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[해SSUL이 있는 과학뉴스] 인공육, 대체육 한 큐에 이해하기

최근 대체육 시장은 단순한 유행을 넘어 식품 산업의 거대한 흐름으로 자리 잡고 있습니다. 미국의 비욘드 미트와 임파서블 푸드 같은 기업들이 햄버거 패티로 시작해 이제는 미트볼, 라자냐 등 다양한 제품군을 선보이며 시장을 주도하고 있습니다. 해외에서는 녹두로 만든 달걀이나 토마토로 만든 참치처럼 상상력을 자극하는 다양한 식재료 연구가 활발히 진행 중입니다. 국내에서도 대기업들이 전용 브랜드를 론칭하고 채식 버거와 너겟 제품이 완판 행진을 이어가는 등 소비자들의 관심이 그 어느 때보다 뜨겁습니다. 대체육은 크게 배양육과 식물성 대체육 두 가지로 나뉩니다. 배양육은 실제 가축의 세포를 채취해 실험실에서 인공적으로 배양하여 만드는 고기로, 대량 사육 없이도 고기를 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 반면 식물성 대체육은 콩, 밀, 옥수수 같은 식물성 재료에 미생물이나 해조류 등을 더해 고기의 맛과 식감을 구현한 것입니다. 현재 우리가 시중에서 흔히 접하는 비건 제품들은 대부분 식물성 대체육에 해당하며, 배양육은 아직 기술적 완성도와 경제성을 확보하기 위해 활발한 연구가 진행되고 있는 단계입니다. 배양육의 제조 과정은 매우 정교한 과학 기술의 집약체입니다. 주로 동물의 근육 세포를 채취하여 세포가 자랄 수 있는 최적의 환경과 영양분을 제공하는 배양액 속에서 키워냅니다. 세포가 입체적으로 자랄 수 있도록 스펀지 형태의 지지체를 활용하기도 하며, 실제 고기와 유사한 식감을 내기 위한 연구도 병행됩니다. 초기 시제품 단계에서는 햄버거 패티 한 장을 만드는 데 수억 원의 비용이 들 정도로 고가였으나, 현재는 상용화를 위해 생산 단가를 낮추는 것이 핵심 과제로 남아 있습니다. 식물성 대체육은 식물성 재료를 활용해 육류 특유의 질감을 만들어내는 데 집중합니다. 단백질 추출을 위해 열을 가하거나 압력을 조절하고, 여러 재료를 혼합하고 건조하는 등 제조사마다 고유한 특허 기술을 보유하고 있습니다. 일각에서는 식물성 단백질만 섭취할 때의 영양 불균형을 우려하기도 하지만, 대체육은 여러 부재료를 섞어 만들기 때문에 단백질 측면에서 부족함이 적습니다. 다양한 식재료를 골고루 섭취한다면 영양학적으로도 충분히 훌륭한 한 끼 식사가 될 수 있습니다. 대체육에 대한 관심이 높아지는 이유는 단순히 식생활의 다양성 때문만은 아닙니다. 가축 사육 과정에서 발생하는 환경 오염 문제를 해결하고자 하는 가치 소비의 확산이 큰 역할을 하고 있습니다. 비건을 지향하는 사람들뿐만 아니라 환경 보호를 중요하게 생각하는 많은 이들이 대체육을 대안으로 선택하고 있습니다. 기술이 더욱 발전하고 상용화가 가속화된다면, 머지않아 우리 식탁에서 고기 대신 대체육을 자연스럽게 마주하는 풍경이 일상이 될 것입니다.

국립과천과학관요즘과학👏

생명과학
지구환경과학
융합

[석학인터뷰] 선웅_ 뇌 오가노이드, 말그대로 뇌를 만드는 거죠 | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

신경발생학은 우리 몸의 가장 복잡한 기관인 뇌와 신경계가 형성되는 과정을 탐구하는 학문입니다. 과거 한스 슈페만이라는 과학자가 배아를 조작해 머리가 두 개인 도롱뇽을 만들어낸 실험은 생명체를 인위적으로 설계하고 만들 수 있다는 가능성을 보여주며 많은 이들에게 영감을 주었습니다. 이러한 연구의 연장선에서 등장한 것이 바로 '오가노이드'입니다. 오가노이드는 우리 몸의 장기를 뜻하는 '오간(Organ)'에서 유래한 용어로, 배양 접시 안에서 인위적으로 만들어낸 3차원 장기 유사체를 의미합니다. 특히 뇌 오가노이드는 실제 뇌와 유사한 구조를 재현함으로써 생명 탄생의 신비를 밝히는 핵심적인 도구로 주목받고 있습니다. 현대 인류는 과거보다 훨씬 더 다양한 기계와 장비를 활용하여 뇌의 기능을 보조받고 있습니다. 과거에 사용하던 주판이 사라지고 컴퓨터가 그 자리를 대신한 것처럼, 미래에는 인공지능이나 로봇 같은 외부 장치가 우리 뇌의 능력을 더욱 확장하는 시대가 올 것입니다. 이러한 변화를 주도하기 위해서는 우리 뇌가 어떤 부분에서 뛰어난지, 혹은 어떤 한계가 있는지를 명확히 파악하는 과정이 필수적입니다. 뇌의 작동 원리를 깊이 있게 이해할수록 우리는 더욱 정교한 보조 장비를 개발할 수 있으며, 이를 통해 모든 사람이 자신의 잠재력을 극대화하며 살아가는 새로운 세상을 맞이하게 될 것입니다. 생명체를 온전히 이해하기 위해서는 진화라는 관점을 빼놓을 수 없습니다. 스티븐 제이 굴드의 저서에서 강조하듯, 생명체가 어떻게 진화해 왔는지를 파악하는 것은 생명과학의 근간을 이루는 중요한 작업입니다. 우리가 뇌에 대해 얼마나 많은 정보를 알고 있는지를 판단하는 가장 확실한 기준 중 하나는 바로 '우리가 직접 만들 수 있는가'입니다. 아주 단순한 세포 하나로부터 실제 뇌와 유사한 조직을 만들어가는 과정은 뇌의 작동 방식을 이해하는 가장 직접적인 경로가 됩니다. 이러한 연구는 단순히 기술적인 성취를 넘어, 인간 지성의 본질이 무엇이며 우리가 뇌로부터 무엇을 배워야 하는지에 대한 깊은 통찰을 제공할 것입니다.

선웅

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] Phantom, Avatar and Persona (4) _ by정석 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 2강 | 2강 ④

생체 조직 투명화 기술(CLARITY)은 현대 생명과학의 놀라운 성과 중 하나입니다. 사실 우리 몸의 세포 자체는 빛을 잘 통과시키는 성질을 가지고 있지만, 세포 사이에 존재하는 지질 성분이 빛을 산란시켜 내부를 불투명하게 보이게 만듭니다. 이를 해결하기 위해 지질을 제거하고 투명한 폴리머로 대체하는 생체 조직 투명화 기술이 개발되었습니다. 이 과정을 거치면 복잡한 장기 내부를 마치 유리처럼 들여다볼 수 있게 되어, 세포의 배열과 구조를 정밀하게 관찰하는 것이 가능해집니다. 이는 장기 전체의 지도를 그리는 것과 같은 정교한 연구를 가능케 합니다. 신약 개발 과정에서 수천 명을 대상으로 하는 임상 시험은 막대한 비용과 시간이 소요될 뿐만 아니라, 환자 개개인의 유전적 특성을 모두 반영하기 어렵다는 한계가 있습니다. 같은 유방암이라도 유전적 타입에 따라 약물 반응이 다르기 때문입니다. 오가노이드 기술은 이러한 문제를 해결할 열쇠로 주목받고 있습니다. 환자의 세포로 만든 오가노이드를 활용하면 특정 개인에게 가장 효과적인 약물 조합을 미리 찾아낼 수 있어, 궁극적으로는 수많은 임상 시험 단계를 거치지 않고도 한 사람만을 위한 정밀 의료를 실현할 수 있는 날을 기대할 수 있습니다. 인체 내 장내 미생물인 마이크로바이옴은 건강과 질병에 깊이 관여하며 장기들과 유기적인 관계를 맺고 있습니다. 오가노이드와 오간온어칩 기술은 이러한 마이크로바이옴과의 공생 환경을 체외에서 구현하는 데 탁월한 성능을 발휘합니다. 특히 우리 장의 복잡한 3차원 구조인 산맥과 골짜기 형태를 재현함으로써, 다양한 균총이 서로 간섭받지 않고 군집을 이루며 살 수 있는 환경을 제공합니다. 이는 평면적인 배양 접시에서는 관찰할 수 없었던 미생물의 생태적 특성을 연구하고, 특정 균총이 인체 건강에 미치는 영향을 분석하는 데 필수적인 기술입니다. 3D 바이오 프린팅 기술은 세포와 바이오 잉크를 결합하여 실제 장기와 유사한 입체 구조물을 만들어내는 혁신적인 방법입니다. 혈관이나 연골, 뼈와 같이 특정 형태와 기능을 가진 조직을 정교하게 디자인하여 인쇄할 수 있어 조직 공학 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 이는 미세 유체 역학을 이용하는 오간온어칩과는 또 다른 장점을 지니며, 연구 목적에 따라 적절한 도구로 선택되어 사용됩니다. 특히 재생이 어려운 연골이나 뼈 조직을 재현하는 데 있어 3D 바이오 프린팅은 매우 효율적인 대안이 되고 있으며, 이는 인공 장기 제작의 가능성을 한층 높여줍니다. 정밀 의료의 완성도를 높이기 위해서는 세포 소스의 표준화와 젠더 혁신 관점이 매우 중요합니다. 성별, 나이, 인종에 따라 약물 반응이 다를 수 있음에도 불구하고, 과거에는 이러한 차이를 간과한 채 연구가 진행되는 경우가 많았습니다. 최근에는 오가노이드 연구에 성별 특성을 반영하고 표준화된 세포 데이터를 구축하는 등 보다 세밀한 접근이 이루어지고 있습니다. 과학 기술은 결국 인류의 건강 증진이라는 목표를 향해 나아가는 도구이며, 다양한 분야의 전문가들이 벽을 허물고 협력할 때 비로소 그 진정한 가치가 발휘될 수 있습니다.

신현정, 정석, 최낙원

카오스재단카오스강연

물리학

[강연] Phantom, Avatar and Persona (1) _ by정석 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 2강 | 2강 ①

고려대학교 기계공학부의 연구는 미세 세계의 독특한 물리적 환경을 탐구하는 것에서 시작됩니다. 마이크로 스케일에서는 우리가 일상에서 겪는 중력보다 표면장력이 훨씬 더 강력한 힘을 발휘하며, 이는 생명체의 세포가 상호작용하는 방식에 결정적인 영향을 미칩니다. 이러한 미세 환경을 정밀하게 제어하는 기술은 단순한 공학적 설계를 넘어 생명 과학의 새로운 지평을 여는 열쇠가 됩니다. 학생들의 창의적인 아이디어가 실현되는 공간인 '파이빌'처럼, 기존의 틀을 깨는 시도가 혁신의 바탕이 됩니다. 현대 의학의 발전 과정에서 동물 실험은 필수적인 단계로 여겨져 왔으나, 그 한계 또한 명확합니다. 쥐나 영장류는 인간과 생물학적 구조 및 대사 과정이 다르기 때문에, 동물 실험에서 안전했던 약물이 인간에게는 치명적인 부작용을 일으키는 사례가 빈번합니다. 실제로 동물 실험을 통과한 약물의 90% 이상이 임상 시험에서 실패한다는 사실은, 인간의 생체 반응을 더욱 정확하게 예측할 수 있는 새로운 모델이 절실히 필요함을 시사합니다. 이는 생명 윤리와 과학적 정확성 모두를 위한 과제입니다. 기존의 세포 배양 방식은 평평한 접시 바닥에 세포를 뿌려 키우는 2차원 배양 형태에 머물러 있었습니다. 하지만 우리 몸속의 세포는 결코 바닥에 누워 있는 상태로 존재하지 않으며, 주변 세포들과 복잡한 3차원적 스크럼을 짜고 상호작용합니다. 2차원 배양 환경에서 얻은 데이터는 실제 인체의 생리적 현상을 반영하기에 턱없이 부족합니다. 따라서 세포가 본래의 기능을 온전히 수행할 수 있도록 인체 내부와 유사한 3차원적 환경을 공학적으로 구현하는 것이 연구의 핵심적인 목표가 됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 혁신적인 기술이 바로 '장기 칩(Organ-on-a-Chip)'입니다. 이는 미세한 칩 위에 인간의 장기 세포를 배양하여 인체의 생리적 기능을 모사하는 기술로, '휴먼 온 어 칩(Human-on-a-Chip)'이라는 개념으로 확장되고 있습니다. 이미 미국을 비롯한 전 세계 연구진은 폐, 심장, 간 등 다양한 장기를 칩 위에 구현하여 우주 공간에서의 생체 변화를 관찰하거나 질병 모델을 연구하는 데 활용하고 있습니다. 이는 동물 실험을 대체하고 신약 개발의 효율성을 획기적으로 높일 수 있는 게임 체인저가 될 것입니다. 특히 뇌와 신경계 연구에서 3차원 모사 기술은 그 진가를 발휘합니다. 우리 뇌의 해마나 신경 다발은 세포들이 정교한 순서로 배열되어 신호를 주고받는 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 신경세포를 감싸는 절연체 구조나 근육과의 접점을 칩 위에서 3차원으로 재현함으로써, 노화에 따른 감각 둔화나 신경 퇴행성 질환의 메커니즘을 심도 있게 분석할 수 있습니다. 빛을 이용해 신경을 자극하고 근육의 움직임을 실시간으로 관찰하는 실험은 인체의 신비에 한 걸음 더 다가가는 중요한 과정입니다. 암의 성장과 전이 과정에서도 혈관은 결정적인 역할을 수행합니다. 암세포는 스스로 생존하기 위해 주변 혈관을 끌어들여 영양분을 공급받고, 이를 통로 삼아 다른 조직으로 전이됩니다. 장기 칩 기술을 활용하면 암세포가 혈관 벽을 뚫고 나가는 전이의 순간을 포착하거나, 뇌혈관 장벽(BBB)의 견고함을 모사하여 약물 전달 효율을 시험하는 것이 가능해집니다. 이는 동물 실험으로는 관찰하기 어려운 미세한 생체 반응을 실시간으로 추적할 수 있게 해주며, 환자 맞춤형 항암 치료 전략을 세우는 데 기여합니다. 장기 칩 기술은 이제 심장, 신장, 코 점막 등 인체의 거의 모든 부위로 연구 영역을 넓혀가고 있습니다. 사구체를 모사하여 신장 질환 치료제를 개발하거나, 박동하는 심장 모델을 통해 약물의 독성을 평가하는 등 그 활용 가능성은 무궁무진합니다. 비록 전체 인체를 완벽하게 구현하는 것은 여전히 도전적인 과제이지만, 각각의 장기 모델을 정교하게 고도화함으로써 우리는 더 안전하고 효과적인 의료 기술을 향해 나아가고 있습니다. 공학과 바이오의 만남이 인류의 건강한 미래를 설계하고 있는 셈입니다.

정석

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[강연] Phantom, Avatar and Persona (4) _ by정석 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 2강 | 2강 ④

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