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생물·생명
Q. 유전자 치료 기술이 희귀 유전 질환 치료에 적용되는 원리
유전자 치료 기술이 희귀 유전 질환을 치료히는 원리는 질병의 근본적인 유전자 결함을 직접 교정하거나 보완하는 것입니다.희귀 유전 질환은 대개 하나의 유전자 돌연변이로 인해 필수 단백질이 제대로 만들어지지 않거나 비정상적인 단백질이 생성되어 발생합니다.이에 대해 유전자 치료는 크게 세 가지 방식으로 문제를 해결합니다.첫번쩨는 기능성 유전자 대체로 가장 흔한 방식이며, 결함이 있는 유전자 대신 정상적인 유전자 복제본을 환자의 세포에 주입하여 기능이 결핍된 단백질을 다시 생산하게 하는 것입니다.두번째는 유전자 교정으로 CRISPR-Cas9와 같은 기술을 이용해 질병 유발 유전자의 돌연변이 부위를 정밀하게 잘라내거나 수정하여 교정하는 방식입니다.세번째는 특정 유전자가 독성 단백질을 과도하게 만들 때, 해당 유전자의 발현 자체를 억제하여 단백질 생성을 차단하는 방식입니다.
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Q. 동물인 매와 검은독수리의 차이점은 무엇인가요?
매와 검은독수리는 모두 맹금류에 속하지만, 분류학적으로나 생태적으로 전혀 다른 동물이고 많은 차이점이 있습니다.먼저 매는 매과에 속하며, 최근 DNA 분석 결과 앵무새, 참새류와 더 가깝다는 사실이 밝혀져 수리과와는 별개의 계통으로 분류됩니다. 반면 검은독수리는 수리과에 속하며, 참매, 독수리, 솔개 등과 같은 분류군입니다. (참고로 참매는 또 매과가 아닙니다.)다시 설명 드리면 매는 매과에 속하며, 독수리보다 훨씬 작고 날렵합니다. 매는 길고 뾰족한 날개를 가졌으며, 세계에서 가장 빠른 동물인 송골매처럼 빠른 속도의 급강하하여 주로 공중의 새를 사냥합니다. 유선형 몸체와 민첩성이 특징입니다.하지만, 앞서 말씀드렸 듯 검은독수리는 수리과에 속하며, 매보다 훨씬 크고 힘이 강합니다. 넓고 둥근 날개로 높은 하늘을 활공하다가, 지상으로 급강하하여 주로 중대형 포유류를 사냥하죠. 사냥 방식이 비슷해보일 수 있지만, 검은독수리는 매와 달리 속도보다는 힘을 이용한 사냥을 합니다.비유하자면 매는 전투기처럼 빠르고 민첩하고, 독수리는 폭격기처럼 크고 강하다고 비유할 수 있습니다.
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Q. 노화 연구에서 자가포식(autophagy)의 역할은 무엇인가요?
자가포식은 세포가 스스로 자신의 구성 요소를 분해하고 재활용하는 핵심적인 '자가정화' 과정입니다.그리고 Autophagy의 어원을 보면 그리스어로 '스스로 먹는다'는 뜻을 지녔고 실제로도 그런 과정을 포함하고 있습니다.자가포식은 손상된 미토콘드리아나 잘못 접힌 단백질 응집체 등을 자가포식소포체로 격리한 후 리소좀과 융합하여 제거하는 것입니다. 이 과정은 세포 내 독성 물질을 청소하고, 에너지 고갈 시 영양분을 재공급하여 세포의 항상성과 건강을 유지하는 데 필수적입니다.그러나 노화가 진행될수록 자가포식의 활성도가 점차 감소하게 되는데, 자가포식 기능 저하로 인해 손상된 세포 구성 요소가 세포 내에 축적되게 되고, 이는 곧 세포 기능 저하와 염증을 유발하며 노화를 가속화하는 것입니다.결국 자가포식은 세포의 품질 관리 기능이라 할 수 있는데, 그 기능이 떨어지면서 신경퇴행성 질환 같은 노화 관련 질환의 발생 위험이 높아지게 되는 것입니다.
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Q. 서울대공원 동물원에서는 국내산 무와 배추, 호박을 넘어 왜 칡과 나물도 캐고 대나무도 베어서 동물들 먹이로 제공하나요?
말씀하신 것처럼 동물의 건강을 위한 것도 있지만, 더 큰 이유는 행동 풍부화를 위해서입니다.이는 동물원에서 사육되는 동물들의 스트레스를 줄이고 야생 본연의 행동을 유도하여 심리적, 육체적 건강을 증진시키기 위한 프로그램의 일종이죠.즉, 먹이를 땅에서 캐거나, 나뭇잎을 뜯어 먹는 등 야생에서 하던 채집 행동을 유도하여 동물에게 지적 자극과 신체 활동 기회를 주고, 단조로운 사육 환경에서 벗어나 먹이를 찾는 재미를 제공함으로써 무료함과 스트레스를 줄여 심리적 건강을 증진시키기 위함이죠.결국, 이는 동물 복지를 향상시키고 동물들이 더욱 건강하게 지낼 수 있도록 하기 위한 사육사들의 노력입니다.
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Q. 중국에서 들여온 물고기 초어는 왜 우리나라 하천과 호수에서 적응을 못하고 흔적도 없이 사라지게 되었나요?
무엇보다 번식을 위한 환경이 맞지 않았기 때문입니다.초어는 보통 흐름이 빠르고 수심이 깊은 큰 강에서 산란을 합니다. 산란된 알은 물에 떠다니는 부유성 알로 일정 시간 이상 물에 떠다니면서 부화해야 하는데, 이를 위해서는 적절한 수온과 함께 충분한 유속과 거리가 필요합니다.그러나 우리나라의 하천은 중국의 양쯔강 등에 비해 규모가 작고, 특히 댐이나 보의 건설로 인해 하천의 유속과 흐름이 인위적으로 조절되는 경우가 많습니다.그래서 결국 초어의 알이 부화에 필요한 유속과 거리를 유지하기 전에 하천 바닥에 가라앉거나 적절한 환경을 찾지 못해 죽게 될 가능성이 높은 것이죠.게다가 초어는 번식을 위해 비교적 높은 수온이 필요하지만, 우리나라의 겨울철 수온은 초어가 서식하고 산란하기에는 수온이 너무 낮습니다.결국 과거 양식은 인공적인 관리를 통해 이러한 번식 조건을 충족시켜주었지만, 자연 상태에서는 한계가 있었던 것입니다.
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Q. 물총새는 왜 비가 오는 날 물 근처 나뭇가지 위에 앉아서 사냥을 선호하게 되었나요?
물총새는 보통 여름 철새로 알려져 있지만, 최근에는 따뜻한 남부 지방에서는 텃새로 겨울을 나기도 합니다.말씀하신 태화강처럼 물이 마르지 않고 먹이가 풍부한 곳에서는 사계절 머물 수 있는 것이죠.이렇게 텃새화가 된 가장 큰 이유는 기후 때문입니다.과거처럼 강이나 하천이 꽁꽁 얼어붙는 날이 줄어들면서, 물총새가 월동을 위해 먼 남쪽으로 이동할 필요성이 줄어들었고, 겨울에도 얼지 않는 물가에서는 주 먹이인 작은 물고기나 수서 생물을 사냥할 수 있어, 굳이 이동하지 않고도 생존이 가능해졌습니다.게다가 말씀하신 태화강처럼 오염이 적고 사계절 물이 흐르는 하천은 물고기와 수생 곤충이 연중 안정적으로 서식할 수 있는 환경이기에 충분한 먹이를 구할 수 있습니다. 여담이지만, 물총새는 하루에 자기 체중의 60%에 달하는 먹이를 섭취해야 하기 때문에 먹이 확보가 생존의 필수 조건입니다.
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Q. 북극곰의 털은 실제로 투명색에 가깝다던데 그런 이유가 무엇인가요?
북극곰의 투명한 털은 생존상 이점을 가지기 때문입니다.북극곰의 투명한 털은 단순히 흰색으로 보여 보호색 역할을 하는 것도 있지만, 추운 환경에서 생존하는 데 중요한 단열 및 보온 기능을 가집니다.즉, 하얀 눈과 얼음 배경에 섞여 사냥감에게 쉽게 발각되지 않는다는 것은 기본이고, 투명한 털이 일종의 광섬유처럼 햇빛을 모아 북극곰의 검은색 피부까지 전달하는 역할을 하는데, 검은 피부는 이 태양 에너지를 효과적으로 흡수하여 체온을 유지할 수 있게 하는 것입니다. 게다가 속이 빈 털 구조는 따뜻한 공기를 가두어 단열 효과를 극대화해줍니다.
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Q. 요즘은 왜 도심 속 절벽이나 전봇대 위에서도 수리부엉이가 살게 되었어요?
가장 큰 이유는 먹이 때문입니다.게다가 도심 환경은 수리부엉이가 원래 선호하는 절벽과 유사한 고층 건물이나 교각 등이 있어 서식에도 유리합니다.말씀하신 도시의 시궁쥐와 비둘기는 산 속의 들쥐나 꿩에 비해 개체수도 많고, 사냥하기도 쉽습니다.또한 개발로 인해 본래의 암벽 서식지가 줄어들자, 수리부엉이는 도시의 인공 구조물을 대체 서식지로 활용하기 시작했습니다.또 약간은 외적인 부분이지만, 개체수 회복도 영향을 주었습니다. 천연기념물 지정 등 보호 노력으로 개체수가 늘어나면서, 일부 개체가 경쟁에 밀려 새로운 생존 공간으로 도심으로 영역을 넓힌 것이죠.
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Q. 비둘기와 고양이 쥐들이 왜 도시에 더 빠르게 적응하는건가요
무엇보다 가장 큰 이유는 풍부한 먹이는 물론 안전한 서식지가 보장되기 때문입니다.인간이 버린 음식물 쓰레기나 찌꺼기, 사료 등 쉽고 안정적인 먹이가 1년 내내 풍부한데, 이는 불규칙한 자연 먹이보다 훨씬 유리한 부분이죠.또한 사람이 만든 건축물이나 하수구, 교량 등의 인공 구조물은 천적이 적고, 비바람을 피할 수 있을 뿐만 아니라 안정적으로 번식할 수 있는 최적의 환경이 됩니다. 특히 비둘기에겐 건물의 처마나 난간이 원래 서식지인 절벽과 유사하죠.게다가 시골이나 산골에 비해 포식자의 수가 현저히 적어 생존율이 매우 높습니다.결론적으로, 도시는 이들이 살아남고 번식하기 위한 모든 조건을 갖춘 최적의 환경이기 때문입니다.
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Q. 녹조는 우리몸에 어떤 영향을 미치는지 궁금합니다.
녹조를 형성하는 시아노박테리아에서 생성되는 독소, 특히 마이크로시스틴은 간 독성과 발암성을 지닌 맹독성 물질로 알려져 있으며, 청산가리보다 훨씬 강한 독성을 가집니다.말씀하신 4대강(맞이시죠..?? 4개장은 오타로 보고..) 주변 거주민들의 코 속에서 녹조 관련 독소나 유전자가 검출되었다는 연구 결과가 얼마전 있었는데, 녹조 독소가 공기 중 에어로졸 형태로 확산되어 호흡기를 통해 인체에 유입되었다는 의미죠.녹조 독소를 흡입할 경우 급성 염증 반응을 유발할 수 있으며, 알레르기 비염이나 기관지 천식 같은 호흡기 질환이 발생하거나 악화될 가능성이 있습니다. 실제로 검출된 주민들은 코막힘, 재채기, 눈 따가움, 두통 등 다양한 급성 증상을 호소하기도 했습니다.장기적으로는 마이크로시스틴의 만성 노출이 간 손상 등의 문제를 일으킬 수 있으며, 일부 독소는 뇌 질환(알츠하이머, 루게릭병 등)을 유발할 가능성도 있는 것으로 연구되었습니다.다만, 녹조 에어로졸의 인체 위해성에 대한 국제적인 기준은 아직 확립되지 않았고 연구가 진행 중이긴 합니다.