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왼손잡이, "희귀 유전자 변이가 연관되어 있다"는 주장 제기
- 특정 유전자의 변이체가 인간의 왼손잡이 발달과 연관되어 있다는 사실이 드러났다. 이러한 변이체가 왼손잡이와 같이 인간의 신체적 특성을 어떻게 바꾸는지를 알게 되면, 유전자가 어떻게 사람들을 신경발달 장애를 갖거나 신경퇴행성 질환을 일으키는지와 같은 수수께끼를 푸는 실마리를 제공할 수 있을 것이라고 사이언스 온라인판이 전했다. 네덜란드 막스 플랑크(Max Planck Institute) 심리언어학 연구소 팀이 35만 명 이상의 유전자 데이터를 분석한 결과 뇌 관련 신경퇴행성 장애나 왼손잡이를 결정짓는 희귀한 코딩 요소 사이의 몇 가지 가능한 연관성들을 발견했다. 이번 연구는 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다. 인간 손의 거울 반사와 같은 제한된 방향성은 생물학에서 흔한 현상이다. 즉, 좌우 개념으로 나타나는 1쌍의 거울 상체가 존재하는 물체의 특징이다. 분자조차도 종종 일관된 방향성을 가지고 있는데, 이를 키랄성(분자 비대칭성)이라고 한다. 예를 들어, 단백질의 구성 요소는 일반적으로 왼손잡이로 설명되는 구조를 가지고 있는 반면, 모든 생명체에서 자연적으로 발견되는 DNA는 오른손잡이 방식으로 꼬인다. 전체 인구 10%만 왼손잡이 그러나 자연이 왜 특정한 꼬임을 선호하는지는 명확한 것은 아니다. 똑같이 유용한 두 손과 팔을 갖고 있는 사람들은 오른손잡이이거나 왼손잡이일 가능성이 같아 보인다. 즉 50대 50이라는 얘기다. 그러나 전체 인구의 약 10%만이 왼손잡이다. 왼손잡이는 특정 신경발달 장애를 가진 사람들 사이에서 더 많이 발생하며, 왼손잡이와 언어는 밀접하게 관련되어 있다. 사람의 유전자와 관련된 증거가 점점 늘어나면서 광범위한 연구가 진행됐다. 쌍둥이를 대상으로 한 연구에 따르면 왼손잡이는 4명 중 1명꼴로 유전되는 것으로 나타났다. 왼손잡이냐 오른손잡이냐를 유발하는 뇌 비대칭은 어릴 때부터 형성되기 시작하며, 아기가 아직 자궁에 있는 동안에도 진행된다. '왼손잡이 결정' 유전자 탐구 연구팀은 왼손잡이 결정에 관여하는 유전자를 탐구했다. 2019년 40만 가지의 개인 기록에 대한 연구에서 왼손잡이와 관련된 첫 4개의 유전자 영역이 밝혀졌다. 2020년에는 170만 명이 넘는 사람들을 대상으로 한 게놈 연구에서 왼손잡이에 영향을 미치는 41개의 유전자 변이가 발견됐다. 연구팀은 희귀 유전자 변이가 왼손잡이에 미치는 영향을 확인하기 위해 영국 바이오뱅크에 있는 35만 명 이상의 유전 데이터를 조사했다. 왼손잡이 3만 8043명과 오른손잡이 31만 3271명을 대상으로 조사가 진행됐다. 팀은 왼손잡이와 관련된 특정 유전자를 검색하고, 희귀한 유전자 변화가 왼손잡이 결정에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지를 계산했다. 연구팀은 희귀한 코딩 변종을 가진 왼손잡이의 유전율이 약 1%라는 것을 발견했다. 연구팀은 또 왼손잡이가 미세소관을 만드는 튜불린을 코딩하는 TUBB4B라는 유전자에 희귀한 코딩 변이를 가질 확률이 2.7배 더 높다는 사실도 발견했다. 튜불린은 세포골격을 구성하는 미세소관의 단위체이며, 미세소관은 뉴런 발달, 이동 및 가소성에 중요하다. 자폐증, 왼손잡이 비율 더 높아 미세소관이 왼손잡이나 오른손잡이 결정에 어떻게 영향을 미치는지는 아직 불투명하다. 그러나 미세소관이 뇌 발달 초기에 세포 키랄성에 영향을 미치며, 이에 따라 뇌 왼쪽의 장기 내재적 형성에 기여할 수는 있다고 한다. 연구팀은 특히 자폐증과 관련된 두 유전자(DSCAM과 FOXP1)에 변이가 있는 사람들이 왼손잡이가 될 가능성이 훨씬 더 높다고 지적했다. 대부분의 왼손잡이는 자폐증이 없지만, 자폐증 중 왼손잡이의 비율이 더 높은 것은 드문 유전자 변화 때문일 수 있다는 설명이다. DSCAM 또는 FOXP1 유전자 돌연변이가 자폐증에 영향을 미치는 경우 뇌의 좌우 축 발달 변화가 원인의 일부일 가능성도 있다는 지적이다. 이 연구는 왼손잡이에서 희귀한 단백질 변형 변이의 역할을 밝혀 미세소관과 신경발달 장애 등과 관련한 유전자에 대한 추가 데이터를 제공한다는 데 의미가 크다는 평가다. 연구팀은 희귀 변이 연관 매핑이 왼손잡이에 더 많은 유전자를 포함할 가능성이 높다고 추정하고 있다.
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왼손잡이, "희귀 유전자 변이가 연관되어 있다"는 주장 제기
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지구 온난화로 극지방 얼음 녹아 지구 자전 속도 변화
- 기후 변화로 극지방 얼음이 녹으면서 지구의 자전 속도에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. CNN은 지난 27일(현지시간) 앞으로 몇 년 안에 1초를 잃는 음의 윤초 현상이 나타나게 될 것이라며 북극의 얼음이 녹으면 자구의 자전 속도가 바뀌고 그로 인해 시간 자체가 바뀐다는 새로운 연구가 나왔다고 보도했다. 이날 학술 저널 '네이처(Nature)' 저널에 발표된 연구에 따르면 지구 온난화의 영향으로 윤초가 나타날 가능성이 크다. 보고서는 북극 얼음이 녹으면서 윤초가 3년 늦어져 2026년에서 2029년으로 늦춰진다고 밝혔다. 하루를 결정하는 시간과 분은 지구의 자전에 의해 결정된다. 그러나 그 회전은 일정하지 않아서, 지구 표면과 중심의 핵에서 일어나는 현상에 따라 조금씩 변할 수 있다. 거의 눈에 띄지 않는 이같은 시간의 변화는 세계의 시계를 때때로 '윤초(1초를 더하거나 빼는 것)'로 조정해야 함을 의미하며, 이는 컴퓨팅 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있다. 실제로 2017년은 365일하고도 1초가 더 있는 해였다. 한국 시간으로 2017년 1월 1일에 1초가 추가됐다. 세계협정시(UTC)는 세슘 원자의 진동수를 기준으로 측정하기 때문에 오차(3000년에 1초)가 거의 없다. 원자시에 따르면 하루는 정확히 8만6400초다. 그런데 온난화 영향으로 인류는 처음으로 1초를 빼야할 위기에 처한 것. 1972년부터 26초의 윤초가 추가됐고 2017년 1월에 추가된 윤초는 27번째였다. 지금까지 음의 윤초가 실시된 적은 없다. 사상 첫 '음의 윤초' 도입할 수도 1972년부터 지금까지 윤초로 인해 27초가 추가됐으며 오랜 기간 둔화 추세를 보인 끝에 지구 중심 핵의 변화로 인해 지구의 자전 속도가 이제 빨라지고 있다. 그로 인해 음의 윤초를 실시해야 할 때가 다가온다는 지적이다. 프랑스 국제 도량형국 시간 부서의 일원인 파트리샤 타벨라(Patrizia Tavella)는 연구에 첨부된 글에서 "음의 윤초는 추가되거나 테스트된 적이 없으므로 이로 인해 발생할 수 있는 문제는 전례가 없다"라고 적었다. 캘리포니아 대학교 샌디에고 지구물리학 교수이자 이번 연구의 저자인 던컨 애그뉴(Duncan Agnew)는 "지구 시간을 측정하는 과정에서 예상되는 변화들을 파악하는 것은 지구 온난화가 미치는 영향을 이해하는 데 달려 있다"고 말했다. 1960년대 후반부터 전 세계는 세계협정시(UTC)를 사용해 시간대를 설정하기 시작했다. UTC는 원자시계의 정확성에 기반하지만 지구의 자전 속도도 반영한다. 그러나 지구 자전의 불규칙성으로 인해 UTC와 지구 자전 기반의 시간 차이에 미묘한 차이가 발생한다. 이 차이를 조정하기 위해 때때로 '윤초'를 추가해야 한다. 장기적으로 보면, 지구의 자전 속도 변화는 주로 해저의 조수 마찰에 의해 영향을 받아 왔으며 이는 자전 속도의 저하로 이어졌다. 애그뉴 교수는 최근 인간이 화석 연료 사용으로 인한 열이 북극 얼음이 녹는 것에 커다란 영향을 미쳤으며, 이 현상은 지구의 자전 속도에 중대한 영향을 미치고 있다고 지적했다. 얼음이 바다로 녹아내리면, 이 녹은 물이 극지방에서 적도 쪽으로 이동하면서 지구의 자전 속도가 더욱 느려진다는 설명이다. 그는 극지방의 얼음이 녹는 현상이 지구의 회전에 전례 없는 방식으로 영향을 미쳤다며 "인간 활동이 지구의 자전을 변화시킬 수 있다는 사실이 정말 놀랍다"고 말했다. 그러나 보고서에 따르면 얼음이 녹아 지구의 자전 속도가 느려질 수 있지만 지구의 핵과 같은 다른 요소도 세계의 시간 측정에 영향을 미치고 있다. 이는 지구 자전 속도 변화의 복합적인 원인을 시사한다. 지구의 핵, 외부 지각과 독립적으로 회전 액체상태인 지구의 핵은 단단한 외부 지각과 독립적으로 회전한다. 애그뉴는 지구 핵의 회전 속도가 느려지면 단단한 지각의 속도가 상대적으로 증가해 전체적인 추진력이 유지된다고 설명했다.그리고 이것이 바로 현재 발생하고 있는 현상이라고 지적했다. 지구 표면 아래 약 2897km(약 1800마일)에서 발생하는 현상에 대해서는 거의 알려진 바가 거의 없으며 핵의 회전 속도 변화 원인 역시 분명하지 않다. 애그뉴는 이에 대해 "근본적으로 예측이 불가능하다"고 말했다. 연구 결과 분명한 것은 극지방의 얼음이 녹는 것이 지구 자전 속도를 늦추는 영향에도 불구하고 전반적인 지구의 자전 속도는 빨라지고 있다는 것이다. 이는 세계가 음의 윤초, 즉 1초를 제거해야 하는 상황에 처음으로 직면해야 할 수도 있음을 의미한다. 1초는 짧은 시간처럼 보일 수 있지만 증권 거래와 같은 민감한 활동을 위해 설계된 컴퓨팅 시스템은 1000분의 1초까지의 정확성을 요구한다. 대부분의 컴퓨터 시스템은 1초를 추가할 수 있는 소프트웨어가 있지만 1초를 제거할 수 있는 기능을 갖춘 시스템은 드물다. 음의 윤초가 도입되면 많은 시스템이 새로운 프로그래밍을 필요로 하게 되며, 이는 오류를 유발할 가능성이 있다. 애그뉴 교수는 "지구의 자전 속도가 윤초를 제거해야 할 정도로 빨라질 것이라고 예상한 사람은 거의 없다"고 말했다. 콜로라도 대학교 볼더 빙하학자인 스캄보스(Scambos) 박사는 이 연구에서 주목할 점으로 "지난 10년 간 지구의 핵 변화가 극지방의 증가하는 얼음 손실 추세보다 더욱 두드러진 경향을 보이고 있다"고 지적했다. 애그뉴는 "얼음이 지금처럼 많이 녹아 지구의 자전 변화가 실제로 측정할 수 있는 수준에 이르렀으면 '이건 정말 심각한 문제다'라고 느껴질 것"이라고 말했다. 극소용돌이 궤도 변화 한편, 지난 27일 라이브사이언스에 따르면 3월 초, 대기권의 기습적인 온난화로 인해 북극의 극소용돌이의 궤도가 변경됐다. 이는 최근 발생한 가장 극단적인 대기권 변화 중 하나로 기록됐다. 라이브사이언스는 차가운 공기를 담은 극소용돌이가 잘못된 방향으로 회전하고 있으며, 이로 인해 발생하는 '오존 급증'이 전 세계 기상 패턴에 영향을 미칠 수 있다고 전했다. 과거, 북극을 둘러싼 차가운 공기의 회전 덩어리인 극소용돌이의 붕괴는 미국의 전역에 걸쳐 극심한 추위와 폭풍을 초래했다. 극소용돌이의 방향이 갑자기 바뀌면서 북극 상공에서는 기록적인 '오존 증가' 현상이 관측됐다. 극소용돌이는 주로 겨울철에 가장 두드러지며 지표면에서 약 50km(약 30마일) 위까지 대기의 두 번째 층인 성층권까지 확장된다. 영국 기상청에 따르면, 이 소용돌이는 시계 반대 방향으로 회전하며 최대 풍속은 약 250km/h로, 5등급 허리케인과 비슷한 속도다. 유사한 극소용돌이 현상은 남반구의 겨울 동안에 남극 주변에서 발생한다. 기상청은 극소용돌이는 때때로 일시적으로 방향을 바꾼다고 설명했다. 이러한 현상은 갑작스러운 성층권 온난화(SSW)에 의해 발생할 수 있으며, 이때 성층권의 온도가 화씨 90도(섭씨 50도)만큼 상승할 수 있으며 짧게는 며칠, 몇 주 또는 길게는 몇 달 동안 지속될 수 있다. 음의 윤초 도입에 앞서 지속 가능한 방식으로 온실 가스 배출을 줄이고, 기후 변화에 대응하기 위한 국제적인 노력이 더욱 시급한 때라고 할 수 있다.
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지구 온난화로 극지방 얼음 녹아 지구 자전 속도 변화
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손소독제 등 가정용 화학용품, 자폐증 유발 가능성 제기
- 손소독제나 세탁 세제 등 개인 위생용품과 가구에서 발견되는 화학물질을 포함한 특정 가정용 화학물질은 뇌 건강에 위험을 초래해 잠재적으로 다발성 경화증과 자폐증을 유발할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 25일(현지시간) 뉴로사이언스뉴스닷컴에 따르면 미국 오하이오주의 케이스 웨스턴 리저브 대학교 의과대학 연구팀은 1800가지 화학물질을 조사한 결과 가구에서 헤어 제품에 이르기까지 다양한 품목에서 발견되는 일반 가정용 화학물질이 다발성 경화증과 자폐 스펙트럼 장애와 관련이 있을 수 있다고 주장했다. 연구팀은 일부 가정용 화학물질이 신경 세포 보호에 필수적인 역할을 하는 뇌의 희소돌기아교세포(올리고덴드로세포·oligodendrocytes)를 손상시킨다는 사실을 규명했다. 생쥐 실험에서 세 가지 4차 화합물 중 하나를 경구 투여한 새끼는 며칠 후 뇌 조직에서 해당 화학 물질이 검출 가능한 수준으로 나타났다. 이는 해당 화합물이 혈류와 뇌 세포 사이의 보호 요새인 혈액 뇌 장벽을 통과할 수 있음을 시사한다. 신경학적 문제는 수백만 명의 사람들에게 영향을 미치지만 유전적 요인만으로 설명할 수 있는 경우는 극히 일부에 불과하다. 이는 알려지지 않은 환경적 요인이 신경 질환의 중요한 원인임을 나타낸다. 이 연구의 수석 연구자인 폴 테사르(Paul Tesar) 도널드 앤드 루스 웨버 굿맨 혁신 치료학 교수 겸 의과대학 신경교과학연구소 소장은 "희소돌기아교세포의 손실은 다발성 경화증 및 기타 신경 질환의 기초가 된다"고 말했다. 테사르 소장은 "이번 연구는 소비자 제품의 특정 화학물질이 희소돌기아교세포에 직접적으로 해를 끼칠 수 있으며, 이는 이전에는 인식되지 않았던 신경 질환의 위험 요인이라는 것을 보여준다"고 설명했다. 1800가지 화학물질 분석 연구팀은 '화학물질이 뇌 건강에 미치는 영향에 대한 철저한 연구가 충분히 이루어지지 않았다'는 전제하에 인간에게 노출될 수 있는 1800여 가지 화학물질을 분석했다. 연구 결과 유기인산계 난연제와 소독제 성분의 제4급 암모늄 화합물 등 두 종류의 가정용 화학물질이 희소돌기아교세포에 더욱 유해한 것으로 밝혀졌다. 유기인산 난연제는 플라스틱의 내연소성을 높이기 위해 추가하는 첨가제다. 특히 제4 암모늄 화합물은 최근 코로나19 대유행과 함께 소독제 사용량 증가로 인해 노출 가능성이 급격히 높아졌다. 연구팀은 이들 화학물질이 희소돌기아교세포의 성숙을 저해하거나 직접 세포 사멸을 유발한다는 사실을 규명했다. 희소돌기아교세포는 뇌 신경 세포를 보호하는 절연막 생성에 중요한 역할을 하는 세포다. 연구팀은 실험실에서 세포 및 오가노이드 시스템을 사용해 제4급 암모늄 화합물이 희소돌기아교세포를 사멸시키는 반면 유기인산염 난연제는 희돌기아교세포의 성숙을 막는다는 것을 보여줬다. 코로나19 후 손소독제 등 사용증가 또한 연구팀은 동일한 화학물질이 생쥐의 발달 중인 뇌에서 희돌기아교세포를 어떻게 손상시키는지 확인했다. 아울러 화학물질 중 하나에 대한 노출이 어린이들의 신경학적 결과 저하와 관련있다는 사실도 밝혀냈다. 소독제인 제4급 암모늄 화합물의 사용이 증가하면서 특히 어린이의 신경학적 결과와 연관된 맥락에서 뇌에 미치는 장기적인 영향에 대한 우려가 커지고 있다. 케이스 웨스턴 리저브 의과대학 의료 과학자 훈련 프로그램의 수석 저자이자 대학원생인 에린 콘(Erin Cohn)은 "우리는 다른 뇌 세포가 아닌 희소돌기아교세포가 제4급 암모늄 화합물과 유기인산염 난연제에 놀랍도록 취약하다는 사실을 발견했다"고 말했다. 콘 연구원은 "이러한 화학 물질에 대한 인간의 노출을 이해하면 일부 신경계 질환이 어떻게 발생하는지에 대한 누락된 연결 고리를 설명하는 데 도움이 될 수 있다"고 설명했다. 연구에서 콘과 동료 연구팀은 2013년부터 2018년까지 미국 CDC의 국민건강영양조사에서 수집한 어린이 소변 샘플에서 한 가지 난연제 대사산물인 BDCIPP의 수순을 연구해 난연제 수치를 분석했다. 3~11세 어린이 1763명 중 거의 모두의 소변에서 BDCIPP가 발견됐다. 가장 높은 수준의 사람들은 노출이 낮은 사람들보다 운동 기능 장애나 교육 지원 요구 사항과 같은 부정적인 신경 발달 결과를 경험할 가능성이 2배, 6배 더 높았다. 그러나 관찰 데이터는 직접적인 원인이 아닌 연관성을 가리킬 뿐이다. 이 연구처럼 대부분의 데이터가 동물과 세포에서 나온 것이기 때문에 이러한 화학물질이 인간에게 미치는 영향에 대한 이해에는 여전히 큰 차이가 있다. 연구팀은 그렇기 때문에 특히 어린이를 대상으로 이러한 화합물이 건강에 미치는 영향을 지속적으로 조사해야 한다고 주장했다. 이들은 "발달 중인 중추신경계는 환경에 특히 민감하며, 화학물질 노출이 중요한 발달 시기에 발생하면 어린이에게 특히 해로울 수 있다"고 말했다. 전문가, 추가 조사 필요성 강조 한편, 전문가들은 이러한 화학물질에 대한 인체 노출과 뇌 건강에 미치는 영향 사이의 연관성에 대해서는 추가 조사가 필요하다고 경고했다. 이 획기적인 연구는 이러한 화학물질이 신경계 질환에 미치는 영향에 대한 추가 조사의 필요성을 시사하며 공중 보건을 위해 보다 엄격한 조사와 규제가 필요하다는 점을 강조한다. 향후 연구에서는 성인과 어린이의 뇌에서 화학물질 수준을 추적하여 질병을 유발하거나 악화시키는 데 필요한 노출의 양과 기간 등을 밝혀내야 한다. 테사르 소장은 "우리의 연구 결과는 이러한 일반적인 가정용 화학물질이 뇌 건강에 미치는 영향에 대한 보다 포괄적인 조사가 필요하다는 것을 시사한다"고 말했다. 그는 "우리의 연구가 화학물질 노출을 최소화하고 인간의 건강을 보호하기 위한 규제 조치 또는 행동 개입에 관한 정보에 입각한 결정에 기여할 수 있기를 바란다"고 말했다. 이번 연구는 뇌 질환 발생에 미치는 환경적 요인의 중요성을 다시 한 번 확인시켜주며, 신경 질환 예방을 위한 화학물질 규제 및 사용 제한 필요성을 제안한다. 케이스 웨스턴 리저브 의과대학과 미국 환경보호청의 벤자민 클레이튼, 마유르 마다반, 크리스틴 리, 사라 야콥, 유리 페도로프, 마리사 스카부조, 케이티 폴 프리드먼, 티모시 셰퍼 등이 이 연구에 추가로 참여했다. 이번 연구 결과는 '네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)'에 게재됐다.
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손소독제 등 가정용 화학용품, 자폐증 유발 가능성 제기
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돼지 신장, 사상 최초로 인간에게 이식…장기 부족 문제 해결 돌파구?
- 미국 보스턴의 의사들이 유전자 변형 돼지 신장을 살아 있는 인간 환자에게 최초로 이식했다. 라이브 사이언스는 21일(현지시간) 매사추세츠의 리처드 슬레이먼(62·남성)은 최초로 돼지 신장을 이식한 사람이 됐다며 이같이 보도했다. 과학자들은 이식 수술에 사용할 수 있는 인간 장기의 심각한 부족 문제를 해결하기 위한 방법으로 유전자 조작 돼지를 개발해 왔다. 최근 몇 년 동안 이러한 돼지 장기를 이용한 여러 개념 증명 실험이 이루어졌다. 그중 하나는 뇌사 장기 기증자의 신체에 신장을 연결하고 다른 하나는 뇌사 환자에게 이중 신장 이식을 시행하는 실험이었다. 2021년 미국에서 최초의 돼지 심장을 이식 환자(57·남성)가 2개월 만에 사망했다. 2022년 미국에서 두 번째 돼지 심장 이식 환자(58·남성)가 이식 후 6주 만에 사망했다. 현재까지 돼지 심장 이식의 장기적인 생존 기록은 없다. 매사추세츠 종합병원의 외과의사들은 지난 3월 16일 처음으로 돼지 신장을 살아있는 인간 환자에게 이식해 의료계의 이정표를 세웠다. 병원 성명에 따르면 리처드 슬레이먼은 이날 4시간에 걸친 수술 후 잘 회복하고 있으며 곧 매사추세츠 종합병원에서 퇴원할 예정이라고 한다. 62세 미국 남성, 돼지 신장 첫이식 슬레이먼은 성명에서 "이식이 저를 도울 뿐만 아니라 생존을 위해 이식이 필요한 수천 명의 사람들에게 희망을 줄 수 있는 방법이라고 생각했다"고 말했다. 매사추세츠주 웨이머스 출신의 슬레이먼은 2형 당뇨병과 고혈압 병력이 있으며, 2018년 신장 이식을 받기 전 7년 동안 투석을 받아왔다. 하지만 5년 후 이식된 장기에 장애 징후가 나타났다. 슬레이먼은 2023년에 투석을 다시 시작했고, 이로 인해 정기적인 병원 방문이 필요한 심각한 합병증이 발생했다. 슬레이먼은 돼지 신장을 이식받을 수 있는 기회가 생겼고, 의사와 수술의 잠재적 위험성에 대해 논의한 후 수술에 동의했다. 매스 제너럴의 신장내과 부과장이자 환자의 주치의인 윈프레드 윌리엄스 박사는 뉴욕 타임스에 "그는 사람의 신장을 받기 위해 5~6년을 기다려야 했을 것이다"라면서 아마도 살아남을 수 없었을 것이라고 말했다. e제네시스, 유전자 편집 돼지 신장 제공 인간과 호환되는 인공 장기를 개발하는 생명공학 회사인 e제네시스(eGenesis)에서 신장을 제공했다. 이 회사는 유명한 유전자 편집 시스템인 CRISPR(크리스퍼)을 사용해 돼지의 유전자를 조작한다. 연구팀은 사람에게 적합한 장기를 만들기 위해 돼지에서 인간 면역 체계가 공격하는 탄수화물 또는 당을 만드는 데 관여하는 세 가지 유전자를 잘라냈다. 또한 이식 거부 반응으로 이어질 수 있는 면역 관련 도미노 효과를 방지하는 데 도움이 되는 7개의 인간 유전자를 추가했다. e제네시스는 마지막으로 돼지 게놈에서 인간에게 해를 끼칠 수 있는 내인성 레트로바이러스라고 하는 바이러스 DNA 조각을 비활성화했다고 설명했다. CNN은 과학자들은 돼지 DNA에서 모두 69개의 유전자를 편집했다고 전했다. 이식 절차의 일환으로 슬레이먼은 장기 거부 반응을 예방하기 위해 두 가지 항체 기반 치료와 면역 억제 약물을 투여받았다. 이번 시술의 성공으로 향후 이러한 이식이 보편화될 수 있을 것이라는 기대감을 높이고 있다. 매스 제너럴의 신장 이식 의료 책임자인 레오나르도 리엘라 박사는 워싱턴 포스트와의 인터뷰에서 "우리의 희망은 투석이 더 이상 필요하지 않게 되는 것"이라고 말했다. 윌리엄스는 병원 성명에서 슬레이먼의 수술은 "극심한 기증 장기 부족과 기타 시스템 기반 장벽으로 인해 소수 민족 환자들이 신장이식 기회에 불평등하게 접근하는 우리 분야의 가장 난해한 문제 중 하나를 해결하는 데 잠재적인 돌파구를 제시한다"고 덧붙였다. 그는 "이러한 기술 발전으로 인한 풍부한 장기 공급은 건강 형평성을 달성하고 신부전에 대한 최상의 해결책인, 잘 기능하는 신장을 필요로 하는 모든 환자에게 제공할 수 있을 것"이라고 말했다. 원숭이, 돼지신장 이식 후 2년 이상 생존 한편, 지난해 10월 돼지의 신장을 이식 받은 원숭이가 2년 이상 생존했다는 연구 결과가 발표됐다. 이 연구는 수정된 게놈을 가진 여러 소형 돼지의 신장을 시노몰구스 원숭이에 이식해 거부 반응을 줄일 수 있는지 실험했다. 연구팀은 수정된 유전자를 가진 돼지를 성체로 키운 후, 15마리 돼지의 신장을 원숭이에게 이식했다. 거부 반응을 방지하기 위해 모든 원숭이에게 면역 억제제를 복용했다. 실험 결과 유전자를 수정하지 않은 돼지 신장을 이식받은 원숭이들은 대부분 2개월 미만 생존했다. 유전자를 수정한 돼지 신장을 이식받은 원숭이 중 9마리는 2개월 이상 생존했다. 특히 5마리는 1년 이상, 그리고 1마리는 2년 동안 생존했다. 메릴랜드 의과 대학의 무하마드 모히우딘(Muhammad Mohiuddin) 연구원은 학술지 '네이처(Nature)'에 여러 연구 기관이 연합해서 진행한 해당 실험 연구 결과를 게재했다.
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돼지 신장, 사상 최초로 인간에게 이식…장기 부족 문제 해결 돌파구?
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행성 잡아먹는 행성 확인…천문학자, 쌍둥이별 8% 증거 포착
- 천문학자들이 행성을 잡아 먹는 행성의 증거를 발견했다. 쌍둥이별 12개 중 1개는 행성을 삼킨 행성일 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 기술 전문매체 스페이스닷컴과 과학 기술 웹사이트 사이키(Phys.org) 등 다수 외신은 20일(현지시간) 국제 연구팀 아스트로3D(ASTRO 3D)의 천문학자들은 적어도 12개의 별 중 1개에서 행성을 잡아 먹는 증거를 발견했다고 보도했다. 이번 연구 결과는 이날 학술 저널 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 이전 연구에서는 적색 거성 등 별의 마지막 단계에서 행성 삼킴 현상이 확인됐다. 또 다른 증거는 별이 때때로 행성을 삼킬 수 있음을 시사했지만, 얼마나 자주 발생할 수 있는지에 대해서는 확실하지 않았다. 국제 연구팀은 행성 삼킴에 대해 더 많은 것을 밝히기 위해 동시에 태어난 동일한 구성을 가진 쌍둥이 별을 연구했다. 쌍둥이 별은 동일한 가스와 먼지로 이루어진 모성 구름에서 태어났기 때문에 사실상 동일한 구성을 가져야 한다. 그러나 연구 결과 약 8%가 성분이 다르게 나타났다. 이처럼 소위 '공동 출생' 별 사이의 주요 화학적 차이는 한 별이 다른 별을 삼켰다는 신호일 수 있다. 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 위성을 사용해 91개의 쌍둥이 별을 식별했다. 이 별들은 백만 천문 단위(AU) 미만으로 서로 상대적으로 가깝게 위치하며 공동 출생일 가능성이 높다. 천문 단위인 AU는 태양과 지구 사이의 평균 거리로, 약 9300만 마일(1억 5000만 킬로미터)에 해당한다. 분자가 가열되면 분자는 그 분자가 구성하는 원소에 해당하는 고유한 빛 파장 스펙트럼을 방출한다. 따라서 먼 별에서 오는 빛을 분석하는 과학자들은 별 분자가 매우 높은 온도에 노출되면 별의 원소 구성을 추론할 수 있다. 아스트로 3D 연구진이 이끄는 연구팀은 쌍둥이별(쌍성) 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼키고 있기 때문에 차이가 발생한다는 사실을 발견했다. 과학자들은 칠레에 있는 유럽남방천문대의 초대형 망원경, 칠레에 있는 6.5m 마젤란 망원경, 미국 하와이에 있는 10m 켁(Keck) 망원경을 사용해 이 공동 출생 별에서 나오는 빛을 분석했다. 연구팀은 이 쌍성 중 약 8%, 즉 12쌍 중 1쌍에서 행성을 삼킨 흔적을 보이는 별이 있다는 것을 발견했다. 이는 쌍둥이 별과 비교했을 때 화학적 구성이 달랐다는 뜻이다. 호주의 모내시 대학교 아스트로 3D 연구원이자 논문의 수석 저자인 팬 리우 박사는 "우리는 함께 여행하는 쌍둥이 별을 관찰했다. 그들은 동일한 분자 구름에서 태어났기 때문에 동일해야 한다"라고 설명했다. 리우 박사는 "매우 정밀한 분석 덕분에 쌍둥이별 간의 화학적 차이를 확인할 수 있었다. 이는 별 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼켜 그 구성이 바뀌었다는 매우 강력한 증거를 제공한다"고 말했다. 행성 삼킴 현상은 연구팀이 조사한 91쌍의 쌍성 중 약 8%에서 나타났다. 이 연구가 설득력있는 이유는 별이 적색거성과 같은 마지막 단계의 별이 아니라 주계열성이라고 불리는 생애 전성기에 있었다는 것이다. 리우 박사는 "이것은 별이 매우 거대한 공이 될 때 후기 단계의 별이 주변 행성을 삼킬 수 있다는 이전 연구와는 다르다"고 말했다. 이 발견은 행성계의 장기 진화 연구에 광범위한 영향을 미친다. 공동 저자이자 호주국립대학교(ANU)의 ASTRO 3D 연구원인 유안 센 팅 부교수는 "천문학자들은 이런 종류의 사건은 불가능하다고 여겼다. 그러나 우리 연구의 관측을 통해 그 발생 빈도는 높지 않지만 실제로 가능하다는 것을 알 수 있다. 이것은 행성 진화 이론가들이 연구할 수 있는 새로운 창을 열었다"고 말했다. 이 연구는 가이아 천체망원경 위성으로 확인된 모든 밝은 항성의 전체 샘플을 분광학적으로 관측하는 대규모 협력 프로젝트인 C3PO(Complete Census of Co-moving Pairs of Objects) 프로그램의 일부로, 팬 리우, 유안 센 팅, 데이비드 용 부교수(ANU의 ASTRO 3D 소속)가 공동으로 이끌고 있다. ASTRO 3D 책임자인 엠마 라이언-웨버 교수는 "이번에 발표된 연구 결과는 ASTRO 3D의 핵심 연구 주제인 우주의 화학적 진화에 대한 큰 그림에 기여한다. 특히 화학 원소의 분포와 별에 의해 소비되는 것을 포함한 그 이후의 여정을 밝혀준다"고 말했다. 호주 스윈번 공과대학교, 아일랜드 코크 대학교, 카네기 천문대, 오하이오 주립대학교, 미국 다트머스 대학교, 헝가리의 콘콜리 천문대, 막스 플랑크 천문학 연구소의 과학자들이 이 연구에 참여했다. 별들이 행성을 삼키고 있는지, 아니면 항성계가 탄생하면서 남겨진 행성의 구성 요소를 삼키고 있는 것인지는 여전히 불확실하다. 연구팀은 두 가지 모두가 해당될 가능성이 있다고 말했다.
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- IT/바이오
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행성 잡아먹는 행성 확인…천문학자, 쌍둥이별 8% 증거 포착
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알츠하이머 근본 원인, 뇌세포 내 지방 축적 때문
- 알츠하이머의 근본 원인은 뇌세포 내 지방 축적 때문이라는 새로운 연구 결과가 나왔다. 미국 의학 전문매체 메디컬 익스프레스는 19일(현지시간) 미국 스탠퍼드 대학교 연구팀이 주도한 연구에서 알츠하이머의 근본 원인은 뇌세포에 지방이 축적된 것일 수도 있다는 증거를 발견했다고 보도했다. 이 연구는 미국 여러 기관의 신경학자, 줄기 세포 전문가, 분자생물학자 팀이 공동으로 진행했다. 연구 결과는 학술 저널 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 기존 연구와의 차이점 기존 연구에서는 알츠하이머 병이 신경 세포 사이에 형성되는 베타 아밀로이드 플라크 축적으로 인해 발생한고 알려졌다. 또 다른 연구에서는 뇌세포에 타우 단백질 축적도 이 질병과 관련이 있다고 보고했다. 따라서 그동안 대부분의 알츠하이머 치료 연구는 이러한 단백질 축적을 감소 또는 제거하는 데 초점을 맞추어왔다. 하지만 이번 연구 결과는 알츠하이머 병 발병의 근본 원인이 다른 요인일 가능성을 제시했다. 알츠하이머 질환을 처음으로 규명한 알로이스 알츠하이머(1915-1964)는 플라크와 타우 단백질 축적 외에도 뇌 세포 내 지방 방울 축적 현상을 관찰했다. 하지만 이러한 지방 축적이 질병의 원인일지에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. APOE 유전자 기능 주목 이번 연구팀은 APOE 유전자의 기능에 주목했다. 기존 연구 결과는 이 유전자가 지방을 신경 세포로 운반하는 단백질을 암호화한다는 것을 보여줬다. 또한 APOE 유전자에는 1번부터 4번까지 네 가지 변이체가 존재하며, 이 중 APOE4는 뇌 세포로 가장 많은 지방을 운반하고 APOE2는 가장 적게 운반한다는 사실도 밝혀졌다. 연구팀은 이러한 APOE 유전자 변이가 알츠하이머 병 발병 위험과 관련이 있는지 탐구하기 위해 몇 가지 실험을 진행했다. 첫 번째 실험에서 연구팀은 단일 세포 RNA 시퀀싱 기술을 사용해 실험 신경 세포 내 단백질을 분석했다. 또한 그 결과를 알츠하이머로 사망한 사람들의 뇌 조직 검체에 적용했다. 연구 결과, APOE4 유전자를 가진 사람들의 뇌는 지방을 뇌 세포로 이동시키는 효소를 가진 면역 세포가 더 많았다. 또 다른 실험에서는 베타 아밀로이드를 APOE4 또는 APOE3 변이체를 가진 사람들의 뇌 세포에 처리한 결과 이 세포들이 더 많은 지방을 축적하는 것을 관찰했다. 연구팀은 이러한 발견을 바탕으로, 뇌 내 베타 아밀로이드가 축적되면 지방을 뇌 세포로 전송하는 과정을 가속화함으로써 알츠하이머병을 유발할 수 있다고 제시했다. 그러나 APOE 유전자 변이가 반드시 알츠하이머 질병 발병으로 이어지는 것은 아니다. 유전적 요인 외에도 환경적 요인, 생활 방식 및 기타 유전적 요인이 질병 발병에 영향을 미칠 수 있다. 또한 APOE 유전자 변이는 알츠하이머 병 뿐만 아니라 파킨슨병, 뇌졸중, 심혈관 질환 등 다른 질병 발병 위험을 높일 수 있다. 그럼에도 이 연구는 알츠하이머병 치료 연구의 기존 패러다임에 변화를 가져올 새로운 가능성을 열었다. 앞으로 뇌 내 지방 축적과 알츠하이머병 발병 사이의 인과 관계를 더 깊이 탐구하기 위한 추가 연구가 필요하다.
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- 생활경제
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알츠하이머 근본 원인, 뇌세포 내 지방 축적 때문
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
- 생분해성 혹은 식물 기반의 바이오 플라스틱은 급성장하고 있지만 여전히 기후 및 화학 물질에 대한 우려가 제기됐다. 환경건강뉴스(EHN)은 지난 11일(현지시간) 바이오 플라스틱은 미국 멕시칸 푸드 프랜차이즈 치폴레의 퇴비화 가능한 부리또 그릇부터 코카콜라의 식물성 병, 슈퍼마켓의 불투명한 농산물 봉투에 이르기까지, 식품 산업 전반에 걸쳐 확산되고 있다며 이같이 보도했다. 바이오 플라스틱은 그 외에도 자동차 쿠션, 전자제품, 의류, 건축 자재 등에도 사용되고 있다. EHN에서 소개한 바이오 플라스틱의 정의와 장점과 단점을 다음과 같이 정리했다. 전 세계 바이오 플라스틱 산업은 2023년 87억 달러(약 11조 4031억원)에서 2030년 310억 달러(약 40조 6317억 원)로 급성장세를 보이고 있다. 이는 전통적인 플라스틱 산업보다 빠른 성장률이다. 바이오 플라스틱은 전체 플라스틱 시장의 1%에 불과하지만, 일각에서는 바이오 플라스틱이 플라스틱의 지속 가능한 미래라고 선전하고 있다. 오는 4월, 플라스틱 오염 문제에 대한 해결책을 모색하기 위해 개최되는 국제 조약 회담을 앞두고 있는 대표단 중 일부는 바이오 플라스틱을 조약의 대안 및 대체품으로 포함시키려는 움직임을 보이고 있다. 유럽 바이오플라스틱 협회는 웹사이트에서 "바이오플라스틱이 플라스틱의 진화를 주도하고 있다"고 주장하며 바이오플라스틱의 장점으로 기존 플라스틱에 비해 '탄소 중립성'과 특정 조건에서의 생분해성을 꼽았다. 그러나 바이오 플라스틱이 분해 속도가 빠르고, 더 안전한 소재일 뿐만 아니라 탄소 발자국이 적다는 주장은 과장된 면이 있다. 전문가들은 바이오 플라스틱이 다양한 해결책 중 하나가 될 잠재력을 가지고 있음을 인정하면서도, 제품의 수명 종료 시 관리 및 화학적 안전성을 설계에 포함시키고, 기업의 그린워싱을 방지할 수 있는 더 강력한 표준과 규제의 필요성을 강조했다. 그린워싱(Greenwashing)은 기업이나 조직이 자신들의 제품, 서비스, 정책이 환경에 미치는 영향이 실제보다 훨씬 친환경적이거나 지속 가능하다는 인상을 주기 위해 마케팅 전략이나 홍보 활동을 하는 행위를 말한다. 이러한 행위는 대중에게 오해를 불러일으키거나 잘못된 정보를 제공하여, 실제로는 환경에 해를 끼칠 수 있는 제품이나 서비스를 친환경적인 것처럼 포장하는 것을 포함할 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규제 없어 노르웨이 과학기술연구소의 마틴 와그너 생물학 부교수는 바이오 기반 플라스틱을 안전한 방법으로 제조할 수 있다면, 물론 이는 매우 큰 전제이지만, 우려되는 화학 물질을 배제하고, 나노 및 미세 플라스틱의 생성을 최소화하는 방식으로 생산될 경우, 바이오 기반 플라스틱이 해결책의 한 부분이 될 수 있다고 말했다. 와그너의 연구에 따르면, 환경에 우호적인 것으로 여겨지는 퇴비화 가능한 그릇과 식물 기반 음료수 병이 전통적 플라스틱 제품에서 발견되는 것과 같은 수준의 건강에 해로운 화학 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 생분해성 바이오 플라스틱이 플라스틱 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하지 못한다는 지적도 있다. 바이오 플라스틱은 사용 후 적절한 관리가 필요함에도 불구하고, 바이오 플라스틱 폐기물을 산업적으로 퇴비화하거나 안전하게 관리할 수 있는 인프라나 규정이 아직 충분히 마련되지 않았다. 그로 인해 과학자들과 플라스틱을 지지하는 이들은 플라스틱 사용을 줄이는 것이 플라스틱 위기에 대응하는 가장 핵심적인 해법이라고 강조했다. 특히, 일회용 바이오플라스틱의 사용이 문제를 야기한다고 우려를 표명했다. 플라스틱 재사용을 지지하는 단체인 업스트림(Upstream)의 전무이사 크리스탈 드리스바흐 전무이사는 "지구에서 자원을 수십억 번 채취하고 제조해 단 한 번 사용한 뒤 버리는 행위 자체가 문제의 본질이다"라고 말함으로써, 지속 가능성에 대한 근본적인 접근 필요성을 강조했다. 바이오 플라스틱의 오해 바이오 플라스틱은 생분해성 또는 바이오 기반과 같은 용어가 명확하지 않아 많은 오해를 불러일으킨다는 지적이 있다. 해양 생물학 교수이자 플리머스 대학교 해양 연구소의 리처드 톰슨 소장은 "냉소적인 시각으로 보면 바이오플라스틱은 혼란을 일으키기 위해 의도적으로 만들어진 용어라고 생각한다"고 꼬집었다. 많은 사람들이 모든 바이오 플라스틱이 환경에서 생분해되거나 분해된다고 잘못 알고 있다는 지적이다. 또한 많은 사람들이 바이오 플라스틱이 식물 기반이라고 생각하지만, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 같이 화석 연료로만 만들어진 제품도 있다. 업계에서는 PBAT와 같은 물질을 바이오 플라스틱이라고 부르는데, 이는 화학 결합의 유형과 환경 조건에 따라 식물 기반 바이오 플라스틱과 마찬가지로 분해되도록 설계됐기 때문이다. 또한 업계에서는 바이오 플라스틱을 주로 생분해성 플라스틱과 비생분해성 플라스틱으로 나누며, 이들 각각의 범주 안에서 식물 기반 플라스틱과 화석 연료 기반 플라스틱을 동일한 그룹으로 분류하는 경향이 있다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 대체로 이 두 범주로 구분된다. 퇴비화 가능한 바이오 플라스틱은 업계 표준에 따라 산업 퇴비화 시설에서 12주 이내에 완전히 분해될 수 있는 생분해성 바이오플라스틱의 특정 부류에 속한다. 다른 한편으로, 비생분해성 바이오 플라스틱에는 사탕수수, 사탕무, 당밀, 또는 옥수수 등에서 추출된 바이오 기반의 폴리에틸렌(바이오-PE), 바이오 기반 폴리에틸렌 테레프탈레이트(바이오-PET), 폴리아미드(나일론) 등이 포함된다. 이 바이오 플라스틱들은 사탕수수 등 천연 자원에서 추출되었음에도 불구하고, 기존의 화석 연료 기반 플라스틱과 유사한 기능성을 제공하도록 설계됐다. 가장 흔히 사용되는 생분해성 바이오플라스틱 중 하나는 폴리락트산(PLA)으로, 옥수수와 같은 전분 기반의 폴리에스테르로 제조된다. 또한, 셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱 섬유도 이 범주에 포함되며, 농업 부산물, 해조류, 효모, 박테리아에서 추출한 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 폴리부틸렌숙신산염(PBS)으로 제작된 바이오플라스틱도 동일한 범주 안에 속한다. '3세대' 바이오플라스틱은 농업 폐기물, 음식물 쓰레기, 다시마, 스위치그래스, 폐유, 박테리아, 목재 폐기물 등 다양한 원료를 활용하여 제작되며, 식량 작물을 사용하지 않기 때문에 보다 지속 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 3세대 바이오플라스틱 제품들은 이미 시장에 출시되어 있지만, PLA나 바이오 폴리아미드를 사용한 제품들의 규모에는 아직 미치지 못하고 있다. 바이오 플라스틱 사용 용도는? 플라스틱 산업 협회의 지속 가능성 담당 매니저 헤더 노츠는 일회용 바이오 플라스틱 음료 용기, 퇴비화 가능한 식품 서비스 용기, 소매 포장, 그리고 기타 식품 산업 관련 제품이 바이오 플라스틱 사용의 약 43%를 차지한다고 말했다. 그중에서도 PLA와 바이오 PET의 사용이 가장 많다. 노츠에 따르면, 생분해성 멀치 필름 및 기타 농업용 제품이 주로 PLA와 PHA로 제조되어 전체 바이오 플라스틱 사용량의 약 21%를 차지한다. 또한, 안경, 섬유, 컵, 아이폰 케이스, 커피 포드 등의 소비재들은 전체 사용량의 13%를 차지하며, 이들 제품은 생분해성 및 비생분해성 다양한 바이오 플라스틱으로 제작된다. 자동차 산업도 바이오 플라스틱의 또 다른 중요한 소비자 군이다. 자동차 쿠션, 대시보드, 범퍼, 배터리 커버 및 기타 부품들이 점점 더 바이오 기반의 폴리아미드 및 바이오 PP로 제작되고 있다. 바이오 플라스틱의 사용은 또한 건축 및 건설, 전자, 코팅 산업에서도 확장되고 있지만, 상대적으로 더 적은 비율을 차지한다. 대규모 바이오 플라스틱 제조업체들은 대부분 화석 연료 기반 플라스틱을 생산하는 대형 석유화학 회사의 내부 사업부이거나, 이러한 대기업에서 독립한 분사 회사들이다. 그럼에도 불구하고, 어떤 회사가 시장에서 선도적인 위치를 차지하고 있는지에 대해서는 재무 분석가들 사이에 의견이 분분하다. 예를 들어, 인사이더 몽키는 바이오 플라스틱 부문이 전체 시가총액에서 차지하는 비중이 비록 작지만, 전체 시가총액 기준으로 BASF SE, 다우, 라이온델바젤 인더스트리, LG화학, 셀라니즈를 상위 5대 제조업체로 지목했다. 반면, 다른 분석가들은 석유화학 기업에 인수되었거나, 석유화학 기업과의 합작 투자를 통해 성장한 기업들을 시장의 선두 주자로 보는 경향이 있다. 이러한 기업으로는 네덜란드 암스테르담에 본사를 둔 다국적 식품 및 바이오케미컬 기업 코비온(Corbion), 영국 옥스퍼드에 본사를 둔 바이오플라스틱 생산 및 개발회사 바이옴 바이오플라스틱(Biome Bioplastics), 텐마크 코펜하겐의 플랜틱(Plantic), 미국 미시건 주의 네이처웍스(NatureWorks), 태국 방콕에 본사를 둔 바이오플라스틱 및 바이오케미컬 회사 PTT MCC바이오케미(PTT MCC Biochem) 등이 포함된다. 환경과 건강에 미치는 영향 바이오플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 제조 공정을 거쳐 생산된다. 이 폴리머는 최소한 부분적으로 식물 재료에서 추출한 화학 물질을 기반으로 하며, 때로는 화석 연료에서 완전히 추출한 화학 물질로 구성된다. 제품의 유연성, 내구성, 색상 및 기타 특성을 조정하기 위해 다양한 화학적 충전재, 첨가제 및 염료가 첨가된다. 세계자연기금(WWF)의 플라스틱 폐기물 및 사업 책임자인 에린 사이먼 부사장은 바이오 플라스틱이 여전히 독성 화학 물질을 포함할 수 있다고 말했다. 사이먼은 “PET를 제조할 때, 오래된 탄소 또는 새로운 탄소를 사용하더라도, 궁극적으로 같은 제품을 만들기 때문에 많은 가공 화학 물질이 여전히 필요하다”며, 바이오 플라스틱 생산 과정에서도 화학 물질의 사용이 불가피함을 지적했다. 와그너의 2020년 연구에 따르면 PLA, PBAT, PHA, PBS, 바이오 PE 및 바이오 PET로 만든 43개의 일상적인 바이오 플라스틱 제품이 기존 제품과 마찬가지로 독성이 있는 것으로 나타났다. 이 중 3분의 2가 환경 내 다양한 생명체에 유해할 가능성이 있는 것으로 나타났으며, 42%는 DNA 손상을 유발할 수 있는 자유 라디칼을 생성하는 화학물질의 존재로 인해 산화 스트레스를 일으키는 것으로 조사됐다. 또한, 4분의 1의 샘플에서는 호르몬 교란 특성이 관찰됐다. 분석된 개별 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있었다. 연구를 주도한 와그너는 "이런 종류의 연구를 진행하면서 가장 충격적인 발견은 개별적인 플라스틱 제품에 엄청나게 많은 화학 물질이 존재한다는 사실이었다"고 말했다. 이 연구 과정에서 발견된 다수의 화학 물질들 중 상당수는 특정되지 않았지만, 와그너는 프탈레이트 같은 '자주 지목되는 화학물질들'은 검출되지 않았다고 말했다. 그는 "바이오플라스틱을 기능적으로 제조하는 데 쓰이는 화학물질들에 대한 우리의 이해가 상당히 제한적임을 발견했다. 폴리머의 화학 구조가 다르기 때문에, 사용되는 첨가제 역시 다를 가능성이 있다"고 밝혔다. 바이오 플라스틱과 기후 변화 바이오플라스틱을 옹호하는 주요 주장 중 하나는 이들이 이론상으로 재생 가능한 자원에서 탄소를 추출할 때 순 이산화탄소 배출량이 증가하지 않으므로, 전체 수명주기 동안 전통적 플라스틱에 비해 훨씬 적은 온실가스를 배출한다는 것이다. 예컨대, 유럽 바이오플라스틱 협회는 전 세계적으로 화석 연료 기반의 폴리에틸렌 수요를 바이오 PE로 대체할 경우, 연간 약 8000만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하여 마치 매년 2000만 번의 항공 여행을 줄인 것과 동등한 효과를 가져올 수 있다고 주장한다. 2017년 진행된 연구에서는 미국 내 기존 플라스틱을 옥수수 기반의 PLA로 대체할 경우, 미국 플라스틱 산업에서 발생하는 온실가스 배출량을 25% 감소시킬 수 있을 것으로 추정했다. 이 연구는 또한 화학 산업이 재생 가능 에너지 및 스위치그래스와 같은 더 지속 가능한 원료로 전환함으로써 더 큰 탄소 배출 감소 효과를 달성할 수 있다고 제시했다. 앞서 설명했듯이 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1,000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 드레이스바흐는 세라믹, 스테인리스 스틸, 유리로 만든 재사용 가능한 용기는 수명 기간 동안 일회용 바이오 플라스틱보다 이산화탄소 배출량이 3~10배 적다고 말했다. 하지만 바이오플라스틱이 가져올 수 있는 이산화탄소 절감의 잠재적 이점은, 비료와 살충제의 사용 증가, 그리고 옥수수나 사탕수수 같은 원료의 생산을 위한 토지 개간과 산림 태우기로 인해 일부 상쇄될 수 있다. 또한, 생분해성 플라스틱이 매립지에 매립될 경우, 분해 과정에서 메탄 같은 강력한 온실가스가 배출되어 환경에 또 다른 부담을 줄 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규정은? 생분해성 바이오플라스틱의 폐기물 관리는 생분해성을 정의하는 명확한 규정이 부재하기 때문에 복잡한 과제로 남아있다. 업계 자발적 기준에 따르면, 생분해성 제품은 대부분 6개월 이내에 자연적으로 분해되어야 하지만, 생분해성이라고 표시된 일부 제품은 완전히 분해되기까지 수년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 토양에 묻힌 생분해성 비닐봉지가 3년 후에도 여전히 분해되지 않은 채 발견됐다. 이러한 물질이 퇴비 시설에 매립되면 오염 물질이 되어 걸러내야 한다. 톰슨에 따르면, 재활용 시설에서도 이런 종류의 폐기물은 전체 재활용 플라스틱의 품질을 저하시킬 수 있어 기피 대상이다. 게다가 많은 지역에서는 산업 퇴비화 시설이나 도로변 수거 시설이 부족해, 퇴비화 가능한 포장재와 운반 용기가 결국 매립지나 소각장으로 향하는 경우가 많다. 퇴비화되지 않는 플라스틱이 퇴비화 가능한 플라스틱으로 잘못 인식되는 경우가 빈번하여, 라벨링이 명확하지 않을 때 혼란이 가중된다. 미국 퇴비화 위원회의 린다 노리스-월트 부국장은 이러한 문제를 “그린워싱, 모조품, 짝퉁”이라고 지칭했다. 다수의 퇴비화 업체들이 이러한 재료로 인해 퇴비화 가능한 식품 포장을 기피하며, 이는 업체의 수익성에 부정적인 영향을 미친다. 노리스-월트는 이 문제를 두 가지 주요 요인으로 설명했다. 첫 번째는 처리 과정에서 발생하는 노동력 문제이며, 두 번째는 최종 퇴비 제품의 품질 저하로 인해 농장, 조경업체, 골프장 등의 시장에 미치는 영향이다. 따라서, 바이오플라스틱은 퇴비를 오염시키는 원인이 될 수 있다. 생분해성 인스티튜트(BPI)와 유럽의 대응 기관인 OK컴포스트(OK Compost)는 퇴비화 업체들의 우려에 대응하기 위하여 퇴비화 가능한 포장을 위한 자발적 인증 표준을 마련했다. 이 인증을 획득하기 위해서는 바이오플라스틱 제조업체가 제품의 분해 속도를 증명하는 ASTM 기준을 만족시켜야 하며, PFAS(영구적 화학 물질)를 포함하지 않고, 일반적인 토양 생태독성 테스트를 통과해야 한다. 그러나 노리스-월트는 이러한 인증 프로그램이 퇴비 중 미세 플라스틱 문제를 충분히 고려하지 않는다고 지적했다. 이에도 불구하고, 미국 퇴비화 위원회의 최근 조사 결과, 조사 대상 173개 퇴비업체 중 오직 46개 업체만이 퇴비화 가능한 식품 포장의 사용을 허용하는 것으로 나타났다. 혁신을 위한 기회 전문가들은 바이오플라스틱이 여러 어려움에도 불구하고, 화학적 안전성과 수명이 제품 설계에 주요 고려사항으로 포함될 경우, 농업용 멀치 필름과 같은 특정한 용도에 대해 적합한 대안이 될 수 있다고 지적했다. 린 프로덕션 액션의 마크 로시 전무이사는 플라스틱 사용이 필수적인 상황에서는 바이오플라스틱의 활용을 고려해야 한다고 말했다. 그는 "모든 재료에는 잠재적 문제가 존재한다. 우리는 이러한 재료를 인간의 건강과 안전을 고려하여 어떻게 최적화할 수 있을까?"라고 의문을 제기했다. 플라스틱 산업 내에서 바이오플라스틱은 특정 시장에서의 성장 가능성을 가지고 있지만, 광범위한 대체재로는 여겨지지 않는다. 로시는 바이오플라스틱이 대규모로 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 해법이 아니라고 명확히 했다. 다시마나 농업 폐기물로 제작된 차세대 바이오플라스틱은 식량 작물을 원료로 사용함으로써 발생하는 환경적 문제를 어느 정도 해결했으나, 여전히 독성 문제에 대한 해결책을 마련해야 한다는 지적이 있다. 클린 프로덕션 액션은 제조업체들이 자사 제품에서 수천 가지의 유해 화학물질을 식별하고 제거할 수 있도록 돕기 위해, 일회용 식품 포장과 재사용 가능한 용기에 적용할 수 있는 독립적인 표준인 그린스크린(GreenScreen)을 개발했다. 주요 PLA 제조업체 중 하나인 네이처웍스(NatureWorks)는 그린스크린 평가를 통해 자사의 원료가 유해 화학물질을 포함하지 않음을 공식적으로 인증받았다. 그러나 업계 전반에 걸친 변화를 이끌기 위해서는 더 많은 제조업체들이 이러한 제품 인증 과정을 통과해 한다. 노리스-발트는 캘리포니아나 콜로라도에서 시행된 것과 같은 엄격한 라벨링 기준과 법률의 존재가 퇴비화 가능한 바이오플라스틱이 실제로 산업 퇴비화 시설로 올바르게 전달되기 위해 필수적이라고 강조했다. 그녀는 "실수든 의도적이든 시리얼을 퇴비화할 수 있다고 잘못 표시하는 비양심적 기업들에 대해 소송을 제기하는 것만으로도 이러한 오해를 빠르게 중단시킬 수 있다. 여기서 중요한 것은 법의 집행이다"라고 말했다. 전 세계적으로 전문가들은 바이오플라스틱이 현재 직면한 플라스틱 오염 문제에 대응하기 위한 국제적 합의에서 중요한 역할을 하고 있음에 동의하며, 이러한 재료는 기존 플라스틱과는 다르게 관리되어야 한다는 점에 대해 합의했다. 톰슨은 단순히 대안이나 대체재를 찾는 것 이상이 필요하다고 말했다. 그는 "우리가 직면한 문제를 해결할 뿐만 아니라 더 우수한 성능을 제공할 수 있음이 입증된 대안과 대체재가 필요하다"고 강조했다. 톰슨과 와그너가 활동하는 국제적 단체인 '효과적인 글로벌 플라스틱 조약을 위한 과학자 연합'은 플라스틱이 화학물질을 적게 포함하도록 재설계되고, 재료 회수를 간소화할 인센티브를 조약에 포함시키길 바란다. 와그너는 "업계가 1만가지의 화학 물질을 포함하지 않는 제품을 설계하길 바란다"고 말해, 제품 설계 시 화학물질 사용을 대폭 줄이는 것을 목표로 하고 있음을 밝혔다.
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
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털매머드 부활하나?...코끼리 줄기세포 배양 성공
- 과학자들이 코끼리 피부 세포로 줄기세포 배양에 성공해 털매머드 부활에 한 발 더 가까이 다가가고 있다. 미국 텍사스 주 댈러스에 있는 멸종 방지 기업이자 DNA 편집 회사인 콜로설 바이오사이언스(Colossal Biosciences)는 6일(현지시간) 털복숭이 매머드 형질을 가진 코끼리를 유전적으로 복원시키기 위해 아시아 코끼리 세포로 줄기세포 배양에 성공했다고 밝혔다. 콜로설은 자사 웹사이트에서 내한성 코끼리를 만들 것이라고 밝히면서 이 동물은 털매머드의 모든 핵심 생물학적 특성을 갖게 될 것이라고 설명했다. 또한 이 회사는 매머드와 유사한 코끼리가 코끼리 내피 친화성헤르페스 바이러스로 인한 매우 치명적인 질병에 저항성을 갖도록 만들 계획이다. 네이처에 따르면 콜로설은 코끼리 세포의 유전자(게놈)을 편집해 매머드와 비슷하게 만들었다. 하지만 살아 있는 매머드 같은 코끼리를 만들려면 편집된 게놈을 포함하는 배아를 생성해야 한다. 이론적으로 이를 수행하는 한 가지 방법은 유전자 편집된 코끼리 세포를 소위 유도만능줄기세포(iPS)로 전환한 다음 이를 난자와 정자 세포로 전환하는 것이다. 뉴사이언티스트에 따르면 유도만능줄기세포는 난자와 정자를 포함한 신체의 모든 세포로 분화할 수 있다. 배아에서 자연적으로 발생하지만 특정 단백질을 추가하여 성체 세포에서 만들 수도 있으므로 '유도'라고 한다. 많은 동물 종에서 유도만능세포가 만들어졌지만 지금까지 코끼리 세포를 유도만능세포로 만드는 데 성공한 사례는 없었다. 유전자 편집 18년 전, 연구자들은 쥐의 피부 세포를 배아 세포처럼 작동하도록 재프로그래밍할 수 있음을 보여줬다. 이러한 유도만능줄기세포는 동물의 모든 세포 유형으로 분화할 수 있다. 이 세포는 멸종된 털매머드(맘무투스 프리미제니우스·Mammuthus primigenius)의 가장 가까운 친척인 아시아 코끼리(엘레푸스 막시무스·Elephus maximus)를 복원하려는 콜로설의 계획에 핵심으로, 털과 지방 및 기타 매머드의 특성을 갖도록 유전적으로 편집됐다. 콜로설은 아시아 코끼리 세포를 유전자 변형해 핵심 단백질을 영구적으로 생산하도록 했다. 그럼에도 불구하고 세포를 유도만능줄기세로로 전환하는데 두 달이 걸렸다고 한다. 콜로설의 생물과학 책임자인 에리오나 히솔리는 "우리는 이 과정을 더 효율적이고 빠르게 만들고 싶었다"고 말했다. 핵심 단백질을 코딩하는 DNA는 쉽게 제거할 수 있다고 그녀는 덧붙였다. 매사추세츠주 보스턴에 위치한 하버드 의과대학의 유전학자이자 이 연구 논문의 공동 저자인 콜로설의 공동 설립자 조지 처치는 "우리는 세계 기록으로 가장 어려운 iPS 세포 수립에 도전하고 있다고 생각한다"고 말했다. 하지만 연구팀은 코끼리 줄기세포를 확립하는 데에도 어려움을 겪고 있다. 멸종 위기 종에 대한 줄기세포 연구의 권위자인 캘리포니아 주 라호야에 있는 스크립스 연구소의 줄기세포 생물학자인 장 로랑(Jeanne Loring) 박사는 "코끼리는 매우 어려운 과제"라고 말했다. 멸종 동물 복원 프로젝트 2011년 잔 로링과 동료들은 멸종 위기 동물에서 최초로 북방 흰코뿔소(Ceratotherium simum cottoni)와 드릴 원숭이(만드릴루스 류코패우스)로부터 iPS 세포를 만들었다. 이후 눈표범(Panthera uncia), 수마트라 오랑우탄(Pongo abelii), 일본뇌조(Lagopus muta japonica) 등 멸종 위기종에서 배아 유사 줄기세포가 만들어졌지만 수많은 팀이 코끼리 iPS 세포 수립 시도에 실패했다. 콜로설의 생물과학 책임자 에리오나 히솔리가 이끄는 연구팀은 처음에 다른 대부분의 iPS 세포주를 만드는 데 사용되는 매뉴얼에 따라 아시아 코끼리 새끼로부터 세포를 재프로그래밍하려고 시도하면서 동일한 문제에 부딪혔다. 이 방법은 2006년 일본 교토 대학의 줄기 세포 과학자인 야마나카 신야(Shinya Yamanaka)가 확인한 네 가지 주요 재프로그래밍 인자를 과잉 생산하도록 세포에 지시하는 것이다. 이 방법이 실패하자 히솔리 박사팀은 다른 연구원들이 사람과 쥐 세포를 재프로그래밍하는 데 사용했던 화학 칵테일을 코끼리 세포에 처리했다. 대부분의 경우 이 처리로 인해 코끼리 세포가 죽거나 분열을 멈추거나 아무런 반응도 보이지 않았다. 하지만 일부 실험에서는 세포가 줄기세포와 유사한 둥근 모양을 띠게 됐다. 히솔리 박사 팀은 이 세포에 네 가지 '야마나카' 인자를 첨가한 다음 성공의 핵심 요소였던 또 다른 단계를 밟았다. 바로 암 억제 유전자인 TP53의 발현을 억제하는 것이다. 유도만능줄기세포 배양 연구팀은 코끼리로부터 네 개의 iPS 세포 라인을 만들었다. 이 세포들은 다른 유기체의 iPS 세포와 비슷하게 보였고, 비슷하게 행동했다. 즉, 척추동물의 모든 조직을 구성하는 세 가지 '배엽'을 형성하는 세포를 만들 수 있었다. 하지만 콜로설이 최초의 유전자 조작 아시아 코끼리를 만드는 계획은 iPS 세포를 필요로 하지 않는 복제 기술을 포함한다. 처치 박사는 새로운 세포 라인은 아시아 코끼리에 매머드 특징을 부여하는 데 필요한 유전적 변화를 식별하고 연구하는 데 유용할 것이라고 말했다. 그는 "우리는 아기 코끼리에게 넣기 전에 미리 테스트하고 싶다"고 말했다. 코끼리 iPS 세포는 수정되어 모발이나 혈액과 같은 관련 조직으로 변형될 수 있다. 그러나 이러한 과정을 확대하기 위해서는 생식 생물학 분야에서 수많은 기술 도약이 필요하다. 그 중 한 가지 방법은 유전자 조직 iPS 세포를 수정된 정자와 암컷 생식 세포로 변형시켜 배아를 만드는 것이다. 쥐 실험에서는 이 방법이 성공했다. 또한 iPS 세포를 직접 실행 가능한 '합성' 배아로 변환하는 것도 가능했다. 콜로설은 자사의 첫 번째 메머드가 2028년에 태어날 것이라고 주장했다. 히솔리는 연구원들이 코끼리 세포에 단지 50~100개의 유전자 편집을 하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 실현하능하다고 말했다. 코끼리의 임신 기간은 2년이기 때문에 배아는 2026년 말께 생성되어 자궁에 이식되어야 2028년에 매머드 탄생이 가능하다. 처치 박사는 배아 배양을 위해 일부는 iPS 세포에서 유래한 인공 자궁을 사용할 것으로 예상했다. 그는 "우리는 멸종 위기 종의 자연적인 번식을 방해하고 싶지 않기 때문에 체외 임신을 확대하려고 노력하고 있다"고 말했다.
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털매머드 부활하나?...코끼리 줄기세포 배양 성공
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인간 꼬리 사라진 이유, DNA 돌연변이 밝혀졌다!
- 과학자들이 인간의 꼬리 손실과 일종의 선천적 결함 사이의 잠재적인 유전적 연관성을 발견했다. 지난 2월 28일 '네이처(Nature)' 저널에 발표된 새로운 연구에서 미국 뉴욕대 연구팀은 우리 조상들의 꼬리를 잃게 만든 독특한 DNA 돌연변이를 확인했다. 이 돌연변이는 꼬리 달린 동물의 꼬리 길이에 관여하는 것으로 알려진 TBXT 유전자에 위치한다. 새로운 연구 결과에 따르면 인간과 유인원의 조상은 약 2500만 년 전에 발생한 유전적 돌연변이로 인해 꼬리를 잃었을 가능성이 있다. 이 돌연변이는 TBXT 유전자 내에 발생했으며, 이 유전자는 꼬리 달린 동물의 꼬리 길이에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 과학전문 매체 라이브사이언스에 따르면 연구팀은 꼬리뼈 부상을 당한 후 꼬리의 기원에 관심을 갖게 된 연구 책임 저자인 보 샤(Bo Xia) 박사가 이끄는 연구팀이 TBXT 유전자를 조사했다. 연구팀은 꼬리 없는 원숭이와 꼬리 있는 유인원을 비교하여 유전자 차이를 분석했다. 또한 쥐에게 인간과 유사한 돌연변이를 유도하여 꼬리 상실 현상과의 연관성을 실험적으로 검증했다. 이번 발견은 뉴욕대학교 대학원생이었으며 현재 브로드 연구소의 수석 연구원으로 재직 중인 제1 연구 저자 보 샤가 꼬리뼈를 다친 후 이 구조의 기원에 관심을 갖게 되면서 시작됐다. 뉴욕대 랭곤 헬스(NYU Langone Health)의 응용 생물정보학 연구소의 과학 책임자이자 이 연구의 선임 저자 이타이 야나이는 "보 샤는 적어도 수천 명의 사람들이 이전에 보았을 법한 것을 보았다. 하지만 그는 다른 것을 보았기 때문에 정말 천재다"라고 말했다. 꼬리의 유전학 인간과 많은 영장류 사이의 가장 분명한 차이점 중 하나는 꼬리가 없다는 것이다. 꼬리가 사라진 것은 약 2500만년 전이다. 침팬지와 우리의 공통 조상을 비교하자면 약 600만년 전이다. 우리는 꼬리를 가진 이 조상의 진화적 흔적으로 미골(꼬리뼈)을 아직도 갖고 있다. 꼬리 손실은 우리 유인원 조상에게서 더 직립한 등의 진화와 동시에 발생했으며, 결과적으로 몸을 지탱하기 위해 네 다리 중 두 개만 사용하는 경향이 있었다. 이러한 진화적 변화가 왜 결합되어 있는지 추측할 수는 있지만, 꼬리 손실이 어떻게 진화했는지(왜가 아니라) 근본적인 유전적 변화가 무엇인지에 대한 문제는 다루지 않았다. 최근 연구에서는 흥미로운 유전 메커니즘을 확인했다. 많은 유전자가 결합하여 포유류의 꼬리 발달을 가능하게 한다. 연구팀은 꼬리가 없는 영장류의 꼬리 결정 유전자인 TBXT에 '점핑 유전자'(jumping gene, 게놈의 새로운 영역으로 이동할 수 있는 DNA 서열)가 하나 더 있다는 사실을 확인했다. 점핑 유전자와 '암흑 물질' 연구팀은 또한 동일한 영장류가 TBXT 유전자 내에 내장된 DNA에서 약간 떨어진 곳에 더 오래되었지만 유사한 점핑 유전자를 가지고 있음을 확인했다. 3일(현지시간) 과학, 기술, 의학 분야의 뉴스를 다루는 영어 웹사이트 Phys.org에 따르면 우리 DNA의 훨씬 더 많은 부분이 단백질을 지정하는 서열(유전자의 고전적 기능)보다 그러한 점핑 유전자의 잔해이므로 점핑 유전자를 얻는 것은 특별한 것이 아니다. 수백만 년에 걸쳐 DNA의 변화는 동물의 진화를 가능하게 한다. 일부 변화는 DNA의 뒤틀린 사다리에서 단 하나의 사다리만 포함하지만 다른 변화는 더 복잡하다. 라이브 사이언스에 따르면 소위 알루 요소(Alu elements)라고 하는 반복적인 DNA 서열은 DNA의 분자 사촌인 RNA 비트를 생성하여 다시 DNA로 변환한 다음 게놈에 무작위로 삽입할 수 있다. 이러한 '전치 가능한 요소' 또는 점핑 유전자는 삽입 시 유전자의 기능을 방해하거나 강화할 수 있다. 이러한 특정 유형의 점핑 유전자는 영장류에만 존재하며 수백만 년 동안 유전적 다양성을 주도해 왔다. 연구팀은 유인원에는 존재하지만 원숭이에는 없는 두 개의 알루 요소를 TBXT 유전자에서 발견했다. 이 요소는 단백질을 코딩하는 유전자 부분인 엑손(exon)이 아니라 인트론(intron)에 있다. 인트론은 엑손 옆에 있는 DNA 서열로, 과거에는 아무런 기능이 없는 것으로 여겨져 게놈의 '암흑 물질'로 불려왔다. 인트론은 RNA 분자가 단백질로 전환되기 전에 서열에서 제거되거나 '스플라이스(spliced)'된다. 그러나 이 경우 세포가 TBXT 유전자를 사용하여 RNA를 생성할 때, Alu 서열의 반복적인 특성으로 인해 서로 결합하게 된다. 이 복잡한 구조는 여전히 더 큰 RNA 분자에서 잘려나가지만 전체 엑손을 가져가므로 결과 단백질의 최종 코드와 구조가 변경된다. NYU 랭곤 헬스 시스템 유전학 연구소의 소장이자 이 연구의 선임 저자인 제프 보케(Jef Boeke)는 "우리는 꼬리 길이나 형태와 관련된 다른 유전자에 대한 다른 많은 분석을 수행했다. 물론 차이점은 있지만, 이것은 마치 번개와도 같았다"라고 말했다. 보케는 라이브사이언스에 "그리고 그것은 모든 유인원에서 100% 보존되고 모든 원숭이에서 100% 없는 비코딩 DNA[인트론]였다"고 말했다. 연구팀은 인간 세포에서 동일한 알루 서열이 TBXT 유전자에 나타나고 동일한 엑손이 제거되는 것을 확인했다. 또한 관련 RNA 분자를 다양한 방식으로 절단하여 동일한 유전자에서 여러 단백질을 생성 할 수 있음을 발견했다. 연구팀은 이에 비해 생쥐는 한 가지 버전의 단백질만 만들기 때문에 두 가지 버전이 모두 있으면 꼬리가 형성되는 것을 방지하는 것으로 보인다고 지적했다. 동일한 유전자에서 서로 다른 단백질을 만드는 이러한 방식을 '대체 스플라이싱(alternative splicing)'이라고 하며, 이는 인간의 생리가 매우 복잡한 이유 중 하나다. 그러나 알루 요소가 대체 스플라이싱을 유발하는 것으로 밝혀진 것은 이번이 처음이다. 연구에 참여하지 않은 로스앤젤레스 캘리포니아 대학교의 생태 및 진화 생물학, 인간 유전학 교수인 커크 로뮐러(Kirk Lohmueller)는 "이와 같은 돌연변이는 종종 진화에서 제한적인 결과를 초래하는 것으로 여겨져 왔다. 이번 연구에서 저자들은 이러한 돌연변이가 우리 종에 지대한 영향을 미쳤다는 것을 보여준다"라고 말했다. 이족 보행과 선천적 결함 연구팀은 동일한 점핑 유전자를 쥐에 삽입하는 실험을 통해 쥐가 꼬리를 잃는다는 사실을 발견했다. 특히 진화 생물학자들은 꼬리가 없어진 덕분에 인간이 이족보행을 할 수 있었다는 가설을 세우고 있다. 야나이는 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 "우리는 어떻게 이런 일이 일어났는지에 대한 그럴듯한 시나리오를 구성한 유일한 논문이다"라고 말했다. 그는 "우리는 이제 두 발로 걷고 있다. 그리고 우리는 큰 두뇌와 기술을 진화시켰다"라고 말했다. 야나이는 "이 모든 것은 유전자의 인트론으로 뛰어든 이기적인 요소에서 비롯된 것이다. 정말 놀랍다"라고 덧붙였다. 하지만 연구팀은 또 다른 이상한 점을 발견했다. 이 부분을 제외한 TBXT 유전자의 형태만 가진 쥐를 만들면 인간의 척추 이분증(척추와 척수가 자궁에서 제대로 발달하지 못해 척추에 틈이 생기는 질환)과 매우 유사한 질환이 발생할 수 있다. 이전에는 인간 TBXT의 돌연변이가 이 질환과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. 다른 생쥐는 척추와 척수에 또다른 결함이 있었다. 특히 연구진은 꼬리를 잃은 생쥐에서 척수와 뇌를 생성하는 배아 구조인 신경관에 영향을 미치는 선천성 결함인 척추 이분증 유병률이 더 높다는 사실을 발견했다. 미국 질병통제예방센터에 따르면 이 질환은 출생아 1000명 중 약 1명에 영향을 미친다. 연구진은 꼬리가 없는 것이 큰 이점이므로 척추 이분증의 발병률이 증가하더라도 그만한 가치가 있다고 제안했다. 이는 많은 유전 및 발달 질환의 경우와 마찬가지로, 균형상 우리에게 도움이 되는 일부 돌연변이의 부산물일 수 있다. 예를 들어, 최근 연구에 따르면 폐렴과 싸우는 데 도움이 되는 유전적 변이가 크론병에 걸리기 쉽다는 사실이 밝혀졌다. 보케는 "TBXT 결핍은 일종의 의도하지 않은 결과일 수 있지만, 신경관에 구멍이 남는다는 의미에서 완전한 신경 폐쇄를 얻지 못할 가능성이 더 높다"라고 말했다. 이타이 야나이는 "아무도 우리의 호기심에 따라 같은 돌연변이를 넣어 쥐의 꼬리를 잃게 만들 것이라고는 생각하지 못했는데... 그 쥐에게도 신경관 결함이 있는 것을 확인했다"라고 덧붙였다. 이러한 유형의 대체 스플라이싱의 발견은 향후 게놈 분석 분야 전체에 영향을 미칠 것으로 보인다. 보케는 이러한 영향력 있는 알루 요소에 대해 "앞으로 더 많이 발견될 것이라고 생각한다"고 말했다. 그는 아마도 우리 형질의 진화적 변화의 근본 원인이 되는 대체 스플라이스 단백질이 존재할 것이라고 덧붙였다.
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- 생활경제
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인간 꼬리 사라진 이유, DNA 돌연변이 밝혀졌다!
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NASA의 소행성 충돌 DART 임무, 우주 암석 재구성
- 과학자들은 미 우주항공국(NASA·나사)의 이중 소행성 방향 전환 시험(DART)의 목표 소행성이 충돌로 인해 모양이 바뀌었을 수 있다는 사실을 발견했다. 과학 전문 매체 스페이스닷컴은 지난 27일(현지시간) 소행성 디모포스(Dimorphos)와 충돌한 NASA의 DART 임무 결과, 충돌의 여파에 대한 새로운 조사에 따르면 이원 소행성계의 작은 구성 요소인 이 소행성은 느슨한 '잔해 더미' 구성을 보이는 것으로 나타났다고 전했다. 영국의 과학 전문 매체 사이키(phys.org)에 따르면 디모포스는 지구 근처 소행성 디디모스(Didymus)를 공전하는 작고 불규칙한 모양의 위성이다. NASA에 따르면 DART는 운동 충돌을 통해 우주에서 소행성의 움직임을 변화시켜 소행성 편향의 한 가지 방법을 조사하고 입증하는 최초의 임무였다. DART는 2023년 9월 26일 더 큰 우주 암석인 디디모스 궤도를 도는 소행성 디모포스와 충돌했다. 이 우주 공격의 목적은 운동 충돌이 소행성의 궤도를 더 큰 물체 주위로 바꿀 수 있는지 확인하고, 언젠가 지구와의 충돌 경로에 소행성이 떨어질 경우 이 방법을 사용하여 우주 암석을 회피할 수 있는지 검증하는 것이었다. 충돌 6개월 후, NASA는 디모포스가 더 큰 소행성 궤도를 도는 데 걸리는 시간이 33분 단축되는 등 임무가 성공적이었다고 확인했다. 충돌 후 디모포스가 디디모스 주위를 도는 데 걸리는 시간은 약 11시간 23분이 걸fuT다. 그리고 이제 새로운 연구에 따르면 이 충돌이 디모르포스의 모양에도 큰 영향을 미쳤을 수 있다. 스위스의 베른 대학교 과학자 사비나 라두칸이 이끄는 연구팀은 최첨단 컴퓨터 모델링을 사용하여 디모포스가 느슨한 잔해 더미 소행성이라는 것을 처음으로 확인했다. 이는 또한 이 소행성이 더 큰 소행성인 디디모스에서 분출된 물질로 형성되었을 수 있다는 것을 의미한다. 충돌 관측과 가장 근접하게 일치하는 시뮬레이션 결과, 디모포스는 응집력이 약하고 표면에 큰 바위가 없는 것으로 나타났다. 이 내용은 ‘네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)’ 저널에 게재됐다. 논문에는 이 소행성의 구성과 다가오는 우주 암석으로부터 지구를 방어할 수 있는지 여부에 대한 세부 정보가 포함되어 있다. 라두칸 박사는 "DART가 디모포스에 도착하기 전에는 무엇을 기대해야 할지 몰랐다. 지구에서 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 디모포스는 제대로 관측되지 않았다. 따라서 우리는 본질적으로 디모포스 크기의 큰 바위와 같은 모 놀리 식 물체부터 응집력이 없는 잔해 더미 또는 그 사이의 모든 것을 만날 수 있었다"며 "따라서 충격 결과는 대부분의 사람들에게 놀라움으로 다가왔지만 예상된 시나리오 중 하나였다"고 말했다. 그는 "디모포스는 소행성 류구, 베누와는 구성이 매우 다르지만 충돌에 대한 반응은 매우 비슷해 보여 놀랐다"고 밝혔다. 이어 "이 모든 소행성에서 분화구는 저중력, 저응집성 체제에서 발생하며, 분화구는 발사체보다 몇 배 더 커진다고 설명했다. 또한 연구팀의 계산에 따르면, DART 충돌은 단순히 충돌 분화구를 만든 것이 아니라 디모포스를 완전히 재구성한 것으로 보인다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, DART 충돌로 인해 디모포스 질량의 0.5%에서 1%가 분출된 반면, 질량의 8%는 재분배되어 소행성이 크게 재형성되고 표면이 다시 형성된 것으로 나타났다. 라두칸은 이러한 연구 결과는 작은 소행성의 구조적 무결성과 충돌에 대한 반응이 내부 구성과 구성 물질의 분포에 크게 영향을 받는다는 것을 시사한다고 덧붙였다. 연구팀의 연구 결과는 과학자들이 디모포스와 디디모스 소행성계를 더 잘 이해하고 태양계 내 다른 쌍성 소행성의 역학을 해부하는 데 도움이 될 수 있다. 라두칸은 "이번 연구에서 밝혀진 디모포스의 물질적 특성과 구조는 작은 달이 디디모스에서 회전 질량을 흘려보내고 재축적하여 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다"고 말했다. 그는 "이러한 발견은 우리 태양계에서 유사한 이원계의 유병률과 특성에 대한 단서를 제공하여 형성 역사와 진화에 대한 더 넓은 이해에 기여한다"고 덧붙였다. 소행성 임무는 극도로 어려운 작업이다. 행성이나 달에 비해 상대적으로 작은 크기는 우주선 착륙과 샘플 채취에 필요한 충분한 중력이 없는 것을 의미하기 때문이다. 하지만 NASA는 최근 소행성 임무에 적극적으로 나서고 있다. 일본 우주국(JAXA)의 하야부사-2(Hayabusa-2) 임무는 2018년 소행성 류구(Ryugu)에 도달했고, 같은 해 NASA의 오시리스-렉스(Osiris-Rex) 임무는 소행성 베누(Bennu)와 만났다. 하야부사 임무는 표면에 접근하여 작은 발사체를 발사해 표면 잔해를 수집했다. 그러나 DART 임무는 기존 임무와는 차별화된다. 소행성 물질 샘플을 지구로 가져오는 것이 아니라, 고속으로 우주 암석에 충돌하여 파괴하는 것이 목표였다. 소행성과의 고속 충돌은 놀라운 수준의 정밀도를 요구한다. DART의 목표였던 디모포스는 실제로 두 개의 소행성이 서로를 도는 이중 소행성 시스템의 일부였다. 이 시스템은 '쌍성(binary)'이라고 불리며, 더 큰 디디무스와 달 역할을 하는 디모포스로 구성된다. 디디무스는 지름 약 780m(2560피트)의 아폴로 소행성으로 분류되는 근지구천체다. 이는 서울 롯데월드타워 높이의 약 2.5배 정도에 해당한다. 2022년 9월 26일, NASA의 DART 임무는 디디무스에 충돌하여 궤도를 변경하려는 시도를 성공적으로 수행했다. 디모포스에 대한 시뮬레이션은 DART의 충돌로 인해 소행성에서 매우 큰 분화구를 볼 수 있을 것으로 예상했지만 실제로는 소행성의 모양이 변경되었을 가능성이 더 높다는 것을 보여준다. 이 시뮬레이션은 약 50억kg의 소행성과 질량 580kg의 충돌이었다. 쉽게 말하면, 개미가 버스 두 대를 치는 것과 같다. 게다가 우주선은 초당 약 6km를 이동하고 있다. 소행성 디모포스의 관찰을 바탕으로 한 시뮬레이션 결과, 소행성은 이제 디디무스 주위를 이전보다 33분 느리게 공전하는 것으로 나타났다. 궤도는 11시간 55분에서 11시간 22분으로 늘어났다. 디모포스 핵의 운동량 변화도 직접적인 충격에서 예상되는 것보다 더 높아 처음에는 불가능해 보일 수 있다. 그러나 소행성은 중력에 의해 서로 결합된 느슨한 잔해로 구성되어 매우 약하게 구성되어 있다. 그 충격으로 인해 디모포스에서 많은 물질이 날아갔다. 이 물질은 이제 충격의 반대 방향으로 이동하고 있다. 이것은 반동처럼 작용해 소행성의 속도를 늦춘다. 과학자들은 디모포스에서 떨어져 나온 반사율이 높은 모든 물질을 관찰함으로써 소행성에서 손실된 물질의 양을 추정할 수 있다. 그 결과는 약 2000만kg으로, 이는 연료를 가득 채운 아폴로 시대의 새턴 V 로켓 6개에 해당한다. 모든 매개변수(질량, 속도, 각도 및 손실된 재료의 양)를 함께 결합하고 영향을 시뮬레이션함으로써 연구원들은 답에 대해 상당히 확신을 가질 수 있었다. 디모포스에서 나오는 물질의 입자 크기뿐만 아니라 소행성의 응집력이 제한되어 있고 표면이 작은 충격에 의해 지속적으로 변경되거나 모양이 변경되어야 한다는 점에 대해서도 확신을 갖고 있다. 최근 지구에 발생한 중요한 영향으로는 2013년 러시아 첼랴빈스크(Chelyabinsk) 상공에서 떨어진 유성우가 있다. 더 먼 기록으로는 1908년 시베리아 외딴 지역 상공의 악명 높은 퉁구스카(Tunguska) 충돌이 있다. 이는 6600만년 전 지구를 강타했을 때 공룡을 멸종시킨 10km 물체와 같이 대량 멸종을 일으킬 수 있는 종류의 사건은 아니지만, 첼랴빈스크와 퉁구스카는 가능성이 매우 높은 충돌이었다. 러시아 영토에 떨어진 거대한 운석 충돌인 첼랴빈스크와 퉁구스카 두 사건 모두 엄청난 규모의 에너지를 방출하며 광범위한 피해를 입혔다. 한편, DART 임무의 비용은 3억2400만 달러(약 4325억원)로 우주 임무로서는 낮은 수준이다. 개발 단계가 완료되면 지구 쪽으로 향하는 소행성의 방향을 바꾸는 유사한 임무를 더 저렴하게 발사할 수 있다. 가장 큰 변수는 경고 시간이다. DART가 디모포스에 충돌했을 때 관찰된 30분 궤도 변화는 소행성이 지구에 매우 가까울 경우 큰 효과를 기대하기 어렵다. 하지만, 태양계 외부와 같은 먼 곳에서 물체 경로를 예측하고 작은 변화를 줄 수 있다면 소행성의 경로를 지구로부터 충분히 멀어지게 할 수 있다. 미래에는 소행성 임무가 더욱 활발하게 이루어질 것으로 예상된다. 이는 과학적 관심뿐만 아니라 소행성에서 물질을 쉽게 제거할 수 있다는 점에서 민간 기업의 채굴 관심도를 높일 수 있기 때문이다.
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NASA의 소행성 충돌 DART 임무, 우주 암석 재구성
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인간 활동, 고래들의 노래 방해⋯짝짓기 등 생존 악영향
- 인간 활동으로 인한 바다 소음 증가가 고래들의 생존에 악영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. 혹등고래를 포함한 턱수염 고래들은 서로를 향한 신비로운 노래로 소통한다는 사실에 대해 과학자들은 오랜 시간 동안 궁금증을 가져왔다. 영국 BBC의 최근 보도에 따르면, 덴마크 남부 대학의 코엔 엘레만스(Coen Elemans) 교수가 이끄는 연구팀은 턱수염 고래가 고유의 '음성 박스'를 사용해 노래를 부른다는 사실을 밝혀냈다. 하지만 인간 활동으로 인한 소음은 고래들의 노래를 방해하고 있는 것으로 나타났다. 이번 발견은 국제적인 과학 저널인 네이처(Nature)에 게재됐다. 연구를 주도한 덴마크 남부 대학 코엔 엘레만스(Coen Elemans) 교수는 "고래들은 서로 만나 짝짓기를 하기 위해 소통이 필수적이며, 이러한 소통은 그들의 생존에 매우 중요하다"며 인간의 활동으로 인한 소음이 고래들의 노래에 방해가 되고 있음을 지적했다. 더 나아가, 엘레만스 교수는 고래를 "지구상에서 가장 신비로운 동물들 중 일부"로 묘사하며, 그들이 "가장 큰 동물 중 일부이고, 지능이 높으며 사회적"이라고 설명했다. 턱수염 고래, 청새고래, 혹등고래, 밍크고래, 회색고래 등 14종의 턱수염 고래는 이빨 대신 먹이를 걸러내는 수판을 가지고 있음에도 불구하고, 거대하고 복잡한 노래를 부를 수 있는 놀라운 능력을 지니고 있다. 연구팀은 해변에서 발견된 세 종류의 고래(밍크고래, 혹등고래, 쇠고래)의 성대를 활용하여 실험을 진행했다. 이 과정에서, 고래의 이 거대한 기관에 공기를 주입하여 소리를 생성했다. 인간의 경우, 목소리는 성대를 통과하는 공기의 진동으로 생성되지만, 턱수염 고래들은 후두 상단에 위치한 지방으로 이루어진 쿠션을 포함하는 큰 U자 형태의 구조를 가지고 있다. 이러한 독특한 음성 해부학적 구조 덕분에, 턱수염 고래들은 노래를 부를 때 공기를 재활용할 수 있으며, 물을 흡입하는 것을 방지할 수 있다. 연구팀은 소리 생성의 컴퓨터 모델을 개발하였으며, 턱수염 고래의 노래가 주로 배에서 발생하는 소음과 겹치는 좁은 주파수 범위에 국한되어 있음을 발견했다. 엘레만스 교수는 "바다에서 발생하는 인간의 소음 때문에 고래들이 서로 소통하는 데 어려움을 겪고 있다. 그들이 더 높은 소리로 노래하려 하더라도, 그것은 종종 불가능하다"고 말했다. 이번 연구는 인간 활동이 고래에게 끼치는 부정적 영향을 드러내며 해양 소음을 줄이는 것의 중요성을 강조했다. 고래 소통의 전문가이자 오리건 주립 대학의 케이트 스태포드(Kate Stafford) 박사는 "해양 포유류에게 음성 생성과 인식은 가장 중요한 감각 중 하나다. 따라서 소리 생성 방식을 규명하는 연구는 이 분야의 발전에 큰 잠재력을 가지고 있다"고 평가했다. 또한, 이 연구는 고래의 조상들이 육지에서 바다로 돌아가면서 물속에서 소통을 가능하게 하는 적응을 어떻게 발전시켰는지에 대한 진화적 통찰을 제공한다. 소리를 내는 방식에 있어서, 특히 이빨고래들은 연구하기가 비교적 용이하기 때문에 그들의 소통 방식이 더 잘 알려져 있다. 돌고래, 오르카, 향유고래, 돌묵지 등을 포함하는 해양 포유류는 코 통로에 위치한 특별한 구조를 통해 공기를 분출함으로써 소리를 낸다. 반면, 턱수염 고래들은 다른 방식으로 소리를 생성한다. 이빨고래들이 성대의 진동을 통해 소리를 내는 것과 달리, 턱수염 고래들은 후두 상단의 지방 쿠션을 활용해 소리를 만든다. 이러한 독창적인 음성 해부학 덕분에 턱수염 고래들은 넓은 주파수 범위의 소리를 생성할 수 있으며, 이 소리는 수백 킬로미터 떨어진 곳에서도 들을 수 있다. 이는 짝짓기, 먹이 탐색, 포식자로부터의 회피 등 다양한 목적으로 활용된다. 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 해양 포유류 연구소 소속 엘렌 가랜드(Ellen Garland) 박사는 "대형 고래 연구는 항상 도전적이지만, 물속에서 직접 고래를 볼 수 없는 상황에서 그들이 어떻게 소리를 내는지 파악하는 것은 더욱 어려운 일이었다. 이에 연구진의 창의적인 접근은 높이 평가된다"고 말했다. 이 연구는 바다에 서식하는 거대한 생명체에 대한 우리의 이해를 심화시키고, 그 보호에 기여할 것이다. 향후 과학자들은 고래가 어떻게 노래를 배우는지, 노래의 의미는 무엇인지, 그리고 인간의 활동이 고래들의 소통에 어떤 영향을 미치는지에 대해 더 깊이 연구할 계획이다.
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인간 활동, 고래들의 노래 방해⋯짝짓기 등 생존 악영향
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美 국립보건원, 미국인 당뇨병 새 유전 변이 발견
- 2억7500만 개 이상의 전혀 새로운 유전적 변이가 인간에게 발견됐다고 미국 국립보건원(NIH)이 밝혔다. 이 중 일부는 미국인이 암과 당뇨병에 더 높은 위험을 보이는 것으로 나타났다. 19일(현지시간) 영국 매체 데일리 메일은 미국 메릴랜드주 베데스다 소재 NIH가 이끄는 연구진이 이 같은 내용이 담긴 연구 결과를 발표했다고 보도했다. 연구진은 미국인 24만5000명의 게놈을 포함하는 방대한 데이터베이스를 구축한 결과를 공개했으며, 이 중 절반은 소수 민족 출신이다. 연구 결과에 따르면 대부분의 변이는 건강에 영향을 미치지 않았지만 약 400만 개는 암, 당뇨, 심장질환 등 다양한 질병의 발병 위험 증가와 관련된 유전자에서 발견됐다. 이 내용은 31억 달러(약 4조1447억 원) 규모의 '우리 모두(All of Us)' 프로젝트의 첫 번째 데이터 공개이며, 이 프로젝트는 100만 명의 미국인 참가자의 유전 및 건강 정보를 수집하여 세계 최대 유전 데이터베이스 구축을 목표로 한다. 현재 '금본위제'(화폐 단위의 가치와 금의 일정량의 가치가 등가 관계를 유지하는 본위제도)는 영국 바이오뱅크(UK Biobank)로, 대부분 백인 출신의 성인 50만 명에 대한 데이터를 보유하고 있다. 이 연구의 수석 저자인 조쉬 데니(Josh Denny) 박사는 "다양한 인구 집단의 염기 서열 분석은 모든 사람과 관련된 새로운 약물 표적을 도출할 수 있으며, 또한 질병 부담이 더 높거나 다른 질병을 가진 사람들을 위한 특정 치료법 개발에 도움이 될 수 있다:고 강조했다. 이전에는 유전 연구 참가자의 90% 가까이가 백인 출신이었다. 이번 연구는 이러한 편향을 해소하고 보다 다양한 집단을 포함함으로써 질병 이해 및 치료 개발에 더욱 정확한 정보를 제공할 것으로 기대된다. 참가자의 80% 정도는 저소득층, 장애인, 원주민, 아시아계 미국인, 성적 소수자 등 역사적으로 소외되었던 그룹이 될 예정이다. 소수 인종 집단에서 새로운 유전자형을 발견하면 특정 질병에 대한 위험이 높은 일부 사람들을 식별하거나 고콜레스테롤과 같은 특정 질환 치료에 새로운 약물 발견을 이끌 수 있다. 2018년 시작된 'All of Us' 프로그램은 이번 주 말까지 76만7000명 이상의 성인이 참여 신청을 했으며 2026년까지 100만 명을 목표로 하고 있다. 보스턴 매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital)의 인구 유전학자인 알리시아 마틴(Alicia Martin) 박사는 이 프로젝트를 "특히 아프리카계 미국인, 히스패닉, 라틴 아메리카 게놈에 대한 방대한 자원"이라 평가하며 "대부분의 대규모 바이오뱅크 자원과 유전체학 컨소시엄에서 상당히 부족했던 부분"이라고 강조했다. 따라서 이 프로젝트는 다양한 인구 집단의 유전 정보를 포함함으로써 질병 이해 및 치료 개발에 훨씬 더 정확한 정보를 제공할 것으로 기대된다. 최근 네이처(Nature), 커뮤니케이션 바이올로지(Communications Biology), 네이처 메디신(Nature Medicine) 저널에 공개된 이 연구 결과는 유전 연구의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다. 연구팀은 총 10억 개 이상의 유전 변이를 발견했으며, 그 중 2억7500만 개는 이전에 기록된 적 없는 새로운 변이였다. 많은 새로운 변이는 드물지만 무해할 가능성도 있으므로 연구팀은 특정 질병 관련 유전자 선별 시 이를 배제할 수 있다. 새로운 연구에서는 'All of Us' 프로젝트의 데이터를 활용하여 이전에는 알려지지 않았던 다양한 유전자를 발견했으며, 이 유전자들은 특정 질병 발병 위험을 높일 수 있다. 당뇨병 연구에서는 참가자의 약 40%가 소수 인종 배경으로, 611개의 유전 마커가 당뇨병 발병 위험을 증가시킬 수 있다는 것을 발견했다. 이 중 145개는 이전에 보고되지 않은 새로운 유전 마커이다. 연구팀은 이러한 새로운 변이들이 특히 소수 인종 배경의 성인의 당뇨병 관리에 도움이 될 수 있다고 말했다. 다른 연구에서는 암 등 특정 질병 발병 위험을 높이는 병원성 유전 변이를 조사했다. 유럽 조상을 가진 사람들의 게놈은 평균 약 2.3%가 병원성 변이로 구성된 반면, 아프리카 조상을 가진 사람들은 1.6%로 나타났다. 이미 최근 연구에서는 유전적 다양성이 질병 위험에 어떻게 영향을 미치는지 보여주었다. 2010년 발견된 APOL1 유전자 변이는 미국 아프리카 이남 사하라 조상을 가진 사람들의 만성 신장 질환 및 투석 위험 증가의 70%를 설명하는 데 도움이 된다. 또한 달라스 아프리카계 조상 5000명의 유전 코드 시퀀싱을 통해 매우 높은 수준의 저밀도 지단백질(LDL)을 극적으로 낮추는 PCSK9 억제제라는 약물 클래스가 발견됐다. 이번에 발견된 새로운 유전 변이들이 다양한 건강 상태에 어떻게 기여하는지 이해하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 과학자들은 이를 사람의 질병 위험 계산 도구를 개선하는 데 사용할 수 있다고 믿고 있다. 이번 연구는 유전 연구의 발전에 크게 기여하며 향후 치료 및 의료 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대된다.
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- IT/바이오
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美 국립보건원, 미국인 당뇨병 새 유전 변이 발견
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산의 침식 속도 '가속화'⋯인간 활동이 주범
- 인간 활동이 기후 변화보다 더 빠르게 산의 침식을 가속화하고 있다는 연구 결과가 발표됐다. 프랑스 매체 푸투라(FUTURA)는 지난 17일(현지시간) 최근 연구를 인용해 마지막 빙하기 이후 약 1만 년간의 기간 동안 산의 침식 속도가 인간 활동이 본격적으로 시작된 후 2배에서 4배까지 급격히 증가했다고 보도했다. 이러한 침식 속도의 증가는 주로 농업, 산림 벌채, 광업, 도시화 등 인간의 개입이 주된 원인으로 지목됐다. 연구진은 이와 같은 침식 속도의 상승이 토양의 손실, 홍수, 산사태 등 다양한 문제를 일으킬 수 있음을 지적하며, 이를 완화하기 위한 지속 가능한 토지 관리 방안의 필요성을 강조했다. 인간이 자연 과정에 미치는 영향이 지대한 현재 시대를 '인류세(Anthropocene)'라고 부른다. 이는 산업 혁명 이후로 시작된 새로운 지질 시대 개념으로 크뤼천에 의해 2000년에 제안됐다. 새로운 연구 결과에 따르면, 인류세가 시작된 시기는 수천 년 전으로 거슬러 올라갈 수 있음이 밝혀졌다. 지구의 지형 변화는 두 주요 원인, 즉 판 구조론적 움직임과 침식 과정에 의해 주도되어 왔다. 기후 변화는 바람, 비, 얼음, 그리고 온도의 변화를 통해 지형을 조형하는 중요한 요소임에 틀림없지만, 수천 년 전부터 인간의 등장은 지형 변화에 새로운 동력을 부여했다. 인간 활동이 지구 환경에 끼치는 영향은 오염, 생태계의 파괴, 그리고 극심한 토양 침식 등 다양하며, 우리가 살고 있는 이 지구 어디에서나 인간의 영향을 목격할 수 있다. 특히, 인간에 의한 침식은 평야 지역에서조차 기후 변화로 인한 침식보다 훨씬 더 중대한 문제로 드러나고 있다. 산악 지역에서는 이러한 현상이 더욱 두드러진다. 최근 연구는 산악 지역에서 인간 활동에 의한 침식이 기후 변화에 의한 침식보다 훨씬 심각한 수준임을 밝혀졌다. 산악 지역에서 침식이 가속화되는 현상은 산림 벌채, 농업 활동, 도시화 및 인프라 구축, 그리고 기후 변화와 같은 다양한 요인들로 인해 발생하고 있다. 이러한 침식은 생물 다양성의 감소, 토양의 비옥도 저하, 산사태 및 홍수의 증가와 같은 여러 부정적인 결과를 초래하며, 이는 도로, 다리, 건물과 같은 인프라에도 심각한 손상을 입힐 수 있다. 산악 지역은 그 특성상 강한 기후 변화의 영향을 받으며, 동결-해동 작용과 가파른 경사로 인해 토양 침식이 특히 심각한 지역 중 하나다. 과거에는 이러한 침식 현상이 주로 기후 변화에 의한 것으로 여겨졌으나, 현재는 인간 활동이 중요한 역할을 하고 있음이 명백해졌다. 최근 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 학술지에 발표된 연구에 따르면, 인간의 활동이 기후 변화보다도 더 강력한 영향을 지구에 미치고 있다. 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 소속 연구자들은 알프스 지역에 위치한 가장 큰 자연 호수 중 하나인 부르제 호수의 호수 바닥에 쌓인 퇴적물을 분석했다. 이 분석을 통해 지난 3800년 동안 인간 활동에 의해 발생한 침식이 기후 변화로 인한 침식보다 훨씬 더 심각한 것으로 나타났다. 특히, 청동기 시대와 농업이 번성했던 중세 시대, 그리고 20세기 이후 고지대에서 이루어진 목축 활동이 고산 지역의 토양 침식에 크게 기여한 주요 원인으로 지목됐다. 이전에는 인간이 환경에 미치는 영향이 산업 혁명과 함께 시작된 새로운 지질학적 시대로 간주되어 왔다. 그러나 이 최신 연구는 인간 활동이 환경에 미치는 영향이 훨씬 더 오래전, 즉 선사시대에까지 거슬러 올라갈 수 있음을 제시하며, 이는 우리가 인간과 환경의 상호작용을 이해하는 방식에 대한 재고를 요구했다. 산악 지역의 침식 문제를 해결하기 위해서는 다양한 조치가 필요하다. 이에는 산림의 보호와 재조림 활동을 강화하고, 지속 가능한 농업 관행을 도입하는 것뿐만 아니라, 친환경적인 도시 개발 방식을 채택하여 기후 변화에 따른 침식을 줄이는 노력이 포함된다. 산악 지역에서 인간 활동에 의한 침식은 심각한 문제로, 이에 대처하기 위해서는 개인, 커뮤니티, 정부 등 모든 수준에서의 적극적인 참여와 협력이 필수적이다. 이는 지역적인 문제를 넘어서 전 세계적인 관심과 행동을 요구하는 중대한 과제다.
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- 산업
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산의 침식 속도 '가속화'⋯인간 활동이 주범
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토성의 위성 미마스, '지하 바다' 존재⋯생명체 존재 가능
- 토성의 소형 위성 미마스(Mimas)에서 지하 바다가 발견되었다는 사실은 과학계에 큰 파장을 일으켰다. 영화 '스타워즈'에 등장하는 '데스 스타(Death Star)'와 흡사한 외관을 가진 미마스에서 생명체 존재 가능성을 암시하는 바다가 발견되었다는 것은 과학적 흥미뿐만 아니라 대중의 상상력을 사로잡았다. 포브스 재팬은 미마스 내부에 바다가 존재할 수 있다는 발견이 지질학적으로 활발한 천체에만 해당될 것이라는 기존의 생각을 뒤집는, 실로 놀라운 발견이라고 지난 14일 보도했다. 프랑스 파리 천문대의 발레리 레이니 박사팀은 지난 2월 8일 과학 저널 '네이처(Nature)'에 게재된 연구에서 토성 탐사선 카시니(Cassini)의 관측 자료를 분석한 결과, 미마스가 수많은 충돌 분화구로 덮인 얼음 표면 아래에 비교적 최근에 형성되어 여전히 진화 중인 바다가 존재할 가능성이 있다고 발표했다. 지름이 390km로 토성의 주요 위성 중 가장 작으며 가장 안쪽 궤도를 22시간 만에 공전하는 미마스는 표면이 분화구(crater, 운석 충돌 등으로 생기는 거대한 구덩이)로 덮여 있고 변화가 없다는 점에서 지질학적으로 비활성 상태로 여겨져 왔다. 하지만 2010년 카시니 탐사선이 관찰한 미마스의 '흔들림(libration)' 현상은 과학자들의 관심을 끌었다. 이는 미마스 내부에 액체 상태의 물이 존재할 가능성을 시사하는 중요한 증거였다. 미마스는 표면의 광범위한 부분을 차지하는 거대한 충돌 분화구 '허셜'로 인해 영화 '스타워즈'에 등장하는 우주 요새 '데스 스타(Death Star)'와 유사한 외관을 가지고 있다. 허셜은 1789년 미마스를 처음 확인한 천문학자 윌리엄 허셜의 이름을 딴 분화구를 말한다. 하지만 미마스에서는 지질 활동의 징후가 발견됐다. 특히 남극 지역의 크레이터가 다른 지역의 크레이터보다 작게 보이는 것은, 이 지역에서 최근에 융해 현상이나 새로운 표면 형성이 일어나고 있음을 간접적으로 나타내고 있다. 일반적으로 얼음이나 다른 고체 표면 아래 존재하는 바다는 액체 상태로 인한 내부 역학이 표면에 변형을 일으키며 드러나곤 한다. 연구팀은 그러나 미마스의 경우, 표면 변화가 거의 관찰되지 않아, 그 아래에 액체 상태의 바다가 존재할 가능성이 매우 낮은 후보로 여겨졌다고 밝혔다. 카시니 탐사선의 관측 데이터를 활용한 이전 연구에서 미마스의 자전 운동과 궤도상의 흔들림 현상이 관찰됐으며, 이러한 현상을 설명하기 위해 내부에 길게 뻗은 암석 핵이 존재하거나, 심지어는 내부에 전체적으로 바다가 있을 수 있다는 가설이 제시됐다. 지질학적으로 활동하지 않는 것으로 여겨졌던 미마스 이번 연구를 요약한 논문에 따르면, 미마스의 바다는 약 20~30km 두께의 얼음층 아래에 위치하며, 형성 시기는 약 2500만 년 전보다 젊은 것으로 추정된다. 네이처에 따르면 미마스 내부에 전구적 규모의 액체 상태의 물로 이루어진 바다가 존재하는 것으로 확인됐다. 이 바다는 대략 1500만년에서 500만년 전 사이에 형성된 것으로 추정된다. 논문의 공동 저자이자 영국 런던 대학교 퀸 메리 대학의 물리화학 및 천문학 부문 명예 연구원인 닉 쿠퍼는 "이번 발견으로 미마스가 엔켈라두스나 유로파와 같이 내부 바다를 가진 위성 가운데 하나로 자리매김하게 됐다. 미마스의 바다가 특히 눈에 띄는 점은 그 젊은 나이다"라고 말했다. 미마스 내부의 바다는 토성과 미마스 간의 조류력 상호작용을 통해 탐지됐다. 연구 결과, 미마스 궤도의 불규칙성이 지하 바다에 의해 발생할 수 있는 현상이 아님을 밝혀냈다. 이 연구에는 미국 항공 우주국(NASA)의 토성 궤도 탐사선 카시니가 2004년부터 2017년까지 13년 동안 수집한 관측 데이터가 활용됐다. 미마스는 반경이 198km에 불과한 작은 천체이지만, 이번 발견이 큰 파장을 일으킬 수 있다고 포브스 재팬은 강조했다. 활발한 지질 활동의 징후가 없는 작은 위성이 숨겨진 바다를 가지고 있으며, 이로 인해 생명 유지에 필수적인 조건을 제공할 가능성이 있다는 것은, 과학자들이 태양계 어느 곳에서든 생명의 존재 가능성을 탐색할 수 있는 새로운 전망을 열어준다는 것이다. 바다 연대 젊어 생명체 없을 수도 영국의 일간지 가디언은 지난 7일 미마스의 바다 연대가 너무 젊어 생명체가 출현할 충분한 기회가 없었을 수 있다는 주장이 제기됐다고 보도했다. 가디언에 따르면 프랑스 파리 천문대의 천문학자 발레리 레이니는 미마스 내부에 따뜻한 암석과 접촉하는 물이 존재함으로써 생명체가 존재할 가능성을 완전히 배제할 수 없다고 말했다. 그러나 이 숨겨진 바다의 연대가 수천만 년에 불과하다면, 생명체가 출현할 기회가 부족했을 가능성도 있다. 레이니는 "바다의 나이가 생명체 출현에 충분히 오래되었는지 여부에 대해 아무도 확신할 수 없다"고 덧붙였다. 일반적으로 위성의 암석질 핵과 지하 바다 사이의 상호작용으로 인해 생명 유지에 필요한 화학 에너지가 생성될 수 있다고 여겨진다. 쿠퍼는 "최근에 발견된 액체 상태의 물 바다는 생명의 기원을 연구하는 학자들에게 미마스를 주요 조사 대상이 됐다"고 말했다. 미마스에서 바다가 발견되었다는 사실이 예상 밖일 수 있지만, 태양계 내 다른 행성의 위성에서 바다가 발견된 것은 이번이 처음이 아니다. 토성의 위성 엔켈라두스와 타이탄, 그리고 목성의 위성 유로파, 가니메데, 칼리스토에서 이미 행성 해양학자들이 지하 바다를 탐지해 왔다. 미마스에서의 이러한 바다 발견은 예상치 못한 장소에서 이루어졌으며, 이는 태양계 곳곳의 소형 얼음 위성에 대한 철저한 조사가 곧 시작될 것임을 시사한다.
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- 산업
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토성의 위성 미마스, '지하 바다' 존재⋯생명체 존재 가능
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곤충이 불 속으로 날아가는 이유는?
- 가로등 등 인공조명에 곤충이 모이는 현상에 대한 새로운 연구 결과가 발표됐다. 영국 등 연구팀은 고속 카메라를 이용해 곤충의 움직임을 자세히 분석한 결과, 공충이 빛에 끌리는 것이 아니라 빛을 기준으로 방향을 잡기 때문에 불 속으로 날아가는 것처럼 보인다는 것을 밝혀냈다고 일본 NHK가 최근 보도했다. 곤충이 인공적인 빛에 모이는 현상은 널리 알려져 있지만, 왜 이러한 행동을 취하는지 자세한 과학적인 이유는 아직 밝혀지지 않았다. 이 수수께끼에 대해 영국 등 연구팀은 다양한 인공광을 이용해 '나방'과 잠자리 등 곤충이 날아다니는 방식을 고속 카메라로 분석했다. 이번 연구는 지난 1월 30일 과학저널 '네이처 커뮤니케이션즈'에 발표됐다. 연구팀은 영상을 자세히 살펴본 결과, 곤충들이 불빛을 향해 날아가는 것이 아니라 불빛에 등을 돌리기 위해 끊임없이 자세를 바꾸며 날아가는 것을 발견했다. 이 습성은 자연계에서는 태양과 같은 빛을 기준으로 위아래를 인식해 비행하는 데 도움이 되지만, 전구와 같은 인공광의 경우 빛에 등을 돌리도록 자세를 바꾸기 때문에 전구 주위를 빙빙 돌며 비행하게 된다는 것이다. 이번 실험에서는 전구 위로 올라온 잠자리가 등을 아래쪽으로 돌려 멈췄다가 전구 쪽으로 떨어지면서 빛 속으로 날아가는 모습도 포착됐는데, 이런 움직임은 곤충이 빛에 끌린 것처럼 보이는 결과를 낳았다. 연구진은 이번 연구 결과가 곤충이 불꽃과 빛 속으로 뛰어드는 이유에 대한 오래된 미스터리에 대한 새로운 설명을 제공한다고 말했다. 한편, 영국 임페리얼 칼리지 런던(ICL)은 2023년 4월 벌레가 빛을 중심으로 모이는 메커니즘을 연구했다. 이 메커니즘은 '배광반응'으로 알려져 있다. 배광반응은 곤충이나 물고기에게 흔히 나타나는 자세 조절 기능으로, 밝은 방향으로 등을 돌리려는 반사적 행동이다. 작은 벌레나 물고기는 중력과 반대 방향을 빛의 밝기로 감지해 자동으로 등을 돌리는 자세 제어 시스템을 가지고 있다. 광원에 접근하면 곤충들이 배광반응을 일으켜 광원으로 급상승 또는 추락하는데, 이러한 행동이 인간에게는 겉으로 보기에 광원을 향해 돌진하는 것처럼 보일 수 있다. 또한, 곤충에 따라 배광반응이 발생하는 빈도가 다르다는 사실도 밝혀졌다. 예를 들어, 먼지날파리(Drosophila spp)나 협죽도 매나방(Daphnis nerii) 등은 다른 종에 비해 배광반응을 잘 일으키지 않았다. 이러한 연구 결과는 종에 따라 배광반응이 일어나는 빛의 파장을 발견할 수 있다면, 빛을 모아서 해로운 벌레를 효과적으로 퇴치할 수 있을 것으로 기대된다.
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- 생활경제
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곤충이 불 속으로 날아가는 이유는?
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'물의 행성' 97광년 너머 발견⋯지구형 행성 탐사 '이정표'
- 허블 우주 망원경(HST)이 60억 년 전에 형성된 외계행성을 둘러싼 물이 풍부한 대기를 감지했다. 포브스는 최근 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'를 인용해 이 외계행성 'GJ 9827d'은 태양계에서 불과 97광년 떨어져 있다며 이같이 보도했다. 미국 항공우주국(NASA·나사)에 따르면 외계행성 GJ 9827d는 지름이 지구의 약 2배이며 태양계의 해왕성 및 금성과 유사하다. 현재까지 대기에서 수증기가 감지된 가장 작은 외계행성이다. 지구형 행성은 태양계 내에서 지구와 비슷한 크기와 구조를 가진 행성을 말한다. 이러한 행성들은 지구와 우사한 특징을 가지고 있을 수 있으며, 물이나 기체로 된 대기를 포함한 환경을 가질 수 있다. 지구형 행성은 일반적으로 '금성형'과 '지구형'으로 분류된다. 이러한 행성들은 지구와 비슷한 크기와 질량을 가지며, 가스나 암석으로 이루어진 지표를 가지고 잇을 가능성이 크다. 이러한 지구형 행성 중에서 지구와 가장 비슷한 특성을 가진 것으로는 금성이 유명하다. 지구형 행성 특징 규명에 접근 물고기자리 방향의 외계행성 GJ 9827d에서 물을 발견한 것은 획기적인 사건이다. 물고기자리는 천문학에서 중요한 별자리 중 하나로 우리 은하의 방향을 나타내는 방향 지시자로도 사용된다. 물고기자리에는 명확한 주요 별이 많이 없지만, 여러 개의 밝은 별들이 모여 있는 모양이 물고기의 형상을 형성한다. 이번 연구 결과를 발표한 천문학자 팀 중 한 명인 독일 막스플랑크 천문연구소의 외계행성 대기물리학 부서를 총괄하는 로라 클라이드버그(Laura Klydeberg)는 보도자료를 통해 "진정한 지구형 행성의 특징에 한 발짝 더 다가서게 됐다"고 말했다. 이번 수증기 검출로 은하계에 존재하는 물이 풍부한 행성에 대한 이해가 비약적으로 발전할 수 있을 것으로 보인다. 행성에 물이 있는지 여부는 생명체 존재 가능성을 판단하는 데 매우 중요한 요소로 여겨지기 때문이다. 미국과 중국, 인도 등 우주 강국이 달 남극 탐사에 집중하는 것도 바로 물이 있기 때문이다. 연구팀 중 한 명인 캐나다 몬트리올대 트로티에 외계행성연구소(iREx)의 비욘 베네케는 "물이 풍부한 대기를 가진 행성이 태양계 외곽 항성계에 실제로 존재할 수 있다는 것을 대기 탐지를 통해 직접적으로 증명한 것은 이번이 처음일 것"이라고 말했다. 베케네는 "이는 암석성 행성의 대기 보유율과 다양성을 규명하는 데 있어 중요한 진전이다"라고 평가했다. 이번 연구 결과를 담은 논문은 '천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)'에 게재됐다. 고온다습한 행성 GJ 9827d는 주별(주로 별자리를 의미함)에 가깝기 때문에 금성처럼 고온다습한 행성일 가능성이 있다. 하지만 행성 대기의 주성분이 물인지, 아니면 수소를 많이 함유한 희박한 대기인지는 아직 밝혀지지 않았다. GJ 9827d에 대해 문제가 되는 것은 그 나이와 주별과의 근접성이다. 형성된 지 60억 년이 지났기 때문에 주별의 강력한 복사로 인해 초기부터 존재했던 수소의 대부분을 잃어버렸을 것으로 추정된다. 베케네는 "비교적 작은 행성을 조사하다 보면 어느 순간 행성에서 수소가 사라지고 이산화탄소를 주성분으로 하는 금성에 더 가까운 대기를 갖게 되는 전환점이 있을 것"이라고 설명했다. 절반은 물, 나머지 절반은 암석 추정 또 다른 가능성은 GJ 9827d가 수증기를 포함한 수소가 풍부한 외계행성(슈퍼지구보다 크고 해왕성형 행성보다 작은 외계행성)으로 수증기가 풍부한 외곽 가스층(수소와 헬륨으로 구성된 외곽 가스층)을 여전히 보유하고 있을 가능성이 있다. 그밖에 또 다른 가능성으로는 목성의 위성인 유로파의 온도를 높인 것과 같은 천체일 수도 있다. 유로파의 얼음 껍질 아래에는 지구의 두 배에 달하는 물이 존재한다. 베게네는 "GJ 9827d는 반은 물이고 반은 암석인 행성일 수 있다"고 지적했다. 그는 "작은 암석질 본체 위쪽에는 다량의 수증기가 있을 것"이라고 덧붙였다. 만약 GJ 9827d에 물이 풍부한 대기가 남아있다면, 주성(개별적인 하나의 별)에서 멀리 떨어진 곳에서 형성된 후 주성 근처로 이동한 것이 분명하다. 연구팀은 최근 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 GJ 9827d를 관측해 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 클라이드버그는 "이 관측 데이터로 무엇이 밝혀질지 눈으로 확인할 수 있기를 매우 고대하고 있다"고 말했다. 그는 "물의 행성 문제를 완전히 해결할 수 있기를 바란다"고 기대했다. 한편, 나사는 지난 1월 31일 태양보다 작고 차가운 적색 왜성을 도는 지구 질량 1.5배의 '슈퍼 지구'를 발견했다고 공식 발표했다. 나사에 따르면 'TOI-715 b'로 명명된 이 행성은 잠재적으로 생명체 거주 가능한 행성으로 추정된다. 발견 과정은 NASA 주관 트랜짓 엑소플래닛 서베이 위성(TESS)을 통해 이루어졌다. 나사는 발표문을 통해 "추가 조사가 필요한 '슈퍼지구'는 천문학적 기준으로 볼 때 우리와 상당히 가까운 137광년 떨어진 작고 붉은 별을 돌고 있다"면서 "동일한 항성계 내에 지구 크기의 두 번째 행성이 있을 수도 있다"고 설명했다. 이처럼 우주 과학의 발달로 슈퍼 지구 혹은 물이 존재하는 지구와 유사한 별의 존재가 속속 밝혀지고 있다.
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'물의 행성' 97광년 너머 발견⋯지구형 행성 탐사 '이정표'
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미지의 RNA 조각 '오벨리스크', 인간 장과 입에서 발견
- 과학자들이 인간의 장과 입 안에 존재하는 박테리아를 감염시키는 새로운 유형의 RNA 조각인 '오벨리스크'를 발견했다고 과학 학술지 네이처(Nature)가 최근 보도했다. 논문의 공동 저자이자 캘리포니아 스탠퍼드 대학교의 생화학자인 이반 젤루데프((Ivan Zheludev)와 그의 연구팀은 새로 발견된 납작한 원으로 이루어진 납작한 원 모양의 RNA에 '오벨리스크'라는 이름을 붙였다. 저자들의 분석에 따르면 이 원은 막대 모양의 구조로 접혀 있다. 표준 생명체로 간주하기에는 너무 작은 이 유전 물질 조각은 세포가 읽을 수 있는 정보를 전달하는 가장 작은 요소 중 하나이며, 이들이 암호화하는 염기서열은 과학계에서 처음 밝혀진 것이라고 네이처는 전했다. 젤루데프와 그의 연구팀은 바이로이드(viroids, 바이러스와 비슷한 작은 RNA)의 특징적인 원형 구조를 이용해 인간 대변의 RNA 데이터베이스에서 유사한 요소를 검색했다. 그 결과, 연구팀은 오벨리스크를 발견했다. 이 연구는 지난 1월 21일 '바이오아카이브(bioRxiv)' 프리프린트 서버에 게시됐으며, 아직 동료 심사를 거치지 않았다. 바이오아카이브는 생물학 분야의 프리프린트 서버로 과학자들이 아직 동료 검토를 거치지 않은 연구 결과를 공유하고 논의할 수 있는 플랫폼이다. 채플힐 노스캐롤라이나 대학의 세포 및 발달 생물학자 마크 페이퍼는 이 연구에 참여하지는 않았지만 "이 연구를 통해 과학적 발견이 가져다주는 기쁨에 대한 감각을 다시금 되살렸다고 말했다. 그는 "세상은 새로운 것들로 가득하다. 그리고 일단 찾기 시작하면 찾을 수 있다"고 했다. 납작한 원은 이전에도 바이러스와 비슷하지만 훨씬 작은 RNA로 만들어진 구조물인 '바이로이드'의 형태로 관찰된 적이 있다. 바이로이드는 1970년대에 처음 발견되었는데, 그 중 일부는 식물에 질병을 일으키는 것으로 밝혀졌다. 곧이어 과학자들은 인간에게 감염을 일으킬 수 있는 유사한 요소를 발견했다. 지난 5년 동안 다양한 동물과 곰팡이에서 바이러스와 유사한 요소가 발견됐다는 연구 결과가 속속 보고되었으며, 작년 논문에서는 이러한 요소가 박테리아에도 존재할 수 있다는 첫 번째 힌트를 제공했다. 오벨리스크는 많은 바이로이드와 동일한 모양을 갖고 있지만 유전자 서열은 매우 다르다. 즉, 서로 별개이지만 관련된 그룹을 구성하고 있음을 의미한다. 후속 검색 결과 모든 대륙의 사람들로부터 채취한 대변 샘플에서 수많은 오벨리스크가 발견됐다. 연구팀은 대부분 북미 지역 출신인 472명의 개인으로부터 수집한 장내 미생물군 샘플 중 약 10%에서 오벨리스크에 대한 증거를 발견했다. 오벨리스크가 인간의 건강에 어떤 영향을 미치는지는 아직 알려져 있지 않다. 연구팀은 오벨리스크 계열을 발견한 일반적인 구강 박테리아 스트렙토코커스 상귀니스(Streptococcus sanguinis)에서 그 해답을 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 마르케즈-몰린스와 부코비치는 S. 상귀니스는 성장하기 쉽기 때문에 과학자들이 이 박테리아를 사용하여 오벨리스크의 복제 방식, 박테리아에 미치는 영향, 단백질의 기능에 대한 의문을 해결할 수 있을 것이라고 가정하고 있다. 이러한 실험을 통해 생명의 기원에 대한 진실을 밝혀낼 수도 있다고 네이처는 전했다. 부코비치는 일부 과학자들은 바이로이드와 그 친척들이 작고 단순하며 자기복제 능력이 있기 때문에 지구상의 모든 생명체의 선구자라고 추측하고 있다고 말했다. 과학자들은 오벨리스크를 처음 발견했지만, 오벨리스크는 처음부터 우리를 형성했을지도 모른다는 분석도 있다. 향후 연구에서는 오벨리스크의 기능과 인간 건강에 미치는 영향에 대한 보다 자세한 조사가 필요하다. 젤루데프 연구원은 "오벨리스크는 생명체의 기본적인 구성 요소에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 이는 생명의 기원과 진화에 대한 우리의 이해를 크게 바꿀 수 있는 흥미로운 발견이다"라고 말했다.
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- IT/바이오
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미지의 RNA 조각 '오벨리스크', 인간 장과 입에서 발견
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새로운 커피 유전자 지도 제작, 커피 산업 미래 바꿀까
- 이탈리아의 연구원들이 세계에서 가장 인기 있는 음료인 아라비카 커피의 유전자 지도를 완성했다고 영국 BBC가 최근 보도했다. 이 연구팀은 최신 DNA 염기서열 분석 기술을 활용하여 아라비카 커피 식물의 유전적 구성을 상세히 조사했다. 이 과정을 통해 과학자들은 커피 생산에 영향을 미치는 중요한 유전자, 예를 들어 커피의 독특한 달콤하고 부드러운 맛을 결정하는 유전자를 파악할 수 있었다. 이는 커피 재배자가 특정 맛과 향을 가진 새로운 종류의 커피를 개발하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 더 가혹한 재배 조건을 견딜 수 있는 커피를 개발하는 데 기여할 수 있다. 최근 기온 상승과 예측할 수 없는 강우량으로 인해 커피나무가 재배되는 환경이 바뀌어 수확량이 감소하고 해충과 질병의 공격이 증가하고 있다. 새로운 유전자 지도는 이러한 위협에 대응하는 데 도움이 될 수 있다. 연구를 주도한 이탈리아 우디네 대학의 미셸 모르간테 박사는 "이 유전자 지도는 커피 재배자에게 변화하는 기후 조건에 더 잘 대처할 수 있는 더 나은 식물을 제공할 수 있는 방법을 알려줄 수 있다"라고 말했다. 그는 또 "이번 연구는 커피의 맛과 향을 향상시키고, 기후 변화에 더 잘 적응할 수 있는 커피 품종을 개발하는 데 도움이 될 수 있다"고 덧붙였다. 영국 런던에 있는 왕립 식물원(큐)의 아론 데이비스 박사는 "이번 발견은 커피의 유전적 다양성을 이해하는 데 있어 중요한 발전이며, 경제적으로 중요하고 널리 사랑받는 이 작물 종의 미래 발전 방향을 제시하는 데 기여할 수 있다"고 말했다. 왕립식물원(큐)는 세계에서 가장 유명한 식물원 중 하나로, 약 8만 종의 식물을 소장하고 있다. 또한, 세계 최대 규모의 식물학 도서관과 자료실을 보유하고 있다. 런던에 본사를 둔 커피 로스팅 업체인 유니온 핸드 로스티드 커피의 공동 설립자인 제레미 토츠는 "우수한 과학 연구와 열정적인 농부들의 결합으로 우리가 사랑하는 커피가 우리가 알고 있는 형태로 훨씬 더 오래 지속될 것이라는 확신을 갖게 되었다"고 말했다. 이 연구는 과학 저널 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 아라비카 커피 세계에는 100종 이상의 커피나무가 자생하고 있으나, 식용으로 널리 사용되는 것은 주로 두 종류다. 그 중 하나인 아라비카(Coffea arabica) 커피는 전 세계 커피 생산량의 60% 이상을 차지하며, 가장 인기 있는 커피 종류다. 아라비카 커피는 원래 에티오피아에서 처음 발견되었으며, 16세기경 아랍 상인들을 통해 유럽으로 소개되어 전 세계적으로 널리 퍼졌다. 이 커피는 아메리카 대륙, 아시아, 아프리카 등 전 세계 다양한 지역에서 재배되며, 약 700만 명의 커피 농부들이 아라비카 커피를 생산하고 있다. 아라비카 커피는 재배 지역에 따라 다양한 맛과 향을 갖는다. 고산지대에서 재배된 아라비카 커피는 과일과 꽃의 향이 풍부한 반면, 저지대에서 재배된 아라비카 커피는 초콜릿과 견과류의 향이 강하다. 아라비카 커피는 커피 음료뿐 아니라 케이크, 아이스크림, 초콜릿 등 다양한 식품에도 활용된다. 아라비카 커피는 주로 산악 지역에서 재배된다. 고도가 높은 환경에서의 기온 조절과 풍부한 일조량은 아라비카 커피의 맛과 향을 결정짓는 중요한 요소다. 그러나, 아라비카 커피는 기후 변화에 상대적으로 취약하며, 기온 상승과 불규칙한 강우량으로 인해 수확량 감소 및 해충과 질병 발생이 증가하는 경향이 있다. 로브스타 커피 로부스타 커피(Coffea canephora)는 아라비카 커피에 이어 두 번째로 많이 재배되는 커피 품종으로, 아라비카 커피에 비해 쓴맛이 강하고 카페인 함량이 더 높다. 전 세계 커피 생산량의 약 40%를 차지하며, 가격이 더 저렴하고 재배가 상대적으로 재배하기 쉽다. 로부스타 커피는 기후 변화에 대한 적응력이 더 높고, 해충 및 질병에 대한 저항성도 강한 특성을 가지고 있다. 로부스타 커피는 인스턴트 커피, 블렌드 커피, 커피 베이스에 주로 사용된다. 또한, 카페인 함량이 높기 때문에 에너지 음료나 기타 식품 첨가물로도 활용된다. 마지막으로 라이베리카 커피(Coffea liberica)는 전 세계적으로 재배되고 있으나, 커피 음료 제조에는 비교적 드물게 사용된다. 새롭게 완성된 유전자 지도는 로부스타, 라이베리카를 포함한 다양한 커피 품종의 특성을 더 깊이 이해하고, 개선된 커피 품종 개발에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
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- 생활경제
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새로운 커피 유전자 지도 제작, 커피 산업 미래 바꿀까
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그린란드 빙상, 40년 새 얼음 1조 톤 사라져
- 지구 온난화의 심각한 영향으로 기후가 극단적으로 변하면서 그린란드의 빙하가 급격히 녹고 있다는 우려가 커지고 있다. 최근 인도의 인디아 투데이 보도에 따르면, 미국 항공우주국(나사·NASA) 제트 추진 연구소는 권위 있는 과학 저널 '네이처(Nature)'에 발표한 논문을 통해 그린란드 빙하가 지난 40년간 약 1조 1400억 톤의 얼음을 상실했다고 밝혔다. 이는 이전 추정치보다 약 21%나 더 많은 수치이다. 연구팀은 1985년부터 2022년까지의 위성 자료를 분석해 그린란드에 있는 207개 빙하 중 179개가 현저하게 후퇴한 사실을 확인했다. 이러한 현상은 주로 해수면 아래 위치한 피요르드 주변 빙하에서 나타났다. 피요르드는 빙하가 녹아 형성된 좁고 긴 만으로, 그린란드에서는 빙하 시대에 생성된 피요르드가 빙하의 후퇴로 인해 영향을 받고 있다. 빙하가 물러가면서 피요르드 입구를 막고 있던 얼음이 사라지게 되고, 이로 인해 피요르드 내부의 얼음이 바다로 더욱 빠르게 흘러나가는 현상이 발생하고 있다. 이번 연구에서 밝혀진 1조 1400억 톤의 추가 얼음 손실은 이전 국제 빙하 질량 균형 상호 비교 프로젝트(IMBIE)에서 언급되지 않았던 부분이다. 이 얼음은 이미 바닷물에 잠겨 있거나 떠 있는 상태에서 분리되어 떨어져 나간 것으로, 직접적으로 해수면 상승에 기여하지는 않지만, 담수가 대량으로 바다로 유입되는 현상을 의미한다. 이러한 현상은 대서양 자오선 전복 순환(AMOC)에 영향을 줄 가능성이 있다. AMOC는 전 세계 해양 순환의 핵심 부분으로서, 전 지구적인 기후 패턴과 생태계에 중대한 영향을 끼칠 수 있다. 연구팀은 또한 2000년 이후에 뚜렷한 빙하 후퇴가 시작되어, 21세기에 들어서면서 빙하의 후퇴 속도가 지속적으로 증가하고 있다는 점을 강조했다. 특히 자카리아 이스트롬(Zachariae Isstrom) 빙하가 지난 연구 기간 동안 가장 심각한 손실을 겪었으며, 야콥스하운 이스브라에(Jakobshavn Isbrae)와 훔볼트 글래처(Humboldt Gletscher) 빙하가 이를 뒤따랐다. 카주타프 세르미아(Qajuuttap Sermia) 빙하만이 성장세를 보였으나, 전반적인 얼음 손실량에 비추어 볼 때 이러한 증가는 미미한 것이다. 연구팀은 얼음의 전면부에서 계절적 변화가 가장 큰 빙하와 전반적으로 가장 큰 후퇴를 보인 빙하 사이에 상관관계가 있음을 발견했다. 이는 여름철 온난화에 가장 민감한 빙하가 기후 변화의 영향을 가장 크게 받는다는 사실을 시사한다. 나사 제트 추진 연구소의 빙하학자 알렉스 가드너(Alex Gardner)는 "이 연구는 기후 변화가 지구의 극지방에 미치는 광범위한 영향을 이해하기 위해서는 지속적인 관측과 연구가 절실히 필요함을 보여준다"라고 강조했다. 이번 연구 결과는 그린란드 빙하가 기후 변화로 인한 심각한 위협에 직면해 있음을 다시 한번 확인시켜 준다. 빙하의 지속적인 후퇴는 해수면 상승을 가속화할 뿐만 아니라, 전 세계 기후 시스템에도 광범위한 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 지구 온난화에 대응하기 위한 적극적인 조치가 시급히 요구된다.
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그린란드 빙상, 40년 새 얼음 1조 톤 사라져
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