답변 내역

안녕하세요.원핵생물에서 CRISPR-Cas9 시스템은 침입한 바이러스의 DNA 조각을 CRISPR 배열에 기록해 두었다가, 이후 같은 바이러스가 들어오면 이를 인식해 절단하는 일종의 획득 면역 시스템입니다. 그런데 자기 자신이 저장해 둔 CRISPR 배열에는 분명 바이러스 유전자 서열 일부가 존재하는데도, Cas9이 이를 가만히 두는 이유는 표적 구별 과정에서 PAM이라는 필수 서열 요소가 결정적 역할을 하기 때문인데요, Cas9 단백질은 target DNA를 절단할 때, gRNA(guide RNA)가 인식하는 표적 서열과 더불어 그 바로 옆에 특정한 짧은 모티프—대개 NGG—가 존재해야만 절단 반응을 시작합니다.이 PAM은 Cas9이 이 DNA가 내 것이 아니라 외부 침입자임을 판단하는 분자적 스위치와 같은 역할을 하며, CRISPR 배열 내에 저장된 스페이서 서열 옆에는 PAM이 존재하지 않도록 자연적으로 구성되어 있기 때문에 Cas9은 자기 CRISPR 영역을 절대로 표적으로 삼지 못합니다.즉 Cas9이 DNA를 스캔하는 과정에서는 먼저 PAM을 찾고, PAM이 확인되면 그 주변 서열을 gRNA와 비교하여 상보적으로 결합할 수 있는지를 검사합니다. PAM이 없는 DNA는 이 초기 접촉 단계에서 곧바로 배제되므로, gRNA에 정확히 상보적이더라도 절단 반응은 일어나지 않습니다. 즉, 표적 결정의 1차 필터가 PAM, 2차 필터가 gRNA 상보성으로 이루어져 있으며, 이중 필터링이 자체 유전체의 손상을 방지하는 핵심 보호장치입니다. 감사합니다.

안녕하세요.앞으로 5년 안의 AI 발전은 인간의 생활과 업무 환경에서 보조 도구의 역할을 넘어서 점차 의사결정 과정과 창의적 활동의 일부를 공유하는 방향으로 확장될 것입니다.일상에서는 먼저 개인 맞춤형 서비스가 더욱 정교해져, 스마트폰이나 가전제품이 단순한 자동화 수준을 넘어 사용자의 기분, 컨디션까지 분석해 행동을 예측하고 조언하는 형태로 발전할 것입니다. 예를 들어 건강 관리에서는 생체 신호 기반 AI가 수면 패턴·스트레스 지수·운동 적정량까지 실시간으로 분석해 생활 리듬을 조절하는 데 관여하며, 교육 분야에서는 학습자의 이해 속도와 약점을 자동으로 분석해 개인별 커리큘럼을 구성하는 형태가 보편화될 가능성이 높습니다.또한 업무 환경에서는 반복적 문서 작업, 데이터 정리, 일정 관리 같은 비창의적 업무 대부분이 AI에 의해 자동화되면서 사람은 문제 해결·전략 수립·창의적 판단과 같은 고차원적 사고에 더 집중하게 될 것입니다.특히 전문직 분야에서도 변화가 뚜렷해져, 프로그래밍·법률·회계·연구 분야에서 AI가 초안을 생성하고 사람은 이를 검수·최적화하는 협업 구조가 강화될 것으로 예상되며 의료 현장에서는 진단 보조 AI가 영상·유전체·병력 데이터를 통합하여 빠르고 정밀한 판단을 제공함으로써 의사의 의사결정을 뒷받침하는 형태가 더 활발해질 것입니다.즉 앞으로 5년의 변화는 AI가 사람을 대체한다기보다 사람의 작업 구조를 재편하여 효율성, 정밀성, 개인화를 극대화하는 방향으로 이어질 것이며, 기술 자체보다 중요한 변화는 사람들이 이러한 환경에 적응해 새로운 업무 방식을 형성할 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.질문해주신 것처럼 생존 상황에서 물을 확보하는 문제는 인체 생리적으로 매우 중요한데요 사람은 에너지 저장고인 지방과 단백질을 이용하여 한 달 가까이 굶주림을 견딜 수 있지만, 물은 체온 조절·혈액 순환·세포 대사 유지에 직접적으로 관여하기 때문에 수일만 결핍되어도 생명 유지가 어렵습니다. 야외에서 깨끗한 물을 얻으려면 먼저 물의 오염원을 고려해야 하는데요, 표면수가 맑아 보이더라도 세균, 기생충, 화학 오염물질, 중금속 등이 포함될 수 있기 때문에 단순히 색깔이나 냄새만으로 안전성을 판단하기 어렵습니다. 따라서 야외 생존에서는 우선 물을 찾고, 다음으로 정화하는 과정이 함께 필요합니다.물이 존재할 가능성이 높은 곳으로는 지형적으로 물이 모이는 낮은 지대, 건조 환경에서도 식물이 무성한 지역, 동물의 발자국이 많이 난 경로 등이 있으며, 특히 아침 이슬이나 새벽 결로는 기온 변화로 형성되는 자연적인 수분원이어서 식물 잎이나 나뭇잎 위에 맺힌 물을 모아 마실 수 있습니다. 비가 내리는 경우에는 방수천·비닐·우비 등을 이용해 간단한 빗물 수집 장치를 만들면 비교적 깨끗한 물을 얻을 수 있습니다. 빗물은 대체로 미생물 오염이 적어 생존 환경에서는 가장 안전한 수원에 속합니다. 표면수를 이용해야 한다면, 가장 먼저 흐르는 물을 우선적으로 선택하는 것이 좋은데요, 흐르는 물은 미생물 농도가 축적되기 어렵고 유기물이 상대적으로 적으나, 여전히 그대로 마시는 것은 위험합니다. 따라서 정화 과정이 필요합니다. 가장 기본적이며 과학적으로 확실한 방법은 끓이기입니다. 물을 1분 이상 충분히 끓이면 대부분의 세균·바이러스·기생충 포자가 사멸하며 높은 고도에서는 끓는점이 낮아지므로 3분 이상 끓이는 것이 일반적입니다. 고형 오염물질은 침전시키거나 깨끗한 천이나 필터로 1차적으로 걸러낸 후 끓이면 효과가 더 좋습니다. 감사합니다.

안녕하세요.CRISPR 기술을 이용해 내병성이나 수확량을 강화한 작물이 도입되면, 단기적으로는 병충해 저항성 향상과 생산성 증가를 통해 농업 효율을 크게 높일 수 있습니다. 하지만 이러한 형질 강화가 자연 생태계와 야생종의 유전적 구조에 어떤 방식으로 영향을 미치는지에 대해서는 장기적인 관찰이 필요합니다. 우선 유전자 편집 작물이 기존 농경지 경계에서 야생 근연종과 교잡될 경우, 강화된 내병성이나 제초제 저항성 유전자가 자연 생태계로 유입될 가능성이 있는데요, 이러한 유전자 흐름은 야생종의 번식 경쟁력을 증가시켜 특정 종이 과도하게 우세해지는 결과를 초래할 수 있으며, 이는 결국 지역 생태계의 균형을 무너뜨리고 종 다양성을 감소시키는 방향으로 작용할 우려가 있습니다.또한 특정 병원체에 대한 강력한 저항성을 가진 작물이 광범위하게 재배될 경우, 병원체 집단은 선택압을 받아 새로운 감염 전략이나 돌연변이를 획득하게 됩니다. 이는 항생제 내성균의 등장과 유사한 원리로, 장기적으로는 기존에 없던 고병원성 병원체가 출현하거나 병원체의 적응 속도가 기존보다 빨라질 가능성을 내포합니다. 이러한 진화적 압박은 생태계 전체에 영향을 줄 수 있고, 특히 곤충 매개 병원체나 토양 미생물군집의 구성 변화로 이어져 농업과 자연 생태계의 상호작용 구조를 바꿀 수 있습니다.게다가 CRISPR을 통한 형질 강화가 식물의 생리학적 특성, 예를 들어 개화 시기나 영양분 축적 방식, 화분 매개 곤충과의 상호작용 패턴을 바꿀 수 있는데, 이는 생태계 내 다른 생물종의 생활사와 먹이망 구조에도 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 개화 시기 변화는 특정 꽃가루 매개 곤충의 먹이 확보 시기와 어긋나 생태적 불일치를 유발할 수 있고, 이는 곤충 집단의 크기 감소나 포식자-피식자 관계의 변화로 이어질 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.미세플라스틱은 직경 수 마이크로미터에서 나노미터에 이르는 작은 입자로서 호흡기, 소화기, 그리고 드물게는 혈액 순환으로까지 유입될 수 있습니다. 크기가 수 마이크로미터 이하로 작아지면 장 상피 사이를 이루는 밀착연접 틈새를 통한 면역 관련 흡수 경로를 통해 체내로 이동할 가능성이 높아지고, 나노 단위의 입자는 세포막의 엔도사이토시스에 의해 직접 세포 안으로 유입될 수 있습니다. 이와 같이 물리적 장벽을 통과한 미세·나노 플라스틱은 표면에 흡착된 중금속, 가소제, 난연제와 같은 화학 첨가물을 함께 운반하거나 자체적으로 활성산소를 생성하는 특징을 갖기 때문에 생체 분자에 다양한 형태의 스트레스를 유발하게 됩니다.세포 수준에서는 미세플라스틱의 표면과 상호작용하는 과정에서 과도한 활성산소종이 형성되어 지질 과산화, 단백질 변성, DNA 절단과 같은 산화 스트레스가 증가하게 됩니다. 이러한 스트레스는 미토콘드리아의 기능을 저하시켜 ATP 생성이 감소하고, 세포 내 칼슘 항상성이 무너지면서 염증성 신호전달 경로인 NF-κB나 MAPK 경로가 활성화됩니다. 활성화된 신호전달은 염증성 사이토카인 분비를 유도하여 주변 세포에도 염증 반응을 확산시키고, 장 점막이나 폐포 상피처럼 반복적 노출이 일어나는 조직에서는 만성적인 미세염증 상태로 이어질 수 있습니다.또한 미세플라스틱 표면에 부착된 프탈레이트, 비스페놀 A 등은 내분비계 교란 물질로 작용할 수 있습니다. 이러한 화학물질은 에스트로겐 수용체나 갑상선 호르몬 수용체에 비정상적으로 결합하여 호르몬 신호를 모방하거나 차단함으로써 생식 기능, 발달 과정, 대사 조절에 영향을 줄 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.사람에게서 손잡이가 결정되는 과정은 뇌 발달의 비대칭성과 유전적 조절로부터 출발하는데요 인간의 뇌는 태아기부터 좌반구와 우반구가 동일하게 발달하지 않는데, 이 가운데 좌뇌가 언어 처리와 정교한 운동 조절을 더 많이 담당하도록 기능적으로 특화되는 경향이 매우 일찍 형성됩니다. 이러한 좌반구 우세가 정교한 손동작을 수행하는 운동 피질과 연결되면서, 반대쪽 말초 기관인 오른손의 정밀한 사용 능력이 상대적으로 강화되는 경향이 자연스럽게 나타납니다. 실제로 태아의 자궁 내 초음파에서도 임신 중기부터 손가락 빨기나 자극 반응에서 오른손을 더 많이 사용하는 패턴이 관찰되며, 이는 이미 신경 발달의 비대칭이 시작되었음을 의미합니다.다만 손잡이의 형성에는 일정한 유전적 기여도가 있으나, 특정 유전자가 오른손잡이를 단독으로 결정하는 방식은 아닌데요 대신, 좌우 비대칭을 형성하는 여러 유전자의 조합이 뇌의 비대칭 구조를 형성하고, 이 구조가 손의 우세성으로 이어집니다. 다만 유전적 요인만으로 설명할 수 없고, 태아기의 호르몬 환경이나 신경 회로 형성 과정에서의 미세한 차이가 함께 작용해 오른손잡이와 왼손잡이의 분포가 결정됩니다.이러한 편측성은 진화적 관점에서도 설명 가능한데요, 인간은 도구를 정교하게 다루고, 협동 사냥과 사회적 상호작용에서 예측 가능한 행동 패턴을 가지는 것이 유리했습니다. 집단 내 대다수가 같은 방향으로 손을 쓰면 도구 제작, 무기 사용, 협력적 행동에서 효율이 상승하고, 이로 인해 오른손잡이가 압도적으로 우세해지는 방향으로 안정된 진화적 균형이 형성되었다는 가설이 제시됩니다. 또한 왼손잡이가 소수로 존재하는 것 자체가 이들에게 예측 불가능한 공격 방향이라는 점에서 이점을 줄 수 있어소수가 유지되는 형태의 균형 선택이 일어났다는 모델도 제안되어 있습니다.즉 사람의 손잡이는 단일한 원인으로 결정되는 것이 아니라 뇌 발달의 좌우 비대칭성, 유전적 경향, 태아기 환경, 그리고 사회·진화적 선택압이 모두 작용한 결과입니다. 감사합니다.

안녕하세요.질문해주신 활성산소란 홀전자를 가진 라디칼의 형태로 공격성이 강합니다.활성산소(ROS)는 우리 몸의 대사 과정에서 자연스럽게 만들어지지만, 일정 수준을 넘어서면 세포 구조와 기능을 손상시키는 산화 스트레스를 유발하는데요, 우리 몸에서 활성산소는 주로 미토콘드리아의 호흡 과정에서 전자가 새어 나오는 현상을 통해 발생합니다.전자가 정상적으로 전자전달계 복합체들을 따라 이동해야 하지만, 일부 전자는 조기에 산소(O₂)와 반응하여 초과산화 음이온(O₂⁻)을 형성하고 이것이 연속적인 반응을 통해 과산화수소(H₂O₂)나 하이드록실 라디칼(·OH)로 전환됩니다. 이 외에도 염증 상황에서 면역세포가 NADPH oxidase를 이용해 병원체를 제거할 때 ROS를 고의적으로 대량 생성하기도 하며, 자외선·방사선·중금속·흡연·약물대사(특히 간의 CYP450) 등 외부 스트레스 또한 활성산소 생성을 증가시킵니다. 즉, ROS는 내부 대사 과정의 부산물이자 외부 자극에 대한 방어 반응으로 지속적으로 생산됩니다.ROS는 불포화 지방산의 이중 결합에 매우 민감하게 반응하여 연속적인 지질 과산화 반응을 일으키는데요 하이드록실 라디칼이 막 인지질의 불포화 결합을 공격하면 지방산 라디칼이 생성되고, 이것이 산소와 반응해 지질 퍼옥사이드로 바뀌며 사슬반응이 계속 퍼집니다. 그 결과 세포막은 딱딱해지고 누수성이 증가해 이온 항상성 붕괴, 세포막 단백질 기능 손상, 막 파괴를 통한 세포사멸로 이어질 수 있습니다. 이러한 활성산소는 핵 DNA와 미토콘드리아 DNA 모두를 손상시킬 수 있으며, 특히 하이드록실 라디칼은 거의 모든 염기와 당-인산 골격을 공격할 수 있는 가장 강력한 산화제입니다. 세포 전체 수준의 결과를 놓고 보았을때 지속적인 ROS 축적은 다음과 같은 생리·병리적 결과로 이어질 수 있습니다. 미토콘드리아 막전위 붕괴 및 에너지 생산 저하되고, 세포 신호전달 교란, 염증 촉진 사이토카인 증가, 세포사멸 경로 활성화를 유발할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.DNA 복제는 생명체 내에서 중요하게 이루어지는 분자생물학적 기작입니다.DNA 복제는 세포가 분열하기 전에 자신의 유전정보를 정확히 두 배로 만드는 과정으로, 이중 나선 구조가 풀리고 각 가닥이 주형이 되어 새로운 상보적 가닥이 합성되는 방식으로 진행됩니다.우선 복제는 특정한 시작점인 복제 기점에서 시작되며, 여기에서 헬리케이스가 DNA 이중 나선을 풀어 두 가닥을 분리합니다. 이때 가닥이 벌어지면서 Y자 형태의 복제 포크가 형성되고, 노출된 단일 가닥은 불안정해지기 때문에 단일가닥 결합단백질(SSB)이 결합하여 가닥이 다시 붙지 못하도록 안정화합니다.또한, DNA가 풀릴 때 앞쪽에서 과도하게 꼬임이 누적되는 것을 방지하기 위해 토포아이소머레이스가 작용하여 초나선 구조의 긴장을 완화합니다.복제 포크에서 합성이 본격적으로 진행되기 위해서는 DNA 중합효소가 붙을 수 있는 3'-OH 말단이 필요한데, 이를 제공하기 위해 프라이메이스가 짧은 RNA 프라이머를 합성합니다. 이후 DNA 중합효소 III(원핵세포 기준으로 했을 때) 또는 DNA 중합효소 δ/ε(진핵세포) 가 주형 가닥을 따라 상보적인 뉴클레오티드를 5'→3' 방향으로 연결하며 새로운 가닥을 확장합니다. DNA는 두 가닥이 서로 역평행이므로 한쪽 가닥에서는 복제 방향과 합성 방향이 일치해 연속적으로 합성되는 주형 가닥이 형성되고, 반대쪽 가닥에서는 합성 방향이 반대로 되어 불연속적으로 합성되는 지연 가닥이 만들어집니다. 이 지연 가닥은 여러 개의 짧은 오카자키 절편의 형태로 생성되며, 각 절편마다 프라이머가 필요합니다. 합성된 뒤에는 여러 정리 단계가 이어지는데요 먼저 DNA 중합효소 I(원핵) 또는 RNase H + DNA pol δ(진핵) 가 RNA 프라이머를 제거하고 그 자리를 DNA로 채웁니다. 이어서 남아 있는 절편 사이의 틈은 DNA 리가아제가 인산다이에스터 결합을 형성하여 하나의 연속된 DNA 가닥으로 연결합니다. 최종적으로 두 개의 동일한 이중 나선 DNA가 생성되며, 각각은 부모 가닥 하나와 새로 합성된 가닥 하나씩을 포함하기 때문에 DNA 복제는 반보존적 방식으로 이루어진다고 설명할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요. 질문해주신 광합성은 식물이 빛 에너지를 이용해 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 과정으로, 크게 명반응과 암반응으로 나뉩니다.우선 명반응은 엽록체의 틸라코이드 막에서 일어나며 빛을 직접 필요로 하는 단계인데요 이 과정에서 엽록소와 다른 광색소가 빛 에너지를 흡수하면 전자가 여기되어 광계 II에서 방출되고, 이때 물이 광분해되어 전자와 프로톤, 그리고 산소가 생성됩니다. 방출된 전자는 전자전달계를 따라 이동하면서 틸라코이드 내강으로 프로톤 농도를 증가시키고, 이 기울기가 ATP 합성효소를 통해 ATP를 생산하는 데 사용됩니다. 이후 전자는 광계 I으로 전달되어 다시 빛을 흡수함으로써 높은 에너지 상태로 올라가고, 최종적으로 NADP⁺가 NADPH로 환원됩니다. 이 명반응에서 만들어진 ATP와 NADPH는 다음 단계인 암반응에서 핵심적인 에너지원과 환원력으로 사용됩니다.다음으로 암반응은 엽록체 기질에서 일어나며 빛을 직접 사용하지 않지만, 명반응에서 생성된 ATP와 NADPH가 반드시 필요합니다. 이 단계는 칼빈 회로라고 불리며, 세 부분으로 구성됩니다. 먼저 루비스코 효소가 이산화탄소를 5탄당 RuBP에 고정하여 두 분자의 3-포스포글리세르산(3-PGA)을 생성합니다. 이어지는 환원 단계에서 3-PGA는 ATP의 에너지와 NADPH의 환원력을 이용해 글리세르알데하이드-3-인산(G3P)으로 전환됩니다.이때 생성된 G3P 중 일부는 포도당과 같은 탄수화물 합성에 사용되며, 나머지는 다시 ATP를 사용한 여러 전환 과정을 통해 RuBP로 재생되어 회로가 지속될 수 있도록 합니다. 즉 광합성은 명반응을 통해 빛 에너지를 화학 에너지로 바꾸고, 암반응을 통해 그 에너지를 이용해 이산화탄소를 유기물로 전환하는 일련의 과정이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.질문해주신 세포 분열은 생명체가 개체로서 살아가기 위한 유지 및 성장, 그리고 종으로서 지속되기 위한 번식이라는 두 축을 담당하는 핵심 생물학적 과정인데요 체세포 분열(유사분열)과 감수분열은 그 목적과 생물학적 의미가 근본적으로 다릅니다. 우선 체세포 분열은 한 개체가 스스로를 유지하고 기능을 보존하기 위한 분열인데요 성장이 목적으로 수정란은 하나의 세포지만, 수많은 분열을 통해 다세포 생명체가 됩니다. 또한 체내 세포는 끊임없이 손상되거나 죽습니다. 이를 보충하는 과정이 체세포 분열입니다. 또한 유사분열은 ‘2n → 2n’으로 DNA 양과 유전정보를 동일하게 복제하므로, 각 세포가 동일한 기능을 유지하며 개체의 기능적 일관성을 보장합니다.반면에 감수 분열은 생식세포(정자·난자)를 만드는 분열로, 종을 유지하기 위해 반드시 필요한 과정인데요 감수분열은 ‘2n → n’으로 염색체 수를 절반으로 줄입니다. 정상적인 수정이 일어나면 ‘n + n = 2n’이 되어 기존 염색체 수를 유지하며 종이 지속됩니다. 또한 다양성이 높을수록 환경 스트레스에 생존할 가능성이 증가하며 이는 곧 종 전체의 안정성과 지속성을 강화합니다. 즉 체세포 분열은 개체를 유지하고 살게 하는 분열이라면 감수 분열은 은 종을 유지하고 다양성을 창출하는 분열이며 따라서 생명체는 체세포 분열로 현재의 생존을, 감수 분열로 미래의 지속성을 확보한다고 할 수 있습니다. 감사합니다.