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[해썰이 있는 과학뉴스] 실험동물과 인간을 구하는 투구게가 사라진다?!🧐

투구게는 약 4억 5천만 년 전 고생대부터 그 모습을 거의 그대로 유지해 온 '살아있는 화석'으로 불리는 신비로운 생물입니다. 영어로는 말발굽을 닮았다고 하여 '호스슈크랩'이라 불리지만, 생물학적으로는 게보다는 거미나 멸종된 삼엽충에 더 가까운 종으로 분류됩니다. 우리나라에서는 전장에 나가는 장수의 머리를 보호하는 투구와 그 모양이 비슷하다고 하여 투구게라는 이름이 붙여졌습니다. 이들은 오랜 세월 동안 지구의 환경 변화 속에서도 독특한 생존 전략을 유지하며 현재까지 그 맥을 이어오고 있습니다. 투구게의 가장 눈에 띠는 특징 중 하나는 인간의 붉은 혈액과 달리 푸른색 혈액을 가지고 있다는 점입니다. 인간의 혈액이 붉은 이유는 산소를 운반하는 헤모글로빈 단백질 속에 철 성분이 들어있기 때문인데, 투구게를 포함한 일부 해양 생물은 철 대신 구리를 포함한 '헤모시아닌'이라는 단백질을 사용합니다. 구리 성분이 산소와 결합하면 푸른 빛을 띠게 되어 혈액 전체가 파랗게 보이는 것입니다. 이러한 혈액의 색 차이는 각 생물이 환경에 적응하며 진화해 온 결과물이라고 할 수 있습니다. 과학자들은 투구게의 푸른 혈액 속에 숨겨진 독특한 면역 체계인 'LAL'에 주목했습니다. 투구게는 인간과 같은 백혈구가 없는 대신, 외부 박테리아가 침입하여 내독소를 분비하면 LAL이 이를 즉각적으로 감지합니다. 독소를 인지한 LAL은 젤라틴 형태의 물질을 분비하여 박테리아를 둥글게 감싸 응고시켜 버림으로써 세균의 확산을 막습니다. 이 반응은 매우 빠르고 예민하여, 의약품이나 백신이 세균에 오염되었는지 확인하는 시험법으로 채택되어 현대 의학 발전에 결정적인 기여를 해왔습니다. 하지만 인간의 안전을 위한 투구게의 희생은 매우 가혹한 수준에 이르렀습니다. 매년 수많은 투구게가 산 채로 포획되어 전체 혈액의 약 30%를 채취당하는데, 이 과정에서 발생하는 극심한 스트레스로 인해 많은 개체가 죽거나 자연으로 돌아간 뒤에도 불임이 되는 부작용을 겪습니다. 특히 최근 코로나19 팬데믹으로 인해 전 세계적인 백신 수요가 폭발하면서 투구게 혈액의 채취량도 급증하였고, 이는 투구게 개체 수의 급감과 멸종 위기라는 심각한 생태계 문제를 야기하고 있습니다. 다행히 과학계에서는 투구게의 희생을 줄이기 위해 대체 인자인 '재조합 인자 C(rFC)'를 개발하여 보급하고 있습니다. 유럽과 중국을 포함한 60여 개국에서는 이미 이 재조합 인자 C(rFC)를 활용한 실험을 승인하여 동물 실험을 대체해 나가는 추세입니다. 비록 일부 국가에서는 경제적 이해관계로 인해 도입이 늦어지고 있지만, 생명의 존엄성을 지키는 것은 과학의 본질적인 가치와 맞닿아 있습니다. 동물의 희생에 의존하기보다 지속 가능한 과학적 대안을 찾는 노력이 우리 인류와 자연이 공존할 수 있는 유일한 길일 것입니다.

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생명과학
융합

[강연] Phantom, Avatar and Persona (3) _ by정석 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 2강 | 2강 ③

생체공학은 생명체와 전자기기를 결합하는 바이오닉스부터 진단과 치료를 아우르는 광범위한 학문 분야를 포함합니다. 그중 조직공학은 줄기세포나 생체 조직을 활용해 몸 밖에서 새로운 조직을 만들어 다시 이식하는 것을 목표로 합니다. 반면 최근 주목받는 장기 칩이나 오가노이드는 이식보다는 인체의 구조와 기능을 칩 위에 정교하게 구현하는 데 집중합니다. 이는 환자의 생체 정보를 모사하여 질병의 원인을 파악하고 새로운 치료법을 찾는 혁신적인 길을 열어주고 있습니다. 세포는 단순히 유전적 프로그램에 의해서만 움직이는 것이 아니라 주변의 물리적 환경에 민감하게 반응하며 성장합니다. 우리 몸의 장기들은 저마다 다른 강성을 가지고 있으며, 심장처럼 끊임없이 수축과 이완을 반복하며 인장력을 경험하는 조직도 존재합니다. 기계생물학은 이러한 물리적 자극이 세포의 분화와 운명 결정에 어떤 영향을 미치는지 연구하는 학문입니다. 기존의 딱딱한 플라스틱 배양 접시에서 벗어나 실제 장기와 유사한 기계적 환경을 제공하는 것이 장기 칩 기술의 핵심입니다. 장기의 기능을 완벽하게 모사하기 위해서는 물리적 환경뿐만 아니라 물질의 순환과 대사 과정도 정교하게 고려해야 합니다. 화학공학적 관점에서 우리 몸은 끊임없이 영양분을 섭취하고 노폐물을 배출하는 거대한 화학 공장과 같습니다. 세포들이 서로 상호작용하며 에너지를 소비하고 물질을 전달하는 과정을 칩 위에서 구현하는 것은 매우 높은 수준의 기술을 요구합니다. 이러한 물질의 유입과 유출이 균형을 이룰 때 비로소 체외에서도 생명력을 가진 조직으로서의 기능을 온전히 수행할 수 있게 됩니다. 기술이 발전함에 따라 장기 칩으로 구현된 미니 뇌가 과연 인간처럼 생각하고 감정을 느낄 수 있을지에 대한 철학적 질문이 제기되고 있습니다. 신경 세포를 정교하게 배열하고 연결성을 확보한다면, 외부 자극에 반응하고 스스로 학습하는 초기 단계의 지능을 구현하는 것이 불가능한 일은 아닙니다. 물론 인간의 복잡한 감정과 의식을 완벽히 재현하기까지는 아직 갈 길이 멀지만, 뇌세포로 로봇을 제어하거나 환경에 반응하게 하는 실험들은 이미 과학적 현실로 우리 곁에 다가오고 있습니다. 인공적으로 만들어진 뇌 조직이 실제 지능을 갖추기 위해서는 정보의 주입과 피드백을 가능하게 하는 뇌-기계 인터페이스 기술이 필수적입니다. 최근에는 생각만으로 로봇 팔을 움직여 물을 마시는 등 신경 신호를 기계적 동작으로 변환하는 기술이 상당한 수준에 도달했습니다. 뇌의 유연성인 가소성을 활용하여 시각이나 청각 같은 오감 정보를 칩에 전달할 수 있다면, 우리가 상상하는 것보다 훨씬 높은 수준의 인공 지능 체계가 구축될 가능성도 열려 있으며 이는 미래 과학의 핵심 과제가 될 것입니다. 신약 개발이나 화장품 안전성 테스트에서 동물 실험은 오랫동안 필수적인 과정으로 여겨져 왔으나, 생명 윤리 문제와 생물학적 차이라는 한계가 존재합니다. 장기 칩은 이러한 동물 실험을 대체할 수 있는 가장 유력한 대안으로 꼽히며, 인공 피부 모델의 경우 이미 실제 피부와 90% 이상의 유사성을 보이며 상용화 가능성을 입증하고 있습니다. 이는 과학 기술이 윤리적 가치를 실현하는 동시에 실험의 정확도를 높여 인간에게 더욱 안전한 제품을 공급할 수 있는 토대를 마련해 줍니다. 동물 실험을 완전히 대체하기 위해서는 비용 문제와 더불어 장기 간의 유기적인 연결성을 해결하는 것이 무엇보다 중요합니다. 우리 몸은 간, 신장, 심장 등 여러 장기가 서로 소통하며 약물을 대사하고 독성을 처리하는 복잡한 시스템이기 때문입니다. 단일 장기 칩을 넘어 여러 장기를 하나로 연결하는 기술이 완성된다면, 더욱 정확한 약물 반응 예측이 가능해질 것입니다. 이러한 기술적 진보는 인류가 질병으로부터 자유로워지는 미래를 앞당기는 중요한 발판이 될 것으로 기대됩니다.