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2024-11-25 (월)

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美 오크리지 연구소, 양자 생물학과 AI 결합으로 게놈 편집 향상

미국의 오크리지 국립연구소(ORNL)에서 양자 생물학과 인공지능(AI)을 결합한 새로운 크리스퍼(CRISPR, 유전자 '가위') 기술을 개발했다고 과학 전문매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'가 보도했다. 이 기술은 미생물의 유전체를 수정해 바이오연료의 생산 효율을 높이거나 새로운 바이오화학 물질을 만들 수 있게 해준다. 오크리지 국립연구소의 과학자들은 양자 생물학, 인공지능, 생물공학 분야의 전문 지식을 결합해 미생물의 유전자를 편집할 수 있는 크리스퍼 캐스9(CRISPR Cas9) 도구의 효율성을 크게 개선했다. '크리스퍼'는 유전자 코드를 변경하여 생물의 기능을 개선하거나 돌연변이를 바로잡는데 사용되는 강력한 생물공학 도구이다. 기존의 모델들은 특정 종에 대한 데이터에 기반을 두고 있어 미생물에 적용될 때 효율성과 일관성이 떨어지는 문제가 있었다. 크리스퍼 시스템은 대부분 크리스퍼 캐스9이라는 특정 유형과 연관되어 있으며, 이 시스템은 박테리아의 면역 체계에서 유래했다. 크리스퍼 캐스9는 가이드 RNA(gRNA)를 사용하여 DNA 내의 특정 위치를 찾고, 캐스9이라는 효소가 DNA를 절단한다. 이 절단은 세포의 자연적인 DNA 수리 메커니즘을 활용하여 유전자를 삭제하거나 수정하는 데 사용된다. 오크리지연구소의 합성 생물학 그룹 리더인 캐리 에커트는 이번 미생물 중심의 크리스퍼 연구에 대해서 "크리스퍼 도구의 많은 부분이 포유동물 세포, 과일파리 또는 다른 모델 종을 대상으로 개발됐다. 미생물과 같이 염색체 구조와 크기가 매우 다른 종에 사용되는 경우, 크리스퍼 캐스 9 기계를 설계하는 모델이 다르게 작동하는 것을 관찰했다. 이 연구는 크리스퍼가 예상대로 작동하는 지 확인하는 것이었다"라고 말했다. 이를 위해, 오크리지연구소의 과학자들은 양자 생물학을 활용하여, 세포 핵에서 유전자물질이 어떻게 동작하는지에 대해 더 깊이 연구했다. 이는 크리스퍼 캐스9 유전 편집 도구의 모델링과 가이드 RNA 설계를 개선하기 위한 노력의 일환이다. 양자 생물학은 DNA와 RNA의 구성 요소인 뉴클레오티드의 전자 구조가 화합물의 화학적 특성과 상호작용에 미치는 영향을 탐구하는 분야로서 분자 생물학과 양자화학을 연결하는 역할을 한다. 오크리지 국립 연구소의 계산 시스템 생물학자 에리카 프라테스에 따르면, 전자가 분자 내에서 어떻게 분포하는지는 캐스 9 효소와 가이드 RNA가 형성하는 복합체가 미생물의 DNA에 얼마나 효과적으로 결합하는지, 그리고 그 구조의 안정성과 반응성에 중요한 영향을 미친다. 과학자들은 여러 간단한 모델을 결합하여 '랜덤 포레스트'라는 강력한 인공지능 모델을 만들었다. 이 모델은 대략 5만 개의 대장균(E. coli) 유전체에 대한 가이드 RNA 데이터를 기반으로 구축되었으며, 양자 화학적 특성도 고려됐다. 이 방법은 '뉴클레익 에이시드 리서치(Nucleic Acids Research)' 저널에 소개됐다. 연구팀은 설명 가능한 인공 지능 모델을 확인하기 위해 E. coli에서 수많은 가이드를 선택한 후 크리스퍼 캐스 9 절단 실험을 수행한 결과 AI 모델이 기존 모델보다 훨씬 더 정확하게 가이드 RNA를 발견 할 수 있었다. ORNL의 연구자들은 인공지능 모델의 정확성을 검증하기 위해 대장균에서 다양한 가이드 RNA를 선택하고 크리스퍼 캐스 9를 사용한 절단 실험을 실시했습니다. 실험 결과, 이 AI 모델이 기존 모델보다 훨씬 더 정확하게 가이드 RNA를 예측할 수 있음을 확인했다. 이 연구의 제1저자인 오크리지 국립연구소의 계산시스템 생물학자인 자클린 노샤이는 "우리는 크리스퍼를 사용하여 특정 생물 영역을 대상으로 하는 의약품 개발 등에서 더 정확한 모델이 필요함을 알고 있었다. 또한, 다양한 미생물 종에 적용가능한 가이드 디자인 규칙을 개선하기 위해 노력했다"고 말했다. 이 연구에 사용된 인공지능 모델은 기능과 반복적 특성을 가지며, DOE 과학국의 오크리지 리더십 컴퓨터 시설(Oak Ridge Leadership Computer Facility/OLCF)에서 지원하는 '써미트(Summit)' 초고속 컴퓨터로 훈련됐다. 에리카 프라테스는 자신의 합성 생물학 팀이 새로운 미생물 크리스퍼 캐스9 모델로 얻은 지식을 가져와 실험실 실험 데이터나 다양한 미생물 종의 데이터를 사용하여 더 발전시키기 위해 오크리지의 계산 과학 동료들과 협력할 계획이라고 말했다. 이 크리스퍼 캐스9 모델의 개선은 유전형과 표현형, 즉 유전자와 생물학적 특성 사이의 연결을 위한 더 높은 처리량의 파이프라인을 제공한다. 이는 기능 유전체학이라고 하는 분야에 대한 함의를 가진다. 이 연구는 예를 들어 바이오에너지 원료 식물 및 바이오매스의 박테리아 발효를 개선하기 위한 ORNL 주도의 생물에너지 혁신 센터(CBI)의 작업과 관련이 있다. 캐리 에커트는 "이 연구의 주요 목표 중 하나는 크리스퍼 도구를 사용하여 더 많은 종의 DNA를 예측적으로 수정할 수 있는 능력을 향상시키는 것"이라고 말했다. 이 크리스퍼 연구는 미국 에너지부(DOE) 과학국이 지원하는 '시큐어 에코시스템 엔지니어링 앤 디자인 사이언스 포커스(SEED SFA)'와 CBI 프로젝트의 일부다. 이 프로젝트는 오크리지 국립 연구소의 안전 생태계 공학 및 설계과학 포커스 영역과 연관되어 있으며, DOE 유전체 과학 프로그램의 폴 아브라함 박사가 이끄는 연구비로 지원됐다. 이 연구는 크리스퍼 기술을 다양한 종에 적용할 수 있는 가능성을 크게 넓혀주었다는 점에서 의미가 있다. 이 기술은 재생 에너지 개발, 약물 개발, 농업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-11-22
조류·달팽이에서 유전자 편집 능력 발견⋯의료계 혁신 기대

조류와 달팽이가 유전자 편집 능력을 숨기고 있다는 사실이 밝혀졌다. 과학기술 전문매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'와 '뉴아틀라스' 등 다수 외신은 매사추세츠 공과대학(MIT) 내 맥거번(McGovern) 뇌연구소의 연구팀이 달팽이부터 조류, 아메바에 이르기까지 다양한 종들이 판저(Fanzor)로 알려진 프로그램 가능한 DNA 절단 효소를 만든다는 사실을 밝혀냈다고 보도했다. Fanzor는 CRISPR(크리스퍼, 일명 유전자를 자르는 '가위')로 널리 사용되는 유전자 편집 시스템을 구동하는 박테리아 효소와 마찬가지로 특정 부위에서 DNA를 절단하도록 프로그래밍할 수 있는 RNA 유도 효소다. CRISPR은 유전자의 특정 부위를 절단해 유전체 교정을 가능하게 하는 리보핵산 기반 인공 제한효소를 말한다. MIT의 맥거번 뇌연구소의 과학자들은 현재 3600개 이상의 Fanzor를 식별했다. 뉴 아틀라스는 이는 신약, 유전 치료 및 생명공학 개발에 막대한 기회를 제공할 것이라고 전했다. 최근 '사이언스 어드밴스(Science Advances)' 저널에 보고된 새로 인정된 천연 Fanzor 효소의 다양성은 연구나 의학을 위한 새로운 도구에 적용할 수 있는 광범위한 프로그래밍 가능한 효소 세트를 과학자들에게 제공할 것으로 기대된다. 맥거번 펠로우 오마르 아부다예(Omar Abudayyeh)는 "RNA 유도 생물학을 사용하면 정말 사용하기 쉬운 프로그래밍 가능한 도구를 만들 수 있기 때문에 더 많이 찾을수록 더욱 유리하다"고 말했다. 유전자 치료법 개발 가능 연그팀은 고대 박테리아 방어 시스템인 CRISPR는 RNA 유도 효소가 실험실에서 사용하도록 조정될 때 얼마나 유용할 수 있는지를 분명하게 보여줬다고 말했다. MIT 교수이자 맥거번 연구원인 펭 챵(Feng Zhang), 오마르 아부다예, 조나단 구텐베르그(Jonathan Gootenberg) 등이 개발한 CRISPR 기반 게놈 편집 도구는 과학자들이 DNA를 수정하는 방식을 변화시켜 연구를 가속화하고 많은 실험적 유전자 치료법의 개발을 가능하게 한다. 이후 연구자들은 박테리아 세계 전체에서 다른 RNA 가이드 효소를 발견했고, 그 중 상당수는 실험실에서 가치 있는 기능을 가지고 있음을 식별했다. 올해 초 챵의 팀에 의해 RNA 유도 방식으로 DNA를 절단하는 능력이 보고된 Fanzor의 발견은 RNA 유도 생물학의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다. Fanzor는 진핵생물에서 발견된 최초의 효소다. 진핵생물은 각 세포의 유전 물질을 보유하고 있는 막으로 둘러싸인 핵으로 정의되는 식물, 동물, 곰팡이를 포함한 광범위한 생명체 그룹이다. 아부다예와 구텐베르그는 진핵생물에서 자연적으로 진화한 효소가 인간을 포함한 다른 진핵생물의 세포에서 안전하고 효율적으로 기능하는 데 더 적합할 수 있다는 것이 기대된다고 말했다. 챵의 연구팀은 Fanzor 효소가 인간 세포의 특정 DNA 서열을 정확하게 절단하도록 조작될 수 있음을 보여줬다. 아울러 새로운 연구에서 일부 Fanzor가 최적화 없이도 인간 세포의 DNA 서열을 표적으로 삼을 수 있음을 발견했다. 진화적 통찰력과 응용 가능성 기존 연구에서는 진핵생물 중에서 수백 개의 Fanzor가 발견됐다. 실험실 구성원인 저스틴 림(Justin Lim)이 주도한 광범위한 유전자 데이터베이스 검색을 통해 연구팀은 이제 이효소들의 다양성을 크게 확장시켰다. 연구팀은 진핵생물과 이를 감염시키는 바이러스에서 발견한 3600개 이상의 Fanzor 중에서 5개의 서로 다른 효소 계열을 식별했다. 이들 효소의 정확한 구성을 비교 분석함으로써 연구팀은 그들의 긴 진화 역사를 밝혀냈다. Fanzor는 TnpB라고 불리는 RNA 유도 DNA 절단 박테리아 효소에서 진화했을 가능성이 높다. 실제로 챵의 연구팀과구텐베르그 및 아부다예 팀 모두 Fanzor와 이러한 박테리아 효소와의 유전적 유사성에 주목했다. 구텐베르그와 아부다예가 추적한 진화적 연관성은 Fanzor의 박테리아 전임자가 진핵 세포에 들어가서 두 번 이상 진화를 시작했음을 암시한다. 일부는 바이러스에 의해 전염되었을 가능성이 있는 반면, 다른 일부는 공생 박테리아에 의해 도입됐을 수 있다. 이 연구는 또한 효소가 진핵생물에 흡수된 후 DNA에 접근할 수 있는 세포핵으로 들어갈 수 있게 하는 신호와 같이 새로운 환경에 적합한 특징을 진화시켰다고 제안한다. 생물학 공학 대학원생 카이위 지앙(Kaiyi Jiang)이 이끄는 연구팀은 유전적 및 생화학적 실험을 통해 Fanzor가 이전 박테리아와는 다르게 DNA 절단 활성 부위를 진화시켰음을 밝혀냈다. 연구 결과, 이 효소는 시험관내 DNA 서열을 목표로 삼을 때 TnpB의 조상인 표적 서열을 더 정확하게 절단할 수 있게 하는 것으로 나타났다. 이는 Fanzor가 더 선택적인 DNA 절단 활동을 가지며 임의의 서열 절단을 피한다는 것을 의미한다. 또한 연구팀은 RNA 가이드를 사용하여 Fanzor가 인간 세포 게놈의 특정 부위를 대상으로 절단하도록 했을 때 특정 Fanzor가 약 10~20%의 효율성으로 이러한 표적 서열을 절단할 수 있음을 발견했다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 Fanzor에서 다양한 정교한 게놈 편집 도구를 개발할 수 있기를 기대한다. 구텐베르그는 이를 "다기능을 갖춘 새로운 플랫폼"이라고 말했다. 아부다예는 "이러한 유형의 RNA 유도 시스템을 진핵생물 세계 전체에 개방하는 것은 우리에게 많은 가능성을 제공할 것이다"라고 강조했다.
- IT/바이오
2023-11-22
과학자들, 다른 바이러스에 부착하는 바이러스 첫 발견

바이러스가 다른 바이러스에 달라붙어 자신의 유전자를 숙주 세포에 삽입할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 과학전문 매체 뉴아틀라스에 따르면, 이번 발견은 미국 메릴랜드 대학교 과학자들이 실험 결과에서 나타난 명백한 오염을 통해 처음으로 확인됐다. 일반적으로 바이러스는 동물, 식물, 박테리아와 같은 숙주 유기체의 세포를 감염시키지만, 다른 바이러스에 직접 부착되는 현상은 알려지지 않았다. 이번 연구에서 주목된 것은 '도우미' 바이러스와 '위성' 바이러스 간의 관계다. 위성 바이러스는 생존을 위해 도우미 바이러스에 의존하며, 과학자들은 이번 연구에서 위성 바이러스가 도움을 주는 도우미 바이러스에 지속적으로 부착되어 있는 것을 관찰했다. 이번 발견은 박테리오파지(포도상구균 바이러스)를 연구하는 학부 프로젝트의 일환으로, 환경 샘플에서 바이러스를 분리하고 실험실에서 염기서열 분석을 수행하는 과정에서 시작됐다. 한 샘플에서 '마인드플레이어(MindFlayer)'라는 이름의 예상 바이러스 DNA가 발견되었지만, 분석 결과 알려지지 않은 DNA의 오염이 확인됐다. 반복된 실험에서도 같은 결과가 나타났다. 이 현상을 파악하기 위해 연구자들은 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 샘플을 검사했다. 그 결과, 마인드플레이어 바이러스의 '목' 부분에 '미니플레이어(MiniFlayer)'라고 불리는 작은 위성 바이러스가 부착되어 있는 것을 발견했다. 이 현상은 일회성 사건이 아니었다. 관찰된 박테리오파지 중 80%, 즉 50개 중 40개에 위성 박테리오파지가 부착되어 있는 것이 확인됐다. 더욱 흥미로운 것은, 덩굴손이 존재하지 않았지만, 일부 박테리오파지가 과거에 덩굴손에 묶여 있었다는 흔적인 '덩굴손' 구조를 가지고 있었다는 점이다. 연구의 제1 저자인 메릴랜드 대학교의 타지드 드카발로(Tagide deCarvalho) 박사는 "이 현상을 목격했을 때 정말 믿기 어려웠다"고 말하며 "박테리오파지나 다른 바이러스가 다른 바이러스에 부착되는 것은 전례가 없는 일"이라고 강조했다. 연구팀은 발견 후 위성 바이러스와 헬퍼 바이러스, 숙주 바이러스의 게놈을 분석해 일어나고 있는 현상을 조사했다. 연구에서는 마인드플레이어 바이러스가 알려진 다른 위성 바이러스들과 달리 숙주의 DNA에 통합되는데 필요한 유전자가 없다는 것을 발견했다. 이는 마인드플레이어가 숙주 세포 내에서 복제하기 위해서는 근처에 있어야 한다는 것을 의미한다. 이번 연구의 수석 저자인 이반 에릴(Ivan Erill)은 "바이러스의 부착 메커니즘이 이제 명확해졌다. 부착하지 않으면 동시에 세포 안으로 들어갈 수 있다는 것을 보장할 수 없다"고 말했다. 이 메커니즘의 정확성과 다른 바이러스들 사이에서의 일반성을 확인하기 위한 추가 연구가 계획되어 있으며, 이 연구는 국제 미생물 생태학 학회지에 게재됐다.
- IT/바이오
2023-11-15
아침 샤워 vs. 저녁 샤워, 건강에 더 좋은 것은?

아침에 샤워하는 것과 저녁에 샤워하는 것 중에서 어떤 방법이 건강에 더 좋은지 논쟁이 한창이다. 야후 뉴스에 따르면 피부과 전문의들은 아침 또는 저녁에 매일 샤워를 하는 것은 일반적으로 몸을 깨끗하고 건강하게 유지하는 데 충분하다고 한다. 하지만 일부 사람들은 아침 샤워와 저녁 샤워 중에서 각자 선호하는 시간이 있다. 클리블랜드 클리닉의 피부과 전문의인 알록 비즈(Alok Vij) 박사는 "백 명의 다른 의사에게 물어보면 백 가지의 다른 답변을 얻게 될 것이다. 많은 경우 개인적인 선호도에 따라 결정된다"라고 말했다. 비즈 박사는 아침 샤워와 저녁 샤워 사이의 일반적인 위생 측면에 대한 논쟁에 '확실한' 답이 있다고 믿지만 몇 가지 조건에 따라 달라질 수 있다고 했다. 그는 "만약 몸이 땀 등으로 더러워졌거나 모기 퇴치제, 선크림과 같이 향이 강하거나 화학 성분이 포함된 제품을 사용한 경우에는 잠자기 전에 샤워하는 것이 중요하다. 그러나 운동을 하지 않았고 땀을 많이 흘리지 않아 깨끗한 상태를 유지했다면 굳이 샤워할 필요는 없다"고 조언했다. 피부 민감하면 저녁 샤워 권장 메이요 클리닉 피부과의 던 마리 데이비스(Dawn Marie Davis) 박사는 "일반적으로 피부가 더럽거나, 자극을 받았거나, 땀을 흘린 후에 샤워를 해야 한다"는 데 동의한다고 말했다. 데이비스 박사는 "민감한 피부 환자, 특히 아토피 피부염(습진) 환자는 잠자기 전에 샤워하거나 목욕을 하는 것이 피부에서 자극물을 제거하고 수면 위생에 도움이 된다"고 말했다. 비즈 박사는 습진이나 건선 환자는 국소 약물을 바르기 전에 가려운 피부를 진정시키기 위해 저녁에 샤워하는 것이 도움이 될 수 있다고 덧붙였다. 한편, 피부과 전문의들에 따르면 샤워 시간에 관계없이 침대에는 피부의 죽은 세포와 땀이 쌓여 있는 것이 일반적이다. 침대 시트 최소 2주에 1회 세탁 권장 웹MD(WebMD)에 게재된 피부과 전문의 리뷰에 따르면, 피부는 끊임없이 죽은 세포를 벗겨내고 있으며 평균적으로 매일 약 5억 개의 세포를 잃고 있다. 비즈 박사는 죽은 세포는 하루 1g이상 해당하며 수면 중에 연간 약 98리터(26갤런)의 수분을 땀으로 배출한다고 말했다. 그는 땀 자체는 무균이지만 종종 표피 바깥층의 기름이나 단백질과 섞여 박테리아가 번식할 수 있는 환경을 조성한다고 설명했다. 비즈 박사는 "죽은 피부 세포와 박테리아는 침대 시트를 씻을 때까지 그대로 남아 있을 것"이라고 지적했다. 그는 침대 시트는 최소 2주에 한 번, 수면 중에 땀을 많이 흘리거나 피부가 쉽게 자극되는 사람은 일주일에 한 번씩 교체하는 것이 좋다고 권장했다. 또한 베개는 최소 6개월에 한 번씩 세탁해야 한다고 덧붙였다. 아침 샤워, 활기찬 하루 시작 아침 샤워를 지지하는 사람들은 아침 일찍 샤워를 하면 잠에서 깰 수 있다고 답했다. 수면 재단이 실시한 2022년 설문 조사에 참여한 아침 샤워 참가자는 81%가 하루를 활기차게 시작했다고 응답했다. 별도의 2023년 설문 조사에서는 아침 샤워 참가자 중에서 조금 더 많은 비율이 밤에 목욕을 한다고 응답한 사람들보다 직장에서 더 생산적이고 활력이 넘친다고 답했다. 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 연구자들은 12개 이상의 수면 데이터를 분석한 결과 잠자리에 들기 최소 1시간 전에 따뜻한 목욕이나 샤워를 하면 신체의 온도를 조절하고 더 빨리 잠들도록 돕는다는 결과를 도출했다. 이처럼 아침 샤워와 저녁 샤워 중 어느 것이 더 건강에 좋은지에 대한 정답은 없다. 개인의 선호도와 상황에 따라 선택하는 것이 가장 좋으나, 침대 시트는 청결한 상태를 유지하는 것이 중요하다
- 생활경제
2023-11-03
화웨이, 스마트폰 현미경 카메라 특허출원

망원경 없이도 휴대폰으로 달의 표면을 가까이에서 볼 수 있는 시대가 도래했다. 스마트폰 카메라 렌즈의 기술은 매일매일 눈에 띄게 진화하고 있다. 이제는 멀리 있는 달을 관찰하는 것이 아니라, 박테리아의 세계까지 선명하게 볼 수 있는 놀라운 현미경 기능을 갖춘 휴대폰이 시장에 등장해 화제를 모으고 있다. 기술과 산업 전문 매체 테크노드(TechNode)는 최근 중국 화웨이가 미국특허청(USPTO)으로부터 이러한 스마트폰 현미경 카메라 기술에 대한 특허를 획득했다고 보도했다. 보도에 따르면, 이 새로운 렌즈 기술은 최소 약 5mm 거리에서의 물체를 20~400배까지 확대하여 촬영할 수 있으며, 이를 통해 스마트폰에서 직접 박테리아를 분석하는 것이 가능하다고 한다. 화웨이 측은 "스마트폰 시장에서의 경쟁이 가열되면서, 다양한 신기능을 도입해 소비자들의 눈길과 신뢰를 얻고자 한다"며, "이런 현미경 카메라 기능이 시장에서 경쟁력을 갖출 것"이라고 기대감을 드러냈다. 이처럼 기술의 발전은 스마트폰의 새로운 장을 열고 있다. 테크노드에 따르면, 화웨이는 최근 획득한 현미경 카메라 기술 특허를 차세대 주력 휴대폰에 적용할지 여부를 아직 발표하지 않았다. 그러나 특허 문서에는 현미경 렌즈의 세부 정보와 다양한 사용 방법이 상세하게 제공되어 있다. 이 특허에 따르면, 두 개의 카메라가 기능을 분담한다. 하나는 일반적인 이미지 캡처용이고, 다른 하나는 마이크로 카메라로 위생 분석에 사용된다. 예를 들어, 마이크로 카메라는 사과나 손과 같은 대상의 이미지를 캡처한 후, 마이크로 모드로 전환하여 음성이나 문자를 통해 대상의 위생 상태를 분석하고 평가하며, 필요한 경우 위생 유지를 위한 조언을 제공한다. 화웨이의 이같은 혁신적인 특허는 식품 안전, 주방 기구의 청결 관리, 개인 위생 평가, 어린이 장난감과 애완동물 위생 상태 모니터링 등 여러 분야에서 활용될 수 있다. 사용자는 이 기술을 활용하여 집에서 야채나 과일의 표면 박테리아를 감지하고, 커피머신이나 전자레인지와 같은 주방 가전제품의 청결 상태를 점검할 수도 있다. 앞서 화웨이는 2021년에 미국특허청에 현미경 카메라 기술에 대한 특허 신청을 제출했다. 특허 신청서에서는 카메라가 촬영한 이미지에서 박테리아의 양을 식별하고, 관련 위생 조언을 제공하는 기능이 강조됐다. 또한, 이 특허가 코로나19 팬데믹이 심각하게 확산되던 시기에 출원되었다는 점도 눈에 띈다. 화웨이의 현미경 카메라의 혁신적인 특허는 산업 내에서도 주목받고 있다. 이미 350여 개의 기업이 패턴트 풀을 통해 화웨이의 특허 라이선스를 획득했고, 이로 인해 화웨이는 2022년 약 7조 5096억 원(약 5억 6000만 달러)의 수익을 올렸다고 한다. 또 다른 중국 기업인 오포(Oppo)도 2021년 최대 60배 확대 기능을 가진 '파인드 X3 프로(Find X3 Pro)'를 출시했다. 하지만 이 기능은 매크로 사진 촬영에 한정되어 있으며, 화웨이의 현미경 카메라 기술만큼의 세밀함은 보이지 않는다. 지난 9월, 화웨이와 샤오미는 5G를 비롯한 다양한 통신 기술에 대한 글로벌 특허 교차 라이선스 계약을 체결했다고 발표했다. 더불어 화웨이는 지난 8월에는 지상 신호를 필요로 하지 않는 위성 통화 기술이 탑재된 '메이트60(Mate60)' 시리즈를 선보였다. 이를 통해 사용자는 어디에서든 전화를 걸거나 받을 수 있게 되었다. 한편, 한국에서도 카메라 렌즈 기술 혁신 소식이 전해졌다. 포스텍의 노준석 교수 연구팀은 휴대폰 뒷면의 여러 카메라 렌즈를 하나의 메타렌즈로 통합, 초점 위치를 자유롭게 조절하는 기술을 성공적으로 개발했다. 이 메타렌즈는 나노미터(nm) 크기의 인공 구조체로 구성되어 있으며, 빛의 다양한 특성을 제어할 수 있다. 또한 기존 렌즈의 두께를 획기적으로 줄일 수 있어, 생체 분자 이미징이나 광학 컴퓨터 등 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2023-10-13
마리아나 해구에서 미확인 바이러스 발견

지구에서 가장 깊은 마리아나 해구의 어둠 속에서 새로운 바이러스가 발견됐다. 마리아나 해구는 현재까지 알려진 지구에서 가장 깊은 지점인 챌린저 해연(Challenger Deep)이 있다. 인간의 눈이 닿지 않는 챌린저 해연의 최대 깊이는 1만902m~1만929m이다. 마리아나 해구는 우리에게 익숙한 지역인 괌 인근 북태평양의 서쪽 대양에 위치해 있으며, 동쪽과 남쪽에는 마리아나 제도가 있다. 프랑스 매체 르 파리지앵(Le Parisien)의 최근 보도에 따르면, 과학자들은 마리아나 해저의 깊이 8900m에 위치한 곳에서 이전에 기록된 적이 없는 새로운 바이러스인 'vB_HmeY_H4907'을 발견했다. 이 지역은 극한의 낮은 온도, 엄청난 압력, 그리고 영양분 부족으로 특징지어지는 거친 환경이다. 이러한 적대적인 환경에서 새로운 생명 형태인 바이러스가 발견된 것은 놀라운 일이라는 지적이다. 심해 박테리아와 놀라운 유사성을 보이는 'vB_HmeY_H4907'의 발견은 과학자들 사이에서 큰 관심을 불러일으키고 있다. 연구를 주도한 중국 해양 대학의 해양 바이러스학자인 민왕 박사는 이 바이러스가 박테리오파지(세균을 숙주로 하는 바이러스)라고 주장했다. 다시 말해, 이 바이러스는 특정 박테리아를 감염시키는 바이러스로, 특히 할로모나스 메리디아나(Halomonas meridiana, 염도가 높은 환경에서 생존 및 번식하는 박테리아)를 감염시킨다. 흥미로운 점은 이 바이러스가 호스트 박테리아를 파괴하지 않고 공생 관계로 진화한다는 것이다. 박테리아 세포가 분열할 때 바이러스의 유전자 물질이 복제되고 전달되어 이 바이러스가 지속적으로 번식하고 증식할 수 있게 된다. 심해 바이러스와 박테리아의 상호 작용 이번 발견은 마리아나 해구와 같이 적대적이고 고립된 환경에서 생명의 생존을 이해하는 데 새로운 전망을 열어주고 있다. 연구자들은 이제 심해 바이러스와 박테리아 호스트 간 상호 작용에 대해 더 깊게 탐구하기를 바라고 있다. 더욱이, 이 발견은 이전에 알려지지 않은 '바이러스 가족'의 존재를 시사하며, 이는 해양 바이러스학 분야에서 더욱 흥미로운 주제로 떠올랐다. 연구자들은 과학적 발전을 고려해 전 세계의 다른 극한 환경을 탐색할 계획이다. 연구팀은 이를 통해 '바이러스 계'의 이해를 확장하고, 외딴 고립 지역에서 새로운 바이러스를 발견하기를 기대하고 있다. 민왕 박사는 "극한 환경이 새로운 바이러스 생명 형태의 발견을 위한 풍요로운 땅을 제공한다"고 강조하며, 이는 향후 과학 연구에 새로운 흥미로운 가능성을 열어준다고 말했다.
- IT/바이오
2023-10-05
나노기술 적용된 획기적 여드름 치료제 개발

사춘기 청소년들의 가장 큰 고민인 여드름. 연고를 발라보고, 약도 복용해보고, 깨끗이 세안도 해 보지만 크게 나아지지 않아 애를 먹인다. 사춘기 청소년의 85%에서 발견되고, 후유증으로 흉터가 남기도 하는 여드름은 한국 청소년들만의 문제가 아니다. 전 세계적으로 약 8억명, 미국에서만 4500만 명이 여드름과 전쟁을 벌이고 있다. 과학기술 매거진 '뉴 아틀라스(NEW ATLAS)'는 「나노스케일(Nanoscale)」저널에 게재된 남호주 대학(University of South Australia) 연구팀이 개발한 나노 기술을 사용한 여드름 치료제에 대해 소개했다. 여드름의 원인은 여드름 미생물(Cutibacterium acnes)이라고 불리는 피부 박테리아의 과도한 증식으로 발생한다. 일종의 만성 염증질환으로 면포, 구진, 고름물집, 결절, 거짓낭 등의 병변이 나타난다. 연구팀은 여드름을 유발하는 박테리아를 제거하기 위해 미세바늘과 초음파를 결합한 나노 기술을 통해 피부 병원균에 치명타를 줄 수 있었다. 사람의 머리카락 굵기보다 5만 배 더 작은 부드러운 나노입자를 사용해 일반적으로 나라신(Narasin)으로 알려진 항균 화합물(항생제)를 여드름의 주요 발병 지점인 탈피지샘단위(Pilosebaceous unit)에 전달했다. 모낭과 모간, 피지선은 여드름 미생물(Cutibacterium acnes)이 번식하는 곳이다. 또한 현재의 경구 및 국소 약물은 다양한 성분이 혼합되어 장기간 사용하면 세균 내성이 발생할 수 있어 치료하기가 매우 어려운 것으로 알려졌다. 이번에 개발된 치료법은 새로운 항생제를 표적에 직접 전달함으로써 다른 방법보다 목적지에 도달하는 데 100배 더 효과적인 것으로 입증됐다. 파티마 아비드(Fatima Abid) 연구원은 "여드름에 처방되는 경구용 약물은 다양하지만 부작용이 많고, 물에 잘 녹지 않아 대부분의 환자와 의사는 국소 치료를 선호한다"고 말했다. 아비드의 연구팀은 돼지 귀 피부를 모델로 사용해 나노 스케일 전달 수단을 NAR[농업 분야에서 기생충 질병 콕시디아증(coccidiosis) 예방을 포함한 다양한 용도의 폴리에테르 항생제]로 알려진 나라신을 적용했다. 나라신(NAR)은 지난 1986년 처음으로 닭에 대한 사용이 승인됐다. 이전에도 항원충제, 항진균제와 항바이러스제 효능이 있는 것으로 나타났다. 여드름 치료제로 나라신이 연구된 것은 이번이 처음이며, 표적에 집중된 전달 방법과 함께 여드름 미생물이 약물 내성을 발생시킬 위험을 줄인다. 남호주 대학 약학 연구자이자 교수인 산자이 가르그(Sanjay Garg)는 "미셀 제형은 나라신을 여드름 목표 지점에 전달하는 데 효과적이었으며, 화합물 용액은 피부층을 통과하지 못했다"고 말했다. 현재까지는 여드름을 치료하기 위해 피지분비의 조절, 털집과다각질화의 교정, 여드름 미생물 집락수 감소, 염증반응 억제 등의 방법을 사용해 왔다. 이번 연구는 나노기술을 사람을 위한 치료법으로 발전시킬 수 있는 문을 열었다는 평가를 받고 있다.
- IT/바이오
2023-09-23
폐수 분해해 전기 생산하는 대장균 개발

공장 폐수 속 유기물을 이용해 전기를 생산하는 날이 멀지 않았다. 스위스 연구팀이 대장균의 유전자 변형을 통해 폐수에서 자랄 수 있는 박테리아를 찾아냈다. 한국에서는 오폐수나 바닷물, 지하수 등을 정화하며 동시에 전기를 연속적으로 생산하는 분리막을 개발했다. 국제적인 주목을 받는 이 기술에 대해 일본의 온라인 매체 '기가진(Gigazine)'은 최근 스위스 연방 공과 대학의 논문을 인용, "이제 우리는 에너지를 사용하여 폐기물을 처리하는 것이 아닌, 폐기물 처리를 통해 에너지를 얻는 시대로 전환하게 될 것"이라고 전망했다. 스위스 연구팀을 이끄는 아르데미스 보고시안(Aldemis Bogosian) 교수는 일반 대장균의 유전자를 조작, 전기를 생산할 수 있는 '쉬와넬라 오나이덴시스(Shewanella oneidensis)'와 유사한 능력을 가진 박테리아를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 이러한 연구 성과는 미래의 환경 보호와 지속 가능한 에너지 자원 확보 방안으로 큰 기대를 모으고 있다. 전기를 생산할 수 있는 능력을 지닌 박테리아가 탄생한다 해도 섬세하거나 특별한 먹이가 필요하고 번식에 많은 양의 에너지가 필요하면 실용적 가치가 떨어진다. 이에 연구팀은 스위스 로잔의 현지 맥주 양조장에서 폐수를 채취해 새로 개발한 대장균을 주입했다. 양조장 폐수에는 다량의 당분, 전분질과 맥주 효모 혼합물이 포함되어있어 그대로 흘려 버리면 미생물이 번식할 수 있다. 이에 양조장은 폐수를 배출하기 전에 곡물 세척과 탱크 세척 과정을 거친다. 보고시안은 "이것은 유기 폐기물을 처리하기 위해 에너지를 사용하는 것이 아니라, 유기 폐기물 처리와 동시에 전기를 생산하는 일석이조 시스템"이라며 "양조장 폐수로 실험했을 때 기존의 전기 미생물은 생존조차 할 수 없었지만, 우리가 개발한 전기 미생물은 폐기물을 먹고 비약적으로 증식할 수 있었다"고 말했다. 이번 연구의 응용 범위는 단순한 폐기물 처리에 그치지 않는다. 유전자를 조작한 대장균의 특징 중 하나는 다양한 물질로부터 전기를 생성할 수 있다는 점이다. 이는 미생물 연료 전지, 바이오센싱 등 여러 분야에서의 활용 가능성을 시사한다. 논문의 주저자인 모하메드 모지부는 박테리아 기반의 생체 전기 에너지 분야에 대한 기대감을 전하면서도, "기업들은 이 기술의 상용화를 위해 더 이상 기다릴 수 없다"며 아쉬워했다. 한편, 한국 기업인 SK에코플랜트는 폐수 처리를 위한 전기화학적 정화 기술의 실용성을 테스트하고 있다. 이 방법은 오염된 폐수에 전류를 가해 정화하는 방식으로 진행된다. 더불어 한국과학기술원은 동국대와 협력해 커피 찌꺼기를 활용, 중금속을 제거하는 필터의 개발에 성공했다. 또한, 한국생명공학연구원은 양돈 농가의 폐수를 희석 과정 없이 직접 정화하면서 동시에 폐수 내의 미생물을 효과적으로 관리하는 미세조류 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 최근 한국과학기술원(KIST)은 명지대학교 신소재공학과와 손을 잡고, 오폐수와 바닷물, 지하수와 같은 다양한 물 자원을 효과적으로 정화하며 동시에 전기를 지속적으로 생산할 수 있는 분리막 기술을 개발했다. 이처럼 세계 여러 나라의 연구팀과 기업들은 박테리아와 같은 친환경 에너지 생산이 가능한 방식으로 오폐수 정화 기술 개발에 적극 나서고 있다.
- IT/바이오
2023-09-22
플라스틱 먹는 '효소' 연구 활성화⋯고비용 과제

플라스틱을 먹는 효소가 개발이 활성화돼 폐플라스틱 처리에 힘을 보탤 전망이다. 환경오염 주범으로 꼽히는 지구를 뒤덮은 폐플라스틱을 재활용하기 위해 수 많은 연구팀들은 다양한 해결책을 찾고 있다. 특히, 벌집나방 애벌레와 같은 생물학적 자원 활용은 소각이나 매립보다 환경친화적으로 플라스틱을 처리하는 유용한 도구가 될 수 있다. 미국 생화학·분자 생물학 매거진 'ASBMB 투데이'에 따르면, 스페인 생물학자 페데리카 베르토치니(Federica Bertocchini)는 약 10년 전 벌집나방의 애벌레가 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌을 먹어 치운다는 사실을 발견했다. 폴리에틸렌은 플라스틱 용기 등을 만드는 데 흔하게 이용되지만, 잘 분해 되지 않는 특성이 있어 폐기가 어렵다는 단점이 있다. 최근 과학자들은 매립지나 자동차폐차장 등을 찾아다니면서 플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 찾고 있다. 이를 채취해 플라스틱의 구성 요소를 회수하는 효율적인 방법을 찾길 기대하고 있는 것. 이후 새로운 재료를 조합해 ‘무한 재활용’이 가능하도록 한다는 계획이다. 영국 포츠머스대 효소혁신센터 존 맥기한(John McGeehan)은 "놀랍게도 전 세계의 수백 개 그룹과 수천 명의 과학자들이 이 문제를 연구하고 있다"고 설명했다. 폐플라스틱, 환경오염 주범 플라스틱은 1950년대 들어 본격적으로 생산됐고 생산량도 급증했다. 매년 약 4억6000만 톤에 가까운 플라스틱이 생산되는 것으로 추정된다. 하지만 이렇게 생산된 플라스틱은 아쉽게도 소각하거나 매립지에 묻히고 있다. 플라스틱은 지구상의 심해나 극지방을 비롯해 비를 타고 내려오거나, 심지어 태반이나 모유, 사람의 혈액에서도 흔적이 보고 되는 등 우리 눈에 보이지 않는 구석구석까지 침투했다. 이처럼 플라스틱은 건강과 환경 문제와 직접 연결되어 있다. 그럼에도 수요는 줄어들지 않고 있으며, 생산량은 오는 2050년까지 10억 톤을 넘길 것으로 예상된다. 플라스틱은 가볍고, 형태를 잡기 쉬운 특성 때문에 이를 대체할 마땅한 소재가 없기 때문이다. 현실적으로 모든 플라스틱을 교체하거나 재활용할 수 없다는 점에서 차선책은 덜 만드는 것이다. 또 약 9%에 불과한 전 세계 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 하지만, 재활용 과정에서 유해한 화학물질을 흡수할 수 있으며, 수천 가지의 플라스틱 유형에는 각각 고유한 구성과 화학 첨가물이나 착색제가 들어 있어 대다수는 재활용할 수 없는 것이 문제다. 효소 재활용 회사 버치 바이오사이언스(Birch Biosciences) 공동 창립자이자 합성 생물학자인 요한 커스(Johan Kers)는 "우리는 심각한 플라스틱 순환성 문제를 안고 있다"며 "알루미늄과 종이 등은 재활용할 수 있지만 플라스틱 재활용은 힘들다"고 지적했다. '자연'에서 착안한 '효소' 주목 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 고분자 과학자 팅 쉬(Ting Xu)는 "효소를 통한 접근법은 폐플라스틱을 폐기물의 원천이 아닌 귀중한 자원으로 전환시킬 수 있다"고 설명했다. 이미 1970년대에 플라스틱을 먹는 효소에 대한 연구가 시작됐다. 그러다가 2016년 일본 과학자팀이 사이언스 학술지에 플라스틱을 먹는 획기적인 박테리아의 새로운 변종에 대한 논문을 발표하면서 효소 연구에 다시 불을 지폈다. 교토공과대학 미생물학자 코헤이 오다(Kohei Oda)가 이끄는 연구팀은 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis) 201-F6이라고 불리는 미생물이 음료수병과 섬유에 널리 사용되는 폴리에스터인 PET 플라스틱을 주요 에너지와 식품 공급원으로 사용한다는 사실을 발견했다. 그 이후로 과학자들은 독일 라이프치히 묘지의 퇴비 더미, 그리스 하니아(Chania) 해변 등 전 세계 여러 장소에서 플라스틱을 먹는 미생물을 발견했다. 그리고 바다, 북극 툰드라 표토, 사바나 및 다양한 숲을 포함한 환경에서 자유롭게 떠다니는 DNA에서 발견된 2억 개 이상의 유전자에 대한 대규모 분석을 통해 플라스틱 분해 가능성이 있는 3만 개의 다양한 효소가 있다는 것을 찾아냈다. 맥기한은 콜로라도를 포함해 다른 지역의 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 동료들과 함께 이데오넬라 사카이엔시스의 플라스틱 섭취 능력을 담당하는 두 가지 효소를 조작해 성능을 높이고 연결해 플라스틱을 분해할 수 있는 효소 칵테일을 만들었다. 그 결과 이전보다 6배 더 빠르게 PET를 분해할 수 있었다. 최근 과학자들은 인공지능(AI)을 사용해 플라스틱을 더 빠르게 해중합[해중합은 유색 페트(PET)병이나 폴리에스터 섬유 등 플라스틱 분자를 화학적으로 분해하는 기술]하고, 표적 기질에 대해 덜 까다롭고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 효소를 찾아내고 있다. 초기 데이터에 따르면 생물학적 효소를 이용한 재활용은 플라스틱을 새로 만드는 것보다 탄소 배출량이 더 적은 것으로 알려졌다. 탄소와 산소가 얽혀 있는 PET 재활용 플라스틱은 생물학적 재활용에 가장 적합하다. 영국 포츠머스 대학교의 분자 생물물리학자 앤디 픽포드(Andy Pickford)는 이 물질이 '일종의 아킬레스건'이라고 말했다. PET은 탄소가 산소와 얽혀 있다. 직물과 음료수병에서 흔히 발견되며 매년 생성되는 플라스틱의 약 5분의 1을 차지하는 PET는 생물학적 재활용 업체들 사이에서 인기 있는 대상이자 상업적으로 이용 가능한 제품이기도 하다. 실제로 프랑스 회사 카르비오(Carbios)는 연간 5만 톤의 PET 폐기물을 재활용하는 것을 목표로 2025년 프랑스 북부에 바이오 재활용 공장을 열 계획이다. 호주에 본사를 둔 삼사라에코(Samsara Eco)는 2024년 멜버른에 PET에 초점을 맞춘 2만 톤 규모의 재활용을 계획하고 있다. 플라스틱 유형을 연구하고 있는 픽퍼드(Pickford)는 "PET와 유사한 화학적 구성을 가진 폴리아미드와 폴리우레탄도 본질적으로 효소에 의해 분해되기 쉬워 효소 재활용의 유망한 대상"이라고 말했다. 삼사라에코는 합성 폴리아미드의 일종인 나일론을 연구하고 있다. 지난 5월 버려진 옷으로 '세계 최초의 무한 재활용' 나일론-폴리에스테르 의류를 생산하기 위해 인기 운동복 브랜드 룰루레몬(Lululemon)과 다년간의 파트너십을 발표했다. 아직은 연구가 미진하지만 연구원들은 폴리우레탄을 분해하는 미생물에 대해서도 연구 중이다. '슈퍼웜' 유충 활용 기술 향상 효소 재활용은 순수 탄소 골격을 가진 플라스틱의 경우 전망은 흐리다. 비닐봉지를 만드는 데 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 제품은 기름기가 많아 투입된 효소를 붙잡을 수 없기 때문이다. 그런데 페데리카 베르토치니는 데메트라(Demetra)와 세레스(Ceres)라는 이름을 붙인 왁스 벌레 타액에서 플라스틱 분해 효소를 확인했다. 이 효소는 탄소 골격에 산소를 주입해 실온에서 몇 시간 내에 폴리에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 폴리스티렌을 연구하는 호주 퀸즈랜드 대학교의 미생물학자 크리스 린케(Chris Rinke) 박사는 '슈퍼웜(Superworm)'이라고 불리는 미국왕딱지벌레(Zophobas morio) 유충을 발견했다. 플라스틱을 기계적으로 작은 조각으로 파쇄하고 산소 원자를 투입해 '노화'한 다음 특수 기술을 사용해 해당 조각을 해중화하는 두 가지 과정을 통해 폴리스티렌을 분해한다. 린케 박사는 "곤충에서 발견되는 효소가 열쇠를 쥐고 있을 수 있다"고 말했다. 반면, 일부 전문가들은 생물학적 재활용 전망에 대해 낙관적이지 않다. 픽포드는 "아직 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC와 같은 폴리올레핀이 대규모 효소 재활용을 위한 현실적인 목표가 될 것이라고 확신하지 못했다"며 "이런 경우 재활용이 가능한 새로운 플라스틱을 만드는 방향으로 전환하는 것이 더 현실적"이라고 말했다. 한국의 경우, 2020년 포스텍의 차형준 교수 팀은 '산맴돌이거저리(Plesiophthalmus davidis)'라고 불리는 검은 딱정벌레의 유충에서 폴리스티렌 소화 능력을 부여한 장내 세균인 '세라티아 폰티콜라(Serratia Fonticola)'에 대해 보고했다. 또 다른 그룹은 PLA를 포함한 특정 유형의 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 두 가지 저온 적응성 곰팡이 균주[고산 토양과 북극 해안에서 분리된 라크네룰라(Lachnellula)와 네오데브리에시아(Neodevriesia)]를 발견했다고 보고했다. 하지만 효소를 활용하는 프로세스를 확장하는 것이 얼마나 쉬울지, 그리고 확장된 환경이 어떤 모습일지는 불분명하다. 한편, UN은 오는 2024년 세계 최초의 글로벌 플라스틱 오염 조약을 만들 예정이다. 플라스틱 오염을 억제하는 것을 목표로 하며, 특히 재활용을 더 쉽게 하기 위해 플라스틱 제품의 생산 과 설계에 대한 새로운 규칙을 도입할 것으로 예상된다. 다음 해에는 워싱턴과 캘리포니아, EU에서 플라스틱 용기와 음료수병 재료의 25%를 재활용 플라스틱으로 규정하는 법률이 시행될 예정이다. 그러나 추가적인 변화와 인센티브가 없다면 이러한 노력은 물거품이 될 수도 있다는 지적이다. 화석 연료의 저렴한 가격으로 인해 순수 플라스틱이 저렴하게 유지되는 한 생물학적 효소 활용은 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문이다. 맥기한은 "과거 석유 및 가스 산업이 혜택을 누렸던 방식으로 PET 또는 기타 생분해성 공정에 인센티브를 부여해야 한다"며 "생물학적 재활용 기술이 향상되면 새로운 플라스틱과 경쟁할 수 있을 만큼 비용면에서 효율적일 것"이라고 강조했다. 그럼에도 그는 "효소가 전체 플라스틱 문제를 해결하지 못하지만 이제 막 첫 걸음을 뗐다"며 향후 발전에 기대감을 드러냈다.
- IT/바이오
2023-09-21
'역백신', 제1형 당뇨병·크론병 등 자가면역 질병 치료

제1형 당뇨병과 크론병 등 자가 면역질환을 역백신으로 치료하는 연구가 진행중이다. 중추신경계의 탈수초성 질환(demyelinating disease 신경세포의 축삭을 둘러싸고 있는 절연물질인 수초가 탈락되는 질병) 중 가장 흔한 유형인 다발성 경화증과 췌장에서 인슐린이 분비되지 않아 발생하는 제1형 당뇨병, 만성 염증성 장질환인 크론병을 정복할 수 있는 날이 코앞에 다가왔다. 과학기술 전문 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)’에 따르면, 시카고대학 프리츠커 분자공대(PME Pritzker Molecular Engineering) 연구팀이 '역백신(inverse vaccine)'을 개발해 자가면역 반응을 제거할 수 있음을 증명했다. 일반적인 백신은 인간의 면역 체계가 바이러스나 박테리아를 공격해야 할 적으로 인식하도록 만들지만, ‘역백신’은 한 분자에 대한 면역 체계 기억을 제거하는 정반대의 역할을 하도록 했다. 면역 체계 기억을 제거하는 것은 전염병의 경우 바람직하지 않지만 다발성 경화증, 제1형 당뇨병, 류머티즘성 관절염 또는 면역 체계가 사람의 건강한 조직을 공격하는 크론병에서 나타나는 자가면역 반응을 멈출 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다. 최근 국제학술지 네이처 생명의학공학(Nature Biomedical Engineering)에 발표된 논문을 살펴보면, 역백신은 자연 과정에 의해 죽는 세포에 대한 자가면역 반응을 예방하기 위해 간이 자연적으로 세포 분해 생성물을 '공격 금지'로 표시하는 방식을 활용한다. PME 연구팀은 우리 몸의 간이 면역 체계가 공격하는 항원(면역 체계가 공격하는 분자)을 친구로 인식하는 노화된 세포 조각과 유사한 분자와 결합해, 이 백신이 어떻게 다발성 경화증과 유사한 질병과 관련된 자가면역 반응을 성공적으로 막을 수 있는지 보여줬다. 이번 논문의 주 저자인 제프리 허벨(Jeffrey Hubbell) 교수는 "이 연구에서 가장 흥미로운 점은 이미 염증이 진행 중임에도 다발성 경화증과 같은 질병을 치료할 수 있다는 것이며, 이는 실제 상황에서 더 유용하다"고 강조했다. 역백신으로 면역력 억제 면역 체계의 T세포(세포성 면역을 담당하는 림프구의 일종) 역할은 바이러스, 박테리아, 암 등 원치 않는 세포와 분자를 신체의 이물질로 인식해 제거하는 것이다. 그러나 T세포는 건강한 세포를 이물질로 인식하는 실수를 할 수 있다. 예를 들어, 크론병 환자의 경우 면역 체계는 소장 세포를, 다발성 경화증 환자의 경우에는 신경 주변의 보호 코팅인 미엘린을 공격한다. 허벨 교수와 그의 동료들은 면역 반응이 몸 전체의 모든 손상된 세포에 대해 발생하지 않도록 하는 메커니즘을 가지고 있다는 것을 주목했다. 이러한 현상은 간에서 일어나는 말초 면역 관용(Peripheral Immune Tolerance)으로 알려져 있다. 그들은 최근 몇 년 동안 N-아세틸갈락토사민(pGal)으로 알려진 당으로 분자를 태깅하면 이 과정을 모방하여 분자를 간으로 보내서 분자에 대한 내성이 생길 수 있다는 사실을 발견했다. 이 연구는 면역계의 작동 원리를 이해하는 데 크게 기여했으며, 미래의 의학적 치료법 개발에 중요한 토대를 제공한다. 허벨은 "우리가 원하는 분자를 pGal에 부착할 수 있고 면역 체계가 이를 견딜 수 있도록 가르칠 것"이라며 "백신처럼 면역력을 높이는 대신 역백신을 사용하면 매우 구체적인 방식으로 면역력을 억제할 수 있다"고 주장했다. 연구팀은 미엘린 단백질을 pGal에 연결하고 새로운 역백신의 효과를 테스트한 결과, 면역 체계가 미엘린 공격을 중단하고 신경이 다시 올바르게 기능하도록 하며 동물의 질병 증상을 완화시킬 수 있음을 발견했다. 일련의 다른 실험을 통해 과학자들은 동일한 접근 방식이 지속적인 면역 반응을 최소화하는데 도움이 된다는 것을 보여줬다. 제1상 안전임상시험 수행 허벨은 "오늘날 자가면역 질환은 일반적으로 면역 체계를 광범위하게 억누르는 약물로 치료되는데, 이는 매우 효과적일 수 있지만 감염을 막기 위해 필요한 면역 반응도 차단하므로 많은 부작용이 발생할 수 있다":고 지적했다. 대신 역백신으로 환자를 치료할 수 있다면 훨씬 더 구체적이고 부작용도 줄어들 수 있다는 설명이다. 허벨의 pGal 화합물을 사람을 대상을 하기 위해선 더 많은 연구가 필요하지만, 밀, 보리, 호밀 섭취와 관련된 자가면역 질환인 복강병 환자를 대상으로 초기 제1상 안전임상시험이 이미 수행됐다. 현재 다발성 경화증에서 임상시험이 진행 중이다.
- IT/바이오
2023-09-20