안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 근육이 커지는 과정에 핵이 늘어난다는 건 무슨 뜻인가요?
안녕하세요.근육이 커지는 과정에서 “핵이 늘어난다”는 말은, 근육세포(정확히는 근섬유) 안에 존재하는 핵의 수가 증가한다는 뜻입니다. 일반적인 세포는 하나의 핵을 가지지만, 골격근 세포(근섬유)는 여러 개의 핵을 가진 다핵세포(multinucleated cell)입니다. 그리고 이 핵의 수는 근육의 크기와 기능과 밀접한 관련이 있습니다. 이때 ‘핵’이란 세포의 중심에 있는 구조물로, DNA를 보관하고 단백질 합성을 조절하는 기능을 합니다. 근육세포에서도 단백질을 만들어 근육조직을 유지하고 성장시키기 위해 핵이 필요합니다. 근육이 커진다는 것은 세포 안에 더 많은 단백질을 축적하고, 세포 크기 자체가 커지는 것(근섬유 비대, hypertrophy)을 의미하는데요, 따라서 세포가 커지면, 그만큼 더 많은 단백질 합성이 필요하고, 이를 위해 핵의 수가 증가해야 단백질 생산을 효과적으로 분담할 수 있습니다. 핵 하나가 통제할 수 있는 세포질의 양에는 한계가 있기 때문입니다. 이를 "myonuclear domain theory"라고 합니다. 또한 근육세포는 자체적으로 핵을 복제해서 늘리는 것이 아니라, 위성세포(satellite cell)라는 근육 줄기세포의 도움을 받습니다. 근력 운동이나 손상이 가해지면 위성세포가 활성화되어 근섬유에 융합되고, 자신의 핵을 기여합니다. 그 결과로 근섬유 하나에 포함된 핵의 수가 증가하고, 단백질 합성 능력이 향상되어 근육이 커질 수 있는 기반이 마련됩니다. 정리해보자면 근육세포는 다핵세포이고, 근육이 커지면 핵의 수가 더 많아져야 효율적으로 단백질을 합성할 수 있습니다. 이 핵은 위성세포의 융합을 통해 근섬유에 추가되며, 핵이 많을수록 근육의 성장 가능성과 회복 능력도 커지게 됩니다. 따라서 “근육이 커지면 핵이 늘어난다”는 말은, 근육 성장에 필수적인 생물학적 적응 과정을 의미하는 과학적 설명인 셈입니다.
Q. 피곤하면 면역력이 떨어지는 이유를 좀 더 상세히 알려주세요!
안녕하세요.피곤하면 면역력이 떨어지는 이유는 우리 몸의 에너지 자원이 면역계에 충분히 공급되지 못하고, 스트레스 호르몬의 변화로 면역세포의 기능이 억제되기 때문입니다. 생물학적으로 보면, 피로는 단순한 느낌이 아니라 신체 내부에서 에너지 대사, 신경계, 내분비계, 면역계가 서로 복합적으로 작용하여 생기는 생리적 상태입니다. 피로가 누적되면, 우리 몸은 스트레스를 받았다고 인식해 시상하부-뇌하수체-부신 축(HPA axis)을 통해 코르티솔이라는 스트레스 호르몬을 분비합니다. 이 코르티솔은 원래 염증을 억제하고 단기적으로는 면역 반응을 조절하는 역할을 하지만, 지속적으로 높게 분비되면 오히려 면역세포의 생성과 활성화를 억제하게 됩니다. 특히, 외부 침입자를 인식하고 제거하는 T세포, B세포, 자연살해세포(NK cell) 등의 활동이 감소하고, 면역 반응에 필요한 사이토카인(면역 신호 단백질)의 분비도 줄어들어 면역 체계 전체가 둔화됩니다. 또한 피로한 상태에서는 수면의 질이 나빠지는데, 수면은 면역세포를 회복하고 재조정하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 예를 들어 깊은 수면 중에는 면역세포가 림프절로 이동하고, 기억세포 형성이 강화되는데, 수면 부족은 이 과정을 방해합니다. 마지막으로, 만성 피로는 자가면역 반응을 유도하거나 염증 반응을 불균형하게 만들어 면역력의 과잉 또는 저하로 이어지며, 이는 감염에 쉽게 노출되거나 회복이 늦어지는 결과로 나타납니다. 결국 피로는 단순한 정신적 감정이 아니라 면역계의 기능 저하와 직결되는 생리학적 변화로 이어지므로, 꾸준한 휴식과 수면, 스트레스 관리가 면역력 유지에 중요한 과학적 이유가 되는 것입니다.
Q. DNA 검사를 통해 정보를 얻는 방법 알려주세요!
안녕하세요.DNA 검사는 인간의 유전 정보를 담고 있는 DNA 염기서열을 분석하여 개인의 유전적 특성과 고유성을 밝혀내는 과학적 방법입니다. 인간의 DNA는 약 30억 개의 염기로 구성되어 있지만, 그중 99.9%는 모든 사람에게 공통이고, 나머지 0.1%의 차이가 바로 개인 고유의 유전적 특징을 만듭니다. DNA 검사는 이 미세한 차이를 분석하여 개인을 식별하거나 특정 정보를 추출합니다. 먼저 개인 식별 목적에서는, DNA의 특정 부위(예: STR, 단일반복서열)를 분석하는데요, 이 영역은 사람마다 반복 횟수가 다르기 때문에 지문처럼 유일한 ‘유전 지문’ 역할을 하며, 친자 확인이나 범죄 수사에서 활용됩니다. 또한 건강 및 질병 관련 정보도 확인할 수 있습니다. 예를 들어 특정 유전자에 돌연변이나 변이가 있는지 확인하여 유전 질환의 위험도나 약물 반응, 영양 대사 특성, 운동 능력 같은 생리적 반응을 예측할 수 있습니다. 최근에는 소비자 유전체 분석 서비스(DTC, Direct To Consumer)를 통해 개인이 자신의 유전자 정보를 바탕으로 피부 타입, 체질량지수, 카페인 대사 능력, 심지어 조상의 유래나 민족적 구성까지도 알아볼 수 있게 되었습니다. 이 모든 분석은 보통 PCR(중합효소연쇄반응)이나 염기서열 분석법(NGS)을 이용해 DNA 일부 또는 전체를 증폭하고 염기 순서를 파악한 후, 기존의 유전자 데이터베이스와 비교하여 결과를 도출하는 과정을 거칩니다. 따라서 DNA 검사는 인간 유전체의 특이적인 부분을 과학적으로 분석함으로써, 개인의 정체성, 건강 정보, 유전적 소인 등을 밝혀내는 생물학적 정보 지도 역할을 한다고 볼 수 있습니다.
Q. 면역 생성을 위한 백신의 작용 알려주세요!
안녕하세요.백신은 병원체의 상태에 따라 완전히 병원체를 죽여 만드는 사백신과 약독화시켜 만드는 생백신으로 구별할 수 있으며, 살아있는 병원성 미생물을 조직배양, 계란, 세균배지에 장기간 계대배양하여 독성을 없애거나 아주 미약하게 한 것을 의미합니다. 이러한 백신은 인체의 면역 시스템이 실제 병원체를 만나기 전에 미리 대비할 수 있도록 훈련시키는 도구인데요, 과학적으로 말하면, 백신은 병을 일으키는 바이러스나 세균의 비활성화된 형태, 조각(항원), 혹은 유전물질을 몸에 주입함으로써 면역반응을 유도합니다. 백신을 맞으면, 몸 속의 면역 세포 중 항원제시세포(예: 수지상세포)가 주입된 백신 성분을 인식하고, 그 정보를 T세포와 B세포에게 전달합니다. 이때 B세포는 항원을 기억하고, 특이적인 항체를 만들어 냅니다. 이 항체는 나중에 실제 병원체가 침입했을 때 빠르게 반응하여 바이러스나 세균을 무력화시킵니다. 다음으로 T세포는 감염된 세포를 찾아 제거하거나, 면역 반응을 조절하는 역할을 합니다. 이 과정을 통해 기억세포들이 형성되는데, 이 세포들은 장기간 몸속에 남아 있다가 같은 병원체가 다시 침입했을 때 훨씬 빠르고 강력한 면역반응을 일으키게 됩니다. 덕분에 병에 걸리지 않거나, 걸리더라도 증상이 매우 가볍게 지나가게 되는 것입니다. 즉, 백신은 실제 질병을 일으키지 않으면서도 면역계가 그 병원체를 "연습"하고 대비할 기회를 주는 과학적 도구입니다. 이는 면역 기억(molecular memory)이라는 생리학적 메커니즘에 기반하며, 현대 예방의학의 핵심 원리라고 할 수 있겠습니다.
Q. 멧돼지는 산속에 진흙목욕을 통해서 벌레를 털어낸다는데 진흙 속에 어떤 물질이 벌레를 털어내는건가요?
안녕하세요.멧돼지가 진흙 목욕을 하는 이유는 단순한 놀이가 아니라 기생충과 해충을 제거하고 체온 조절을 위한 생존 전략입니다. 과학적으로 보면, 진흙 자체에 특별한 화학 물질이 있어서 벌레를 죽이는 것이기보다는, 진흙의 물리적 특성과 멧돼지의 행동이 결합되어 효과를 내는 것입니다. 먼저, 진흙은 끈적하고 입자가 작아서 몸에 있는 기생충, 진드기, 벼룩 같은 해충이 들러붙기 쉽습니다. 멧돼지는 진흙 속에 몸을 굴리며 진흙을 털처럼 입히고, 이후 나무나 바위에 몸을 비벼서 진흙과 함께 붙은 벌레들을 떼어냅니다. 이 과정은 일종의 자연적인 해충 방제입니다. 진흙은 또한 피부를 보호하고 상처 부위를 감싸 세균 감염을 줄이는 효과도 있습니다. 이는 일종의 자연적 ‘외용 약’ 작용이라고 볼 수 있습니다. 또한 진흙이 수분을 머금고 있어 증발하면서 열을 빼앗기 때문에, 멧돼지가 체온을 낮추는 데도 도움이 됩니다. 특히 여름철 뜨거운 산속에서는 매우 유용한 행동입니다. 하지만 이러한 진흙 목욕은 멧돼지만의 습성이 아니며, 다음과 같은 동물들도 이 행동을 합니다.코끼리도 진흙을 피부에 바르고 먼지를 뒤집어쓰며 해충을 쫓고 햇볕으로부터 피부를 보호하며 들소와 물소는 몸을 진흙에 담가 진드기와 기생충을 제거합니다. 요약해보자면, 진흙 자체의 성분보다 진흙의 점성과 멧돼지의 비비는 행동이 해충 제거 효과를 가져오는 것이며, 이는 여러 동물에서 공통적으로 발견되는 자연적인 위생 관리 방법입니다.