늘어나는 불임부부, 그 대책은?
-비만과 불임의 상관관계-

저출산이 사회적인 이슈가 된 것은 오늘 내일의 일이 아니죠. 10여 년 전부터 대두되어 왔고, 앞으로는 더욱 심화될 것으로 보고 있습니다. 2006년 통계를 보면 우리나라의 출산율은 1.13으로 저출산 대안이 부각되고 있는 실정입니다.

불임이란?
일반적으로 불임이란 정상적인 부부관계에도 불구하고 1년 이내에 임신이 되지 않을 경우로 정의합니다. 하지만 최근에는 30대 불임부부가 급증하고 있다는 뉴스가 자주 보도되면서 불안감에 급하게 병원을 찾는 젊은 부부도 늘어나고 있다고 하는데요, 보통 임신 가능성은 특별한 피임없이 3개월 안에 57%, 6개월 안에 72% 정도만이 임신이 되고, 각 배란 주기당 약 25%에 불과하다고 합니다. 특히 요즘에는 배란주기가 불규칙한 경우도 많으므로 수치는 더 떨어질 수 밖에 없는데요, 그러니 무엇보다도 마음을 편하게 하고 1년 정도는 기다려보는 것이 좋다고 합니다.

@bethanykphotography / http://www.flickr.com/photos/bethykae/3377899104

불임의 원인은?
그렇다면 최근들어 급증하고 있는 불임의 원인은 무엇일까?
불임의 원인은 남성에게 40%, 여성에게 40%, 둘다 문제인 경우가 10%, 원인불명인 경우가 10% 정도라고 합니다. 그러니 검사를 받을 때는 부부가 함께 검사를 받아야 합니다.

불임의 원인으로는 다양한 요인들이 있는데요, 과도한 흡연, 음주, 무정자등, 배란장애, 조기폐경, 각종 질환, 환경적인 요인 등이 있으며, 비만도 불임의 한 원인으로 지목되고 있습니다. 통계자료에 의하면 불임 환자의 6%는 비만이 원인이라고 하니, 혹시 불임으로 의심된다면 비만이 원인이 아닌지는 진단해 봐야 합니다. 또한 사회적으로 결혼연령이 높아지고 있다는 점도 요인의 하나입니다.

불임의 원인은 남성과 여성으로 구분됩니다. 남성은 정액 속에 정자가 없는 무정자증이 대표적인 원인으로, 부족한 정자의 양, 떨어지는 정자의 운동성, 기형, 성분 이상, 성기능 장애들이 있습니다. 여성은 배란장애가 대표적이며, 막힌 나팔관, 골반강 내 이상, 자궁강 내 이상 등이 불임의 원인입니다.

@Ferran. / http://www.flickr.com/photos/ferran-jorda/3497520295

불임과 비만의 상관관계
비만은 성별에 관계없는 불임의 원인입니다. 남성의 경우 뚱뚱해지면 성호르몬의 균형이 깨지면서 남성호르몬은 줄어들고, 여성호르몬은 상대적으로 증가하여 정자의 수가 감소 또는 아예 생산을 못하게 됩니다. 2012년 10월에는 10대 비만이 남성호르몬 테스토스테론을 50% 가까이 감소시켜 나중에 불임 위험이 커진다는 연구결과가 나오기도 했습니다. 이 연구는 미국 버펄로 대학 의과대의 파레시 단도나(Paresh Dandona)박사가 14~20세 비만 청소년 25명과 체중이 정상인 25명을 대상으로 총 테스토스테론과 유리(free)테스토스테론의 아침식사 전 공복 혈중수치를 측정하여 이루어졌습니다.

또한 비만은 성인병을 유발하여 성욕감퇴, 성기능 장애를 유발하며, 음경 부위에 지방이 축적되어 음경이 상대적으로 작아지면서 발기부전이 발생할 수 있습니다.

@POPOEVER / http://www.flickr.com/photos/popoever/214417412


 
여성의 경우도 마찬가지입니다. 뚱뚱한 여성은 탄수화물, 단백질, 지방의 축적으로 인슐린은 충분하지만 제 기능하지 못하는 인슐린 저항성이 심해져 성호르몬의 균형이 깨집니다. 이는 난소의 스테로이드 합성 이상으로 무배란증을 일으킬 수 있습니다. 또한 난소의 기능 저하, 난소 낭종을 유발하고 자궁 내막암, 유방암의 위험도도 높아집니다. 미국 텍사스 대학 연구팀의 연구결과에 의하며 뚱뚱한 여성들이 정상 체중의 여성들보다 기형을 가진 아이를 출산할 위험이 높다고 합니다.

미국 국립보건원(NIH) 산하 환경보건과학 연구팀에 의하면 40세 이하 1400여 명의 부부를 대상으로 체중과 불임확률을 분석한 결과 몸무게가 9kg 증가하면 불임부부가 될 확률이 10%나 증가하는 것으로 나타났다고 합니다.

@hellinjay http://www.flickr.com/photos/hellinjay/352920376

불임과 관련된 연구들
2012년 1월에는 영국 일간 켈레그래프에서 과학자들이 시험관에서 생식세포로 정자를 배양하는데 성공했다는 뉴스를 보도하기도 했습니다. 독일 뮌스터대학 스테판 슬라트 교수가 속한 독일, 이스라엘 공동연구진이 주도한 이번 연구는 생쥐 고환에 있는 생식세포 소량을 시험관에서 성숙시켜 정자로 배양하는데 성공했습니다. 지금까지는 정자가 없거나 매우 적은 경우 정자를 기증받아야 했으나 이번 실험이 성공함으로써 자신의 생식세포를 이용하여 정자를 배양할 길이 열렸다는데 의미가 있습니다. 하지만 아쉽게도 동물실험에 성공한 경우라 인간에 적용하기까지는 시간이 소요될 것으로 보입니다.

@Carl Zeiss Microscopy / http://www.flickr.com/photos/zeissmicro/6908944281/

한편, 2012년 12월 16일 네이처 셀 바이올로지(http://www.nature.com/news/first-road-map-of-human-sex-cell-development-1.12048)에는 인류 생식세포 조기발육 상황에 대한 연구성과가 실렸습니다.
미국 캘리포니아 주립대학 LA분교 연구진에 의해 수행된 이번 연구는 생후 6~20주 사이의 태아를 대상으로 생식 세포의 조기발육 연구를 진행했으며, 그 결과 인류의 조기생식세포 내 DNA가 유전자의 배열 자체에는 영향을 미치지 못하면서 유전자의 표현방식을 결정하는 물질을 지니고 있음을 발견했습니다. 이를 통해 그동안 인간 생식세포 초기 발달 단계에 대한 부족했던 지식을 보완하고 과학자들이 실험실 단위에서 생식 세포를 어떻게 만들 것인지에 대해 정립하는데에도 도움이 될 것으로 보입니다. (출처: KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』)

@wellcome image / http://www.flickr.com/photos/wellcomeimages/5814253423/ Credit: Anna Tanczos. Wellcome Imagesimages@wellcome.ac.ukimages.wellcome.ac.uk

지금까지 불임이 우리사회에 미치는 영향부터 불임이 생기는 원인, 그리고 관련 연구까지 알아보았습니다. 정부차원에서는 불임부부들을 적절한 정책을 통해 도와주어서 사회적으로 큰 문제인 저출산율과 불임부부들의 사회적 고통을 공공의 차원에서 해결해주어야 할 것입니다. 또한 불임부부가 될 위험요인(비만 등)을 가지고 있는 부부들은 정기적인 검진과 운동, 처방을 통해서 미래 자신들의 건강한 아기를 위해 자신에게 시간과 비용을 미리 투자해야 할 것입니다.
하지만 무엇보다 불임에 대한 사회의 인식부터 바뀌어야 하지 않을까요?

Plus.
정부는 불임부부를 위해 어떤 보조를 하고 있을까? 정부는 2006년부터 우리 사회에 심화된 저출산 극복을 위해 출산지원정책의 일환으로 불임부부 지원 사업을 도입하여 불임부부의 보조생식 시술에 따른 의료비 일부를 지원하고 있습니다. 고가의 비용을 요하는 체외 수정 비용 일부를 지원하여 불임부부의 경제적 부담을 완화시킴으로써 경제적인 문제가 출산에 장애가 되지 않도록 하였지만 한정된 예산으로 인해 지원이 제한적이었습니다. 그래서 2009년부터 지원횟수를 증가하였고, 2010년에는 지원 대상을 확대하여 포괄적인 서비스로 발전하고자 하였습니다.

(출처:황나미,황정혜, 김지은 저출산 극복을 위한 불임부부 지원사업 현황과 정책방향, 한국보건사회연구원, 2010)


참고로 2010년에는 553억 원이라는 공적 재원을 마련하여 지원하였는데요, 이러한 공적 재원의 마련에도 불구하고 불임부부들을 위한 제도적인 한계를 실감하였으며, 체외 수정 시술비가 총 비용의 60% 수준인 180만원(기초생활수급자는 300만원)만 지원되고 지원횟수도 3~4회로 제한되던 기존의 제도에서 인공수정 등 보조생식시술을 전면 1)급여화(요양급여)하는 방안을 추진하였습니다. (불임치료 전면 급여화 법개정 추진 2011.3.7)

이는 2009년 한 해 동안 불임으로 치료받은 환자 수가 19만 명으로 2005년에 비해 25%가 증가한 것과 불임부부들의 이전 제도의 한계점을 지적하면서 비롯되었습니다. 이와 같이 불임부부가 매년 빠른 속도로 증가하고 있지만 치료비가 고가라 부담이 크다는 점을 고려하여 국가가 지원함으로써 불임 부부의 임신을 돕고 저출산 문제를 정부차원에서 해결하고자 한 것입니다.

(출처:황나미,황정혜, 김지은 저출산 극복을 위한 불임부부 지원사업 현황과 정책방향, 한국보건사회연구원, 2010)

그렇다면 불임치료에 영향을 주는 불임극복을 위한 의료이용 실태 및 만족도는 어떨까? 2)논문에 의하면 임신에 성공한 여성의 체외수정시술 경험횟수는 1회가 가장 많아 37.0%, 2회 29.6%, 3회 14.8%이며, 4회 째 시술하여 임신한 경우는 급격히 낮아져 7.4%였습니다.

임신 여성의 인공수정 시술경험횟수는 3회가 33.3%으로 가장 많았고, 1회 29.2%, 2회 25.0% 순이며 4회는 4.2%로 매우 낮아져 일반적으로 인공수정을 3회 시도한 후 안 될 경우 체외수정 시술을 시도하는 것으로 간주할 수 있습니다. 또한 불임부부들은 불임으로 인하여 신체적, 정신적으로 고통을 받고 있는 것으로 나타났는데요, 특히 여성의 경우 치료과정 중에 경험하는 고통과 의료진과의 관계에서 좌절을 경험하며, 또한 임신이 되었다가 유산을 할 경우 더욱 큰 괴로움과 고통을 느끼는 것으로 조사되었습니다.(Unruh & McGrath, 1985)

한편 4)논문에 의하면 정신적 고통과 우울실태를 파악한 결과, 정신적 고통과 우울증이 매우 심각하다고 응답한 여성 42.1%, 약간 심란하다는 것이 52,5%로 94.6%가 치료를 요하는 우울증을 앓고 있는 것으로 나타났는데요. 불임치료를 받고 있는 대상자를 조사한 결과 78.9%가 우울증, 신경쇠약 등의 정신적 문제와 위염, 위궤양 등의 소화기계 문제, 만성두통, 심장병, 고혈압, 저혈압, 당뇨병 등을 앓고 있는 것으로 나타나 불임이 사회에 미치는 영향이 크다는 것을 알 수 있었습니다

<Reference>
1)이의준 ; | 건강소식 v.34 no.9 = no.382 , pp.26 - 27 , 2010
2)황나미,황정혜, 김지은 저출산 극복을 위한 불임부부 지원사업 현황과 정책방향, 한국보건사회연구원, 2010
3)불임치료 전면 급여화 법개정 추진 2011.3.7
4)Unruh & McGrath, 1985



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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

SNP(Single Nucleotide Polymorphism)와 맞춤의학


안녕하세요? 국가과학기술위원회 블로그 기자단 2기 이다호라입니다.  
사람마다 다른 특성에 따라 질병을 예방하고 관리할 수 있다면 어떻게 될까요? 최근 생명공학 기술의 발전으로 사람의 유전자를 분석해 질병을 맞춤 관리할 수 있는 맞춤 의학이 발전되고 있습니다. 맞춤의학에서 가장 중요한 SNP(Single Nucleotide Polymorphism)의 원리와 함께 맞춤의학에 대해 알아보겠습니다.

DNA의 유전암호 DaveFayram http://www.flickr.com/photos/davefayram/4247007084/

먼저 SNP에 대해 알아보기 전에, 유전정보가 어디서 오는지 살펴볼까요?

우리 몸은 세포로 이뤄져있고, 세포는 공통적으로 핵을 가지고 있습니다. 그 핵 속에는 염색체라는 물질이 있는데, 염색체 안에는 유전 정보를 저장하는 DNA가 존재합니다. DNA는 유전정보 전달물질이며, 생명체를 구성하는 유전자 설계도라고 말할 수 있답니다. 이 유전자 설계도는 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 사이토신(C) 네 가지의 염기로 암호화 되어있습니다. 이 네 가지의 염기가 만드는 암호에 따라 생물의 구조와 특성이 변하게 되는 것입니다. 이 DNA 중에서 특별한 기능을 암호화하는 구간을 유전자라고 하며, 우리 몸에는 25,000개의 중요한 유전자가 있답니다. 유전자는 머리카락의 색, 피부색, 키부터 질병에 걸릴 위험까지 우리 몸의 모든 것을 결정합니다. 

DNA의 구조 @ynse http://www.flickr.com/photos/ynse/542370154/

DNA에서 유전정보가 어떻게 암호화될까요?
앞에서도 말한 것처럼 DNA 분자는 A, G, C, T의 4가지 염기를 배열하여 암호를 만듭니다. 이 4가지 염기 중에서 3개가 만나면 정보를 가지게 되며, AGC, AGT, ATC, ACG 등 64가지의 암호문을 만들 수 있습니다. DNA에서 이처럼 3개의 염기로 된 코드는 ‘트리플렛 코드(triplet code, 3염기설)’라고 불리며, 특정한 아미노산을 지정하게 됩니다. 따라서 염기의 배열 순서에 따라 만들어지는 단백질의 종류가 달라지는 것입니다.

유전정보의 암호화 @dullhunk / http://www.flickr.com/photos/dullhunk/4422952630

그럼 SNP((Single Nucleotide Polymorphism))는 무엇일까요?
사람의 DNA은 99.9%가 동일한 구조를 가지지만, 남은 0.1%의 차이가 머리색, 키, 체질 등의 변화를 가져옵니다. 개인별로 염기서열의 차이를 분석해보면, 그 중 90%가 같은 위치에서 한 염기가 다른 염기로 바뀐 것을 알 수 있습니다. 이렇게 여러 사람들의 DNA 염기서열에서 다른 염기가 같은 위치에서 발견되는 것SNP(Single Nucleotide Polymorphism : 단일염기다형성)라고 합니다.

SNP의 개념 @JD Hancock / http://www.flickr.com/photos/jdhancock/5021666285/

SNP는 약 1000개의 염기서열마다 한 개씩 나타나며, 이런 미세한 차이에 의해 유전자의 기능이 달라지고 이것이 결국 인종이나 머리색, 키, 질병 발생 확률 등을 결정하게 됩니다. 또한 SNP는 유전적으로 얼마나 가까운지 그 근접성을 알려주는 지표역할을 합니다.

SNP는 일종의 돌연변이라고 생각할 수 있지만, 우리가 흔히 생각하는 돌연변이와는 살짝 다른 개념입니다. 돌연변이하면 질병이나 희귀병들을 일으키는 원인이라 생각할 수 있지만, SNP가 항상 질병 발병율과 관련되는 것은 아닙니다. DNA 염기서열에 SNP라는 변화가 있었기 때문에 사람이 다양한 형질을 가지며 자연에 적응하고 진화 할 수 있었답니다. 

SNP 패턴을 분석해보면 겉으로 보이는 형질뿐만 아니라, 경우에 따라 질병의 발생가능성이나 약의 민감도가 달라집니다. 예를 들어 특정 SNP 부분에 A 염기를 가질 경우에 자궁암에 걸릴 확률이 높아진다거나, T 염기를 가질 경우에 아스피린에 민감하게 반응할 수 있겠죠. 따라서 우리는 SNP 분석을 통해 질병 예측과 개개인별 특성에 따른 진단이 가능해진 것입니다. 바로 이 원리를 이용하여 의학에 적용한 것이 바로 “맞춤의학”입니다.

맞춤형 진료가 가능하다면 어떻게 될까요? @Seattle Municipal Archives / http://www.flickr.com/photos/seattlemunicipalarchives/4058808950/

맞춤의학은 우리생활에 어떻게 영향을 줄까요?
우리는 향후 유전자지도와 SNP 분석을 통해 특정질환이 발생할 확률을 예측하고, 개인의 체질에 맞는 진단법, 치료법을 개발할 수 있습니다. 또한 환자에 따라서 체질에 맞는 약물을 투여함으로써 개개인별로 맞춤 진료를 할 수 있습니다. 현재까지는 당뇨병이면 당뇨병에 해당되는 방법으로 치료를 해왔지만, 이제는 개개인의 특성에 따라 같은 질병을 가지고 있더라도 약물 민감도나 치료 효과가 다르기 때문에 각기 다른 치료방법과 약물을 적용시켜서 빠르고 완벽하게 병으로부터 회복시킬 수 있을 것입니다. 뿐만 아니라, SNP 분석을 통해 아직 병에 걸리지 않은 사람도 병에 걸릴 확률을 예측하여, 그에 맞는 식단이나 운동요법을 맞춤형으로 제공하여 질병을 예방할 수 있겠죠.

맞춤형 약물 제공이 가능한 시대가 오게 될까요? @Images_of_Money / http://www.flickr.com/photos/59937401@N07/6127242068/

하지만 이것이 실제로 적용되기 위해서는 단시간 내에 적은 비용으로 개개인의 SNP와 유전자 구조를 분석할 수 있는 기술이 필요합니다. 개개인의 유전자 지도를 빠르고 값싸게 얻을 수 있어야 즉각적인 진료가 가능하기 때문입니다. 또한 각 SNP 부분마다 가지고 있는 특성을 알아낼 수 있는 통계자료도 뒷받침되어야 합니다. 이렇게 통계자료가 기반이 되어야, 질병 발병률이나 약물 민감성을 예측 할 때 결과가 좀 더 정확해지겠죠?

현재는 새로운 SNP 발굴을 위해 다양한 방법들도 개발되고 있으며, SNP 분석 이외에도 마이크로어레이(Microarray)등 DNA를 대량으로 분석하는 방법이 개발되고 있답니다. 최근에는 의학계뿐만 아니라 약학계도 맞춤의학에 주목하고 있다고 하니, 맞춤의학 분야도 빠르게 성장하지 않을까요? 개인별로 질병을 진료하고 각 특성에 따른 예방이 가능한 맞춤진료의 미래를 기대해봅니다.

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

노벨 화학상 수상자 콘버그 교수와의 만남

얼마 전 KIOST에서 주관하는 2006년 노벨 화학상 수상자 로저 콘버그(Roger D. Kornberg) 교수의 강연을 듣게 되었습니다. 콘버그 교수는 스탠포드 의과대학 교수 겸 건국대학교 석학교수로 재직 중인 분입니다. 만약 생물학에 관심이 있는 분들이라면 ‘콘버그효소’ 라는 것을 들어보셨을 겁니다.

콘버그 교수는 분자생물학의 핵심인 Central Dogma 이론에서 DNA가 RNA로 변하는 전사과정을 밝혀냄으로써 노벨상을 수상하게 되었습니다. 아마 ‘Central Dogma가 뭐야?’ ‘DNA가 RNA로 변하는 건 또 뭐야?’ 라고 생각하시는 분들이 많으실 겁니다. 지금 여기서 이 이론을 설명하면 아마 제 글을 읽기 싫어하실 것 같으니 이 과정은 생략하겠습니다.^^ 간단히 말하면 DNA가 RNA로 변하는 과정에서 효소가 작용하는데 이 효소를 발견한 사람이 콘버그 교수입니다. 그래서 자기 이름을 따서 ‘콘버그 효소’라고 부른 것이죠.

자 그럼 콘버그 교수의 강연에서 어떤 이야기가 오갔는지 알아볼까요?

이번 콘버그 교수의 강의는 KIOST에서 주관한 강연회 입니다. KIOST는 구 한국해양연구원을 말하며 2012년 7월부로 국토해양부로 옮겨지면서 ‘한국해양과학기술원’으로 자리를 잡게 되었습니다. 새롭게 출발하는 한국해양과학기술원이 여러 가지 행사를 준비하고 있는데요. 그 중 하나가 바로 고등학생들에게 전하는 콘버그 교수의 강의입니다.

안산에 위치한 한국해양과학기술원 대강당에는 콘버그 교수를 환영하는 문구와 강연 배너들이 많이 전시되어 있었습니다. 강연 시작이 3시부터였는데요. 저는 10분 일찍 도착하여 현장을 촬영하였습니다.

벌써 현장에는 많은 학생들이 자리를 잡고 있었습니다. 대강당에는 자리가 없어서 이렇게 대강당 밖에 의자를 설치하여 더 많은 학생들이 들을 수 있도록 배려하였습니다. 밖에서 보는 학생들의 열정이 느껴지네요!! 자랑스러운 한국의 과학도들이죠?


이번 강연은 순전히 학생들이 자진하여 신청하였는데요, 물론 담임선생님이 강연 공고를 보고 학생들에게 들려주면 좋을 것 같아 단체로 신청하는 경우도 많았습니다. 밖에서는 이렇게 영상으로 강연을 들을 수 있었습니다. 밖에 있는 학생들도 대강당의 생생한 현장감을 전달받을 수 있도록 열심히 영상을 촬영하고 있는 카메라 감독님들도 보이네요.

모든 소개가 끝나고 드디어 노벨상 수상자 콘버그 교수가 단상에 올랐습니다. 콘버그 교수는 한국말을 잘 못하기 때문에 영어로 강연이 진행되었는데요. 고등학생들이 주 청중이다 보니 콘버그 교수님의 제자분이 직접 통역을 해주셨습니다. 덕분에 고등학생들이 어려움 없이 강연을 들을 수 있었습니다.

1. 콘버그 교수의 학창시절 이야기


콘버그 교수는 강연을 듣는 고등학생들에게 자신의 학창시절 이야기를 했습니다. 콘버그 교수는 학창시절 고등학교 화학수업에서 금속의 산화에 대한 수업을 들었다고 합니다. 그 수업에서 콘버그 교수는 구리와 황산을 섞는 실험을 했는데 구리가 황산과 섞이면서 푸른빛을 띠는 것을 보고 매우 아름답다는 생각을 했다고 합니다. 그날의 실험을 계기로 과학에 대한 호기심을 가지게 되면서 여러 가지 과학실험을 하게 되었고, 대학에 들어가서 세포막의 인지질 층이 확산되는 실험을 한 후 석·박사 시절 NMR을 이용하여 단백질 구조에 대한 연구를 하였다고 합니다.

2. 노벨상으로 이끈 실험


콘버그 교수는 DNA에서 RNA로 전사되는 과정을 밝힘으로써 노벨상을 받았지만 자신은 그것보다도 그 전에 실험했던 ‘히스톤 단백질’에 대한 연구가 더욱 감명 깊게 남았다고 말합니다. 우리 몸에 있는 염색체는 길이가 10nm밖에 되지 않습니다. 하지만 DNA는 길이가 1m 정도가 된다고 합니다. 다시 말해 1m나 되는 DNA가 염색체 안에 있어야 한다면 엄청나게 꼬이고 꼬여서 압축되어 있다는 것이 되겠죠. 그래서 콘버그 교수는 DNA가 어떻게 그렇게 압축될 수 있는지 실험을 하였다고 해요.

솔직히 이 실험을 하기 전 콘버그 교수 이외에도 수많은 과학자들이 이를 밝히려고 노력했으며, 그 기간만 해도 100년이 넘는 시간이 걸렸다고 합니다. 하지만 아직까지도 밝혀내지 못한 것이죠. 그것을 알면서도 콘버그 교수는 이것을 밝혀낼 수 있을 것이라는 확신을 가지고 실험을 진행했으며 이것을 밝힘으로써 우리 인류에 크게 공헌할 수 있을 것이라고 생각했다고 합니다. 그 결과 DNA는 히스톤이라는 단백질에 묶여 있는 구조이며 히스톤 단백질은 H1, H2A, H3A, H4와 같은 단백질로 이루어져 있다는 것을 ‘X-ray 크리스털 공법’으로 밝혀내게 되었습니다. 콘버그 교수는 100년 동안 풀지 못했던 수수께끼가 자신에 의해 풀릴 때의 기분은 말로 표현할 수 없었다고 합니다.

이번 강의는 과연 한국에서 하는 강연이 맞는지 의문이 들 정도로 콘버그 교수와 학생들 간의 소통이 원활했습니다. 콘버그 교수는 강연 중간 중간 질문을 받았는데요, 제가 참여했었던 지난 강연들과는 달리 많은 학생들이 손을 들고 질문을 하였습니다. 제가 고등학생일 때만 해도 이런 분위기가 아니었는데……. 이제 정말 좋은 분위기로 강연이 진행되고 있구나, 라는 것을 느꼈습니다.

학생들의 질문은 매우 다양했는데요, 여기서는 그중 몇 가지를 소개해드리도록 하겠습니다.

Q. 한국에는 아직 노벨상이 없는데 노벨상을 받기 위해서는 어떤 것이 필요한가요?
A. 노벨상 수상의 키워드는 ‘인내’와 ‘꾸준함’입니다. 그것이 없다면 절대 노벨상을 받을 수 없습니다. 과학에 대한 끊임없는 탐구와 연구목표를 세우고 그 목표를 위해 계속해서 연구하고 발전해 나가는 것입니다. 실패해도 다시 도전하다 보면 어느새 자신이 어느 정도의 위치에 올라와 있는 것을 느낄 것입니다.
한국 같은 경우 반세기만에 엄청난 과학발전을 이룬 나라입니다. 노벨상의 역사는 100년이 넘습니다. 이제 한국도 기초과학에 대한 투자가 많이 이루어지고 있고 기술력 또한 세계에서 인정받고 있습니다. 머지않아 곧 한국도 노벨상을 받을 수 있을 겁니다.
Q. 연구 분야를 정하고 목표를 세우는데 중요한 것은 무엇인가요?
A. 좋은 질문입니다. 과학을 하는 사람은 무엇보다도 자신의 연구 분야를 정하는 것이 중요합니다. 하지만 한번 정한 연구주제가 평생의 연구주제가 되는 것은 아닙니다. 저 같은 경우는 석·박사 과정에서 연구 분야를 ‘NMR을 이용한 단백질 구조분석’으로 하였습니다. 하지만 박사과정을 마치고 나서 박사 후 과정에서 NMR이 아닌 ‘X-ray 크리스털 공법’을 이용한 단백질 구조분석으로 바꾸었습니다.
NMR은 핵자기공명을 이용한 구조분석인 반면 X-ray 크리스털은 말 그대로 X-ray를 이용하여 구조를 밝히는 것입니다. 저는 NMR 이외의 단백질을 분석하기 위해서는 더 많은 방법을 익혀야 한다고 생각하였고 NMR 이외에도 X-ray 크리스털 공법과 같은 실험을 추가로 더 공부하고 배웠습니다. 현재 여러분들에게 정말 추천해드리고 싶은 것은 다양한 연구를 해보라는 것입니다.
Q. 아버지 또한 노벨상 수상자이신데 아들로써 아버지가 자랑스러웠나요?
A. 저희 아버지는 저에게 자신이 노벨상을 받았다는 사실을 숨기셨습니다. 아무래도 과학을 공부하는 자식에게 큰 부담을 안겨주고 싶지 않았던 것 같습니다. 대학에 들어가서 아버지가 노벨상 수상자라는 이야기를 듣고 처음에는 믿지 않았습니다. 하지만 석·박사과정을 하면서 아버지의 노벨상 수상을 믿게 되었고 그것이 얼마나 대단한 것인지 몸소 체험하게 되었습니다. 그 후에 아버지가 정말 존경스러웠으며 학창시절 아버지께서 노벨상 수상자라는 것을 숨겨주신 데에 큰 감사를 표하고 있습니다.
Q. 혹시 콘버그 교수님의 자식들도 과학을 전공하나요?
A. 하하하~ 전혀 아닙니다. 저는 아들 2명과 딸 1명이 있는데요, 큰 아들은 경제학을 공부하고 있고 둘째 딸은 정치학을 공부하고 있습니다. 막내아들은 16살인데 야구를 공부하고 있습니다~(웃음)
Q. 연구가 잘 되지 않아서 포기하고 싶었던 적이 있나요? 있다면 어떻게 극복하였나요?
A. 당연히 연구가 잘 안되면 힘들곤 했습니다. 하지만 포기해야겠다는 생각은 하지 않았습니다. 저는 그냥 이 연구 자체가 잘되든 안 되든 재미있다고 느꼈던 것 같습니다. 아무래도 이런 마음가짐이 저를 노벨상으로 이끈 것이 아닌가 싶습니다. 여러분들도 정말 자신이 원하고 재미있어하는 분야를 꼭 하시기 바랍니다. 그럼 아무리 힘들어도 극복이 될 것이며 오히려 힘들다는 생각조차 들지 않을 수도 있습니다.


이 외에도 정말 엄청나게 많은 질문들이 오고 갔습니다. 예정된 강의 시간을 훌쩍 넘길 정도로 열의가 가득했었죠. 지체된 시간에도 불구하고 콘버그 교수님은 학생들의 질문을 최대한 받기 위해 시간을 조금만 더 달라고 부탁하였습니다. 그렇게 학생들의 질문이 끝나고 강연이 종료되자 학생들은 열렬한 박수로 콘버그 교수의 퇴장을 빛내주었습니다.

운 좋게도 저는 학생들이 전부 나가고 따로 개인적으로 사진을 찍을 수 있었습니다. 시간이 없는데도 불구하고 끝까지 남아 사진을 찍어준 콘버그 교수에게 이 기회를 빌려 감사의 말을 전하고 싶습니다. 생명과학이 전공이 저에게는 쉬운 강의였지만 콘버그 교수의 연구에 대한 열정을 들을 수 있어 매우 의미 있는 시간이 되었습니다.


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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

나노 바이오센서,
소량의 DNA만으로 질병을 진단한다!


작은 센서로 암과 같은 질병을 빠르게 진단하는 것이 가능하다면 우리가 사는 세상은 어떻게 변할까요?

http://www.flickr.com/photos/argonne/3838005246/ @Argonne National Laboratory


암 같은 경우는 증상이 나오기 전에는 겉으로 진단하기 어려울뿐더러, 증상이 나타난 후에 치료할 경우 말기 환자인 경우가 많아 매우 위험할 때도 많습니다. 이런 암과 같은 질병을 나노 바이오센서를 이용해 적은 비용으로 빠르게 진단할 수 있다면 훨씬 더 효과적으로 암을 찾아내 치료할 수 있을지도 모릅니다. 오늘은 나노 바이오센서의 기본이 되는 원리와 나노 바이오센서의 종류, 현재 연구 동향 및 향후 발전 가능성에 대해서 알아보겠습니다.

바이오센서의 정의 및 원리를 알아볼까요?

http://www.flickr.com/photos/blue-kitten/1406219712/ @bluekitten


바이오센서유전자, 암세포, 환경호르몬 등 특정 물질의 존재 여부를 확인하거나 감지할 수 있는 기계입니다. 바이오센서는 특정 물질과 선택적으로 반응하거나 결합할 수 있는 생체감지물질(bioreceptor)과 칩에서 일어난 반응을 우리가 볼 수 있는 신호로 전환하는 신호변환기(signal transducers)로 구성되어 있습니다.
컴퓨터로 비유하자면, 생체감지물질은 키보드를 누르는 우리의 손이고, 신호변환기는 모니터라고 할 수 있습니다. 키보드를 우리가 누름으로써 신호가 입력되고 컴퓨터가 그 신호를 계산하여 우리가 볼 수 있도록 모니터로 전환을 해주는 것이지요. 마찬가지로 생체감지물질이 칩에 결합되면, 그것이 우리가 알아볼 수 있는 신호로 변환되어 질병을 진단할 수 있는 것입니다. 생체감지물질에는 효소, 항체, 세포, DNA 등이 있으며, 신호를 변환할 때는 전기화학적 반응, 형광물질, SPR, FET, 열센서 등 다양한 물리화학적 방법을 사용합니다.

나노바이오센서란 무엇이고, 그 장점은 무엇인가요?

쉽게 말해 바이오센서를 나노 스케일, 즉 머리카락 굵기의 1만분의 일의 스케일로 소형화 시킨 것이 바로 ‘나노’ 바이오센서입니다. 나노 바이오센서는 나노기술(NT), 생명공학기술(BT), 정보기술(IT)이 결합되어 있으며, 질병을 정확하고 빠르게 진단할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 반도체칩으로 과정을 소형화하였기 때문에 공정비용을 절감할 수 있고, 휴대용 기기에도 장착이 가능해졌습니다. 최근 나노 바이오센서는 환자의 상태를 실시간으로 진단하는 유비쿼터스 의료시스템의 중추적인 기술로 급부상하고 있습니다.

http://www.flickr.com/photos/argonne/4728736844/ @Argonne National Laboratory

나노 바이오센서의 원리인 ‘Lab on a chip’은 무엇인가요?

우리는 나노 바이오센서가 바이오센서를 조금 더 ‘소형화’시켰다는 사실에 주목해야합니다. 나노 바이오센서의 기본적인 아이디어 중 하나는 ‘칩 위의 실험실(Lab on a chip)’로, 손톱만한 칩 하나에 실험실에서 할 수 있는 연구를 대체하도록 만드는 것입니다.

http://www.flickr.com/photos/rdecom/6925521698/ @RDECOM


나노 바이오센서는 여러 가지 과정을 한 칩에서 동시에 일어나도록 해야 하기 때문에, ‘NEMS’ 기술이 필요합니다. NEMS란 ‘나노기전시스템(Nano Electro Mechanical System)’으로, 각종 센서와 회로를 나노미터 수준에서 3차원적으로 결합한 시스템입니다. 이 기술을 이용하면 작은 칩 안에서 여러 가지의 반응이 모두 일어나도록 통합시킬 수 있습니다. 
 
바이오센서는 실제 생활에서 어떻게 응용되고 있나요?

바이오센서는 질병진단, 암 진단 등의 의료분야 뿐만 아니라 발효공업, 식품공업, 농림수산업, 환경보존 등 넓은 분야에서 응용이 기대되고 있습니다. 나노 바이오센서를 이용하면 암세포, 혈당, 임신 호르몬, 콜레스테롤 등의 생체물질을 분석할 수 있습니다. 또한 환경호르몬, 중금속, 농약 등의 환경 관련 물질 검출에도 사용할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 생물학적 무기를 감지하거나 특정 화학물질에 대한 분석에도 활용될 수 있다고 합니다.

http://www.flickr.com/photos/argonne/4456798383/ @Argonne National Laboratory


물론 이 중에서 가장 주목받고 있는 것은 ‘의료용 바이오센서’입니다. 대표적으로 혈당센서와 바이오칩센서(lab on a chip, DNA칩, 단백질칩)가 있는데, 이 중에서 혈당센서는 많은 제품이 상용화되어있고 기술이 많이 개발되어있지만, 바이오칩센서는 아직 개발되고 있는 중이라고 합니다. 하지만 최근 들어 바이오칩 센서를 기반으로 하여 암이나 백혈병, 신종플루 등 각종 질병을 진단할 수 있는 기술들이 계속 발표되고 있다고 하니 곧 상용화 소식을 들을 수 있을 것 같습니다.^^

나노 바이오센서의 미래는 어떻게 될까요?

최근 임연호 전북대학교 교수팀은 소량의 혈액만으로도 암을 진단하고, 그 진행 상태, 암을 일으킨 단백질까지 알 수 있는 나노 바이오센서를 개발했습니다. 대학교 연구팀뿐만 아니라 기업에서도 나노 바이오센서의 가능성을 높게 평가하여, 지속적으로 투자하고 있다고 하니, 기대해볼만 하죠?

http://www.flickr.com/photos/tipstimes/7179555448/ @TipsTimes


이제는 의사의 손을 거치지 않고도 나노 바이오센서로 빠르게 질병을 진단해 줄 수 있는 시대가 올지도 모릅니다.

현재 전문가들은 나노 바이오칩의 개발을 통해서 의료 소비의 형태가 ‘치료’에서 ‘예방 및 진단’으로 변화할 것이라고 예측하고 있습니다. 개인이 직접 병원에 찾아가 진단을 받는 것 대신에, 개인 신체의 건강 이상 유무를 실시간으로 파악하고 관리해주는 맞춤형 유비쿼터스 진료가 실현될 수 있습니다. 또한 바이오센서가 발전한다면 향후 원격 의료 및 재택 진료가 가능하게 될 것이라고 하니, 그 미래를 기대해봅니다.

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

당신의 운명은 이미 결정되었다!?
- 과학영화 ‘가타카’ 살펴보기 -

  “으앙~!! 으앙!!” 병원의 한 병실에서 갓난아이가 우렁차게 울음을 터트립니다. 새로 태어난 아기의 건강을 확인한 의사는 혈액샘플을 채취합니다. 곧 의사는 이 아이에겐 선천적으로 무슨 병이 있고, 몇 년 후에 어떤 병이 발생할 확률이 높고, 몇 살에 죽을 것인지 부모에게 말을 해줍니다. 부모님의 사랑으로 태어난 아이의 운명은 이미 정해진 것일까요?

  인간을 지배하는 블루빛 테크놀로지의 세계. 당신의 유전자 정보를 미리 알게 된다면 과연 무슨 일이 벌어질까요?? 과연 타고난 운명은 거스를 수 있는지.. 영화 가타카의 내용과 영화 전반에 걸쳐 등장하는 유전자 공학을 통해 알아봅니다.

영화 '가타카'포스터 (출처:네이버 영화)

영화 '가타카'포스터 (출처:네이버 영화)


제목 ‘가타카(GATTACA)’의 의미?
  
  영화 가타카의 제목은 DNA를 구성하는 염기들의 앞글자들을 따서 하나의 표기로 만들어 낸 것입니다. DNA의 구성 염기는 아데닌(Adenine), 티민(Thymine), 사토신(Cystosine), 구아닌(Guanine)으로 이루어졌는데 이 앞글자들의 조합이 바로 가타카입니다. 하지만 제작 당시 제목은 ‘8일째 날(The Eight Day)’이었는데, 이는 지상을 6일 만에 창조한 하느님이 7일째 휴식을 취했다는 성경의 천지창조와 관련 있는 제목입니다. 즉, 신이 7일에 걸쳐 세상을 창조해 놓은 것을 8일째 인간이 손을 댄다는 것을 뜻합니다.

가타카(GATTACA)의 내용?

출처 : 영화 '가타카'의 한장면. 캡처


  인간의 성공과 실패가 유전인자에 의해 결정되는 21세기 가까운 미래. 부모님의 사랑으로 태어난 '신의 아이' 빈센트의 운명은 심장 질환에, 범죄자의 가능성을 지니고, 31살에 사망하는 것입니다. 빈센트의 운명에 좌절한 부모는 시험관 수정을 통해 완벽한 유전인자를 가진 그의 동생 안톤을 출산합니다. 어린 시절부터 우주에 대한 남다른 관심을 가지고 있던 빈센트는 부모의 만류에도 불구하고, 우주 비행사가 되는 꿈을 펼쳐 나갑니다.
  그러나 성인이 된 후 그는 우주 비행사가 되는 그 어떤 시험이나 면접도 통과하지 못하는 자신의 운명을 발견하고, 집을 나갑니다. 동생과의 수영 시합 중에 바다 한 가운데서 익사하려는 동생을 구해냈을 때 '힘은 육체에서 나오는 것이 아니라 정신에서 나오는 것이다'라는 믿음과 자신의 꿈을 간직한 채 떠나게 됩니다.

출처 : 영화 '가타카'의 한장면. 캡처


  어느 날 최고의 우주항공 회사 '가타카'에서 청소부로 일하게 된 빈센트. 그리고 자신의 예견된 미래에 반기를 든 그는 우주 비행사가 되기 위해 위험한 도박을 시작합니다. 유전학적으로 열성인자에게 가짜 증명서를 파는 DNA 중개인 게르만은 우성인자를 팔려고 하는 유진 머로우와 빈센트를 연결시켜 줍니다. 

출처 : 영화 '가타카'의 한장면. 캡처


  성공을 위해서 빈센트는 피 한방울, 피부 한조각, 타액으로 인간의 증명을 읽어내는 사회를 속여야만 합니다. 물론 쉽지 않지만, 그는 자신의 열성을 감추기 위해 그의 근시안, 유진과 같은 키를 맞추기 위해 고통스럽고 고문 같은 수술까지도 견뎌야 했습니다. 이렇게 유진 머로우와 빈센트 프리만의 결합을 통해 제롬 머로우는 탄생했습니다.

빈센트는 과연 우주탐사의 꿈을 이룰 수 있을까요?

영화의 기본요소인 유전자 공학이란?

  생명공학은 생명을 탐구하여 얻은 생명과학(생물학)의 내용을 응용, 기술화하여 생명과 관련된 산업으로 급속히 발전시켜 나가고 있습니다. 특히 생명체의 유전자를 연구하여 인간 질병의 극복, 동식물의 품종 개량, 신물질과 식품 생산, 유용한 미생물을 육종하는 기술을 개발해 왔습니다. ‘생물의 기능을 이용하는 기술’을 알기위해 생명공학은 생명체의 유전자 연구를 기초로 합니다.
  유전자란 세포 분열을 통한 생식과 성장 및 생명현상의 발현에 관여하는 유전물질의 총칭으로 핵산(DNA, RNA)을 의미합니다.  따라서, 유전자 공학은 한 개체의 DNA를 다른 개체에 옮겨서, 그 DNA가 지니고 있는 유전자 형질을 발현시키는 기술을 말합니다. 

DNA rendering (@ynse / http://www.flickr.com/photos/ynse/54237015)


우리는 유전자 공학을 삶 곳곳에 이용합니다. 먼저 의약품을 예로 들 수 있습니다. 유전공학 기술을 이용해 만드는 의약품은 우리 몸에서 만들어지는 매우 적은 양의 생체 활성 물질을 많은 양으로 만들어 낸 것입니다. 1982년 유전자 재조합 기술로 가장 먼저 만들어진 의약품은 당뇨병 치료제인 인슐린인데 그동안 인슐린은 소나 돼지의 췌장에서밖에 얻을 수 없었기 때문에 많은 양을 생산해 내기는 어려웠습니다. 하지만 생명공학 기술을 이용하여 사람의 인슐린 유전자를 대량으로 생산할 수 있게 되었습니다. 또 유전공학 기술은 유전자를 인위적으로 조작할 수 있게 됨으로써 질병의 원인을 알아내고 그 치료법을 찾는 일에도 널리 이용되고 있습니다.

  농업 분야에서는 유전공학 기술을 이용해 작물이나 가축을 보다 가치 높은 품종으로 개량하거나 또는 완전히 새로운 품종을 개발하기도 합니다. 형질 전환 동물 생산 기술은 동물의 유전자에 다른 유전자를 넣어 다른 유전자의 성질을 나타내는 것인데 동물의 고유한 유전적 형질을 변화시켜 새로운 기능을 갖게 하거나 특수한 물질을 생산하게 하는 것입니다.

  이와 같은 기술은 현재 값이 비싼 의약품을 대량 생산하거나 대체장기를 생산하는 동물에 활용되고 있습니다. 또한 유전자를 조작한 식물에서 수확한 농산물들이 식품으로 만들어져 나오고 있는데, 이들을 유전자 조작 식품(GMO, Genetically Modified Organisms)이라 합니다. 이들은 병충해를 입지 않는 유전자가 도입되어 있거나, 원래 가지고 있지 않은 성분을 포함할 수 있도록 하는 유전자가 도입되어 있기도 합니다.

영화 '가타카'처럼 과연 유전자가 모든 것을 결정하는 것일까요?

  아주 오랜된 물음 중에는 ‘인간은 태어나는 걸까요? 만들어지는 걸까요?‘라는 말이 있습니다. 최근에는 유전자 결정론이 관심을 끌면서 `인간은 만들어진다`는 쪽이 힘을 얻는 분위기였습니다. 하지만 환경과 유전공학 그리고 여러 학문들간의 교류로 생긴 의견은 어느 한쪽의 손을 쉽게 들어주지 않고 있습니다. 결론부터 말하면 인간의 본성은 유전자와 환경 그리고 유전자와 환경의 상호작용이라는 세 가지 요소로 만들어진다고 주장하고 있습니다.

@micahb37/http://www.flickr.com/photos/micahb37/3080247531/

  ‘본성들(natures)’이란 책에 따르면, 유전자가 인간 본성의 모든 측면을 결정하기에는 그 숫자가 절대적으로 부족하다고 지적합니다. 인간 지놈프로젝트가 밝힌 인간의 유전자는 대략 3만개입니다.
  그러나 인간의 뇌에 있는 1조개 뉴런(Neuron)이 만들어내는 100조개 이상의 시냅스(Synapse)를 조절하려면 유전자 하나당 시냅스 10억개를 담당해야 한다는 결론이 나오는데 이렇게 되면 유전자가 생명유지 활동 외에는 아무것도 할 수 없다는 것입니다. 암 유전자나 동성애 유전자, 범죄 유전자, 비만 유전자를 발견해 냈다고 오류가 생길 것이라고 말하는데, 저자는 인간의 발달 과정에서 "두뇌 형성 프로그램은 오직 한 종류의 행동만을 불러일으키는 두뇌를 갖게 만들지 않았다"고 말합니다. 두뇌는 환경에 따라 프로그램화 되어있습니다. 성장환경이나 문화적 배경 등에 따라 본성이 바뀔 수 있다는 말입니다.

  책에서는 ‘본성과 양육, 유전자와 환경 중 어느 것이 더 중요하느냐고 묻는 것은 삼각형의 면적을 구할 때 밑변 길이와 높이 중 어느 것이 중요하느냐고 묻는 것처럼 어리석은 질문’이라고 말합니다. 두 가지 조건은 서로 상호작용을 통해 인간을 결정합니다. 즉 유전자는 인간이 선택할 수 있는 가능성의 범위를 결정하고 환경은 그 유전자가 어떻게 발달할지 가능성의 범위를 결정하기 때문입니다. 영화 가타카의 주인공, 빈센트. 그의 운명에 대한 답 역시 이를 통해 대신할 수 있지 않을까요?

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자단 2기 박 두 민

상단의 영화 장면은 '저작권법 제28조(공표된 저작물의 인용) 공표된 저작물은 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여는 정당한 범위 안에서 공정한 관행에 합치되게 이를 인용할 수 있다.'에 따라 영화 관련 내용의 이해를 돕기 위해 사용되었음을 밝힙니다. 

 

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기


여러분 모두들 CSI를 보셨나요? 보시진 않았어도 아마 다들 들어보셨을 단어가 아닌가 싶습니다.
CSI는 법의학을 바탕으로 과학수사를 펼쳐나가는 미국의 인기 드라마입니다.

과거에 실제로 일어났던 범죄를 연상시키는 연예인 독살사건, 희대의 연쇄살인마, 마약밀매 사건 등을 풀어나가는 CSI 법의학자들의 고군분투를 보며 시청자들은 땀을 쥐면서 보았을 것입니다. 이런 장르의 드라마와 영화가 현재 많이 방영되고 있는데요. 얼마 전 우리나라에서도 방영되었던 싸인이 한국의 대표적 법의학 드라마가 아닌가 싶습니다. 이런 것을 많이 접하고 있다 보니 오히려 보는 사람에게 범죄방법과 수사망을 피하는 방법을 알려줘 오히려 예비 범죄자를 양성하고 있다는 우려의 목소리도 나오고 있는데요.

미드 CSI3 한장면

하지만 과연 그럴까요?
과학 앞에 완벽한 범죄는 존재할 수 없습니다. 앞으로 펼쳐질 과학수사의 방법을 보신다면 누구라도 쉽사리 범죄를 저지를 수 없을 것입니다. 그럼 이러한 첨단과학수사를 한번 만나보러 가실까요?

과학수사에 있어서 가장 많이 쓰이는 방법은 바로 지문감식입니다. 지문이란 손가락 끝 피부에 있는 땀샘의 입구가 융선에 따라 만들어지는 모양 또는 이 융선의 형태를 만드는 모양이 물체의 표면에 부착된 후 만들어진 자취를 말하는데요, 지문감식은 바로 이러한 지문을 범인이 두고 간 물건이나 현장에 있던 물건에서 채취하여 증거로 확보하는 것을 이야기합니다. 지문은 기본적으로 모두 다르며 평생 변하지도 않습니다. 일란성 쌍둥이조차도 지문이 다르기 때문에 개인 인증이나 범죄수사에서도 사용되고 있습니다.
[##_1C|cfile22.uf@125A18384F28D68E2B80CA.jpg|width="500" height="334" alt="" filename="cfile22.uf@125A18384F28D68E2B80CA.jpg" filemime=""|출처:플리커(@|Chris|(http://www.flickr.com/photos/33852688@N08/4599271172)_##]
지문에 대한 관심은 1880년 영국 외과의사 헨리 폴즈(Henry Faulds)가 각 사람마다 지문에 차이가 있다는 논문을 최초로 발표하면서 시작됩니다. 그 후 1892년 영국의 유전·통계학자 프랜시스 골튼이 이 논문을 통계적으로 입증하는데 성공하였고 ‘핑거프린트(지문)’라는 저서를 통해 지문의 패턴과 형태에 대해 다루었습니다. 그리고 골튼의 저서를 심도 있게 연구하던 크로아티아계 아르헨티나 경찰관 후안 부체티크가 두 아들을 살해한 프란시스카 로하라는 범인을 지문을 이용하여 검거함으로써, 지문이 실제 수사에 본격적으로 사용되기 시작했다고 합니다. 특히 1897년에는 인도의 캘커타에서 총독령에 의해 범죄수사에 지문을 적극적으로 활용하는 부서가 설치되었으며 이후 지문국이 설치되기에까지 이르렀습니다.

프랜시스 골튼이 연구 할 때 썼던 지문들

 

DNA 지문법 

일반적으로 사람들은 과학수사에 사용되는 지문법을 손가락 끝에 있는 지문을 이용한 방법만 있다고 생각하기 쉬운데요, DNA 지문법 역시 자주 사용되고 있습니다. 물론 DNA 지문법은 사람의 손가락에 있는 지문을 이용하는 방법은 아닙니다. 미드 CSI를 보다보면, 손톱 밑에 남아있는 상피세포를 채취하는 장면을 보실 수 있는데요, 이처럼 혈액이나 상피세포 등을 이용해 DNA를 추출하여 범인을 색출하는데 사용되는 것이 바로 ‘DNA 지문법’입니다.

DNA 이중나선(출처:위키피디아)

DNA 지문법은 1985년 영국의 레스터 대학 유전학 교수인 알렉 제프리(Alec Jeffrey)에 의해 처음으로 소개되었습니다. 그는 DNA 상의 특정 부위가 개인차가 심해 동일한 것이 없고 그 형태 또한 천차만별인 것을 발견했습니다. 마치 손가락의 지문과 같이 말이죠. 일란성 쌍둥이를 제외하고는 각 개체마다 모두 다른 패턴으로 존재했기에 DNA에 있는 지문과 같다고 하여 ‘DNA 지문’이라고 했습니다.(레포트, 'DNA 지문(DNA fingerpinting)'참조) DNA 지문법은 바로 이 부분을 분석하여 개개인을 식별하는 방법을 말하며, 알렉 제프리가 처음 고안해 낸 DNA 지문 감정기술은 RFLP(제한효소 절편길이 다형성)였습니다. RFLP에 대해서는 아래에서 다시 이야기하도록 하겠습니다.

범죄 수사에서뿐만 아니라 친자 확인, 심지어 선사 시대 동물의 진화 연구에 이르기까지 DNA지문법은 중요하게 사용되고 있는데요, 그렇다면 이러한 DNA 지문을 판독하는 방법은 어떤 것들이 있을까요?

DNA 지문법 중 우선적으로 VNTR 및 STR법을 들 수 있습니다. 인간의 DNA에는 초변이성 단위반복구조가 존재하며, 염기의 단위는 2개부터 수백 개에 이르기까지 다양합니다. STR(짧은연속반복서열(Short Tandem Repeat)은 2~7개의 염기가 한 단위가 되어 연속적으로 반복하여 만들어지는 반복염기서열이며, VNTR은 수십개(14~70 bp) 염기 단위의 반복염기서열을 말하는데, 이 둘은 일정한 중심염기서열이 직렬반복 됨으로써 나타나는 반복염기서열입니다. 반복단위의 반복횟수는 사람에 따라 모두 다르고 여러 형태로 나타나기 때문에 VNTR 및 STR법은 이 VNTR과 STR 부위의 단위 반복의 횟수 차이로 증폭된 DNA 단편의 길이의 차를 이용하여 개개인을 식별하게 됩니다.

제한효소 절편길이 다형성 서던탁본법

다음으로 ‘제한효소 절편길이 다형성(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP)’ 법에 대해 알아볼까요? RFLP는 염기서열의 특정 부위에 점 돌연변이가 발생하면서 제한효소로 이 부위를 절단했을 때 생기는 절편의 길이가 사람마다 모두 다르게 나타나는 점을 이용한 분석법으로, 이렇게 조각된 DNA를 젤 전기영동의 방법을 사용하면 서로 다른 띠 모양을 볼 수 있으며 이를 통해 개개인을 식별할 수 있습니다. (책 ‘DNA: 생명의 비밀’, 제임스 D.왓슨)

범죄 현장을 예로 들어보도록 하겠습니다. 범행현장에서 발견된 머리카락 등에서 DNA를 추출하고, 용의자로부터도 DNA를 추출하여 이를 제한효소로 처리한 후에 전기영동 처리하여 DNA 띠가 동일한 패턴인지를 확인하거나 DNA검색시스템 CODIS와 같은 프로그램을 이용하여 범인을 가려내게 됩니다.

DNA(@micahb37 / http://www.flickr.com/photos/micahb37/3080247531)

하지만 현재 대부분의 국가에서는 '중합효소연쇄반응(PCR)'법을 사용하고 있습니다. 1985년, 캐리 멀리스(Kary B. Mullis)에 의해 개발된 PCR은 DNA를 분리 추출한 후 특정 부분을 대량으로 증폭시켜 증폭된 DNA를 전기영동하여 크기별로 나열한 후 그 차이를 분석, 판독하여 유전자형의 일치 여부를 가려내는 방법입니다.

이처럼 DNA 지문법은 일반적으로 완전한 지문이 있어야만 하는 지문 감식과 달리 머리카락이나 혈흔 등 체세포 몇 개만 있으면 판단이 가능하기 때문에 제약조건이 적은 신원확인 수단이라고 할 수 있습니다.

그렇다면 DNA 지문법이 과학수사에서 처음 적용된 것은 언제였을까요? 가장 처음 적용된 것은 1983년 영국에서 발생한 살해사건에서였습니다. 3년 뒤에도 같은 형태의 살해사건이 발생하자 경찰은 이 두 사건의 용의자를 동일인으로 추정했고 범인으로 한 소년을 체포하였습니다. 이 소년은 첫 번째 사건은 자신이 저질렀으나 두 번째 사건은 자신이 한 짓이 아니라고 주장했고 영국경찰은 새로운 유전자 지문 분석 기술이 개발되었다는 것을 알고 의뢰하게 됩니다. 이때 사용된 것이 알렉 제프리가 개발한 유전자 지문기술입니다. 결국 이를 통해 범인으로 지목되었던 소년이 범인이 아니라는 것이 밝혀져 자백에도 불구하고 석방되었으며, 이후 실제 범인을 찾아내는데도 DNA 지문법이 큰 공헌을 하게 됩니다. 미국에서 처음 적용된 것은 1987년 11월, 플로리다에서 발생한 성범죄 사건에서였습니다. 이 사건에서 최초로 DNA 지문법을 적용하여 범인에게 22년의 징역형 선고를 내렸습니다. 이후 1989년 4월 캐나다에서는 연금을 받는 부녀자들을 대상으로 한 연속 강간사건을 DNA 지문법을 통해 해결한 사례도 있습니다. 국내의 경우, 1992년 5월 의정부에서 발생한 어린이 강간 추행사건을 해결한 것이 최초였는데요, 이후에도 DNA 지문법은 다양한 강력범죄에서 그 역할을 톡톡히 해내고 있습니다.


글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 최 형 일
자료참고 | 위키백과 ‘지문’, REPORT 'DNA지문검사(DNA finger printing)',
책 ‘DNA: 생명의 비밀’, 제임스 D.왓슨


 

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우리 생활 속 과학이야기


인간은 유전자의 꼭두각시…!
1976년, 영국의 젊은 생물학자 ‘리처드 도킨스’는 ‘이기적 유전자’라는 책을 편찬해 과학계에 새로운 바람을 일으켰습니다. ‘인간을 포함한 생명체는 유전자에 의해 창조된 기계에 불과하다. 그 기계의 목적은 자신을 창조한 주인인 유전자를 보존하는 것. 인간은 유전자의 꼭두각시라는 말이다. 그러니 유전자는 얼마나 이기적인가.’
이 책을 통해 리처드 도킨스는 우리에게 삶을 바라보는 새로운 관점을 제시합니다. 그에 따르면 인간은 유전자의 꼭두각시일 뿐이며, 세상에 존재하는 모든 생명체들은 유전자에 의해서 창조된 기계입니다. 이미 정해진 프로그램대로 살면서 자신의 유전자를 후대에 전달하는 임무를 수행하는 로봇에 불과한 것입니다.
살아 숨 쉬는 우리들의 몸이 DNA의 ‘계획’에 따라 움직이는 기계일 뿐이라고 주장하는 리처드 도킨스. 그는 DNA를 ‘불멸의 나선’이라 부르고 DNA의 명령에 따라 움직일 수밖에 없는 모든 생명체를 ‘생존 기계’라 지칭하고 있습니다.

인간에게 이타적 행동이란 없다.
리처드 도킨스는 다른 생명체를 돕는 이타적 행동들조차도 자신의 유전자를 남기기 위한 이기적 행동에 불과하다고 주장합니다. 그러나 일부 과학계에서는 ‘도킨스의 이기적 유전자 이론은 너무 획일적이고 인간에게 적용하기 어렵다’며 비판하고 있습니다.
 
도킨스, 유전의 영역을 인간 문화로 까지 접목시켜…
신조어 ‘밈(meme)’의 탄생

출처 : http://www.flickr.com/photos/info_grrl/5747226419/

‘이기적 유전자’ 이론을 제기한 영국의 생물학자 리처드 도킨스는 그의 책 ‘이기적 유전자’를 통해서 '밈(meme)'이라는 신조어를 제시합니다. 그는 이를 ‘모방’ 등 비유전적 방법에 의해 전달된다고 여겨지는 문화의 요소’라고 정의합니다. 도킨스에 따르면, 문화의 전달은 진화의 형태를 취한다는 점에서 유전자의 전달에 비유될 수 있습니다. 즉, 유전적 진화의 단위가 유전자라면 문화적 진화의 단위는 ‘밈(meme)’ 인 것입니다.

위와 같은 사고를 가진 도킨스는 문화의 전달에도 유전자처럼 복제기능을 가진 것이 있을 것이라고 생각했고, 문화의 전달 단위 또는 모방 단위라는 개념을 함축하는 이름이 필요하다고 느꼈습니다. 결국 그는 ‘gene’(유전자)처럼 한 음절로 발음되는 단어로써 ‘모방’의 뜻이 함축된 그리스어(mimeme)에서 ‘밈(meme)'이라는 이름을 만들어 냈습니다. 노래, 옷의 패션, 헤어스타일, 도자기 굽는 방식, 건물을 짓는 양식 등 여러분이 생각하는 거의 모든 문화현상이 ‘밈(meme)'에 해당된다고 보면 됩니다. 
 
밈(meme)이 퍼져나가는 과정은?
도킨스에 따르면, 유전자가 정자나 난자를 통해 하나의 신체에서 다른 하나의 신체로 건너뛰어 퍼지는 것과 똑같이, 밈도 모방의 과정을 통해 한 사람의 뇌에서 다른 사람의 뇌로 건너뛰어 퍼져나갑니다. 밈은 바이러스가 숙주 세포에 유전적 메커니즘으로 기생하는 것과 같은 방식으로 전파되는데, 이때 뇌는 중간 매개물이 되는 셈입니다. 뇌가 밈의 전파에 도움이 되었기 때문에 몸집에 비해 큰 뇌가 진화되었다고 그는 주장하기도 합니다.

이기적 유전자 속편, ‘확장된 표현형’

리처드 도킨스는 그의 책 ‘이기적 유전자’의 그 속편으로 ‘확장된 표현형’을 출간했습니다. 그는 이 책에서 ‘이기적 유전자가 미치는 영향이 그 유전자를 가지는 생물체를 넘어 다른 생명체에까지 영향을 미쳐 결과적으로는 유전자의 생존과 확대에 도움이 되는 현상‘을 기술하기 위해 ‘확장된 표현형’이라는 개념을 사용하고 있습니다.

예를 들어, 비버가 강 속에 둥지를 만들고 그 주위에 나무를 잘라 댐을 쌓아서 쉽고 안전하게 이동한다고 생각해보겠습니다. 이 때 비버의 몸과 행동이 유전자의 표현형이라면 댐 또한 유전자의 표현형으로 생각할 수 있다는 것입니다. 다시 말해, 유전자가 유전자의 수준에서만 작용하고 그치는 것이 아니라 유전자 표현형의 결과에까지 확장되어 영향을 미칠 수 있다는 것, 바로 이것이 리처드 도킨스가 ‘확장된 표현형’에서 말하고 있는 것입니다.

리처드 도킨스의 이기적 유전자는 서울대 권장도서로 꼽힌 만큼 많은 이들에게 영향을 끼치고 있습니다. 실제 많은 분들이 이 책을 읽은 후 기존의 사고를 전환하게 되었다고 합니다. 여러분들도 이 책을 통해 ‘사고의 전환’이라는 신선한 경험을 맛보시길 바랍니다.


국가과학기술위원회 블로그 기자  정 희 엽

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