정 구조가 붕괴되고, 마침내 유리 상태로 변한다. 아가왈 석좌교수는 IISc의 나노 과학 및 공학 센터(CeNSE)의 파반 누칼라(Pavan NuKALA) 조교수와 박사과정 학생인 숩함 파라테(Shubham Parate)와 협력해 전자 현미경으로 이 과정을 원자 단위에서 마이크로미터 길이까지 면밀히 추적했다. '도메인 경계 충돌'로 에너지 절감⋯스마트 기기 배터리 혁명 이끈다 연구팀은 연속 전류가 재료의 2D 층과 평행하게 흐르면 층이 서로 다른 방향으로 미끄러진다는 것을 발견했다. 파반 누칼라 교수는 이 과정을 도메인 경계가 전기장에 의해 움직이며 서로 충돌하는 현상으로 설명했다. 이는 연쇄 반응을 일으켜 결국 전체 물질을 유리 상태로 바꿔 놓는다. 놀랍게도 이 과정에서 소비되는 에너지는 극히 적다. 연구팀의 파라테 박사과정 학생은 "전자 현미경으로 다양한 길이 척도에서 이 모든 요소들이 함께 살아나 작용하는 놀라운 현상을 관찰했다"고 말했다. 이 기술은 스마트폰, 컴퓨터 등 다양한 전자 기기에 적용되어 에너지 효율을 극대화할 수 있다. 저전력 메모리 기술은 기기 사용 시간을 획기적으로 늘리고 전력 소모를 줄여, 배터리 걱정 없는 세상을 열어줄 것으로 기대된다. 인듐 셀레나이드, 미래를 향한 '퀀텀 점프'⋯에너지 절감, 그 이상의 가치를 향해 인듐 셀레나이드의 저에너지 아몰화 기술은 에너지 절감에 크게 기여할 것으로 기대된다. 데이터 저장 효율을 극대화하여 스마트 기기 사용 경험을 혁신적으로 개선할 것이다. 인듐 셀레나이드가 이끌어갈 미래는 더욱 빠르고, 가볍고, 오래가는 스마트 기기로 가득할 것으로 기대된다. 하지만 상용화까지는 몇 가지 과제가 남아 있다. 예를 들어 아몰화된 인듐 셀레나이드의 안정성을 높이고, 데이터 저장 용량을 늘리는 연구가 필요하다. 또한 기존의 메모리 생산 공정에 적용할 수 있는 기술 개발도 중요하다. 연구팀은 이러한 과제들을 해결하기 위해 후속 연구를 진행하고 있으며, 인듐 셀레나이드 기반 메모리 기술이 가까운 미래에 상용화될 수 있을 것으로 전망했다. 이 혁신의 물결은 이제 막 시작됐다. 이번 논문은 지난 11월 6일 학술지 네이처에 게재됐다.
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[퓨처 Eyes(58)] 인듐 셀레나이드, 초저에너지 시대 연다
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