과학 포털 iKAOS

8 Contents

[인터뷰] 이현숙 _ DNA의 이중 나선 구조는 옛말! | 2022 '진화가 필요한 순간'

DNA는 단순한 화합물에 불과하지만, 생명 현상의 모든 것을 설명하는 핵심적인 열쇠입니다. 다윈의 진화론에서 말하는 소진화, 즉 세포 안에서 일어나는 변화들은 DNA를 통해 완벽하게 설명됩니다. 물이 존재하는 지구 환경에서 어떻게 생명체가 탄생하고 생로병사의 과정을 겪게 되었는지 이해하기 위해서는 DNA의 화학적 구조와 생물물리학적 특성을 파악하는 것이 필수적입니다. 이는 생명의 기원을 찾는 여정이자 과학의 진화를 목격하는 과정이기도 합니다. 최근 과학계는 컴퓨터상에서 가상의 세포를 구현하려는 '가상 세포(Virtual Cell)' 연구에 집중하고 있습니다. DNA는 ATGC라는 염기쌍의 결합 법칙이 매우 정확하기 때문에 디지털로 구현하기에 가장 적합한 도구입니다. 유전 암호가 어떻게 단백질로 번역되는지에 대한 규칙은 이미 상당 부분 밝혀졌으며, AI 기술인 알파폴드(AlphaFold) 등을 통해 단백질 구조를 예측하는 정확도도 비약적으로 높아졌습니다. 하지만 여전히 우리가 알지 못하는 미지의 영역이 90%나 존재한다는 점은 인류가 풀어야 할 숙제입니다. 암 연구 분야에서 DNA의 돌연변이는 매우 중요한 연구 대상입니다. 유방암 억제 인자인 BRCA2와 같은 유전자가 망가지면 세포는 암세포로 변하게 되는데, 이 과정에서 발생하는 돌연변이는 매우 무작위적입니다. 과거의 유전자 편집 기술인 크리스퍼(CRISPR)는 단순히 특정 부위를 잘라내는 방식이었으나, 최근에는 염기 하나만을 정교하게 치환할 수 있는 수준까지 발전했습니다. 이러한 기술적 진보는 유전자 치료의 가능성을 열어주며 난치병 정복을 향한 새로운 희망을 제시하고 있습니다. 하지만 유전자 편집 기술이 모든 문제를 해결할 수 있는 만능 열쇠는 아닙니다. 수만 개의 돌연변이를 한꺼번에 고치는 것은 현재 기술로 불가능하며, 생명체가 환경 변화에 적응하는 과정은 단 몇 개의 유전자 조절만으로 설명하기 어렵습니다. 생명은 환경과 복잡하게 상호작용하며 진화해 왔기에, 인위적인 기술로 자연의 선택을 완벽히 대체하기에는 한계가 있습니다. 결국 기술적 시도보다는 인류가 문명을 통해 환경에 적응해 나가는 속도가 더 빠를 수도 있다는 점은 생명의 신비로움을 다시금 일깨워 줍니다. DNA는 과학자들에게 끊임없이 새로운 구조와 현상을 드러내는 도전의 대상이자, 생명의 진리를 담고 있는 짝사랑의 대상이기도 합니다. 최근 연구되고 있는 세 가닥의 R-loop 구조처럼 DNA는 우리가 아는 것보다 훨씬 더 역동적으로 진화하고 있습니다. 각각의 유전 정보는 새로운 기회이며, 이를 통해 우리는 생명이라는 거대한 태피스트리를 이해하고 미래를 설계하는 동력을 얻게 됩니다. 생명 과학이 선사하는 이러한 발견들은 인류가 나아가야 할 방향을 제시하는 소중한 이정표가 되어줄 것입니다.

이현숙

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[바이러스와의 찐한 만남] ‘유전자 가위와 바이러스’ 현장 강연

1932년 출간된 소설 '멋진 신세계'는 인공 부화기에서 태어난 아이들이 유전자 조작에 따라 계급이 나뉘는 미래를 그렸습니다. 당시 작가는 이런 세상이 오려면 600년은 걸릴 것이라 예상했지만, 불과 90년 만에 인류는 유전자 가위라는 혁신적인 기술을 손에 넣었습니다. 영화 '가타카' 역시 유전자로 신분이 결정되는 사회를 묘사하며 상상력이 기술보다 앞서감을 보여주었습니다. 이제 유전자 조작은 더 이상 먼 미래의 공상과학 이야기가 아닌, 우리 눈앞에 다가온 현실이 되었으며 기술의 발전 속도는 우리의 예상을 훨씬 뛰어넘고 있습니다. 우리 몸의 설계도인 유전정보를 이해하기 위해 아파트 단지를 예로 들어볼 수 있습니다. DNA는 건물을 짓는 벽돌 하나하나에 해당하며, 이 벽돌들이 모여 특정 기능을 수행하는 단위인 '호수'가 바로 유전자입니다. 여러 유전자가 모인 덩어리인 '동'은 염색체라고 부르며, 우리 몸에는 부모님께 각각 한 세트씩 물려받은 23쌍의 염색체가 존재합니다. 이 유전자들은 눈의 색깔부터 소화 효소, 호르몬 생성, 피부와 근육의 형태까지 우리 몸의 모든 형질을 결정하는 핵심적인 역할을 수행하며 생명 활동의 근간을 이룹니다. 유전질환은 부모로부터 물려받은 유전정보에 이상이 생길 때 발생합니다. 부모님은 각각 두 개의 유전자를 가지고 있어 하나가 고장 나더라도 나머지 하나로 건강하게 생활할 수 있지만, 공교롭게도 두 분 모두로부터 결함이 있는 유전자를 물려받은 아이는 질병을 앓게 됩니다. DNA는 단백질을 만드는 암호이며, 이를 복사한 RNA를 통해 우리 몸에 필요한 근육, 항체, 인슐린 등이 생성됩니다. 따라서 유전자 원본에 단 하나의 오류만 생겨도 시각장애나 근육질환 같은 심각한 결과로 이어질 수 있으며, 이는 개인의 삶에 큰 영향을 미칩니다. 유전자 가위 기술의 핵심은 30억 개의 염기서열 중 단 하나의 잘못된 부분을 정확히 찾아내어 잘라내는 정교함에 있습니다. 최근 주목받는 크리스퍼 유전자 가위는 'Cas9'이라는 절단 효소와 목표 지점을 찾는 '가이드 RNA' 스캐너로 구성됩니다. 놀랍게도 이 기술은 인간이 발명한 것이 아니라 자연계의 박테리아가 바이러스의 공격으로부터 자신을 보호하기 위해 사용하던 면역체계를 발견한 것입니다. 박테리아는 침입한 바이러스의 DNA 일부를 기억했다가 다시 공격받을 때 이를 인식하고 잘라버리는 지혜를 가졌으며, 인류는 이를 치료 기술로 승화시켰습니다. 유전자 가위를 치료에 활용하기 위해서는 목표 세포까지 안전하게 실어 나를 '배달꾼'이 필요합니다. 여기서 바이러스가 중요한 역할을 합니다. 바이러스는 본래 자신의 유전물질을 세포 안으로 집어넣는 특성이 있는데, 과학자들은 이를 역이용하여 바이러스 안에 유전자 가위를 실어 보냅니다. 예를 들어 시각장애를 치료하기 위해 눈 세포에 유전자 가위를 전달하거나, 근육질환 치료를 위해 근육 세포로 가위를 보내는 식입니다. 아스트라제네카나 얀센 같은 백신 역시 이러한 바이러스 전달체 원리를 이용한 대표적인 사례로, 바이러스는 이제 인류를 돕는 유용한 도구가 되었습니다. 유전자 가위는 의료 분야를 넘어 농축산물 개량에도 활발히 사용되고 있습니다. 상처가 나도 갈색으로 변하지 않는 버섯이나 바나나, 카페인 생성 유전자를 제거하여 나무에서 직접 수확하는 디카페인 커피 등이 대표적입니다. 또한 근육 생성을 억제하는 유전자를 조절하여 살코기가 많은 돼지나 소를 만드는 연구도 진행 중입니다. 이러한 기술은 식량 자원의 효율적인 관리와 소비자의 편의를 돕는 방향으로 발전하고 있으며, 유전학의 가능성을 일상생활 속으로 확장하고 있습니다. 이는 농업과 축산업의 패러다임을 바꾸는 중요한 전환점이 될 것입니다. 하지만 유전자 가위 기술이 가진 강력한 힘만큼이나 윤리적 책임과 사회적 합의도 중요합니다. 기술적으로는 지능을 높이거나 외모를 바꾸는 것이 가능해질지 모르지만, 현재 법과 윤리는 이를 엄격히 제한하고 있습니다. 유전자 가위는 오직 치료가 절실한 유전질환 환자들을 돕는 인도적인 목적으로만 사용되어야 합니다. 과학자들은 기술의 오남용을 막기 위해 끊임없이 고민하며, 대중의 동의와 법적 테두리 안에서 연구를 진행합니다. 미래의 주인공인 우리가 이 기술을 어떻게 다루느냐에 따라 인류의 건강한 내일과 생명 윤리의 가치가 결정될 것입니다.

국립과천과학관👉기획·특별전

생명과학
융합

[명강리뷰] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 by 조윤제ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 2강

DNA는 생명체의 근본이자 기원을 담고 있는 물질로, 우리 몸의 설계도와 같습니다. 1953년 왓슨과 크릭이 발표한 이중나선 모델은 단순히 구조를 밝힌 것을 넘어 유전 정보가 어떻게 다음 세대로 전달되는지 그 복제 메커니즘을 암시했다는 점에서 혁명적이었습니다. 당시 과학계는 유전자가 어떻게 복제되는지 전혀 알지 못했으나, 이중나선 구조의 발견은 두 가닥이 각각 복제의 틀이 될 수 있음을 시사하며 생명 과학의 새로운 지평을 열었습니다. 왓슨과 크릭의 가설은 이후 메셀슨과 스탈의 실험을 통해 '반보존적 복제' 모델로 증명되었습니다. 이는 기존의 이중나선이 두 가닥으로 쪼개지고 각각을 기반으로 새로운 염기가 합쳐져 새로운 DNA가 합성된다는 원리입니다. 또한 콘버그는 이러한 복제 과정이 수천, 수만 개의 염기를 단 몇 초 만에 처리할 수 있도록 돕는 생체 촉매인 DNA 복제 효소를 발견했습니다. 이러한 효소의 존재 덕분에 우리 몸은 방대한 유전 정보를 신속하고 정확하게 복제하며 생명 활동을 유지할 수 있습니다. 유전자의 염기 서열은 단백질을 구성하는 아미노산의 종류와 조합을 결정하며, 이는 곧 단백질의 고유한 입체 구조와 기능으로 이어집니다. 우리 몸의 근육을 움직이는 마이오신이나 산소를 운반하는 헤모글로빈처럼, 단백질은 그 모양에 따라 각기 다른 생체 기능을 수행합니다. 결국 유전자의 미세한 염기 서열 차이가 단백질의 기능을 변화시키고, 이것이 생명체의 외형이나 특성 같은 다양한 현상을 좌우하게 되는 것입니다. 이는 생명체의 다양성이 분자 수준에서 어떻게 시작되는지를 잘 보여줍니다. 하지만 생명체의 모든 운명이 오직 유전자에 의해서만 결정되는 것은 아닙니다. 최근 주목받는 후생유전학은 동일한 유전자를 가졌더라도 환경이나 시기에 따라 유전자의 발현 정도가 달라질 수 있음을 설명합니다. 세포 내에서 DNA는 히스톤 단백질에 감겨 염색체 형태를 띠는데, 이 구조가 풀리고 닫히는 타이밍에 따라 유전 정보의 읽기 여부가 결정됩니다. 즉, 우리가 처한 환경과 생활 방식이 유전자의 스위치를 켜고 끄는 역할을 하며 생명체의 다양성을 더욱 풍성하게 만드는 것입니다. 현대 과학은 염기 서열을 읽는 단계를 넘어 이를 조작하고 치료에 활용하는 수준에 도달했습니다. 특정 염기 서열을 자르는 제한 효소의 발견은 유전자 재조합 기술을 가능하게 했으며, 이는 생명공학 분야의 비약적인 발전을 이끌었습니다. 나아가 건강한 유전자를 바이러스에 실어 환자의 세포에 전달하는 유전자 치료는 난치병 해결의 새로운 열쇠가 되고 있습니다. 이처럼 DNA에 대한 깊은 이해는 인류가 질병을 극복하고 생명의 신비를 응용하는 데 결정적인 기여를 하고 있습니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[석학인터뷰] 메리 콜린스(UCL 면역학부 교수)_과학은 친구들과 수다 떨면서 하는 재밌는 학문이죠

일본 사회에서 여성 과학자가 마주하는 현실은 매우 엄격합니다. 결혼한 여성에게 완벽한 아내와 어머니, 그리고 훌륭한 연구자라는 세 가지 역할을 동시에 요구하는 높은 기대치는 큰 부담이 됩니다. 이는 영국과도 차이가 있는데, 영국은 주니어 단계의 여성 과학자는 많지만 리더급으로 성장하는 경우는 드뭅니다. 연구와 리더십이라는 두 가지 막중한 책임을 동시에 수행하는 것이 현실적으로 매우 어렵기 때문입니다. 이러한 환경적 요인은 여성 과학자들이 연구 자체에만 집중하게 만드는 선택의 기로에 서게 합니다. 과학계의 리더십 문제는 단순히 개인의 역량 차이가 아니라 사회적 구조와 깊이 연관되어 있습니다. 여성들이 가족과 부모, 아이를 돌봐야 한다는 사회적 압박은 연구에 온전히 집중하는 것을 방해하는 근본적인 원인이 됩니다. 연구실 운영과 조직 관리라는 두 마리 토끼를 잡는 것은 누구에게나 힘든 일이며, 이를 해결하기 위해서는 가사 분담과 같은 실질적인 지원과 더불어 사회적 인식의 변화가 반드시 선행되어야 합니다. 리더십에 집중하기 위해 연구실 운영을 내려놓는 결단이 필요한 경우도 생깁니다. 어린 여학생들이 과학에 흥미를 느끼게 하려면 초등학교 시절부터 롤모델을 접하게 하는 것이 중요합니다. 과학이 단순히 딱딱한 학문이 아니라 사람들과 소통하고 협력하는 창의적인 분야임을 깨뜩게 해주어야 합니다. 많은 여학생이 심리학을 선택하는 이유는 그것이 사람과 관련된 학문이라 생각하기 때문입니다. 따라서 고등학교 시절 연구실 체험 등을 통해 과학 역시 즐거운 팀워크의 과정임을 직접 경험하게 하는 노력이 필요합니다. 과학은 이상한 교수님들만 있는 곳이 아니라 친구들과 어울리며 즐겁게 일할 수 있는 곳입니다. 생명공학 분야의 혁신인 유전자 치료나 크리스퍼(CRISPR) 기술은 의학적 난제를 해결할 열쇠로 주목받고 있습니다. 하지만 이러한 기술이 실제 환자들에게 혜택으로 돌아가기까지는 매우 긴 시간이 필요합니다. 과거 유전자 치료의 사례를 보면 기술에 대한 기대가 정점에 달한 시점으로부터 실제 임상 적용까지 약 40년이라는 세월이 걸렸습니다. 과학적 발견이 노벨상으로 이어지는 것도 중요하지만, 연구실에서 환자에게 도달하기까지의 복잡한 과정과 그 속에 담긴 인내의 시간을 이해하는 것이 무엇보다 중요합니다. 한국은 이미 세계적인 수준의 기술력을 보유하고 있으며, 과학을 소중히 여기는 열정적인 문화를 가지고 있습니다. 노벨상 수상에 대한 과도한 압박감을 느끼기보다는 현재 보유한 기술적 강점에 자부심을 갖는 태도가 필요합니다. 기초 과학에 대한 투자와 더불어 젊은 연구자들에게 자유로운 연구 환경을 제공한다면, 기술 강국으로서의 면모는 더욱 빛날 것입니다. 자신의 직관을 믿고 연구에 몰입할 수 있는 문화가 정착될 때 진정한 과학적 진보가 이루어지며, 이는 국가의 자부심으로 이어질 것입니다.

Mary Katharine Levinge Collins(메리 콜린스)

카오스재단석학인터뷰

생명과학
융합

[강연] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 (2) _ 조윤제 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 2강 | 2강 ②

유전자가 생명체의 모든 것을 결정한다는 생각은 현대 과학에서 점차 변화하고 있습니다. 최근 주목받는 후성유전학은 유전자가 항상 발현되는 것이 아니라 환경이나 시기에 따라 그 양상이 달라질 수 있음을 보여줍니다. 흥미롭게도 인간의 유전자 수는 약 2만 1,000개로, 쥐나 감자보다 적거나 비슷한 수준입니다. 유전자의 절대적인 개수가 생명체의 고등함을 결정짓는 유일한 척도는 아니라는 사실은 생명 현상의 복잡성을 다시금 일깨워 줍니다. 생명체의 다양성은 유전자의 미세한 변이와 화학적 변화에서 시작됩니다. 염기들 사이의 수소 결합이 자연적으로 이동하거나 자외선 같은 외부 요인으로 인해 DNA 구조가 변하면서 새로운 형질이 나타나기도 합니다. 이러한 변이는 때로 질병의 원인이 되기도 하지만, 생태계 전체의 다양성을 풍성하게 만드는 핵심 동력이 됩니다. 또한 단백질이 만들어진 이후에 일어나는 다양한 단백질 번역 후 변형 과정은 한정된 유전자로도 수많은 기능을 수행할 수 있게 합니다. 감수 분열 과정에서 일어나는 유전자 재조합은 생명체가 가질 수 있는 경우의 수를 무한대에 가깝게 확장합니다. 인간의 경우 부모로부터 물려받는 23쌍의 염색체가 재조합되면서 이론적으로 64조 개 이상의 다양한 조합이 가능해집니다. 여기에 더해 '스플라이싱'이라는 과정을 통해 하나의 유전자에서 여러 종류의 단백질을 만들어냄으로써 생명체는 더욱 정교한 체계를 갖추게 됩니다. 이러한 메커니즘 덕분에 지구상의 모든 생명체는 각기 고유한 개성을 지니게 됩니다. 현대 생명공학은 이러한 유전 법칙을 이해하는 데 그치지 않고 이를 실생활에 응용하는 단계에 이르렀습니다. 특정 염기서열을 인식해 절단하는 제한 효소의 발견은 유전자 재조합 기술의 시대를 열었습니다. 과학자들은 미생물의 플라스미드에 유용한 유전자를 삽입하여 질병 치료를 위한 의약품이나 산업용 효소를 대량으로 생산합니다. 이는 생명체의 설계도를 인간이 의도에 맞게 수정하고 보완할 수 있게 된 획기적인 변화라고 할 수 있습니다. DNA를 비약적으로 증폭시키는 PCR 기술은 범죄 수사부터 질병 진단까지 현대 사회의 필수적인 도구가 되었습니다. 아주 적은 양의 시료만으로도 유전 정보를 분석할 수 있게 되면서 과학적 수사의 정확도가 높아졌고, 유전자 치료법을 통해 난치병을 극복하려는 시도도 이어지고 있습니다. 건강한 유전자를 바이러스에 실어 환자의 몸에 전달하는 기술은 생명 과학이 인류의 건강과 생존에 얼마나 깊숙이 관여하고 있는지를 잘 보여주는 사례입니다.

조윤제

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 유전자가위로 유전자 수술하기 (2) _ 김진수 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ④

유전자 수술은 환자의 세포를 교정하여 다시 주입하거나, 체내로 직접 유전자 가위를 전달하는 혁신적인 치료 방식입니다. 특히 신경 세포나 간처럼 체외로 꺼내기 어려운 조직의 경우, 체내 직접 전달 기술이 필수적입니다. 이를 위해 연구자들은 효율적인 전달체인 AAV에 들어갈 수 있는 아주 작은 크기의 Cas9 단백질을 찾아냈습니다. 이러한 기술적 진보는 기존에 치료가 불가능했던 다양한 유전 질환과 퇴행성 질환을 정복할 수 있는 새로운 길을 열어주고 있으며, 실제 생쥐 실험을 통해 황반변성 치료 효과를 입증하는 성과를 거두기도 했습니다. 성체 세포를 모두 교정하는 것은 물리적으로 불가능하기에, 온몸의 유전자를 바꾸기 위한 대안으로 배아 유전자 교정이 제안되었습니다. 한 개의 세포 단계인 배아에서 유전자를 교정하면, 이후 태어나는 아이의 모든 세포에 교정된 유전자가 반영됩니다. 이미 원숭이를 포함한 수십 종의 동물 모델에서 그 성공 가능성이 입증되었으며, 이는 유전병의 대물림을 끊을 수 있는 획기적인 방법으로 주목받고 있습니다. 다만 실제 인간 배아의 착상과 출산에 대해서는 전 세계적으로 신중한 논의와 엄격한 규제가 이어지고 있는 상황입니다. 유전자 가위 기술은 의료 분야를 넘어 농축산물 시장에서도 거대한 변화를 일으키고 있습니다. 근육량을 늘린 돼지나 곰팡이병에 강한 바나나를 만드는 연구가 대표적입니다. 특히 외부 유전자를 삽입하지 않는 방식은 기존 GMO 규제에서 자유로울 수 있다는 장점이 있습니다. 이는 수백 년간 이어온 전통적인 육종 방식보다 훨씬 정교하고 빠르며, 식량 위기를 해결할 수 있는 핵심 기술로 평가받습니다. 먹거리 시장의 규모가 반도체나 자동차 시장을 압도한다는 점에서, 유전자 교정 작물의 경제적 가치와 영향력은 상상을 초월할 것으로 보입니다. 기술의 발전 속도에 비해 이를 뒷받침하는 법적, 윤리적 가이드라인은 여전히 논쟁의 중심에 있습니다. 우리나라는 생명윤리법에 의해 연구 자체가 엄격히 제한되어 있으나, 해외에서는 기술적 난관 극복을 위한 연구가 활발히 진행 중입니다. 만약 우리가 연구의 기회조차 잃게 된다면, 미래에는 막대한 비용을 지불하고 해외 기술을 수입해야 하는 상황에 직면할 수 있습니다. 따라서 무조건적인 금지보다는 안전성과 유효성을 검증하며 사회적 합의를 도출해 나가는 과정이 필요하며, 이는 유전 질환으로 고통받는 환자들에게도 중요한 희망이 될 것입니다. 인류는 이제 유전자를 무작위적 변이에 맡기던 '눈먼 시계공'의 시대를 지나, 생명체를 정교하게 프로그래밍할 수 있는 '눈뜬 시계공'의 시대로 진입했습니다. 유전자 가위는 난치병 치료와 식량 문제 해결이라는 축복이 될 수도 있지만, 외모 개선이나 지능 강화와 같은 우생학적 도구로 악용될 위험도 내포하고 있습니다. 또한 생태계에 미칠 영향에 대해서도 깊은 고민이 필요합니다. 결국 이 강력한 도구를 어떤 방향으로 사용할지는 과학자만의 몫이 아니라, 우리 사회 구성원 모두의 합리적인 판단과 지속적인 관심에 달려 있습니다.

김진수

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 유전자가위로 유전자 수술하기 (1) _ 김진수 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ③

유전자 가위는 DNA를 정교하게 잘라내고 수술하는 혁신적인 도구입니다. 이 기술은 난치병 치료뿐만 아니라 농작물과 가축의 개량 등 다양한 분야에서 부가가치를 창출할 잠재력을 지니고 있습니다. 특히 3세대 크리스퍼 유전자 가위의 등장은 생명과학계의 거대한 전환점이 되었습니다. 이제 유전자 교정은 실험실의 연구를 넘어 사회적 함의를 지닌 중요한 화두가 되었으며, 일반인들도 이 기술의 원리와 영향을 이해하는 것이 필요합니다. 로봇이나 인공지능과 더불어 미래를 바꿀 10대 기술로 선정될 만큼 그 중요성이 날로 커지고 있습니다. 지구상의 모든 생명체는 공통 조상에서 유래했지만, DNA의 변이가 축적되면서 수천만 종의 다양성이 생겨났습니다. 하지만 이러한 변이는 때로 유전 질환의 원인이 되기도 합니다. 예를 들어 낫 모양 적혈구 빈혈은 32억 개의 염기쌍 중 단 한 글자가 바뀌어 발생하며, 환자들은 평생 심각한 빈혈과 고통에 시달립니다. 이처럼 아주 미세한 유전자 차이가 건강과 질병을 결정짓는 결정적인 요인이 됩니다. 현재까지 만여 종의 유전 질환이 알려져 있으며, 이는 신생아의 약 1%에게 영향을 미칠 정도로 우리 삶과 밀접한 관련이 있습니다. 과거의 유전자 치료는 외부에서 합성 유전자를 주입하는 방식이었으나, 유전자가 무작위로 삽입되어 암을 유발하는 등 안전성 문제가 있었습니다. 이를 극복하기 위해 등장한 것이 유전자 가위 기술입니다. 1세대 징크 핑거와 2세대 탈렌을 거쳐 현재의 3세대 크리스퍼 유전자 가위에 이르기까지 기술은 비약적으로 발전했습니다. 초기 기술들은 제작이 어렵고 진입 장벽이 높았으나, 3세대 크리스퍼 유전자 가위는 누구나 손쉽게 사용할 수 있을 만큼 정확하고 효율적입니다. 이러한 기술적 혁신 덕분에 이제는 유전자를 단순히 관찰하는 수준을 넘어 정교하게 교정하는 시대가 열렸습니다. 3세대 크리스퍼 유전자 가위는 본래 미생물이 바이러스의 침입에 대항하기 위해 발달시킨 정교한 면역 체계에서 유래했습니다. 세균은 자신을 공격했던 바이러스의 유전자 조각을 자신의 DNA에 기록해 두었다가, 동일한 적이 다시 침입하면 이를 인식해 잘라버립니다. 과학자들은 이 놀라운 시스템을 인간 세포에 적용하는 데 성공했습니다. 인간의 DNA는 히스톤 단백질에 복잡하게 꼬여 있어 접근이 어렵다는 회의적인 시각도 있었으나, 연구를 통해 32억 개의 염기쌍 중 원하는 표적을 정확히 찾아내어 절단할 수 있음을 증명해 냈습니다. 유전자 가위 기술은 이미 구체적인 치료 사례를 만들어내고 있습니다. HIV의 수용체인 CCR5 유전자를 제거하여 면역력을 갖게 하거나, 뒤집힌 유전자를 바로잡아 혈우병을 치료하는 연구가 활발히 진행 중입니다. 실제로 혈우병 생쥐 모델에서 교정된 세포를 통해 증상을 완화하는 성과를 거두기도 했습니다. 이러한 기술은 인간뿐만 아니라 동식물 등 생태계 전반에 적용되어 새로운 세상을 열어줄 것으로 기대됩니다. 인류 역사상 최초로 유전자를 직접 수술하여 질병을 근원적으로 치유하는 시대가 눈앞에 다가와 있습니다.

김진수

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (5) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ⑤

동굴 물고기가 투명해지는 현상은 생존을 위한 에너지 효율의 결과입니다. 빛이 없는 환경에서는 화려한 색을 유지하는 데 에너지를 쓰는 것보다, 그 노력을 후각이나 다른 감각의 발달로 돌리는 것이 유리하기 때문입니다. 이는 단순히 보일 필요가 없어서가 아니라, 스트레스에 반응하는 호르몬 변화와 분자적 메커니즘이 결합된 진화의 과정입니다. 생물은 환경에 맞춰 가장 최적화된 생존 전략을 선택하며 변화해 나갑니다. 색이 없어도 생존에 문제가 없다면, 그러한 개체들이 군집 내에서 더 많이 살아남아 진화의 방향을 결정하게 됩니다. 시각 장애인의 다른 감각이 발달하는 이유는 뇌의 가소성과 자원 배분 때문입니다. 우리 뇌는 가용 에너지가 한정된 제로섬 게임과 같아서, 특정 감각 정보가 차단되면 그 능력을 보상하기 위해 촉각이나 청각 같은 다른 영역이 더 활성화됩니다. 이는 뇌의 일부만 사용한다는 속설과는 다르며, 생존에 필요한 정보를 더 효율적으로 처리하기 위한 필터링 과정의 결과입니다. 천재들이 특정 분야에서 부족함을 보이며 다른 능력을 극대화하는 것도 비슷한 맥락으로 이해할 수 있습니다. 결국 뇌는 주어진 환경에서 가장 필요한 정보에 주의를 집중하도록 설계되어 있습니다. 우리가 무지개를 일곱 가지 색으로 인식하는 것은 사회적 학습과 언어의 영향이 큽니다. 실제 자연계의 빛은 수많은 연속적인 스펙트럼으로 이루어져 있으며, 개인의 민감도나 직업적 훈련에 따라 인지하는 색의 가짓수는 수백 가지로 늘어날 수 있습니다. 색을 지각하는 세포의 수 자체가 다르기보다는, 미세한 색 차이를 얼마나 예민하게 받아들이느냐의 인지적 차이가 더 중요합니다. 결국 본다는 행위는 물리적 자극을 넘어 개인의 경험과 관심이 반영된 결과물이라 할 수 있습니다. 우리가 10만 가지 정도의 색을 구분할 수 있는 잠재력은 바로 이러한 인지적 노력에서 나옵니다. 현대인이 겪는 눈의 피로는 주로 안구를 움직이는 근육의 긴장에서 비롯됩니다. 눈은 정지된 물체보다 움직임에서 정보를 얻기 위해 끊임없이 미세하게 움직이는데, 이 과정에서 근육에 피로가 쌓이는 것입니다. 따뜻한 마사지는 혈관을 확장해 혈액 순환을 돕고 근육통을 완화하는 효과가 있습니다. 또한, 효과가 있다는 믿음 자체가 뇌에 긍정적인 영향을 주는 위약 효과도 무시할 수 없습니다. 눈의 건강을 지키기 위해서는 물리적 휴식과 심리적 안정이 조화를 이루어야 합니다. 망막 세포 자체는 통증을 느끼지 못하므로, 우리가 느끼는 피로감은 대부분 눈을 지탱하는 근육의 신호입니다. 자외선과 고에너지 청색광은 눈의 수정체와 망막에 직접적인 손상을 줄 수 있습니다. 수정체의 단백질이 변성되면 백내장이 발생하고, 망막 세포의 재생 능력이 손상과 보상의 균형을 잃으면 노인성 질환으로 이어집니다. 망막 세포는 매일 일정 비율로 재생되지만, 나이가 들수록 이 회복력이 떨어지기 때문에 젊을 때부터 선글라스 착용 등을 통해 자외선을 차단하는 습관이 중요합니다. 눈은 우리 몸에서 가장 예민한 감각 기관인 만큼 선제적인 보호가 필수적입니다. 스마트폰의 청색광 역시 완전히 검증되지는 않았으나, 망막 세포에 가해지는 에너지 자극이라는 측면에서 주의가 필요합니다. 시각 장애를 극복하기 위한 현대 과학의 시도는 유전자 가위, 줄기세포, 인공 망막 등 다양한 방향으로 진행되고 있습니다. 망막 세포를 이식하거나 CCD 카메라 모듈을 시신경에 연결하는 기술은 이미 연구 단계에 있으며, 중요한 것은 뇌가 새로운 신호를 학습하는 재활 과정입니다. 우리 뇌는 외부 자극에 적응하는 능력이 뛰어나기 때문에, 기술적 보완과 함께 정교한 훈련이 병행된다면 잃어버린 시각 정보를 다시 인지하는 것도 불가능한 영역은 아닙니다. 선천적인 색맹의 경우에도 유전자 조작 기술을 통해 사전에 방지하거나, 후천적인 손상을 줄기세포로 회복시키는 연구가 미래의 가능성을 열어주고 있습니다. 인간의 눈은 문어와 달리 시신경과 혈관이 광수용 세포 앞에 위치한 거꾸로 된 구조를 가지고 있습니다. 이로 인해 맹점이 생기고 혈관 질환 시 실명 위험이 크다는 단점이 있지만, 반사되는 빛을 차단해 더 선명한 상을 얻는 이점도 존재합니다. 진화는 완벽한 설계보다는 주어진 환경에서 최선의 타협점을 찾아가는 과정입니다. 광섬유처럼 빛을 전달하는 뮬러 세포의 존재는 이러한 구조적 한계를 극복하기 위한 생명체의 놀라운 적응력을 잘 보여줍니다. 비효율적으로 보일 수 있는 구조 안에서도 생명은 최적의 시각 정보를 얻기 위해 정교한 보완 장치를 마련하며 진화해 왔습니다.

석현정, 정용, 최철희

카오스재단카오스강연

물리학
생명과학

유전자치료

[인터뷰] 이현숙 _ DNA의 이중 나선 구조는 옛말! | 2022 '진화가 필요한 순간'

카오스재단석학인터뷰

[바이러스와의 찐한 만남] ‘유전자 가위와 바이러스’ 현장 강연

국립과천과학관👉기획·특별전

[명강리뷰] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 by 조윤제ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 2강

카오스재단명강리뷰&질문Q

[석학인터뷰] 메리 콜린스(UCL 면역학부 교수)_과학은 친구들과 수다 떨면서 하는 재밌는 학문이죠

카오스재단석학인터뷰

[강연] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 (2) _ 조윤제 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 2강 | 2강 ②

카오스재단카오스강연

[강연] 유전자가위로 유전자 수술하기 (2) _ 김진수 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ④

카오스재단카오스강연

[강연] 유전자가위로 유전자 수술하기 (1) _ 김진수 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ③

카오스재단카오스강연

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (5) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ⑤

카오스재단카오스강연

유전자치료

[인터뷰] 이현숙 _ DNA의 이중 나선 구조는 옛말! | 2022 '진화가 필요한 순간'

카오스재단석학인터뷰

[바이러스와의 찐한 만남] ‘유전자 가위와 바이러스’ 현장 강연

국립과천과학관👉기획·특별전

[명강리뷰] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 by 조윤제ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 2강

카오스재단명강리뷰&질문Q

[석학인터뷰] 메리 콜린스(UCL 면역학부 교수)_과학은 친구들과 수다 떨면서 하는 재밌는 학문이죠

카오스재단석학인터뷰

[강연] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 (2) _ 조윤제 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 2강 | 2강 ②

카오스재단카오스강연

[강연] 유전자가위로 유전자 수술하기 (2) _ 김진수 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ④

카오스재단카오스강연

[강연] 유전자가위로 유전자 수술하기 (1) _ 김진수 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ③

카오스재단카오스강연

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (5) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ⑤

카오스재단카오스강연