안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 암에대한 변화에대해궁금해서질문합니다
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 의학계와 미래학자들이 2045년쯤 암이 만성질환처럼 관리될 수 있다고 전망하는 것은 암이 지금처럼 치명적이고 두려운 질환이 아니라 당뇨병이나 고혈압처럼 장기적으로 치료를 받으면서 조절 가능한 병이 될 수 있다는 의미를 뜻하는 것인데요, 이미 정밀의학의 발전으로 환자 개인의 유전자와 종양 특성을 분석해 최적화된 치료를 적용할 수 있게 되었고, 면역항암제와 암 백신과 같은 치료법은 환자 스스로의 면역세포를 활성화해 암을 억제하는 데 효과를 보이고 있습니다. 또한 혈액검사 같은 조기 진단 기술은 극초기 단계에서 암을 발견할 수 있게 하여 치료 성공률을 크게 높이고 있습니다. 이런 발전들이 이어지면 암을 완전히 제거하지 못하더라도 암세포 성장을 억제하고 전이를 막으며 부작용이 적은 치료를 통해 수십 년간 관리하는 것이 가능해질 수 있고, 이는 암 진단이 곧 생명의 위협이라는 인식에서 꾸준히 관리해야 하는 질환으로의 전환을 의미합니다. 결국 미래의 암 환자는 약물치료나 면역치료, 정기검진만 잘 받으면 일상생활에 큰 제약 없이 살아갈 수 있을 가능성이 크며, 암이 삶을 위협하는 병이 아니라 생활 속에서 조절 가능한 병으로 자리 잡게 될 것으로 기대되고 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 암에대한 변화에대해궁금해서질문합니다
안녕하세요.네, 질문주신 것에 대해 답변해드리자면 의학계와 미래학자들이 이야기하는 “2045년쯤 암이 만성질환처럼 관리되는 시대”라는 표현은 말씀하신 것처럼 암이 지금처럼 치명적이고 두려운 질환이라기보다는, 당뇨병이나 고혈압처럼 장기적으로 약을 먹거나 치료를 받으면서 조절 가능한 병이 될 가능성을 말하는 것인데요, 정밀의학의 발전으로 인해 환자 개인의 유전자와 종양 특성을 분석해서 가장 잘 맞는 치료법을 선택하게 되면서 부작용은 줄이고 효과 극대화를 불러오게 되었습니다. 즉 암을 완전히 없애지 못하더라도 암세포 성장을 억제하고, 전이를 막고, 부작용이 적은 치료로 수십 년간 관리 가능하게 만드는 방향으로 나아가고 있는데요, 결국 “암 진단 = 곧 생명 위협”이라는 인식이 “암 진단 = 꾸준히 치료받아야 하는 질환”으로 바뀔 수 있는 것입니다. 현재도 당뇨병 환자들이 매일 약을 먹고 식이 조절하면서도 정상적인 생활을 하듯이 미래의 암 환자도 약물·면역치료·정기검진만 잘 받으면 일상생활에 큰 제약 없이 살아갈 수 있을 가능성이 크며 단, 암 종류·진행 단계·개인차에 따라 관리 난이도는 달라질 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 신호 전달 과정에서 순응이 일어나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 신호전달 과정에서는 '순응'이라는 현상이 나타날 수 있는데요, 순응(desensitization) 혹은 탈감작(downregulation)은 세포가 동일한 신호 자극에 대해 시간이 지나면서 점차 반응을 줄이는 현상을 말합니다. 세포는 신호에 무한정 반응하는 것이 아니라 자극의 강도와 지속 시간에 맞춰 반응을 조절해야 하는데요, 계속 같은 신호에 최대 반응을 하면, ATP, 단백질, 이온 같은 세포 자원이 고갈되며, 순응을 통해 에너지를 아끼고 균형을 유지하게 됩니다. 또한 일정한 자극에 항상 반응하면 새로운 자극을 감지하기 어려운데요, 이때 반응을 낮춰 놓아야 새로운 강한 신호가 들어왔을 때 다시 민감하게 감지 가능할 수 있습니다. 예를 들어 호르몬이나 신경전달물질에 과도하게 반응하면 대사 이상, 독성 효과, 세포 손상이 생길 수 있습니다. GPCR의 경우, 신호가 지속되면 GRK (G-protein coupled receptor kinase)가 수용체를 인산화하는데요, 이 인산화된 수용체에는 β-arrestin이 결합하며 G 단백질이 더 이상 붙을 수 없고 반응이 차단됩니다. 또는 수용체-리간드 복합체가 세포 안으로 들어가면서 일시적으로 세포 표면에서 제거되며 이 경우, 세포막에 남은 수용체 수가 줄어들어 신호가 약해집니다. 또는 지속적 신호에 의해 특정 효소, 이온채널, 보조 단백질의 발현량이 조절되며 그 결과 세포의 반응성이 장기적으로 낮아질 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 세포막 수용체 중에서 GPCR의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 신호 전달과정에서 쓰이는 수용체 중에 세포막에 존재하는 대다수의 수용체는 GPCR인데요, 세포막 수용체 중에서 GPCR(G-protein coupled receptor, G 단백질 연결 수용체)는 세포 신호 전달에서 굉장히 중요한 역할을 하는 단백질입니다. GPCR은 세포막을 7번 관통(7-transmembrane helix)하는 막 단백질이며, 세포막 바깥쪽에는 리간드(신호 분자) 결합 부위, 세포 안쪽에는 G 단백질과 상호작용하는 부분이 있고, GPCR에 연결되는 G 단백질은 α, β, γ 세 소단위체로 구성됩니다. 아드레날린, 세로토닌 같은 친수성 신호 분자가 GPCR의 세포 외부 도메인에 결합하면, GPCR의 구조가 변하면서 세포 내쪽 도메인(꼬리 부분)도 변하는데요, G 단백질(αβγ 삼량체)이 GPCR에 결합하는데요, 원래 α 소단위에는 GDP가 결합되어 비활성 상태입니다. 이후 GPCR이 리간드에 의해 활성화되면 GDP가 GTP로 교환되면서 α 소단위가 활성화되며, GTP 결합된 α 소단위는 βγ 소단위와 분리되어 효과기 단백질(effectors)에 결합합니다. 이로 인하여 효과기 단백질이 작동하면 세포 내부에 cAMP, IP₃, DAG, Ca²⁺ 같은 이차 신호 분자가 만들어지며, α 소단위의 GTP가 곧 GDP로 가수분해되어 원래 상태로 복귀하게 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 자연적으로 품어서 부화한 병아리와 인공적으로 부화기에 의해 태어난 병아리는 성장 과정이나 사회성에서 차이가 나타날까요
안녕하세요.질문해주신 닭의 부화 방식(자연부화 vs. 인공부화)에 따라 병아리의 성장 과정과 사회성에 차이가 나타날 수 있는지, 그리고 태어나기 전 학습 가능성에 대해 말씀드리자면 우선 생리적 성장(체중, 발육 속도)은 알 내부의 영양분과 부화 환경(온도·습도)이 결정적이라, 적절한 인공부화기 관리가 이루어진다면 크게 차이는 없지만 다만, 자연부화의 경우 어미가 지속적으로 미세한 온도 조절과 습도 조절, 알 굴리기를 해주므로, 부화율이나 초기 건강 상태에서 약간의 우위가 보고되기도 합니다. 자연부화 병아리는 어미닭이 함께 있기 때문에, 부화 직후부터 따라다니기(imprinting)가 자연스럽게 어미에게 형성되는데요 어미로부터 먹이 선택, 경계 행동, 사회적 소통을 직접 학습하며 따라서 사회성, 스트레스 적응력에서 상대적으로 안정된 모습을 보입니다. 반면에 인공 부화 병아리는 어미닭의 존재가 없으므로, 부화 직후 처음 보는 대상(사람, 사물, 다른 병아리)에 각인(imprinting)할 수 있는데요 이 과정에서 동족에 대한 사회성 발달이 자연부화 병아리에 비해 다소 부족할 수 있고, 스트레스 반응이 더 민감하다는 연구 결과가 있습니다. 다만, 부화 직후부터 또래 병아리들과 함께 기르면 사회성 부족은 어느 정도 보완됩니다. 또한 알 속 병아리(배아)는 배발생 후기(특히 18일차 이후)에 이미 청각기관이 발달하는데요 이 시기에 어미닭이 내는 꼬꼬댁 소리, 알을 두드리는 소리, 주변 환경의 진동을 감지할 수 있으며 연구에 따르면, 알 속에서 특정 소리에 반복적으로 노출된 병아리는 부화 후 해당 소리에 더 빠르게 반응하거나 선호하는 경향을 보입니다. 즉, 알 속 시기에도 청각 기반의 학습(태내 학습, prenatal learning)이 가능하다고 할 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 이름모를 다육이 왜 이렇게 자라고있을까요?
안녕하세요.줄기 끝에 잎이 달리고, 갈색 줄기에서 새 줄기가 나오는 형태로 보면 ‘세덤(Sedum)’ 계열이나 ‘크라슐라(Crassula)’ 계열 다육이일 가능성이 있는데요, 갈색 줄기는 예전 성장기 줄기이거나, 빛과 영양 부족 등으로 일부가 노화(죽어가는 단계)한 부분입니다. 그럼에도 식물체가 살아있으면 말단에서 새로운 분지(새 줄기)가 나와 잎과 광합성을 통해 살아남으려는 시도를 하는데요, 즉, 생존 전략으로 죽어가는 줄기에서도 새 가지를 뻗는 것이고, 휘어진 형태는 빛을 향해 자라면서 발생한 광주성(phototropism) 때문이라고 할 수 있습니다. 잘라낸 줄기는 2~3일 정도 그늘에서 상처 면을 말려서 썩는 것을 방지한 후에, 삽목을 하시면 되는데요, 흙은 배수가 좋은 다육이용 흙 또는 모래 섞인 화분 흙 추천드리며 줄기를 꽂을 때는 상처 면만 흙에 닿게 하고, 너무 깊게 묻지 않는 것이 좋습니다. 처음에는 물을 거의 주지 않고, 줄기가 뿌리를 내릴 때까지 간접광에서 관리하시고 뿌리가 내리면 조금씩 물을 주는 것이 좋습니다. 또한 다육이는 물 저장 능력이 있는 잎과 줄기를 이용해 생존하지만, 웃자라면서 줄기가 길어지고, 잎에 충분한 에너지가 공급되지 않게 되며, 수분 부족 또는 줄기 자체가 약해서 잎이 힘없이 떨어질 수 있습니다. 즉 이는 빛 부족과 영양 부족, 과거 성장 환경 때문에 잎이 제대로 기능을 못하는 상태입니다. 따라서 다육이는 강한 직사광선보다는 밝은 간접광에서 균일하게 빛을 받아야 웃자람 방지하시고 배수 좋은 흙, 과습 금지, 분지 줄기는 삽목 후 초기에는 물 최소화하시는 것이 좋습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 항암치료에대해궁금해서질문랍니다
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 “언제쯤 암이 완전히 정복될까?” 하고 궁금해하시는데, 현재 연구 흐름을 보면 2040년대쯤이면 지금보다 훨씬 효과적이고, 부작용이 적은 항암치료가 가능해질 가능성은 높습니다만 ‘완전 정복’보다는 ‘부분 정복’, 즉 암을 만성질환처럼 관리할 수 있는 시대가 될 가능성이 더 현실적이라고 할 수 있습니다. 우선 정밀의학이 발달되면서 환자 개개인의 유전체, 단백질, 종양 특성을 분석하여 맞춤형 치료제가 등장하게 되면서 불필요한 약물 사용이 줄어 부작용 최소화 가능해지고 있습니다. 또한 면역항암제가 개발되고 있는데요, 면역세포를 활성화시켜 암세포만 골라 제거하면서 일부 암(폐암, 흑색종 등)에서는 기존 항암제보다 훨씬 좋은 효과를 나타내고 있으며 앞으로 적용 가능한 암 종류가 늘어날 전망입니다. 하지만 완전 정복(암 발생 자체를 100% 막고 모두 치료) 은 아직 어려울 수 있는데요, 이는 암은 종류가 매우 다양하고, 변이가 워낙 빠르기 때문입니다. 그러나 조기 발견 + 맞춤형 치료 + 면역치료가 결합되면, 치료 성공률은 지금보다 훨씬 높아지고 재발률은 낮아지고 부작용도 현저히 줄어들게 될 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 화학합성 세균과 고세균이 심해 생태계에서 담당하는 역할과 주요 대사 경로는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 심해 생태계는 빛이 닿지 않는 곳이 많기 때문에 광합성이 불가능하고, 그 대신 화학합성 세균(chemosynthetic bacteria) 과 고세균(archaea) 이 1차 생산자의 역할을 담당하는데요, 심해 열수 분출공(hydrothermal vent)이나 한랭 용출대(cold seep) 같은 곳에서 무기물(황화수소, 메탄, 철, 암모니아 등)을 산화해 에너지를 얻는데 이 에너지로 CO₂를 환원시켜 유기물을 합성하며 심해 생태계의 먹이사슬 기반(기초 생산자) 역할을 하게 됩니다. 또한 대형 생물(심해조개, 관벌레 등)과 공생하기도 합니다. 주요 대사 경로로는 황이나 철, 메탄 등을 산화하는 경로이며 이들이 ATP를 만들어 Calvin-Benson cycle 이나 Reverse TCA cycle 같은 고정 경로로 CO₂를 유기탄소로 전환합니다. 이러한 환경에서 고세균은 극한 환경(고온, 고염, 무산소 심해)에서도 생존할 수 있으며 심해에서 특히 메탄 생성(methanogenesis) 과 암모니아 산화(ammonia oxidation) 의 핵심적인 역할을 하는데요, 따라서 심해의 탄소 순환 및 질소 순환에 기여하게 됩니다. 따라서 이 두 그룹이 없으면, 심해 생태계는 광합성 없는 환경에서 에너지를 공급받을 수 없고, 대형 생물도 공생 없이 살아갈 수 없는만큼 중요한 역할을 수행하고 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 방학 현미경으로 관찰할 때 5일에 처리하면 해상도가 높아지는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.광학현미경에서 배율을 높여 1000배 정도로 세포를 관찰하려면 이머전 오일(Immersion oil) 을 사용해야 하는데, 오일을 쓰면 단순히 확대만 되는 것이 아니라 해상도(Resolution)가 좋아지는데요, 현미경의 해상도는 주로 아래 두 요인에 의해 결정되는데, 빛의 파장과 굴절률입니다. 대물렌즈와 시료 사이가 공기일 경우, 빛은 시료에서 공기(굴절률 ≈ 1.0)를 지나면서 굴절되기 때문에 일부 빛이 렌즈로 들어가지 못하고 손실되는데요, 이 때문에 집광력이 제한되고 NA(개구수)가 낮아지며 해상도가 떨어지게 됩니다. 이때 이머전 오일의 굴절률은 약 1.51, 즉 유리(슬라이드글라스, 커버글라스)와 거의 동일한데요 따라서 빛이 시료로부터 커버글라스, 오일, 대물렌즈 로 지나갈 때 굴절이 최소화되는데요, 결과적으로 더 많은 빛이 대물렌즈로 들어오게 되고, NA가 커지게 되며 NA가 커지면 분모가 커져서 d 값(분해능)이 작아져서 더 세밀한 구조를 구분할 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 질병에 대해 궁금해서 질문합니다..
안녕하세요.“암 정복”은 사실 과학·의학계에서도 오래 전부터 가장 큰 목표 중 하나인데요, 지금도 연구가 엄청 빠르게 발전하고 있고, 말씀해주신 2050년쯤이면 현재보다 훨씬 더 암 치료가 정밀하고 안전해질 가능성이 높습니다. 환자마다 다른 유전자 변이를 분석해 맞춤형 항암제를 쓰는 시대가 이미 시작되었으며, 면역 체크포인트 억제제(PD-1, CTLA-4 차단제), CAR-T 세포 치료 등으로 기존에 치료가 어려운 암도 반응하는 사례가 늘고 있는데요, 또한 HPV 백신처럼 예방 목적의 백신은 이미 존재. 최근에는 환자의 종양 유전자를 분석해 개인 맞춤형 치료 백신을 개발하는 임상시험도 진행 중입니다. 완전한 의미의 “암 정복” (즉, 모든 암을 완전히 예방·치료) 은 어려울 수 있지만, 많은 암은 만성질환처럼 관리 가능한 수준으로 바뀔 가능성이 큰데요, 특히 조기 진단 기술과 맞춤 치료법이 발전해서, 암으로 인한 사망률은 지금보다 훨씬 낮아질 것으로 예상되고 있으며, 일부 암(폐암, 췌장암 같이 공격적인 암)도 새로운 면역·유전자 치료로 치료율이 많이 오를 수 있습니다. 또한 특정 바이러스 감염으로 생기는 암(자궁경부암, 간암 등)은 이미 예방 가능하며 환자 개개인의 암세포 특이 항원을 이용한 mRNA 백신 같은 것이 연구 중 → 코로나 백신처럼 빠른 개발 플랫폼이 마련되어있으며, 2050년쯤에는 “내 암세포만 골라 공격하는 개인 맞춤형 백신” 이 흔해질 수 있습니다. 감사합니다.