한국과학기술원(KAIST)은 화학과 윤동기·변혜령 교수 연구팀이 액정 고분자의 분자 배열을 제어해 리튬이온 이동 경로를 정밀하게 조절하는 차세대 배터리 분리막 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 리튬 금속 배터리는 리튬 금속을 음극으로 사용해 기존 리튬이온 배터리보다 더 많은 에너지를 담을 수 있는 차세대 배터리다. 그러나 충전 과정에서 리튬이 한곳에 몰려 뾰족한 나뭇가지 모양으로 쌓이는 '덴드라이트'(Dendrite)가 발생하기 쉽다. 이렇게 자란 리튬은 배터리 수명을 줄이고, 양극과 음극의 직접 접촉을 막는 분리막을 훼손해 내부 합선과 화재를 일으킬 수 있다. 연구팀은 리튬이온이 이동하는 길을 정돈하는 데 주목했다. 이동 경로가 구불구불하면 이온이 돌아가야 하고, 특정 부위로 몰릴 수 있기 때문이다. 이온이 전극을 향해 곧고 고르게 이동하도록 길을 설계하면 빠르게 충전하면서도 리튬이 불균일하게 쌓이는 현상을 줄일 수 있다. 연구팀은 이를 위해 분자들이 일정한 방향으로 배열되는 액정(Liquid Crystal) 소재를 활용했다. 액정은 고체처럼 규칙적인 분자 배열과 액체처럼 흐르는 성질을 함께 지니며, 표면 처리 등에 따라 분자 배열 방향을 바꿀 수 있다. 연구팀은 개발한 분리막을 리튬 금속 배터리에 적용해 급속 충전 성능을 확인한 결과, 이론상 약 15분 만에 충전할 수 있는 빠른 충전 조건에서 충전과 방전을 100회 반복한 뒤에도 초기 용량의 94%를 유지했다고 설명했다. 윤동기 교수는 "이번 연구는 액정 고분자의 분자 배열을 제어해 리튬이온의 이동 경로를 효율적으로 설계하고, 이를 통해 배터리의 성능과 안정성을 향상할 수 있음을 보여준 사례"라며 "향후 긴 주행거리와 빠른 급속 충전이 필수적인 고에너지 밀도 차세대 배터리 기술 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

치명적인 감염병 발생을 경험한 원숭이들은 병이 어떻게 전파되는지 알지 못하더라도 오염된 것으로 보이는 먹이를 더 경계하는 것으로 나타났다. 또 질병에 걸린 적이 없는 원숭이도 같은 집단 내 다른 개체들이 병들고 죽는 상황을 겪은 뒤에는 오염된 먹이를 피하는 행동을 보였다. 미국 샌디에이고 캘리포니아대(UC 샌디에이고) 연구팀은 21일 국제학술지 영국왕립학회 오픈 사이언스(Royal Society Open Science)에서 질병 발생을 겪은 일본원숭이 집단과 겪지 않은 집단의 먹이 선택 실험에서 이런 사실을 확인했다고 밝혔다. 논문 제1 저자인 스테판 카우프홀트 연구원(박사과정)은 "각 집단에는 고유 역사가 있고 이는 행동에 드러난다"며 "질병 발생을 겪은 경험이 오염된 것으로 보이는 먹이 주변에서 더 신중하게 행동하게 만든 것으로 보인다"고 말했다. 연구팀은 텍사스주 남부 영장류 보호시설에 사는 일본원숭이들을 4개 집단으로 나눠 먹이 선택 실험을 하고 행동을 관찰했다. 이곳 원숭이들은 1972년 일본에서 텍사스로 옮겨진 원숭이들의 후손으로, 여러 집단이 서로 분리된 공간에서 생활한다. 이들 중 3개 집단은 2020년 에이즈와 유사한 면역결핍을 일으킬 수 있는 원숭이 레트로바이러스 2형 감염을 경험했고, 한 집단은 이를 겪지 않았다. 원숭이 레트로바이러스 2형은 주로 물림이나 긁힘을 통해 전파됐으며, 일부 원숭이에게 심각한 질병과 죽음을 초래했다. 연구팀은 원숭이 55마리에게 깨끗한 나무 표면과 오염된 것처럼 보이는 표면에 각각 놓인 먹이 중 하나를 선택하게 했다. 오염된 표면은 실제 원숭이 배설물을 투명한 에폭시 아래 밀봉해 냄새와 감염 위험을 없앴다. 그 결과 질병 발생을 경험한 집단은 오염된 것으로 보이는 표면의 먹이를 실험의 47%에서 선택한 반면 질병 발생을 경험하지 않은 집단에서는 그 비율이 79%였다. 연구팀은 질병 발생을 경험한 집단에서는 실제로 바이러스에 감염됐던 원숭이와 감염되지 않은 원숭이의 행동이 비슷했다며 이는 직접 병에 걸렸는지보다 질병 발생을 겪은 경험이 먹이를 경계하는 행동과 관련됐을 가능성을 보여준다고 말했다. 또 흥미로운 점은 이 바이러스가 오염된 먹이로 전파되지 않는다는 점이라며 이 실험은 원숭이들이 무엇이 질병을 일으켰는지 알지 못하더라도 감염을 피하는 행동이 달라질 수 있음을 시사한다고 덧붙였다. 한편, 어린시절 양육 환경이 달랐던 7종의 마카크원숭이 54마리에 대한 별도의 먹이 선택 실험에서는 인간과 함께 자란 반려동물 출신 원숭이들이 어미에게 양육된 보호시설 출신 원숭이들보다 오염된 먹이를 더 자주 선택하는 것으로 나타났다. 카우프홀트 연구원은 이 결과에 대해 반려동물 출신 원숭이들은 어린 시절 어미나 다른 원숭이에게서 오염된 먹이에 대한 일반적인 회피 행동을 배울 기회가 적었던 점이 영향을 미쳤을 가능성이 있다고 설명했다. 연구팀은 사람은 배설물이나 상한 음식에 거부감을 느끼며 피하는데 이런 행동은 혐오감과도 관련이 있다며 이 연구는 혐오감의 진화를 이해하고, 동물의 회피 행동을 '행동 면역계'라는 관점에서 이해하는 데 단서를 제공한다고 말했다. 이어 영장류는 다른 개체의 행동을 보고 배우는 능력이 있는 만큼, 질병 발생을 겪은 집단에서 나타난 경계 행동이 사회적 학습을 통해 퍼지고 유지될 가능성이 있다며 후속 연구에서는 질병 발생을 경험한 집단에 새로 들어온 원숭이도 이런 행동을 습득하는지 확인할 수 있을 것이라고 덧붙였다.

물고기를 단 한 마리도 잡지 않고 바닷물에 남은 유전물질인 ‘환경DNA(eDNA)’만으로 진해만 청어의 산란 회유 특성을 규명한 연구 결과가 발표됐다. 7일 경상국립대에 따르면 이 대학 해양생물교육연구센터 곽우석 교수 연구팀은 바닥 수온이 10도 가까이 내려간 뒤에야 청어가 진해만 산란장으로 들어온다는 사실을 세 번의 겨울 추적을 통해 최종 확인했다. 곽 교수는 청어가 언제, 무엇을 신호로 이곳에 들어오는지 밝히고자 이번 연구에 나섰다. 곽 교수 연구팀은 2019년 11월부터 2022년 3월까지 세 번의 겨울에 걸쳐 진해만 내 11개 지점에서 매달 바닷물 시료 총 300개를 채취해 분석했다. 분석 결과 세 해 모두 11월에는 청어 DNA가 전혀 검출되지 않다가 바닥 수온이 10도 부근으로 떨어지는 시점에 검출되기 시작했다. 청어 DNA가 처음 확인됐을 때의 바닥 수온은 평균 9.8도였다. 특히 2021년 12월에는 한 산란장의 바닥 수온이 14.2도에서 10.1도로 낮아지자 바닷물 1ml당 2400만개가 넘는 청어 DNA가 급증하는 현상이 관측됐다. 청어의 산란장 유입 시기는 해에 따라 12월 말에서 1월 말까지 약 한 달가량 차이를 보였는데, 이는 청어가 수온 변화 신호에 맞춰 산란장으로 이동함을 입증한다. 반면 산란을 마친 청어가 만을 빠져나가는 시기는 수온과 무관하게 산란 직후 이뤄졌으며, 진해만에 머무는 기간은 6~11주에 그쳤다. 청어 DNA는 수심이 얕고 해조류가 무성한 연안 두 곳에 집중적으로 분포했으며, 해당 지점의 DNA 농도는 다른 구역보다 약 55배 높게 나타나 연구팀의 기존 잠수 조사 결과와 일치했다. 이번 연구는 기존 어획 통계의 한계점도 명확히 짚어냈다. 2021년 12월 관측 당시 바닷물 속 DNA 신호는 실제 청어 어획량이 정점에 도달하기 약 2주 전에 대량 유입을 먼저 감지했다. 경남 연안의 청어 어획은 11월부터 시작되지만 산란장 DNA 검출은 12월~1월에 이뤄져 어획 통계만으로는 산란장 진입 시점을 정확히 알 수 없음이 확인됐다. 한편 이번 연구 결과는 해양과학 분야 국제학술지 ‘Regional Studies in Marine Science’(2025 JCR 기준 상위 23%)에 게재가 확정됐다. 진해만은 북서태평양 청어 산란장 중 최남단에 위치한 곳으로, 매년 1000~2000t이 어획돼 지역 어업 및 연안 생태계 먹이사슬의 핵심 역할을 담당한다. 곽 교수는 “청어가 수온 변화에 적응할 수 있는 유연성이 크지 않다”며 “겨울철 수온이 지속적으로 상승하면 해조류 숲이 유지되더라도 청어 산란장 자체가 사라질 수 있다”고 경고했다. 이어 “수온계와 바닷물 채취만으로 산란장 위기 징후를 조기에 감지할 수 있는 만큼, 연안 생태계 및 지역 어업 보호를 위한 지속적인 모니터링이 시급하다”고 강조했다.

동아대학교 연구팀이 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 포집하면서 고순도 수소(H₂)를 동시에 회수할 수 있는 새로운 기술 개발에 성공했다. 탄소포집과 청정수소 생산을 하나의 공정으로 연계할 수 있어 친환경 에너지 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다. 동아대는 화학공학과 사정훈 교수팀이 한국과학기술원(KAIST) 이재우 교수팀과 공동으로 가스 하이드레이트의 결정구조를 단계별로 제어하는 ‘2단계 기체 분리공정’을 개발했다고 29일 밝혔다. 이번 연구에는 동아대 김도연·정시윤 석사과정 학생과 KAIST 김광범 박사과정 학생이 참여했고, 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 최근 게재됐다. 가스 하이드레이트는 물 분자가 형성한 미세한 결정구조 내부에 특정 기체를 가두는 물질이다. 연구팀은 이산화탄소와 수소가 결정구조에 포집되는 정도가 다르다는 특성에 착안해 서로 다른 두 종류의 하이드레이트 결정구조(sI·sII)를 순차적으로 활용하는 분리공정을 개발했다. 1단계에서는 이산화탄소 선택성이 높은 결정구조의 성장을 촉진해 포집된 이산화탄소의 순도를 99% 이상으로 높였다. 이어 2단계에서 남은 이산화탄소를 추가로 포집하면서 수소를 농축하는 데 성공했다. 그 결과 최적 조건에서 이산화탄소는 순도 91%에 회수율 85%, 수소는 순도 91%에 회수율 94%를 각각 달성했다. 특히 별도의 기계적 교반 없이도 하이드레이트 형성을 촉진하는 기술을 적용해 기존 단일단계 공정의 한계를 개선했다. 사 교수는 “서로 다른 하이드레이트 결정구조의 장점을 단계적으로 활용해 기존 공정의 한계를 극복했다”며 “탄소포집과 청정수소 생산을 연계하는 새로운 가스분리 기술로 발전할 가능성이 크다”고 말했다.

북극 보퍼트해 해저에서 서울시 면적의 약 3분의 2에 해당하는 규모의 가스하이드레이트 분포가 확인됐다. 가스하이드레이트는 메탄과 물이 결합해 얼음처럼 굳은 고체 물질로, 차세대 에너지원으로 주목받는 동시에 분해될 경우 강력한 온실가스인 메탄을 방출할 수 있어 기후변화의 '시한폭탄'으로도 불린다. 극지연구소는 북극 보퍼트해 매켄지 해곡에서 가스하이드레이트의 분포 범위와 매장 규모, 안정성을 분석한 결과 현재로서는 급격한 기후재해를 일으킬 가능성이 낮은 것으로 나타났다고 25일 밝혔다. 이번 연구에는 극지연구소를 비롯해 미국 몬터레이만수족관연구소(MBARI), 캐나다 지질조사소(GSC) 연구진이 참여했다.연구팀은 쇄빙연구선 아라온호를 이용해 보퍼트해 매켄지 해곡 일대에서 총 890㎞에 이르는 탄성파 자료를 확보해 분석했다. 그 결과 수심 약 750∼1200ｍ 구간에서 최소 406㎢ 규모의 가스하이드레이트가 분포하는 것으로 확인됐다. 일부 구간에서는 가스하이드레이트가 퇴적물 공극의 최대 67%를 차지하는 것으로 분석됐다. 저장된 메탄은 보수적으로 추산해도 약 1억7000만∼2억3000만t에 달하는 것으로 연구팀은 추정했다. 이 메탄이 모두 대기로 방출될 경우 현재 지구 평균 대기 중 메탄 농도가 약 3∼4% 증가할 수 있는 규모다. 다만 당장 가스하이드레이트가 대량으로 분해돼 메탄이 방출될 가능성은 크지 않은 것으로 분석됐다. 가스하이드레이트층이 해저면 아래 수백ｍ 깊이에 묻혀 있어 현재 진행 중인 북극의 해양 온난화가 해당 깊이까지 도달하는 데 수백∼수천년이 걸릴 것으로 예상되기 때문이다. 앞서 북극 보퍼트해에서 가스하이드레이트가 존재한다는 사실과 대략적인 경계가 확인된 적은 있지만, 관측자료가 충분하지 않아 전체적인 분포 규모와 안정성은 명확하게 파악되지 않았다. 이번 연구는 장기간 이어질 해양 온난화에 대한 잠재적인 위험을 살펴볼 수 있는 기초자료를 확보했다는 점에서 의미가 있다. 특히 수천만년 전 발생했던 급격한 온난화 사례처럼 해양 온난화가 장기간 지속될 경우 가스하이드레이트의 안정 영역이 점차 축소될 수 있다는 우려가 나온다. 이 과정에서 메탄 이동이나 해저 지반의 안정성 변화로 이어질 가능성도 있다. 극지연구소는 '북극해 현안대응 해빙-해양-해저환경변화 연구사업'과 연계해 해당 지역에 대한 반복 관측과 후속 연구를 이어갈 계획이다. 이번 연구는 해양수산부 연구개발(R&D) 사업 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 '지구물리학 연구 저널: 고체 지구(Journal of Geophysical Research: Solid Earth) 8월호에 게재됐다. 논문 제1저자인 최연진 극지연구소 기술원은 "이번에 구축한 자료와 분석 결과는 북극 해저 가스하이드레이트가 장기적인 해양 온난화에 어떻게 반응하는지를 추적하는 기준자료로 활용될 것"이라고 말했다. 신형철 극지연구소장은 "공백으로 남아 있던 북극 해역의 자원·환경 실태를 국내 연구진 주도로 규명했다는 점에서 의미가 있다"며 "북극해 기후변화 대응과 미지의 자원 평가를 위해 연안국 연구기관과 협력을 강화하겠다"고 밝혔다.

국내 연구진이 장 조직의 고유한 성분 뿐만 아니라 부드러운 물리적 환경까지 함께 구현한 새로운 세포 배양막을 개발해 화제다. 포스텍은 기계공학과·융합대학원 김동성 교수, 기계공학과 김현지 박사 연구팀이 차의과학대 의학전문대학원 윤재승 교수(포스텍 기계공학과 동문) 연구팀과 공동으로 실제 장 조직의 생화학적 성분과 물리적 특성을 동시에 모사한 세포 배양막 개발에 성공했다고 24일 밝혔다. '장 오가노이드(Organoid)'는 줄기세포로 만든 일종의 '미니 장'이다. 실제 장의 다양한 세포와 기능을 재현할 수 있어 질환 연구나 약물 평가 등에 활용된다. 문제는 기존 합성 고분자 막이 실제 장보다 훨씬 단단하고 장 조직 고유의 세포외기질 성분도 충분히 구현하지 못한다는 점이다. 연구팀은 이런 한계를 극복하고자 전기 방사 기술을 이용해 머리카락보다 훨씬 가는 섬유로 이뤄진 초박막 나노 섬유 지지체를 제작했다. 여기에 돼지 대장 조직에서 세포를 제거하고 세포외기질 성분만 남긴 탈세포화 세포외기질을 결합했다. 이렇게 개발된 세포 배양막은 당초 합성 배양막과 달리 장 조직에 가까운 부드러운 물리적 환경까지 구현, 세포가 실제 몸속에서 경험하는 미세 환경을 더 충실하게 재현했다는 평가가 나온다. 김동성 교수는 "당초 장 오가노이드 모델은 다양한 장 세포를 재현할 수 있다는 장점이 있지만, 평면 배양 과정에 실제 조직과 물리·생화학적 특성이 다른 합성 소재를 사용해야 하는 한계가 있었다" 며 "이번 연구는 장 조직 고유의 성분과 실제 조직에 가까운 물리적 환경을 하나의 배양막에서 구현했다는 데 의의가 있다"고 말했다. 한편 이번 연구는 생체 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈' 온라인 판에 게재됐다. 과학기술정보통신부·한국연구재단이 지원하는 중견 연구자 지원, 국가 연구소(NRL)사업, 세종과학펠로우십, 보건복지부·한국보건산업진흥원의 보건 의료 기술 연구 개발 지원을 받았다.

섬망은 시간과 장소에 대한 인식 장애, 이상 행동, 환각 등을 보이는 급성 뇌기능 장애다. 입원한 고령 환자 4명 중 1명꼴로 발생할 만큼 흔하며, 낙상 위험을 높이고 신체 기능을 떨어뜨려 회복과 예후에 부정적 영향을 미친다. 이런 가운데 섬망 위험을 높여주는 항우울제와 같은 약물을 조정하고 아침 햇빛에 노출하는 '통합 섬망 관리 프로그램'이 고령 입원 환자의 섬망 중증도를 크게 줄여준다는 연구 결과가 나왔다. 분당서울대병원은 박혜연 정신건강의학과 교수·김선욱 종합내과 교수 연구팀이 섬망 관리에 필요한 여러 중재 요소를 하나의 체계로 통합한 프로그램을 개발, 실제 병동에 적용해 그 효과를 확인했다고 밝혔다. 현재 섬망에 대한 주요 가이드라인은 위험 약물 조정과 환자의 시간·장소 인식을 돕고 수면·활동 주기를 회복시키는 비약물적 중재를 핵심 예방 전략으로 권고하고 있다. 그러나 고령 환자는 여러 질환으로 다양한 약물을 복용하는 경우가 많아 위험 약물 조정이 쉽지 않다. 또 제한된 의료 인력과 시간 안에서 다양한 비약물적 중재를 체계적으로 병행하기도 어려워 현실적으로 적용 가능한 통합 모델이 부족한 실정이었다. 이에 연구팀은 입원 환자에게 섬망이 발생하더라도 그 중증도가 심해지지 않도록, 제한된 인력과 시간 안에서도 시행 가능한 통합 섬망 관리 프로그램을 구성했다. 먼저, 환자가 입원하면 정신건강의학과 의료진이 섬망 고위험 약물을 검토·조정한다. 섬망 고위험 약물에는 ▲로라제팜, 알프라졸람(벤조디아제핀계 안정제) ▲졸피뎀(수면제) ▲트리마돌, 옥시코돈(마약성진통제) ▲아미트립틸린(항우울제) ▲히드록시진, 클로르페니라민(항히스타민제) ▲옥시부티닌( 과민성 방광약 항콜린제) 등이 있는데 이를 다른 약으로 대체하거나 복용을 중단하는 식이다. 또 보호자들에게 섬망 예방 교육을 시키고, 환자에게 시간이나 장소 등을 수시로 질문하고, 매일 아침 1만5000럭스의 전등을 햇빛 대신 노출시켜 수면-각성 주기 회복을 돕는 광치료를 하나로 묶은 것이 특징이다. 의료진 중심으로 이뤄지던 관리 체계를 보호자까지 확장해, 환자의 평소 상태를 가장 잘 아는 보호자가 곁에서 정보를 지속적으로 전달하며 지남력(시간·장소·사람에 대한 인식) 유지를 돕도록 했다. 연구팀은 2023년 3월부터 지난해 4월까지 내과 병동에 입원한 환자 203명(평균 연령 70대)을 대상으로 개발한 프로그램을 적용하는 전향적 관찰연구를 진행했다. 이 중 64명(중재군)에게는 통합 관리 프로그램을 적용하고, 나머지 139명(관찰군)은 기존과 같은 일반 진료를 받도록 한 뒤 입원 1일차, 3일차, 7일차의 섬망 중증도 변화를 비교했다. 분석 결과, 프로그램을 적용받은 중재군은 그렇지 않은 관찰군보다 입원 7일차 평가에서 섬망 중증도가 유의하게 낮았다. 중재 요소 중 약물 조정의 효과가 입원 3일차부터 가장 빠르게 나타나 7일차까지 이어졌다. 또 여러 중재 요소를 많이 적용받을수록 입원 7일차 섬망 개선 효과가 더 크게 나타나는 누적 효과를 보여 통합적인 관리의 중요성을 확인했다. 이번 연구는 기존에 개별적으로 시행되던 섬망 중재를 하나의 통합 프로그램으로 구성, 실제 입원 병동에 적용해 효과를 확인했다는 점에서 의미가 있다. 입원 초기에는 위험 약물부터 신속히 조정하고, 인지보드·교육영상 등 비약물적 중재는 고위험군에 집중하는 단계적 접근법을 제시해 현실적인 병동 적용 가능성을 높였다. 특히 부족한 의료 인력이라는 제약을 인지보드 활용과 보호자 참여로 보완해 실용적 관리 모델을 제시했다는 점도 중요하다. 박혜연 교수는 "고령 환자의 다약제 복용과 제한된 의료 자원으로 인해 섬망 관리에 필요한 다양한 중재를 일관되게 적용하는 데 어려움이 있었다"며 "이번 연구를 통해 섬망 위험 약물 조정, 환자 및 보호자의 참여를 결합하면 실제 입원 병동에서도 충분히 시행할 수 있는 통합 관리 모델을 제시하게 됐다"고 전했다. 이어 "앞으로는 입원 기간뿐 아니라 퇴원 후까지 환자를 추적 관찰해, 환자별 위험도에 따른 맞춤형 섬망 예방·관리 시스템을 개발할 계획"이라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 노인의학 분야 국제학술지 'Age and Ageing'(노년과 노화) 4월호에 게재됐다.

농촌진흥청이 벼의 염해 저항성을 조절하는 새로운 유전자를 찾아냈다. 간척지나 해안 저지대 등 염분이 많은 환경에서도 안정적으로 자라는 작물 품종 개발에 활용될 것으로 기대된다. 농진청은 벼 오믹스 빅데이터를 분석해 염 스트레스 대응에 관여하는 신규 유전자 'OsWRKY116'을 발견했다고 18일 밝혔다. 토양이나 관개수의 염분 농도가 높아지면 작물은 물과 양분을 제대로 흡수하지 못한다. 세포 안에는 이온이 과도하게 축적돼 생육이 저해되고 수확량도 감소한다. 연구진은 OsWRKY116의 기능을 확인하기 위해 유전자 가위 기술인 '크리스퍼-카스9'을 이용해 해당 유전자를 제거한 벼를 만들고 염 처리 조건에서 일반 벼와 생육 상태를 비교했다. 그 결과 OsWRKY116을 제거한 벼는 일반 벼보다 잎이 하얗게 변하는 백화 현상이 뚜렷하게 줄었으며 생육 상태와 생존율도 개선됐다. 연구진은 이를 통해 OsWRKY116의 발현을 억제하면 벼의 염 스트레스 저항성이 높아진다는 사실을 확인했다. 해당 유전자가 벼의 내염성을 조절하는 인자로 작용한다는 점도 규명했다. 농진청은 '벼의 내염성을 조절하는 OsWRKY116 유전자 및 이의 용도'에 대한 특허출원을 마쳤다. 이번 연구 결과는 향후 벼를 비롯해 염해에 강한 작물을 개발하는 기초 자료로 활용될 전망이다. 이태호 농진청 국립농업과학원 슈퍼컴퓨팅센터장은 "이상기후 증가에 대응해 안정적으로 식량을 생산하려면 슈퍼컴퓨터를 기반으로 필요한 유전자를 빠르게 탐색하고 기능을 검증해야 한다"며 "앞으로도 빅데이터와 인공지능을 기반으로 농생명 연구의 디지털 전환에 속도를 내겠다"고 말했다.

정상세포까지 함께 공격해 부작용을 일으키는 기존 항암치료의 한계를 넘어 암세포만 골라 죽이는 새로운 치료 전략이 개발되고 있다. 암세포가 살아남기 위해 사용하는 DNA 복구 능력을 역으로 차단하거나, 정상세포에는 없는 암세포 고유의 돌연변이를 유전자 가위로 직접 잘라내는 방식이다. 명경재 기초과학연구원(IBS) 유전체항상성연구단장은 10일 서울에서 'DNA 복제와 손상 복구 과정을 규명해 암과 노화의 비밀을 풀다'를 주제로 열린 과학미디어아카데미에서 DNA 손상 복구 기전을 이용한 항암 연구 성과를 소개했다. DNA는 우리 몸의 유전정보를 담은 일종의 '코드'다. 컴퓨터가 0과 1로 정보를 저장한다면 DNA는 A·T·G·C라는 네 종류의 염기를 조합해 정보를 기록한다. 이 염기들이 어떤 순서로 배열되느냐에 따라 우리 몸에 필요한 단백질을 만드는 유전자 정보가 달라진다. 사람의 DNA에는 이같은 염기 정보가 약 30억개 담겨 있으며, 육안으로는 보이지 않는 작은 세포 하나에서 DNA를 모두 꺼내 일렬로 펼치면 길이가 약 2m에 달한다. 이처럼 방대한 유전정보를 담은 DNA는 활성산소나 자외선, 방사선뿐 아니라 세포가 분열하며 DNA를 복제하는 과정에서도 끊임없이 손상된다. 세포는 손상 종류에 따라 서로 다른 복구 장치를 동원해 이를 고친다. 이에 대해 명 단장은 "DNA가 손상되는 형태가 다 다르기 때문에 수리하는 기구도 다르다"고 설명했다. ◆암세포도 자기 DNA 복구…항암제 내성 다시 막는 'UNI418' 문제는 암세포 역시 이 DNA 복구 능력을 생존에 적극 이용한다는 점이다. 기존 항암제와 방사선 치료는 빠르게 분열하는 암세포의 DNA를 손상시켜 죽이지만 머리카락이나 혈액세포, 장세포처럼 정상적으로 빠르게 분열하는 세포까지 공격한다. 탈모·설사·면역저하 등의 부작용이 생기는 이유다. DNA 복구 능력을 암 치료에 이용한 대표적인 사례가 PARP 억제제다. BRCA1·2 유전자 이상으로 주요 DNA 복구 기능 하나가 망가진 암세포에서 또 다른 복구 통로인 PARP까지 막아 암세포를 선택적으로 죽이는 '합성치사' 원리를 쓴다. 실제 PARP 억제제는 임상에 도입됐지만 시간이 지나면 암세포가 다른 DNA 복구 기능을 되살려 내성을 획득하는 문제가 생긴다. IBS 연구단은 이 내성을 다시 무너뜨리는 후보물질 'UNI418'을 찾았다. DNA 복제 과정의 이상을 손쉽게 측정할 수 있는 세포를 이용해 미국 국립보건원(NIH)이 보유한 약 30만개 저분자 화합물을 걸러낸 결과다. 88개 후보에서 구조·용해도·독성 등을 따져 12개로 추린 뒤 UNI418을 발굴했다. UNI418은 암세포가 되살린 DNA 복구 기능인 상동재조합(HR)을 다시 억제한다. 연구 결과 BRCA2 변이 난소암과 췌장암 가운데 기존 PARP 억제제에 내성을 얻은 암세포가 UNI418을 함께 처리하자 다시 약물에 반응했다. 동물모델에서도 PARP 억제제와 병용 효과가 확인됐다. ◆암세포에만 생긴 돌연변이 '싹둑'…10종 이상 암서 사멸 확인 이에 더해 연구단이 보다 범용적인 항암 전략으로 개발 중인 기술은 '신델라(CINDELA·Cancer-specific InDel Attacker)'다. 명 단장은 이를 기존 세포독성 항암제, 표적항암제, 면역항암제를 잇는 '4세대 항암제' 개념으로 제시했다. 단순하게 설명하면 암은 DNA 염기서열에 돌연변이가 축적되면서 발생한다. 암세포에는 정상세포에는 없는 수천~수만개의 변이가 생길 수 있다. 신델라는 이 가운데 DNA 일부가 새로 삽입되거나 사라진 'InDel' 변이를 찾아내고, 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 유전자 가위가 해당 부위만 반복해서 자르도록 설계하는 방식이다. 정상세포에는 같은 서열이 없어 유전자 가위가 들어가더라도 자를 표적이 없다는 게 핵심이다. 명 단장은 "암세포에서만 자를 수 있는 유전자 가위를 만들어 정상세포와 암세포에 넣으면 정상세포에는 자를 게 없다"며 "세포가 잘린 DNA를 복구하더라도 다시 자르는 과정이 반복돼 감당할 수 없는 수준에 이르면 죽게 된다"고 설명했다. 연구단은 현재까지 대장암·유방암·혈액암 등 10종 이상의 암종에서 신델라에 의한 암세포 사멸을 확인했다. 대장암을 이식한 마우스에서도 지질나노입자(LNP)로 유전자 가위를 전달했을 때 종양 성장이 억제됐다. 다만 당장 모든 환자가 동일한 신델라 치료제를 쓰는 '범용 치료제' 단계는 아니다. 현재 구상은 환자의 정상세포와 암세포 유전체를 분석해 암에만 존재하는 InDel을 골라낸 뒤, 해당 서열을 찾는 가이드 RNA를 환자별로 설계하는 맞춤형 치료에 가깝다. 연구단은 시스템이 자동화될 경우 환자 샘플 확보부터 맞춤형 약제를 만드는 데 약 한 달 정도가 가능할 것으로 보고 있다. ◆환자마다 다른 약…전달효율·안전성 평가가 상용화 관건 신델라가 실제 치료제로 가기 위해 넘어야 할 장벽도 남아 있다. 가장 큰 과제 중 하나는 유전자 가위를 암세포까지 충분히 전달하는 것이다. 연구단은 바이러스 대신 코로나19 백신을 계기로 기술이 빠르게 발전한 LNP를 활용하고 있지만, 명 단장은 "아직 전달 효율은 바이러스만큼은 아닌 것 같다. 효율을 높이는 게 최대 관건일 것으로 본다"고 말했다. 환자마다 가이드 RNA의 염기서열이 달라지는 만큼 각각을 별개의 신약으로 보고 안전성 평가를 다시 해야 하는지도 과제다. 이에 연구단은 여러 암 환자에게 공통적으로 나타나는 돌연변이를 찾아 미리 신델라 약제를 만들어 놓는 '범용화' 연구도 진행하고 있다. UNI418이나 PARP 억제제와 병용해 유전자 가위가 잘라야 하는 표적 수 자체를 줄이는 연구도 병행 중이다. 명 단장은 신델라의 임상 적용 시점에 대해 "빨리 본다면 지금부터 5~10년 정도 지나면 환자에게 갈 수 있지 않을까 싶다"고 내다봤다. 다만 현재는 세포·동물실험과 환자 유래 세포를 활용한 검증 단계로, 실제 임상시험과 안전성·유효성 검증을 거쳐야 한다. 연구단은 현재 환자의 정상세포와 암세포로 각각 오가노이드를 만들어 신델라가 암세포를 선택적으로 죽이는지 확인하는 연구도 진행하고 있다.

최근 전문가들에 따르면 초보 아빠들 또한 산후우울증을 겪을 수 있는 것으로 드러났다. 다만 남성의 산후우울증은 여성과 증상이 다르게 나타나는 경우가 많다. 보통 산후우울증은 출산을 한 여성 7명 중 1명에게 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 여성의 주요 증상으로는 우울한 기분, 수면 장애, 집중력 저하, 죄책감, 아기와의 애착 형성 어려움 등이 꼽힌다. 심각한 경우에는 자해나 아기를 해치려는 생각으로 이어지기도 한다. 발병 원인은 명확하지 않으나 출산 후 에스트로겐과 프로게스테론 등 호르몬 수치의 급격한 변화가 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 남성 산후우울증 역시 호르몬 변화가 주된 원인으로 지목된다. 해켄색 대학 의료센터의 심리학자 브렛 A. 빌러는 "초보 아빠들은 남성호르몬인 테스토스테론이 감소하고 에스트로겐과 스트레스 호르몬인 코르티솔이 증가하는 호르몬 변화를 겪게 된다"며 "이는 자녀에 대한 애착을 높이기 위한 진화론적 메커니즘이지만, 역설적으로 우울증과 불안에는 더 취약해지게 만든다"고 설명했다. 특히 전문가들은 배우자가 산후우울증을 겪고 있을 경우, 초보 아빠의 산후우울증 위험도가 약 50%까지 치솟을 수 있다고 추정했다. 하지만 현재 실제 공식 진단으로 이어지는 경우는 10건 중 1건에 불과하다. 올해 초 국제 의학 학술지 'JAMA Network Open'에 발표된 스웨덴의 대규모 연구에 따르면 100만 명 이상의 초보 아빠들을 분석한 결과 출산 후 1년이 도래할 무렵 아빠들의 우울증 및 스트레스 관련 장애 진단율이 임신 전과 비교해 약 30% 증가한 것으로 나타났다. 연구진은 초보 아빠들의 정신 건강, 특히 우울증과 스트레스 관련 장애에 대해 지속적인 관찰과 모니터링이 필요하다고 지적했다. 남성 산후우울증을 유발하는 주요 요인으로는 수면 부족, 경제적 압박, 배우자와의 관계 변화 등이 꼽힌다. 주로 슬픔과 위축 행동을 보이는 여성들과 달리, 남성들은 짜증, 분노, 공격성을 표출하거나 알코올 및 약물에 의존하는 경향이 더 높게 나타난다. 이는 가족 관계를 긴장시키고 자녀의 정서 및 행동 문제를 유발할 위험이 있다. 이 외에도 사회적 고립, 빈번한 두통이나 복통, 취미 활동에 대한 흥미 상실 등이 남성 산후우울증의 동반 증상으로 나타날 수 있다. 스웨덴 연구진은 "일부 초보 아빠들은 배우자의 임신 기간과 출산 직후 아내에게 집중하느라 자신의 증상을 숨기거나 내면화하고, 도움을 청하는 행동을 자제할 수 있다"며 아빠들이 배우자에게 가야 할 관심을 분산시키지 않으려 도움 요청을 기피하는 성향 때문에 실제 증상에 비해 과소 진단되고 있을 가능성을 시사했다.