안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 원핵의 폴리시스트론과 진핵의 모노시스트론의 각각의 장단점은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 원핵세포와 진핵세포의 유전자 발현 방식은 폴리시스트론과 모노시스트론으로 크게 구분됩니다. 우선 원핵생명체의 경우 하나의 mRNA 전사체 안에 여러 개의 개별 유전자가 연속적으로 존재하여, 각각의 유전자가 독립적인 단백질을 합성할 수 있는데요 대표적으로 오페론 구조가 이에 해당합니다. 이는 관련된 기능을 한 오페론에 묶어 동시에 발현하기 때문에 필요한 단백질들이 한꺼번에 합성되어 빠른 반응이 가능하다는 점에서 효율적이라고 볼 수 있습니다. 또한 여러 유전자가 같은 프로모터를 공유하므로 전사나 번역에 필요한 자원이 절약할 수 있습니다. 반면에 진핵생명체의 경우에는 모노시스트론의 방식을 갖는데요, 대부분의 경우 하나의 mRNA는 하나의 단백질만 암호화합니다. 이러한 방식의 경우 각 유전자가 독립적인 프로모터와 조절 서열을 가져, 발현 시기와 장소 및 세포 종류에 따라 세밀한 조절 가능하다는 장점이 있습니다. 또한 다세포 생물에서 세포 특이적 단백질 발현이 가능해, 조직과 기관의 분화에 유리합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 국내도 이런 기술을 대형 병원이나 정부 측면에서 상용화 준비를 하고 있나요?
안녕하세요. 네, 국내에서도 액체생검 기술을 기반으로 한 혈액을 이용한 암 조기진단 및 재발 모니터링이 활발히 상용화 준비 또는 일부 실사용 단계에 진입해 있다고 볼 수 있습니다. 차세대 염기서열(NGS) 기반 플랫폼 '알파리퀴드®100' 등을 통해 실제 암 전 주기 단계에서 ctDNA(순환종양DNA)를 분석해 암 여부를 판별하는 기술이 개발 중이며 현재 서울대병원, 세브란스, 고대안암병원 등 국내 34개 기관에 공급되어 있으며, 조건부 선별급여도 적용받고 있습니다. 가격은 외국 제품 대비 매우 경쟁력 있는 수준입니다. 또한 2025년 1월, 대장암 미세잔존암(MRD) 검출을 위한 개인 맞춤 유전자 패널 기반 액체생검 기술이 ‘혁신의료기술’로 평가되었으며, 이는 환자 맞춤형 검사로 비침습적이며 안전하고 잠재성이 높은 기술이라 판단되어 보건복지부 장관에게 보고되고 고시 예정 상태입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 자연산 싸리버섯 오래 보관하는 방법은?
안녕하세요. 질문해주신 싸리버섯은 수분이 많고 부패가 빠르기 때문에 보관법이 중요한데요, 우선 갓 따온 버섯은 흙과 이물질을 털어내고, 씻지 않은 상태에서 종이 타월이나 신문지에 싸서 밀폐 용기에 넣어 냉장고에 보관하면 3~5일 정도는 신선하게 드실 수 있으며 이때 씻으면 수분이 더 차 들어 빨리 상하기 때문에, 조리 직전에 씻어서 사용하시는 것이 좋습니다. 또한 생으로 바로 냉동하면 해동 시 조직이 무너지고 맛이 저하될 수 있기 때문에 데친 후 냉동하는 것이 좋은데요, 끓는 물에 1~2분 정도 살짝 데친 후에 물에 재빨리 헹궈 물기를 제거하고 소분하여 지퍼백이나 밀폐용기에 넣고 냉동하면 수개월 보관하실 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 진핵 생명체에서 대체 가공을 함으로써 얻을 수 있는 이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 대체 가공은 진핵생물 유전자 발현의 가장 중요한 특징 중 하나로, 같은 유전자에서 다양한 단백질을 만들어내는 전략이라고 할 수 있습니다. 대체가공이란 하나의 유전자로부터 서로 다른 조합의 엑손을 이어 붙여 여러 종류의 mRNA 전사체를 만드는 기작을 말하는데요, 결과적으로 단일 유전자가 여러 개의 단백질 이소폼을 암호화할 수 있으며 인간의 경우, 약 2만 개 유전자에서 10만 개 이상의 단백질이 만들어질 수 있는 이유가 바로 이 대체 가공 덕분입니다. 또한 동일한 유전자라도 어떤 조직에서 어떤 엑손을 포함할지 달라질 수 있는데요 예를 들자면, 신경세포에서 만들어지는 단백질과 간세포에서 만들어지는 단백질이 같은 유전자에서 유래했더라도 구조와 기능이 달라질 수 있으며 따라서 조직 특이적 유전자 발현과 발달 단계별 조절이 가능해진다는 장점이 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 진핵생물의 mRNA에서 5'Cap의 역할은 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 5' Cap은 진핵생물의 mRNA 성숙 과정에서 추가되는 구조로, mRNA의 안정성과 번역 효율을 좌우하는 핵심 역할을 담당하고 있습니다. 전사 직후의 pre-mRNA의 5' 말단에 7-메틸구아노신이 비정상적인 5'-5' 삼인산 결합으로 붙는데요, 이 구조가 바로 5' Cap이며, 원핵생물 mRNA에는 존재하지 않는 진핵생물만의 특징입니다. 이러한 Cap 구조는 우선 세포질에 존재하는 5'→3' 방향 exonuclease로부터 mRNA를 보호하는데요, Cap이 없으면 빠르게 분해되어 단백질 합성이 불가능해집니다. 또한 Cap 구조는 스플라이싱과 폴리아데닐화 같은 후가공 과정의 효율을 높이는데 관여하는 데요, 즉 mRNA 성숙 과정을 촉진할 수 있습니다. 게다가 Cap은 cap 결합 단백질에 인식되어, mRNA가 핵공을 통과해 세포질로 나갈 때 중요한 역할을 합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 루비스코는 광합성에서 왜 중요하며 광호흡과 어떻게 관련되어 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 루비스코는 광합성에서 탄소 동화의 시작점을 담당하는 효소로, 동시에 고온건조한 환경에서 일어나는 광호흡이라는 비효율적 대사와도 연관이 있습니다. 우선 광합성의 캘빈 회로 첫 단계에서 루비스코는 리불로스-1,5-이인산(RuBP)와 CO₂를 결합시켜 3-인산글리세르산(3-PGA) 두 분자를 생성하는데요, 이는 대기 중의 무기 탄소(CO₂)를 유기화합물로 전환하는 탄소 동화 반응의 시작점이자 생명체의 탄소 공급 경로의 출발점이라고 할 수 있습니다. 다만 루비스코가 CO₂와 O₂를 구분하는 능력이 완벽하지 않기 때문에 CO₂ 대신 O₂와 결합할 경우, 2-인산글리콜레이트라는 비효율적 산물이 만들어집니다. 이 물질은 독성이 있어 다시 대사 경로인 광호흡 경로를 거쳐 처리해야 하고, 이 과정에서 CO₂가 방출되고 ATP가 소모되어 에너지 낭비가 발생합니다. 즉, 루비스코의 산소화 반응의 결과로 광호흡이 되는 것이며, 이는 결과적으로 광합성의 순 탄소 고정 효율을 낮추는 원인이 되는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 기억력을 높이는 비결이 있을까요? 알려주세오.
안녕하세요. 말씀해주신 기억력이란 단순히 나이가 들어서만 떨어지는 것이 아니라, 생활 습관, 뇌 사용 방식, 환경 자극 등 여러 요인과 밀접하게 연관이 있습니다. 기억력을 높이기 위해 좋은 생활습관으로 규칙적인 수면이 있는데요, 수면 중 특히 렘수면과 깊은 비렘수면 단계에서 기억이 정리 및 강화된다고 알려져있기 때문에 매일 7~8시간 일정한 수면 패턴 유지하는 것이 중요합니다. 또한 균형잡힌 식사를 하는 것이 도움이 될 수 있는데요, 채소, 과일, 통곡물, 생선, 올리브 오일 등으로 구성된 지중해식 식단은 인지기능 저하 예방 효과가 있음이 여러 연구에서 입증되었으며 오메가-3 지방산, 베리류, 녹차, 견과류와 같은 항산화 물질이 뇌세포 보호에 도움을 줄 수 있습니다. 마지막으로 적절한 운동을 꾸준히 해주시면 도움이 될 수 있는데요, 유산소 운동은 해마의 신경세포 생성을 촉진하고, 뇌혈류를 개선하여 기억력 강화에 효과적이기 때문에 주 3~5회, 30분 이상 운동을 해주시면 좋을 것 같습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 진핵생명체의 RNA 폴리머레이즈가 인식하는 프로모터는 각각 어떤 차이가 있나요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 말씀하신 것처럼 진핵세포에는 RNA polymerase I, II, III 세 가지가 존재하며, 이들은 각각 다른 종류의 유전자를 전사하고, 따라서 인식하는 프로모터의 구조와 조절 방식에도 차이가 있습니다. 우선 RNA polymerase I은 45S 전구체 rRNA을 합성하는 중합효소로 Pol I은 오직 rRNA 유전자만을 전사하므로 프로모터 구조가 매우 특수화되어 있습니다. 다음으로 RNA polymerase II는 단백질 암호화 mRNA, 일부 snRNA, miRNA를 합성하는 중합효소이며 가장 복잡한 조절을 받으며, 전사 인핸서나 사일렌서 등 원거리 조절 요소와도 강하게 연계됩니다. 마지막으로 RNA polymerase III는 tRNA, 5S rRNA, U6 snRNA 등 소형 RNA를 합성하는 중합효소이며 Pol III는 내부 프로모터를 통해 유전자 자체 서열을 직접 활용하기도 합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 냉동인간에대해궁금해서질문합니다.
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 현재 냉동인간에 관한 연구는 활발히 이루어지고 있으나, 인체의 냉동 후 부활은 아직 현실적으로 불가능한 일이라고 할 수 있습니다. 우선 Cryonics Institute와 Alcor Life Extension Foundation 등의 기관에서는 사망 직후 시신 또는 뇌를 −196 °C 액체질소로 냉동한 뒤 장기간 보관 중이기도 합니다. 이러한 조치는 미래의 과학기술의 발달로 복원할 수 있기를 바라는 희망을 담은 장기 보존의 시도라고 할 수 있습니다. 하지만 전체 인간을 냉동 보관 후 다시 되살려낸 사례는 단 하나도 없는데요, 현재 기술로는 냉동 과정 중 발생한 조직 손상, 구조 훼손, 기억 정보 손실 등을 되돌릴 수 없습니다.전문가들과 관련 기관의 추정에 따르면, 나노기술, 재생의학, AI 기반 신경복원 기술 등의 발전이 지속될 경우, 실제 복원이 가능한 시점은 2060년대부터 2100년대 초반까지로 예측하고 있는데요, 하지만 이러한 전망은 정보이론적 죽음개념을 기반으로 하고 있는 것이기 때문에 뇌의 구조가 보존되어 있을 경우, 미래에 이를 복원 가능하다는 방식입니다. 감사합니다.
화학
Q. 반응 메커니즘을 통해 속도 법칙을 유도할 수 있는데 이를 실험적으로 어떻게 검증할 수 있나요?
안녕하세요. 우선 메커니즘에서 유도한 속도식은 실험적으로 검증해야 신뢰할 수 있을 것인데요, 보통 검증은 반응식에서의 차수, 속도상수 k, 그리고 메커니즘이 예측하는 중간체 존재 여부 및 동역학적 특성을 확인하는 방식으로 이뤄집니다.이때 여러 서로 다른 메커니즘이 동일한 속도법칙을 줄 수 있으므로, 동역학 자료와 중간체 관찰, 그리고 동위원소 효과, 포획 등을 함께 사용해서 입증해야 합니다. 우선 실험적으로 검증하는 가장 기본적인 방법으로는 초기 속도법이 있는데요, 여러 실험에서 초기 속도 V0를 측정하고, 특정 반응물 농도만 바꿔가며 속도 의존성을 구하는 방식입니다. 다음으로 중간체의 관찰은 적절한 시간분해분광, 저온 NMR, EPR(라디칼), MS 등으로 중간체 검출을 할 수 있으며, 중간체가 검출되고 일정 농도로 존재하면 정상상태 가정을 지지하게 되는 것입니다. 감사합니다.