의생명과학분야 박사 김연숙입니다.
생물·생명
Q. 인간의 신체와 관련된 부분은 유전자와 환경의 영향으로 설계되는데 여기서 환경의 의미가 뭔가요?
안녕하세요. 인간의 신체와 기능에 관한 모든 부분은 유전자와 환경의 영향을 받게 됩니다. 여기서 말하는 환경이란 부모로부터 물려받은 유전이 어떻게 발현될지를 결정하는데 영향을 주는 요소라고 생각하면 됩니다. 즉, 비유전적 요소를 모두 환경적 영향이라고 보면 됩니다. 인간은 엄마뱃속에서부터 이미 환경에 노출이 됩니다. 엄마뱃속에서부터 엄마를 통해 영양 등을 공급받아 자라기 때문이죠. 태어나서도 외부 환경에 영향받는 요소들은 많습니다. 대기 환경, 생활습관 (먹는것, 입는것, 수면, 운동 습관, 스트레스 등) 에 영향을 받게 됩니다. 인간의 유전자 중에서도 유전적인 영향이 큰 발현인자가 있고, 반대로 환경적인 영향이 큰 발현인자들이 있습니다.
생물·생명
Q. 적혈구나 백혈구를 만들어내는 것은 서로 다른건가요?
안녕하세요. 김연숙 전문가입니다. 적혈구와 백혈구는 모두 우리 몸의 골수 (뼈 속의 조혈모세포)에서 분화되어 만들어집니다. 조혈모세포(hematopoietic stem cell)에서 분화하여 혈액의 성분인 적혈구, 백혈구, 혈소판 등으로 발달되는것인데요. 이 조혈모세포로부터 적혈구로 발달하는 과정과, 백혈구로 발달하는 과정이 다르다고 생각하면 됩니다. 적혈구는 골수계 줄기세포(Myeloid stem cell)로부터 적아세포(erythroblast)로 발달, 이후 망상적혈구(reticulocyte)가 적혈구로 발달되는데요. 이 과정에서 철, 비타민 B12, 엽산이 필수적으로 필요합니다. 적혈구는 헤모글로빈이라는 단백질을 가지고 있어 체내를 순환하며 산소를 운반하는 역할을 하는데요. 이 헤모글로빈의 핵심 구성요소가 철(Fe)이기 때문에 철분이 중요한 겁니다. 또한 백혈구는 조혈모세포로부터 분화하며 골수계 줄기세포로부터 백혈구(호중구, 호산구, 단핵구 등)가 생성됩니다. 적혈구와 백혈구 둘다 조혈모세포라는 유래는 같으나 분화, 발달되는 과정이 다릅니다.
생물·생명
Q. 도마뱀의 꼬리는 계속해서 자라나요?
안녕하세요. 김연숙 전문가입니다. 도마뱁의 꼬리는 잘리더라도 재생하는것으로 유명하죠. 도마뱀의 자기절단 능력은 위험할 때 스스로 꼬리를 잘라 탈출 할 수 있지만 새로 자라는 꼬리는 원래 꼬리의 구조와는 다르게 됩니다. 새로이 자란 꼬리는 원래보다 (뼈+근육+신경조직) 구조가 단순하고 (연골기반+신경조직포함) 기능이 일부 제한됩니다. 따라서 횟수제한없이 재생은 어려우며, 일부 도마뱀 종은 1~2회 정도만 재생 가능하며 그 이후에는 자라지 않게 됩니다.
생물·생명
Q. DNA의 구조를 밝힌 과학자는 누구인가요?
안녕하세요. 김연숙 전문가입니다. DNA의 이중나선(double helix)구조를 밝힌 과학자는 James Watson & Francis Crick 입니다. 생물학 교재에는 왓슨 앤 크릭 이라고 부릅니다! 이들은 켐브리지 대학교의 연구진으로 1953년 X선 회절 데이터를 참고하여 DNA의 3차원구조인 이중나선 모델을 최초로 제안하였스며, 이를 바탕으로 1962년 노벨 생리의학상을 수상한바 있습니다.
생물·생명
Q. 암세포는 왜 먹이만 있으면 죽지않고 끝까지 살아남나요
안녕하세요. 김연숙 전문가입니다. 암세포는 정상 세포와 다르게 무한증식하고 죽지 않으려는 불명성(Immortality)의 특징을 가지고 있습니다. 정상 세포는 일반적으로 세포가 분열할수록 염색체 끝에 있는 텔로미어(telomere)가 짧아지면서 수명이 다하면 사멸되는데요. 암세포는 이를 피하기 위한 기작으로 텔로미어를 합성하는 텔로머라아제(telomerase) 효소를 활성화하며 분열중에도 텔로미어 길이를 유지합니다.또한 일반적인 정상 세포는 DNA 손상이 심하거나 하면 스스로 자살를 하는 세포사멸(apoptosis)기작을 가지고 있습니다. 하지만 암세포는 세포자살을 유도하는 p53 유전자를 변경시켜 세포자멸(apoptosis)과정을 막습니다. 그리고 무한증식을 위해 산소와 영양분을 공급받기 위한 신생혈관합성(angiogenesis)를 수행하여 무수히 많은 혈관조직을 생성합니다.
생물·생명
Q. 암세포에는 왜 무수히 많은 혈관조직이 있나요
안녕하세요. 김연숙 전문가입니다. 암세포는 비정상적인 세포들이 빠르게 성장하고 증식하려는 특성을 가지고 있습니다. 암세포가 무수히 많은 혈관조직을 가지고 있는 이유는 바로 이때문인데요. 암세포는 일반적인 세포에 비해 증식률이 높아 더많은 산소와 영양분을 필요로합니다. 때문에 암세포는 새로운 혈관을 계속 만들어내 (angiogenesis, 신생혈관생성) 빠르게 증식하기 좋은 환경을 만드려고 합니다. 이러한 특성은 암이 쉽게 전이 될 수 있는 원인이기도 합니다. 암세포 치료를 위한 전략으로 암세포가 성장하지 못하도록 이 신생혈관생성을 차단하는 약물들이 개발되어 사용되고 있습니다.
생물·생명
Q. 몸에 수분이 부족할때 이온음료를 먹으면 더 흡수가 빠른이유가 뭔가요?
안녕하세요. 김연숙전문가입니다. 물보다 이온음료가 더 흡수가 빠른 이유는 삽투압 때문인데요. 삼투압은 물분자가 농도가 낮은곳에서 높은곳으로 이동하려는 압력을 말하는데요. 우리 몸에서 세포가 정상적으로 기능하는데 이 삼투압이 필수적인 역할을 합니다. 우리 몸의 체액은 약 0.9% NaCl의 농도를 가집니다. 이온음료 또한 체액과 비슷한 농도로 만들어집니다. 일반 물은 삼투압이 낮아 이온음료에 비해 상대적으로 흡수가 느리게 됩니다. 이온음료는 또한 탈수 시 부족해지는 전해질(나트륨, 칼륨, 염소, 마그네슘 등)이 존재하는데요. 이 전해질들이 몸 속에 들어가 체액 균형을 유지하면서 빠르게 물 흡수를 촉진하는 역할을 합니다!
생물·생명
Q. 생명체안에 없는 유전자가 새로나타나거나 변형되는경우를 돌연변이라 하나요?
안녕하세요. 김연숙 전문가입니다. 돌연변이(mutation)란 생명체 안에 기존에 존재하는 유전자가 변형되거나 새로 삽입 또는 제거되면서 발생하게 됩니다. 모든 돌연변이가 환경에 취약할수는 없으며, 돌연변이에 따라 생물학적 표현에 영향을 줄수도 있고 주지 않을수도 있습니다. 영향을 주더라도 환경에 취약하게 될수도 있지만 오히려 환경에 더 잘 적응하게 될수도 있습니다. 예를 들면 세균의 항생제 내성으로 점점 약물에도 살아남는것이 환경에 적응하는 돌연변이가 될수 있겠네요. 이렇게 되는 이유는 생명체 DNA 안에는 단백질을 만드는 정보를 가진 유전자가 포함되어 있는데요. 이들 DNA의 1~2%만 단백질을 코딩(coding)하기 때문입니다. 즉, 단백질을 만들어내는데(코딩) 관여하지 않는 DNA 염기서열에 돌연변이가 생긴다면 아무 영향이 없겠죠. 반대로 단백질을 만들어내는데 관여하는 DNA 염기서열에 돌연변이가 생기게 된다면 기존과 다른 단백질이 만들어져서 단백질 기능에 영향을 줄수도 있습니다. 기본적으로 우리 몸은 돌연변이 세포를 감지하고 제거할 수 있는 여러가지 방어기전을 가지고 있답니다. 이 기전이 잘 안되면 질환이 발생할 가능성이 높아집니다. 참고로, 우리 몸안에는 약 37조 개의 세포가 있으며 각 세포에 46개의 염색체가 존재합니다. 이 염색체안에 유전정보인 DNA가 약 30억 쌍 존재합니다. 사람의 한 세포속 DNA를 풀어서 직선으로 늘어놓으면 약 2m 길이가 된다고 해요!
생물·생명
Q. 나노봇이 인간 세포를 수리하는 수준까지 발전하면 의료 시스템은 어떻게 변화할까요?
안녕하세요. 나노봇 기술이 상용화된다면 맞춤의료, 정밀진단 및 치료, 원격치료와 같이 현대의학을 혁신적으로 바꿀수 있을것입니다. 나노봇 기술을 현재 연구개발 및 초기 임상단계에 머무르고 있는것으로 알고 있습니다. 가장 많이 연구되고 있는 분야는 약물 전달시스템(DDS)에 적용함으로 체내에서 암세포만 특이적으로 선별해서 치료하고 건강한 세포는 그대로 두는 정밀의학에 도움이 될 것입니다. 현재 수준은 전임상에서 초기임상으로 가는 단계로 나노봇이 생체 내에서 오랫동안 작동하기 위한 체내 대체 에너지원, 체내에서 생분해되는 물질사용과 같은 한계들을 넘어서는 연구가 진행되고 있습니다.
화학
Q. 알콜은 잘 얼지 않는다고 알고 있습니다. 그이유는 무엇때문 인가요?
안녕하세요. 김연숙 과학전문가입니다. 알코올은 -OH로 끝나는 분자명칭을 포함하며 탄소와 수소의 개수에 따라 메탄올 에탄올 프로판올 부탄올... 각각의 명칭으로 불립니다. 대표적으로 일상생활에서 쓰이며 알콜이라고 불리는 것은 에탄올일것입니다. 에탄올은 녹는점(어는점)이 -114도로 물의 어는점 0도보다 훨씬 낮습니다. 즉, 알콜 성분으로 된 혼합물질은 (대부분 물과 섞여있음) 녹는점이 낮아 물에 비해 추운 날씨에도 상대적으로 잘 얼지 않게 됩니다.