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💉팬데믹, A부터 Z까지 알아봄(with. 한국생명공학연구원 류충민 박사님) l 요즘과학

팬데믹은 전 세계적으로 감염병이 확산된 상태를 의미하며, 1918년 스페인 독감과 같이 인류 역사상 여러 차례 발생해왔습니다. 팬데믹이라는 용어는 WHO(세계보건기구)에서 정한 6단계 중 마지막 단계로, 지구 전체가 감염병에 노출된 상황을 가리킵니다. 이에 비해 에피데믹은 특정 지역이나 국가에 국한된 감염병 유행을 뜻하고, 엔데믹은 말라리아처럼 특정 지역에서 지속적으로 발생하는 풍토병을 의미합니다. 이러한 구분을 통해 감염병의 확산 정도와 대응 방안을 체계적으로 이해할 수 있습니다. 최근 코로나19 팬데믹은 많은 이들에게 큰 고통을 안겼습니다. 마스크 착용과 손 씻기 같은 기본적인 위생 습관이 감염병 예방에 중요한 역할을 했으며, 국가적 차원에서는 백신 개발과 신속한 진단 기술이 사망률을 크게 낮추는 데 기여했습니다. 1918년 스페인 독감과 비교하면, 진단과 백신의 발전 덕분에 이번 팬데믹에서는 훨씬 적은 인명 피해로 이어질 수 있었습니다. 특히 집에서 손쉽게 사용할 수 있는 진단 키트와 격리 조치가 효과적으로 이루어진 점이 주목할 만합니다. 백신 개발은 일반적으로 10년에서 15년 정도의 긴 시간이 소요되지만, 코로나19의 경우 이례적으로 1년 만에 백신이 개발되어 빠른 대응이 가능했습니다. 이는 과학기술의 발전과 국제적 협력의 결과로, 신속한 백신 개발이 팬데믹의 피해를 줄이는 데 결정적인 역할을 했습니다. 그러나 여전히 신종 감염병의 등장은 인구 증가와 교통의 발달 등으로 인해 언제든지 발생할 수 있습니다. 조류독감이나 니파 바이러스와 같은 신종 감염병에 대한 경계가 필요한 이유입니다. 팬데믹을 일으키는 바이러스들은 동물에서 사람으로 전파되는 인수공통감염병의 특성을 지니며, 변이가 빠르고 전파력이 강한 RNA 바이러스가 많습니다. 과거 페스트와 같은 세균성 감염병은 항생제의 개발로 위협이 줄었지만, 바이러스성 감염병은 여전히 인류에게 큰 위협이 되고 있습니다. 바이러스 간에도 인체 내에서 경쟁이 일어나며, 특정 바이러스가 먼저 감염된 장기를 차지하면 다른 바이러스의 침입이 어려워지는 현상도 관찰됩니다. 이러한 현상은 팬데믹 시기에 다른 호흡기 질환의 발생이 줄어드는 이유이기도 합니다. WHO(세계보건기구)와 국제백신연구소(IVI) 등은 미래의 팬데믹에 대비해 국제 협력과 연구를 강화하고 있습니다. WHO(세계보건기구)는 팬데믹 협약을 논의하며 각국의 대응 체계를 마련하고, 국제백신연구소(IVI)는 백신 개발을 위한 연구를 주도하고 있습니다. 감염병에 대한 이해를 높이기 위해서는 과학적 지식과 함께 꾸준한 위생 습관, 그리고 신속한 진단과 백신 개발이 필수적입니다. 팬데믹은 단순한 건강 문제를 넘어 경제적, 정신적 고통까지 초래하므로, 사회 전체의 관심과 노력이 필요합니다.

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생명과학
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[강연] 미분방정식과 충격파? 그 충격적인 관계 1_by 배명진 / 2024 카오스강연 '세상에 나쁜 수학은 없다' 시즌2 2강 첫 번째 이야기 | 2강 ①

알베르트 아인슈타인은 세상이 특정한 시스템으로 이루어져 있으며, 이를 이해하기 위해 방정식을 사용한다고 말했습니다. 우리가 마주하는 현실은 끊임없이 변화하는 복잡한 요소들로 가득 차 있지만, 수학은 그 이면의 질서를 포착해내는 강력한 도구가 됩니다. 특히 세상을 이해하는 데 필수적인 도구로 꼽히는 미분 방정식은 단순한 수식을 넘어 사회 현상이나 물리적 변화를 설명하고 미래를 예측하는 데 중요한 역할을 수행합니다. 이는 현대 과학이 세상을 바라보는 가장 정교한 렌즈라고 할 수 있습니다. 미분 방정식의 기초가 되는 미적분은 본래 움직이는 세계를 이해하기 위해 탄생했습니다. 일주일 동안의 몸무게 변화를 예로 들면, 매 순간의 변화량을 따지는 것이 미분이고 그 변화량을 합산하여 전체적인 추이를 파악하는 것이 적분의 개념입니다. 인구 변화에서도 매달 늘어나는 인구수는 미분으로, 이를 바탕으로 연말의 총인구를 예측하는 것은 적분으로 이해할 수 있습니다. 이처럼 미적분은 우리 주변에서 일어나는 모든 동적인 변화를 수치화하고 분석할 수 있는 기본 틀을 제공합니다. 미분 방정식은 관찰된 현상을 수식화하여 미래를 예측하는 것을 궁극적인 목적으로 합니다. 하늘을 나는 글라이더의 매 순간 속도를 측정하여 앞으로의 궤적을 추적하는 과정이 대표적인 예시입니다. 현재의 데이터를 바탕으로 어떤 일이 벌어질지 미리 계산해내는 이 과정은 과학적 탐구의 핵심이라 할 수 있습니다. 단순한 현상 기록에 그치지 않고, 수립된 모델을 통해 아직 도달하지 않은 미래의 상태를 논리적으로 도출해낸다는 점에서 미분 방정식은 실용적인 가치와 학문적 깊이를 동시에 지닙니다. 미분 방정식은 포함된 변수의 개수에 따라 크게 상미분 방정식과 편미분 방정식으로 나뉩니다. 상미분 방정식은 함수가 시간과 같은 단 하나의 변수에만 의존하는 경우를 다루며, 비교적 단순한 시스템의 흐름을 설명할 때 주로 사용됩니다. 반면 편미분 방정식은 시간뿐만 아니라 3차원 공간의 위치처럼 여러 변수를 동시에 고려해야 하는 복잡한 현상을 설명하는 데 필수적입니다. 우리가 사는 세계는 다차원적이기 때문에, 분석하려는 현상의 특성에 맞춰 적절한 방정식을 선택하는 것이 연구의 시작이 됩니다. 감염병 확산 모델인 SIR 모델은 상미분 방정식의 대표적인 활용 사례입니다. 이는 인구 집단을 감염 가능 대상자, 감염자, 회복자의 세 그룹으로 나누어 시간에 따른 변화를 추적합니다. 감염자 수의 변화량은 현재 감염자와 감염 가능 대상자의 비율에 따라 결정되며, 이를 통해 팬데믹의 정점이나 종식 시점을 예측할 수 있습니다. 이러한 수학적 모델링은 실제 통계 자료와 결합하여 사회적 위기 상황에서 방역 정책을 수립하고 판단을 내리는 중요한 과학적 근거가 되어줍니다. 공간적 확산을 설명할 때는 편미분 방정식이 등장합니다. 물에 떨어진 잉크가 퍼져 나가는 현상을 관찰할 때, 특정 지점의 농도는 시간의 흐름뿐만 아니라 공간상의 위치에 따라서도 달라집니다. 이때 시간에 따른 농도 변화와 공간에 따른 확산 비율 사이의 관계를 물리 법칙으로 정립한 것이 바로 편미분 방정식입니다. 3차원 유체의 흐름이나 열의 전달처럼 시공간이 복잡하게 얽힌 물리 현상을 정확하게 묘사하기 위해서는 이러한 다변수 미분 구조에 대한 깊이 있는 이해가 반드시 필요합니다. 마지막으로 미분 방정식은 구조에 따라 선형과 비선형으로 구분됩니다. 선형 방정식은 입렧값의 합이 결괏값의 합과 일치하는 중첩의 원리가 적용되어 비교적 해를 구하기 쉽고 예측이 명확합니다. 하지만 실제 자연 현상의 많은 부분은 변수들이 복잡하게 얽힌 비선형 구조를 띠고 있습니다. 비선형 방정식은 작은 변화가 예상치 못한 큰 결과를 초래하기도 하여 분석이 매우 까다롭지만, 현실 세계의 역동성을 가장 정밀하게 담아낼 수 있다는 점에서 현대 수학과 과학의 핵심적인 연구 대상이 됩니다.

배명진

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수학

[인터뷰] 안광석_차세대 범용 백신을 꿈꾸는 바이러스 면역학자 ｜제31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래"

바이러스와 인간의 면역 체계는 끊임없이 상호 작용하며 함께 진화해 왔습니다. 바이러스는 인간 세포 내에서 최대한 증식하고 전파하려는 본능을 가진 반면, 면역 체계는 이러한 이물질을 탐지하여 제거하려는 방어 기전을 작동시킵니다. 특히 전 세계 인구의 상당수가 감염된 사이토메갈로바이러스는 한 번 감염되면 평생 몸속에 머물며 면역력이 약해질 때 치명적인 질환을 일으킵니다. 이러한 위험성 때문에 전미 백신 위원회에서는 이 바이러스의 백신 개발을 최우선 과제로 꼽고 있으며, 바이러스의 면역 회피 전략을 이해하는 것이 치료제 개발의 핵심입니다. 과거 1800년대 런던의 콜레라 유행 당시, 질병의 원인을 공기 중의 나쁜 기운인 '미아즈마'로 보던 통념을 깨고 수인성 질병임을 밝혀낸 존 스노의 사례는 현대 역학의 시초가 되었습니다. 그는 가구별 조사와 상수도 자료 분석을 통해 콜레라 발생 지도를 만들었고, 특정 물 펌프가 감염의 근원임을 증명해 냈습니다. 이 발견은 상하수도 시설의 중요성을 일깨웠으며 공중보건학의 비약적인 발전을 이끌었습니다. 이처럼 질병의 정확한 매개체와 원인을 규명하는 과학적 접근은 인류를 위기에서 구하고 보건 환경을 개선하는 강력한 도구가 됩니다. 신종 바이러스는 계속해서 탄생하며, 백신 접종 후에도 면역 압력을 피해 스스로 변이하는 특성을 가집니다. 특히 코로나19의 스파이크 단백질은 변이가 잦아 기존 백신의 효력을 떨어뜨리는 주요 원인이 됩니다. 과학자들은 이러한 변이에 상관없이 대응할 수 있는 범용 백신 개발을 오랜 숙원으로 삼고 연구에 매진하고 있습니다. 현재는 변이가 거의 없는 다른 바이러스 단백질을 타깃으로 하는 전략이 상당한 진척을 보이고 있습니다. 머지않아 단 한 번의 접종으로 다양한 변이체로부터 오랫동안 보호받을 수 있는 범용 백신의 시대가 열릴 것으로 기대됩니다. 현대 생명과학은 물리, 화학, 공학 등 타 학문과의 긴밀한 융합을 통해 발전하고 있습니다. 전자현미경의 발달로 보이지 않던 바이러스와 원자의 구조를 정밀하게 파악하게 되었고, 최근에는 AI와 데이터 사이언스가 복잡한 생명 현상을 명확하게 분석하는 데 기여하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 과거 수년이 걸리던 백신 개발 기간을 단 몇 주 수준으로 단축할 수 있는 혁신적인 여력을 제공합니다. 융합 과학의 발전은 생명과학의 한계를 뛰어넘어 인류가 직면한 복잡한 보건 문제를 해결하고 미래의 팬데믹에 대비하는 데 결정적인 역할을 수행할 것입니다. 분자생물학의 혁명이라 불리는 PCR 기술은 DNA 연구의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 과거 수개월이 걸리던 유전자 클로닝 작업을 단 며칠로 단축시켰으며, 코로나19와 같은 급성 감염병의 신속한 진단을 가능케 하여 수많은 생명을 구했습니다. 이제 과학의 시선은 완치가 어려운 만성 감염 바이러스로 향하고 있습니다. 평생을 함께하며 끊임없이 질병을 일으키는 바이러스들을 통제하기 위한 연구는 지금도 계속되고 있습니다. 끊임없는 기술 혁신과 연구자들의 열정이 더해진다면, 인류는 만성 질환의 굴레에서 벗어나 바이러스와의 전쟁에서 새로운 승기를 잡을 수 있을 것입니다.

안광석

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[강연] 제 31회 서울대 자연과학 공개강연_'세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래' (1) by 박건웅, 안광석 l 서울대학교&카오스재단 | 1부

서울대학교 자연과학 공개 강연은 1994년부터 시작된 대표적인 과학 나눔 프로그램으로, 올해 31회를 맞이했습니다. 이번 강연의 주제인 '과학자의 꿈과 도전'은 세상을 바꾼 과거의 과학적 성취를 돌아보고, 앞으로 다가올 미래를 과학이 어떻게 열어갈지 탐구하는 데 목적이 있습니다. 인공지능부터 전염병, 탄소 중립, 초전도체에 이르기까지 현대 과학의 핵심 화두를 다루며 청중들에게 과학적 설렘을 전달합니다. 특히 이번 강연은 단순한 지식 전달을 넘어, 과학적 사고가 우리 삶과 사회를 어떻게 변화시키는지 깊이 있게 성찰하는 기회를 제공합니다. 데이터는 현대 인공지능을 움직이는 핵심 원료입니다. 과거에는 실험을 통해 소수의 데이터를 얻었지만, 이제는 매분 엄청난 양의 정보가 쏟아지는 빅데이터 시대에 살고 있습니다. 이러한 데이터는 스마트 팩토리의 생산성을 높이고 마케팅 전략을 최적화하며, 심지어 스포츠 경기에서 승리 확률이 높은 위치를 예측하는 데 활용됩니다. 농구 선수 스테픈 커리의 사례처럼, 데이터를 기반으로 한 기대 득점 분석은 현대 스포츠의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 결국 데이터는 인공지능이 올바른 판단을 내릴 수 있도록 돕는 가장 중요한 기반이 됩니다. 인공지능은 인간의 지적 능력을 컴퓨터로 구현하는 기술로, 시행착오를 거치며 스스로 학습하는 과정을 통해 발전합니다. 자율 주차 프로그램이 수만 번의 사고를 겪으며 완벽한 주차 방법을 익히는 것처럼, 인공지능은 방대한 데이터를 바탕으로 인간의 업무를 효과적으로 대체해 나가고 있습니다. 현재의 인공지능은 시각과 청각을 넘어 후각, 미각, 촉각 등 오감을 정복하려 시도하고 있으며, 이는 궁극적으로 인간과 소통하고 공감하는 자율주행 시스템으로 이어질 것입니다. 이러한 기술적 진보는 인류의 노동을 획기적으로 줄여줄 것으로 기대됩니다. 하지만 현재의 인공지능은 데이터 편향성과 예측의 신뢰성이라는 한계에 직면해 있습니다. 특정 지역이나 문화권에 치우친 데이터는 잘못된 결과를 도출할 수 있으며, 복잡한 모델은 결과의 원인을 설명하지 못하는 '블랙박스 문제'를 야기합니다. 단순히 상관관계를 파악하는 것을 넘어, 사건의 인과관계를 추론하고 인간이 납득할 수 있는 설명을 제공하는 '해석 가능한 AI'의 개발이 시급합니다. 이를 위해서는 수학과 통계학 같은 기초 과학의 발전이 필수적이며, 미래의 인공지능 연구자들은 이러한 근본적인 문제들을 해결하는 데 도전해야 합니다. 인류의 역사는 전염병과의 끊임없는 전쟁이었습니다. 흑사병이나 천연두 같은 질병은 제국의 몰락을 가져오고 세계 지도를 바꾸는 결정적인 역할을 했습니다. 과거에는 과학적 지식의 부재로 기도나 무속 신앙에 의존했지만, 존 스노의 콜레라 역학 조사와 코흐의 세균 발견을 기점으로 전염병 대처 방식은 과학적으로 변모했습니다. 제너의 백신과 파스퇴르의 미생물학 연구는 인류의 평균 수명을 획기적으로 연장하는 기틀이 되었습니다. 이러한 과학적 성취 덕분에 인류는 보이지 않는 적에 맞서 싸울 수 있는 강력한 무기를 갖게 되었습니다. 현대 과학은 mRNA 기술을 통해 코로나19와 같은 팬데믹에 신속하게 대응할 수 있는 플랫폼을 구축했습니다. 하지만 기후 변화와 생태계 파괴로 인해 동물의 바이러스가 인간에게 전파되는 인수공통감염병의 위협은 더욱 커지고 있습니다. 앞으로의 과학은 변이 바이러스에도 대응할 수 있는 범용 백신과 코에 뿌리는 점막 백신 개발에 집중해야 합니다. 팬데믹은 더 이상 예기치 못한 사건이 아니라 충분히 예상 가능한 '회색 코뿔소'와 같습니다. 따라서 기초 과학 연구를 통해 새로운 병원체를 조기에 탐지하고 대응하는 능력을 기르는 것이 무엇보다 중요합니다. 과학의 발전은 단순히 기술의 진보를 의미하는 것이 아니라, 인류가 직면한 거대한 문제를 해결하려는 꿈과 도전의 과정입니다. 인공지능의 한계를 극복하고 새로운 전염병에 맞서기 위해서는 탄탄한 기초 과학 지식과 더불어 세상을 바라보는 넓은 시야가 필요합니다. '코이'라는 물고기가 환경에 따라 크기가 달라지듯이, 과학자의 꿈의 크기가 곧 인류 미래의 한계를 결정합니다. 미래를 이끌어갈 세대들이 기초 과학에 관심을 가지고 끊임없이 질문하며 도전할 때, 과학이 여는 미래는 더욱 밝고 풍요로워질 것입니다.

박건웅, 안광석

카오스재단서울대자연과학공개강연

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수학

[인터뷰] 류충민_홀로바이옴? 미생물과 생물을 하나로 보는 관점 | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

코로나19 팬데믹 상황에서 영장류 모델을 활용한 백신과 치료제 개발은 인류의 생존을 결정짓는 중요한 과제였습니다. 연구를 통해 개발된 항체 치료제와 백신은 실제 임상에서 큰 성과를 거두며 많은 생명을 구하는 데 기여했습니다. 바이러스는 생존을 위해 치명률과 전파력 사이에서 끊임없이 변이를 선택하는데, 최근의 흐름은 전파력은 높이되 치명률은 낮추는 방향으로 진화하고 있습니다. 이는 바이러스가 인간 사회에 적응해가는 과정으로 볼 수 있으며, 과학적 대응을 통해 충분히 관리 가능한 수준으로 나아가고 있음을 시사합니다. 미생물은 육안으로는 보이지 않지만 현미경을 통해 들여다본 세상 속에서 독자적인 생태계를 구축하며 살아가는 작은 생명체들입니다. 흔히 미생물을 병을 일으키는 존재로만 인식하기 쉽지만, 사실 대다수는 자연 상태에서 스스로 생존하며 지구 생태계의 균형을 유지합니다. 특히 이들은 특정 물질을 분비하여 주변 동료의 숫자를 파악하고, 일정 수치에 도달했을 때 비로소 특정한 행동을 개시하는 정족수 인식 기능을 갖추고 있습니다. 이러한 미생물의 소통 방식은 오징어와의 공생 관계처럼 자연계의 신비로운 상호작용을 만들어내는 핵심 동력이 됩니다. 환경 오염의 주범인 플라스틱 폐기물 문제 해결의 실마리를 의외의 장소인 곤충 연구에서 찾기도 합니다. 꿀벌부채명나방 애벌레가 스티로폼 박스를 뚫고 탈출하는 현상을 관찰한 결과, 이들이 플라스틱을 먹고 소화하여 전혀 다른 물질로 분해한다는 사실이 밝혀졌습니다. 장내 미생물과 효소를 활용한 이 발견은 향후 플라스틱을 대량으로 분해할 수 있는 혁신적인 기술로 이어질 가능성이 큽니다. 난민 수용소와 같이 폐기물 처리가 어려운 환경에서도 간편하게 활용될 수 있는 분해 시설을 구축하는 것은 현대 과학이 지향해야 할 중요한 사회적 가치 중 하나입니다. 최근 과학계에서는 생명체와 미생물을 별개의 존재로 보지 않고 하나의 통합된 시스템으로 파악하는 '홀로바이옴' 개념이 주목받고 있습니다. 과거에는 분석적 접근을 위해 미생물과 숙주를 분리하여 연구했으나, 이제는 이들이 태초부터 긴밀하게 연결된 하나의 생태계라는 관점으로 변화하고 있습니다. 인간이나 식물을 미생물과 분리된 개체가 아닌, 서로 끊임없이 상호작용하며 공존하는 하나의 생명 공동체로 인식하는 것입니다. 이러한 관점의 전환은 질병의 치료나 생명 현상의 이해에 있어 기존과는 전혀 다른 새로운 지평을 열어주고 있습니다. 지구 생명의 역사는 미생물, 특히 세균의 등장과 함께 시작되었습니다. 초기 지구에 산소를 공급하여 동식물이 살 수 있는 환경을 조성한 주역이 바로 미생물입니다. 광활한 우주의 시간 속에서 인간이 살아가는 백 년이라는 시간은 찰나에 불과하지만, 우리는 그 짧은 시간 속에서 생명의 근원을 탐구하며 존재의 의미를 찾아갑니다. 미생물이 지구 생태계의 밑거름이 되었듯, 과학적 탐구는 인문학적 성찰과 결합하여 우리가 누구인지, 그리고 어떤 미래를 만들어가야 하는지에 대한 답을 제시합니다. 거대한 우주적 시각에서 생명을 바라보는 태도가 필요한 시점입니다.

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생명과학

바이러스의 GoBack 랜선투어 하이라이트

국립과천과학관에서 열린 '바이러스의 GoBack' 기획전은 바이러스와 인간의 오랜 관계를 조명합니다. 바이러스는 단순히 질병을 일으키는 존재가 아니라, 지구 생태계의 일원으로서 동식물의 생명 활동에 깊이 관여하며 공존해 왔습니다. 전시의 도입부인 1존에서는 바이러스의 다양한 구조와 형태를 시각적으로 보여주며, 이들이 자연계의 제 위치에서 평화롭게 살아가던 모습을 설명합니다. 단백질 껍질과 유전자로 이루어진 미세한 존재들이 어떻게 생태계의 균형을 유지해 왔는지 이해하는 것이 이번 전시의 시작점입니다. 21세기에 접어들며 사스, 메르스, 코로나19와 같은 감염병이 잇따라 발생했습니다. 바이러스는 전파력은 높이고 병원성은 낮추는 방향으로 진화하며 인간 사회에 깊숙이 침투하고 있습니다. 전시에서는 이러한 감염병의 확산 원리를 설명하고, 백신과 위생 관리의 중요성을 강조합니다. 특히 비누가 바이러스의 외피를 어떻게 파괴하는지, 올바른 손 씻기가 감염 차단에 얼마나 효과적인지를 체험형 전시를 통해 직관적으로 전달합니다. 개인의 작은 실천이 거대한 감염병의 고리를 끊는 핵심적인 역할을 한다는 점을 다시금 일깨워 줍니다. 코로나19 대유행 시기에 우리를 괴롭힌 것은 비단 바이러스뿐만이 아니었습니다. 잘못된 정보가 바이러스보다 더 빠르게 확산되는 '인포데믹' 현상은 사회적 혼란을 가중시켰습니다. 전시 3존에서는 기초 재생산 지수를 활용해 정보의 전파 속도를 분석하며, 근거 없는 소문이 백신 거부나 잘못된 예방법으로 이어져 더 큰 피해를 낳는 과정을 보여줍니다. 과학적 사실에 기반하지 않은 정보의 위험성을 경고하며, 위기 상황일수록 정확한 정보를 선별하고 공유하는 성숙한 시민 의식이 필요함을 강조하고 있습니다. 바이러스와 인간이 함께 나아갈 미래를 위해 전시는 '원헬스(One Health)'라는 개념을 제시합니다. 이는 사람과 동물, 환경의 건강이 하나로 연결되어 있다는 통합적인 시각입니다. 무분별한 환경 파괴와 공장형 축산 등 인간의 이기적인 활동이 생태계의 균형을 깨뜨리고 바이러스의 역습을 불러왔음을 지적합니다. 숲을 가꾸고 야생 동물을 보호하는 행위가 결국 인간의 건강을 지키는 길임을 깨닫게 합니다. 모든 생명체가 조화롭게 공존할 수 있는 환경을 조성하는 것이 다음 팬데믹을 막는 근본적인 해결책이 될 것입니다. 전시는 관람객이 직접 몸을 움직이며 친환경적인 실천을 체험하도록 유도합니다. 일회용품 대신 다회용기를 사용하고 마스크 착용과 같은 방역 수칙을 준수할 때, 가상 화면 속의 바이러스가 사라지는 모습을 통해 실천의 중요성을 체감하게 합니다. 우리가 누리는 현대 문명을 포기할 수는 없지만, 생태계 보전과의 접점을 찾는 노력은 멈추지 말아야 합니다. 이번 전시는 바이러스를 막연한 공포의 대상으로 보기보다, 지구 공동체의 일원으로서 어떻게 균형 잡힌 관계를 맺어갈지 깊이 고민해 보는 소중한 기회를 제공합니다.

국립과천과학관👉기획·특별전

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지구환경과학
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[술술과학] 건강과학(4) | 면역계, 우리 몸의 3중 방어선

코로나19 팬데믹 이후 우리는 일상에서 생소한 의학 용어들을 자주 접하게 되었습니다. 이는 인류와 바이러스 사이의 거대한 전쟁이 시작되었음을 의미하며, 우리 몸은 이미 정교한 방어 체계인 면역계를 가동하고 있습니다. 면역계의 핵심 병력은 백혈구로, 이들은 육군이나 해군처럼 각기 다른 역할을 수행하는 다양한 세포들의 집합체입니다. 평소에는 그 존재를 잊고 살아가지만, 외부 침입자가 나타나는 순간 우리 몸의 군대는 생존을 위한 치열한 전투를 시작하며 우리를 보호합니다. 면역 세포들이 생성되고 이동하는 과정은 국가의 병참 시스템과 매우 흡사합니다. 뼈 내부의 골수는 혈액 세포를 만드는 핵심 공장으로, 이곳의 조혈모세포에서 백혈구와 적혈구가 탄생합니다. 이렇게 만들어진 면역 대군이 전장으로 이동할 때 이용하는 전용 고속도로가 바로 림프관입니다. 림프관은 노폐물을 처리하고 면역 세포를 실어 나르며, 그 교차로인 림프절은 이물질을 걸러내는 검문소 역할을 수행합니다. 비장 역시 노쇠한 적혈구를 관리하며 면역 기능을 돕는 중요한 기관입니다. 우리 몸의 가장 강력한 요새이자 제1차 방어선은 전신을 감싸고 있는 피부입니다. 피부는 웬만한 병원체가 뚫을 수 없는 완벽한 물리적 장벽이지만, 입이나 코와 같은 구멍은 방어의 취약점이 되기도 합니다. 만약 바이러스가 이 틈을 타 침투에 성공하면 제2차 방어선인 선천 면역계가 가동됩니다. 호중구, 대식세포, NK세포와 같은 강력한 면역 세포들이 즉각적으로 대응하여 침입자를 공격합니다. 바이러스는 세포 내부로 들어가 증식하려 하지만, 견고한 세포막과 수용체라는 자물쇠가 이들의 침입을 막아섭니다. 바이러스가 세포 침투에 성공하거나 선천 면역계를 피했을 때, 최정예 비밀 병기인 제3차 방어선이 등장합니다. 바로 후천 면역계의 핵심인 B세포와 T세포입니다. B세포는 침입자의 표면 단백질을 무력화하는 맞춤형 무기인 항체를 생산하여 혈액 속의 병원체를 차단합니다. 반면 T세포는 이미 감염된 세포를 직접 찾아내어 제거하는 역할을 맡습니다. 감염된 세포가 스스로 바이러스의 흔적을 표면에 전시하면, T세포가 이를 포착해 세포와 바이러스를 함께 소멸시킴으로써 감염의 확산을 막는 숭고한 희생의 메커니즘이 작동합니다. 인체의 면역계는 피부라는 물리적 장벽부터 선천 및 후천 면역계에 이르기까지 환상적인 3중 방어막을 구축하고 있습니다. 하지만 이보다 더 근본적이고 중요한 것은 병원체의 유입을 원천적으로 차단하는 '제0차 방어선'인 개인 위생입니다. 손 씻기와 마스크 착용 같은 사소한 습관이 면역계의 부담을 줄이고 팬데믹 상황에서 우리를 지키는 가장 강력한 무기가 됩니다. 우리 몸의 군대가 최선을 다해 싸울 수 있도록, 우리는 일상 속의 방역 수칙을 준수하며 스스로를 보호하는 지혜를 발휘해야 합니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[술술과학] 건강과학(3) | 백신 : 천연두 정복사

에릭 시걸의 소설 <닥터스>에는 의학적으로 치료법이 입증된 질병이 단 26가지뿐이라는 대사가 나옵니다. 비록 소설 속 허구일지라도, 이는 인류가 질병을 완전히 정복하는 것이 얼마나 어려운 일인지를 잘 보여주는 대목입니다. 실제로 인류가 지구상에서 완전히 박멸했다고 선언한 감염병은 단 두 가지뿐입니다. 1979년 박멸된 인간의 천연두와 2011년 발표된 동물의 우역이 그 주인공입니다. '바이러스는 절대 박멸할 수 없다'는 오랜 통념을 깨고 인류가 거둔 이 위대한 승리는 의학사에서 가장 기념비적인 사건 중 하나로 기록되어 있습니다. 천연두는 인류 역사 내내 '죽음의 전령'으로 군림하며 수많은 문명을 위협해 왔습니다. 기원전 430년 아테네를 휩쓸어 전쟁의 판도를 바꾸기도 했으며, 16세기에는 스페인 정복자들이 가져온 바이러스가 아즈텍과 잉카 제국을 멸망시키는 결정적인 원인이 되었습니다. 심지어 의학이 비약적으로 발달하기 시작한 20세기에도 전 세계적으로 3억 명 이상의 목숨을 앗아갈 만큼 그 위세는 대단했습니다. 이처럼 끈질기게 인류를 괴롭혀온 천연두를 극복하기 위한 노력은 아주 오래전부터 민간요법의 형태로 시작되어 점차 과학적인 체계를 갖추게 되었습니다. 18세기 영국 귀족 메리 몬태규 부인은 오스만 제국에서 목격한 인두법을 유럽에 전파하며 천연두 예방의 기틀을 마련했습니다. 이후 영국의 의사 에드워드 제너는 소의 천연두인 우두에 걸린 사람은 천연두에 걸리지 않는다는 사실에 착안하여 '우두법'을 창시했습니다. 라틴어로 소를 뜻하는 '바카(vacca)'에서 유래한 이 방법은 오늘날 우리가 사용하는 '백신'이라는 용어의 기원이 되었습니다. 1840년 위험부담이 컸던 인두법 대신 백신이 공식 승인되면서 인류는 비로소 가장 강력하고 안전한 질병 방어 수단을 손에 넣게 되었습니다. 백신은 크게 독성을 약화시킨 생백신과 병원체를 사멸시킨 사백신으로 나뉩니다. 생백신은 강력한 면역 반응을 유도하지만 살아있는 미생물을 다루기에 저온 유통 체계인 '콜드체인'이 필수적입니다. 반면 사백신은 안전성이 높지만 면역 반응이 상대적으로 약해 추가 접종이 필요하다는 특징이 있습니다. 최근에는 백신의 오염 여부를 확인하기 위해 '살아있는 화석'이라 불리는 투구게의 파란 피를 활용하기도 합니다. 투구게의 혈액 성분인 코아글로겐은 극미량의 세균에도 민감하게 반응하여 젤 형태로 변함으로써 백신의 안전성을 검증하는 중요한 역할을 수행합니다. 천연두는 1979년 공식적으로 박멸되었지만, 그 과정에서 실험실 사고로 인한 안타까운 희생도 있었습니다. 현재 천연두 바이러스는 미국의 CDC와 러시아의 벡터 연구소 두 곳에만 보관되어 있으며, 이는 인류에게 여전히 생물학적 재난의 위험이 잠재해 있음을 시사합니다. 인류가 이룩한 과학적 성취는 눈부시지만, 이를 관리하는 인간의 이성이 마비되는 순간 치명적인 팬데믹은 언제든 다시 시작될 수 있습니다. 정복의 역사 뒤에 숨겨진 경고를 잊지 않고 철저한 대비와 윤리적 책임감을 갖추는 것이 다가올 미래의 위협으로부터 우리를 지키는 길입니다.

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[술술과학] 건강과학(2) : 바이러스vs박테리아

바이러스는 생물과 무생물의 경계에 서 있는 아주 독특하고 애매모호한 존재입니다. 유전 물질인 RNA나 DNA를 단백질 껍질인 캡시드가 감싸고 있는 매우 단순한 구조를 가지고 있습니다. 스스로 단백질을 합성하거나 에너지를 만들 수 있는 설비가 전혀 없기에, 다른 생명체의 세포를 빌려야만 자손을 증식할 수 있는 절대 기생체입니다. 마치 컴퓨터 시스템을 해킹하는 칩처럼 세포의 공장을 점거하여 자신을 복제하는 특성을 지니고 있어, 생명 활동의 근간을 흔드는 위험한 존재로 인식되기도 합니다. 박테리아는 하나의 세포로 이루어진 독립적인 생명체입니다. 바이러스보다는 훨씬 복잡한 구조를 갖추고 있으며, 스스로 생명 활동을 유지할 수 있는 다양한 물질을 포함하고 있습니다. 17세기 레이우엔훅에 의해 처음 발견된 박테리아는 그 모양이 작은 막대기를 닮았다고 해서 붙여진 이름입니다. 흔히 박테리아라고 하면 해로운 존재로만 생각하기 쉽지만, 사실 우리 몸의 마이크로바이옴처럼 인체에 유익하거나 해가 없는 미생물이 대다수를 차지하며 생태계의 중요한 축을 담당하고 있습니다. 바이러스와 박테리아는 크기 면에서도 확연한 차이를 보입니다. 박테리아가 바이러스보다 대략 10배에서 100배 정도 더 크며, 이는 인체 세포 하나에 바이러스 천 마리를 일렬로 세울 수 있는 수준입니다. 이러한 미세한 존재들 중에는 인류에게 치명적인 위협이 되는 'A급 병원체'들이 존재합니다. 천연두와 에볼라 바이러스, 그리고 페스트균과 탄저균 같은 박테리아들이 여기에 속합니다. 이들은 역사적으로 엄청난 감염 속도와 높은 치사율을 기록하며 인류 사회에 극심한 공포와 공황 상태를 몰고 온 공통점이 있습니다. 역사상 가장 악명 높은 킬러로는 천연두와 흑사병을 꼽을 수 있습니다. 천연두는 20세기에만 3억 명 이상의 목숨을 앗아갔으며, 14세기 유럽을 휩쓴 흑사병은 당시 세계 인구의 절반 가까이를 감소시킬 정도로 참혹했습니다. 특히 흑사병은 몽골군이 사체를 성 안으로 던져 넣은 최초의 박테리아전에서 비롯되었다는 설이 있을 만큼 그 전파 과정이 극적이었습니다. 천연두는 현재 완전히 박멸되었으나, 흑사병은 여전히 세계 곳곳에서 간헐적으로 발생하며 인류를 위협하는 가공할 살상 능력을 증명하고 있습니다. 모든 미생물이 인류의 적은 아닙니다. 암세포만을 골라 공격하는 바이러스나, 박테리아를 잡아먹는 바이러스인 '박테리오파지'처럼 흥미로운 존재들도 많습니다. 특히 박테리오파지는 항생제 내성을 가진 슈퍼 박테리아를 퇴치할 대안으로 주목받으며 현대 의학의 새로운 희망이 되고 있습니다. 바이러스와 박테리아는 인간의 관점에서는 정복해야 할 대상일지 모르나, 사실 이들은 지구 생명체의 출발선에서 다채로운 생태계를 일궈온 위대한 개척자들입니다. 따라서 우리는 이들을 편견 없이 이해하려는 겸손한 자세가 필요합니다.

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[술술과학] 건강과학(1) : 균, 세균, 고세균의 차이

우리가 흔히 '균'이라고 부르는 미생물은 사실 그 종류와 분류가 매우 다양합니다. 가장 흔한 오해 중 하나는 균과 세균을 동일시하는 것이지만, 생물학적으로 이들은 엄연히 다른 존재입니다. 진균은 효모, 곰팡이, 버섯 등을 포함하며 식물보다는 오히려 동물에 가까운 족보를 가지고 있습니다. 특히 효모는 빵이나 맥주 발효에 쓰이는 단세포 생물로, 단백질인 효소와는 구분되어야 합니다. 곰팡이 역시 해로운 존재로만 인식되기 쉽지만, 발효 식품이나 항생제 원료로 쓰이며 인류에게 큰 도움을 주기도 합니다. 생물의 계통도를 살펴보면 가장 큰 분류 단위인 도메인은 세균, 고세균, 진핵생물로 나뉩니다. 세균과 고세균은 핵막이 없는 원핵생물에 속하며, 진핵생물은 다시 원생생물, 진균, 식물, 동물로 세분화됩니다. 여기서 헷갈리기 쉬운 원생생물은 아메바나 짚신벌레처럼 원핵생물보다 진화한 단세포 생물을 의미합니다. 이러한 분류 체계를 이해하면 우리가 막연하게 미생물이라 부르던 존재들이 각자 얼마나 독자적인 생태적 위치를 차지하고 있는지 명확히 알 수 있으며, 생명의 다양성을 깊이 있게 이해할 수 있습니다. 고세균은 이름 때문에 세균보다 오래된 생물로 오해받기 쉽지만, 실제로는 세균과 동시에 존재하며 독자적인 진화의 길을 걸어왔습니다. 이들은 주로 심해나 고온의 극한 환경에서 서식하며, 분자 생물학적으로는 세균보다 진핵생물에 더 가깝습니다. 특히 고세균이 세균을 포획해 미토콘드리아나 엽록체가 되었다는 '세포 내 공생설'은 매우 유력한 가설입니다. 우리 몸의 세포 하나당 수백에서 수천 개의 미토콘드리아가 존재한다는 점을 고려하면, 인간의 몸은 거대한 고세균의 집합체라고도 볼 수 있는 셈입니다. 미생물의 실체는 17세기 현미경의 발명 이후에야 비로소 드러나기 시작했습니다. 이후 파스퇴르와 코흐에 의해 감염병의 원인이 미생물임이 밝혀졌고, 바이러스와 세균, 진균 등이 주요 병원체로 지목되었습니다. 흥미로운 점은 고세균이 오랫동안 인간에게 무해한 존재로 여겨졌으나, 최근 연구를 통해 질병의 원인이 될 가능성이 제기되고 있다는 것입니다. 이처럼 미생물학은 고정된 지식이 아니라 새로운 발견을 통해 끊임없이 확장되는 학문 분야이며, 우리 삶과 보이지 않는 곳에서 밀접하게 연결되어 있습니다. 감염병 치료에 쓰이는 항미생물제는 대상에 따라 항바이러스제, 항세균제, 항진균제 등으로 나뉩니다. 우리가 흔히 말하는 항생제는 주로 세균을 죽이는 항세균제를 의미하며, 푸른곰팡이에서 추출한 페니실린이 그 시초입니다. 무좀과 같은 질환은 세균이 아닌 곰팡이에 의한 것이므로 항생제가 아닌 항진균제를 사용해야 합니다. 최초의 항생제를 발견한 플레밍은 노벨상 시상식에서 항생제 남용으로 인한 내성 문제를 경고했는데, 이는 현대 의학이 직면한 중요한 과제이자 우리가 미생물을 정확히 알아야 하는 이유이기도 합니다.

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[COVID-19_talk_18] The most important reason that data is important _Woncheol Jang | 18강

코로나19라는 전례 없는 위기 상황에서 데이터는 방역의 나침반 역할을 해왔습니다. 인도의 사례를 보면, 확진자가 수백 명에 불과하던 초기 단계에서 데이터 과학자들의 예측을 근거로 13억 인구의 전국 봉쇄라는 과감한 결정을 내렸습니다. 이는 단순히 감에 의존한 것이 아니라, 기하급수적인 확산 가능성을 수치로 확인했기에 가능한 선제적 대응이었습니다. 초기 대응의 시점이 방역의 성패를 가르는 핵심임을 인도의 사례는 데이터 기반의 의사결정을 통해 명확히 보여줍니다. 정보의 홍수 속에서 데이터를 올바르게 해석하는 시각화의 중요성도 커졌습니다. 단순히 누적 검사 수만 보면 검사가 원활히 늘어나는 것처럼 보일 수 있지만, 일일 신규 검사 수를 분석하면 실질적인 방역 속도를 더 정확히 파악할 수 있습니다. 또한, 감염병 확산처럼 폭발적으로 증가하는 데이터는 로그 스케일을 활용해야 그 추세를 명확히 읽어낼 수 있습니다. 잘못된 시각화는 대중에게 왜곡된 정보를 전달할 위험이 있기에, 데이터를 다루는 통계적 전문성이 반드시 뒷받침되어야 합니다. 뉴욕타임스와 파이낸셜 타임스 같은 주요 언론들은 정교한 데이터 시각화를 통해 전 세계의 코로나 현황을 일목요연하게 전달했습니다. 국가별 확진자 추이를 색상과 그래프로 표현하여 위험 지역을 식별하고, 바이러스가 대도시를 거쳐 어떻게 전역으로 확산되었는지 시각적으로 묘사했습니다. 이러한 시각화 작업은 복잡한 통계 수치를 직관적인 정보로 변환하여, 일반 대중이 팬데믹의 심각성과 흐름을 이해하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 이는 데이터가 소통의 도구로서 얼마나 강력한지 증명합니다. 대규모 인원을 효율적으로 검사하기 위한 방안으로 '집단 검사' 방식이 다시 주목받고 있습니다. 1943년 도프만 교수가 제안한 이 방법은 여러 명의 샘플을 하나로 섞어 검사한 뒤, 양성이 나올 경우에만 세분화하여 재검사하는 원리입니다. 이 방식은 검사 횟수를 획기적으로 줄여 비용과 시간을 절약할 수 있게 해줍니다. 과거의 아이디어가 현대의 기술 및 통계적 기법과 결합하여 감염병 확산을 막는 강력한 도구로 재탄생한 셈입니다. 이는 효율적인 자원 배분이 필요한 방역 현장에서 매우 유용합니다. 미국의 코넬 대학교와 스탠퍼드 대학병원은 집단 검사를 실제 방역 시스템에 도입하여 캠퍼스와 병원의 안전을 지키고 있습니다. 모든 구성원을 5일에 한 번씩 주기적으로 검사함으로써 지역사회 내 무증상 감염자를 조기에 발견하는 것이 핵심입니다. 특히 유병률이 낮은 집단에서 집단 검사는 그 효율성이 극대화됩니다. 이는 추적과 격리가 어려운 환경에서 대규모 인원을 상시 모니터링할 수 있는 현실적인 대안으로 평가받고 있으며, 경제 활동을 유지하면서도 방역을 지속할 수 있는 기반이 됩니다. 데이터 시각화는 단순히 예쁜 그림을 그리는 작업이 아니라, 깊이 있는 통계적 통찰력이 필요한 전문 영역입니다. 뉴욕타임스의 사례처럼 통계적 배경지식을 갖춘 전문가들이 데이터를 가공하고 해석할 때 비로소 가치 있는 정보가 탄생합니다. 자동화된 툴이 발전하더라도 응급 상황에서 데이터를 올바르게 판단하고 대응하는 것은 결국 인간의 몫입니다. 따라서 데이터 과학자는 수치 뒤에 숨겨진 진실을 읽어내는 안목을 갖추어야 하며, 이는 정책 결정의 신뢰도를 높이는 중요한 요소가 됩니다. 통계학자는 이제 모든 분야의 뒤뜰에서 함께 뛰어노는 존재가 되었습니다. 코로나19의 실시간 치사율을 예측하거나 집단 검사의 효율적인 알고리즘을 연구하는 등, 데이터 기반의 의사결정은 우리 사회의 안전을 지키는 핵심 동력이 되었습니다. 쏟아지는 데이터 속에서 유의미한 가치를 찾아내고 이를 정책에 반영하는 과정은 앞으로 더욱 중요해질 것입니다. 슬기로운 통계학자의 시선으로 데이터를 바라보는 것은 팬데믹 이후의 세상을 준비하고 더 나은 미래를 설계하는 중요한 밑거름이 됩니다.