소설로 알아보는 바이오 사이언스 : 25가지 생명과학 미래유망기술은 어떻게 세상을 바꿀까?

 

소설로 알아보는 바이오 사이언스

바이오, 생명과학은 더 이상 우리에게 낯선 개념이 아니다. 코로나19로 인해 전 세계적 이슈로 떠오른 mRNA 백신 개발이 바이오산업 속에서 이뤄지고 있고, 우리에게 익숙한 DNA, 호르몬 등 또한 바이오산업의 하위 산업이다. 그만큼 바이오는 현재 우리 생활 전반에 걸쳐 많은 영향을 끼치고 있지만 사실 아직까지도 생명과학 분야에 일반인이 접근하거나 완벽히 이해하기는 쉽지 않다. 이에 관해 과학 전문 기자로 활동 중인 전승민 저자는 “관련 지식을 충분히 알고 있는 전문가가 알기 쉽게 이야기하고 설명해 주는 배려가 필요하다”고 언급하며, 이 책 또한 그런 노력의 일환으로 볼 수 있다고 소개한다. 이 책에 소개된 내용은 한국생명공학연구원 ‘국가생명공학정책연구센터’의 생명과학 정책 연구진이 전문 과학자들에게 조사를 진행하고, 신뢰할 수 있는 전문위원들의 검증을 통해 선정하여 매년 한 차례씩 발표하고 있는 ‘10대 바이오 미래유망기술’에 바탕을 두고 있다. 이 작업에 참여했던 저자는 2019년부터 2년 동안 발표된 미래유망기술이 완전히 실용화된 2035~2041년 사이의 미래 사회 모습을 옴니버스식 단편 소설과 일러스트를 통해 쉽게 소개하고 있다. 해외 바이오기술만 담아낸 여느 과학서와 달리 국내에서도 중점적으로 연구되어 학계와 산업계의 논의가 활발한 바이오기술을 다룬 이 책은, 각 유망기술마다 한 편의 소설과 기술에 대한 설명, 그리고 핵심 요약이 함께 배치되어 있어 첨단 과학기술을 어렵지 않게 배울 수 있다. 쉽고 재미있게 과학 공부를 하길 원하는 청소년, 그리고 바이오에 관심이 많은 독자를 위한 책이다.

저자

전승민

출판

세종서적

출판일

2022.02.21

 

생소한 용어와 내용이 많다. 지속적으로 관심을 가져야 할 분야.

 

강현, 권하선, 김수민 등의 연구자들이 만들어가는 이야기로, 

각 단편소설 안에 소개하고 싶은 기술을 담은 형태이다.

바이오사이언스 소개가 목적이다 보니 소설이 아주 매끄럽지는 않지만, 재미있게 읽었다.

다만, 2035년, 2040년은 저 정도 기술이 현실에서 상용화되기에는 좀 이른 시기가 아닌가 싶다.

요즘의 발전 속도로 보면, 뭔들 안 되겠나 싶기도 하고.

 

---

이 책에 소개된 내용은 한국생명공학연구원 ‘국가생명공학정책연구센터’의 생명과학 정책 연구진이 전문 과학자들에게 조사를 진행하고, 신뢰할 수 있는 전문위원들의 검증을 통해 선정하여 매년 한 차례씩 발표하고 있는 ‘10대 바이오 미래유망기술’에 바탕을 두고 있습니다.

 

 

한국생명공학연구원 ‘국가생명공학정책연구센터’ 홈페이지 연재

 

PART 1. 바이오, 미래사회의 바탕이 되다

Chapter 1. 산업이 중심이 된 바이오
그들만의 1000일 기념일(2035년)  DNA기록기술 

...제대로 만들면 수십 엑사바이트exabyte, EB(1엑사바이트=10억기가바이트)의 정보를 작은 디스크 하나에 넣을 수 있다고 합니다. 좀 더 쉽게 말씀드리면, 영화 10억 편을 1g의 DNA 물질에 담을 수 있는 정도입니다. 1kg 정도가 있으면 아마 전 세계 데이터를 다 담고도 남을 것입니다.

그녀의 첫 출근(2040년)  유전자가위와 프라임 에디팅 

유전자 전체에서 꼭 한 두 곳만 교정해 치료를 하는 것이 유전질환 치료의 최선의 방법이라고 본다면, 기존 크리스퍼 기술을 유전자치료제로 사용하기에는 다소 힘든 점이 있었습니다. 그러나 최근 4세대 ‘프라임 에디팅’기술이 보편화되면서 이런 우려는 사라졌습니다. DNA는 두 가닥이 꼬여 있는 모습을 하고 있는데, 그중에 한 가닥만 선택해서 교정할 수 있어 훨씬 정확하고 안전하다는 것이 밝혀지고 있기 때문입니다.

바이오파운드리 미래 생명과학자에게 필요한 것(2040년)  바이오파운드리

유전자를 편집, 합성하는 기술이 생겨나면서 생명체의 성질을 인위적으로 조정하는 것이 가능해졌습니다.
미생물 등 비교적 크기가 작은 것은 시스템생물학, 그보다 더 복잡한 것은 합성생물학 이라고 부르지요.
그리고 이 과정에서 로봇과 ICT 등을 도입해 하나의 공정으로 설계하는 것을 ‘바이오파운드리’라고 합니다.

Chapter 2. 바이오 산업의 기초는 세포다
그들이 불안한 이유(2035년)  자기조직화 다세포 구조 

- 돼지 등 다른 동물의 형질을 전환해 사람의 몸에 이식할 수 있는 장기를 갖고 태어나게 만드는 ‘바이오이종장기’
- 세포를 처음부터 배양해 나가며 시험관 속에서 사람의 몸에 필요한 장기 형태로 키우는 ‘오가노이드Organoid(장기유사체)’
기술의 부작용을 완전하게 제어하려면 유전자의 기능을 인위적으로 설계해 필요한 세포, 조직 등으로 만드는 ‘자기조직화 다세포 구조self-organizing multicellular structure’ 기술의 혁신이 뒤따라야 한다

나형욱 단장님의 첫사랑(2035년)  미토콘드리아 유전체 편집을 통한 대사조절기술 

갑자기 왜 술 마시는 이야기를 하고 있느냐 하면 사람이 술을 잘 마시느냐, 혹은 못 마시느냐 하는 문제의 근본 원인을 계속 짚어 보면 결국 미토콘드리아 때문이라는 것을 알 수 있기 때문입니다.
이 말은 미토콘드리아를 자유자재로 조정할 수 있다면, 지금까지 미토콘드리아의 문제로 인해 겪었던 동식물의 특성을 상당 부분 조절할 수 있다는 뜻이 됩니다. 예를 들어 저는 불행히도 술을 잘 먹지 못하는데, 누군가가 제 간세포 속에 있는 미토콘드리아를 ALDH가 풍부한 좋은 것들로 바꿔 준다면, 저는 아마도 술을 잘 먹는 사람이 될 수 있겠지요.

ALDH  = aldehyde dehydrogenase = 알데하이드탈수소효소

그와 그녀의 거리(2040년)  Cryo-EM 생체분자 구조분석기술 

‘전자’는 물질 밖으로 튀어 나가거나 이동할 수 있습니다. 전자가 이동하면서 만드는 에너지를 ‘전기’라고 합니다. ‌
‘전자현미경’은 전자를 빛 대신 이용해 아주 작은 것도 볼 수 있게 만든 특수 현미경입니다. ‌
이 중에 초저온, 즉 영하 수십~수백 도 환경에서 사용하는 전자현미경을 Cryo-EM이라고 부른답니다.

 

PART 2. 바이오, 우리의 건강을 책임지다

Chapter 3. 바이오가 만드는 건강한 삶
중동전쟁(2035년)  식물공장형 그린 백신 

유전자를 편집해 개발한 특수한 종의 식물을 길러낸 다음, 이 식물에서 유효성분을 추출해서 약을 만들게 되지요. 예를 들어, 인슐린 성분이 들어 있는 과일을 만드는 것도 가능합니다. 보통 인슐린은 주사로 맞지만 마음만 먹으면 위를 통과해 장에서 흡수되도록 만드는 조치도 가능해질 것으로 보고 있습니다. 그렇게 되면 당분이 아주 높은 음식을 먹어 혈당 수치가 좋지 않다고 여겨지면 복잡하게 주사로 맞지 않고 알약으로 먹기만 해도 혈당이 조절되겠지요.
요즘엔 이 기술을 백신으로 만드는 데 기대가 많은 것 같습니다. 식물을 길러서 그 안에서 백신 성분을 얻어낸 다음 그것을 정제해 백신으로 만들어 공급하는 식인데, 식물에서 백신을 얻으니 ‘그린 백신’이라고 부르는 경우가 많습니다.

갑갑한 마음(2040년)  공간 오믹스 기반 단일세포 분석기술 

생체 기관이나 조직 내 개별 세포가 어디 있는지, 그 위치를 유지한 상태에서 생물학적 데이터를 확보하고 3차원적인 공간 정보를 파악하는 기술입니다. 말이 좀 복잡합니다만 결국 사람이나 동물의 조직 내에서 생겨나는 세포의 위치를 파악하고, 그 종류 및 특성 그리고 세포 간의 상호작용을 이해하기 위한 학문이라고 보면 될 것 같습니다.
만약 이런 기술이 보편화된다면 PET처럼 병든 조직의 위치가 아니라 세포 하나의 위치를 정확하게 확인할 수 있게 됩니다. 여러 질환을 유발하는 세포의 정확한 위치를 입체적으로 알 수 있게 되고 따라서 정확한 진단과 표적 치료가 가능해지겠지요.

PET = Positron Emission Tomography = 양전자방출단층촬영 

혼자 할 수 있는 일(2040년)  조직 내 노화세포 제거기술 

특정한 물질을 이용해 병든 세포 등을 찾아내는 방법을 생명과학계에서는 ‘바이오마커’라고 부릅니다. 이 기술을 응용하면 노화가 유달리 많이 진행된 세포를 찾아내는 방법 역시 개발할 수 있을 것입니다. 그럼 노화세포만 선택적으로 제거할 수 있는 약물을 추가로 개발해 바이오마커를 통해 확인한 위치에 정확히 공격하도록 만드는 것이 가능해지겠지요.

Chapter 4. 암? 이제는 무섭지 않다
암보다 독감이 더 무서운 사람(2035년)  조직별 면역세포 세포체 지도 

그래서 나온 것이 바로 3세대 ‘면역항암제’인데, 인간이 가진 면역기능을 이용해 암을 공격하도록 만든 것입니다. 항암제의 고질적 문제인 독성(1세대)과 내성(2세대)을 고루 해결할 방법으로 기대받고 있지요.
물론 면역항암제도 아직 개선이 필요합니다. 아직은 기술이 충분치 않아 피부 및 위장관, 내분비계, 간 등에서 부작용이 보고되는 경우가 많습니다. 다만 이런 문제를 해결하기 위해 과학자들이 부단히 노력 중입니다. 면역기능 자체를 더 많이 이해하고, 거기 걸맞게 약품을 맞춤 생산할 수 있는 기준을 마련해야 합니다. 인체 부위 별로 어떤 면역세포가 잘 반응하는지 이해하는 ‘조직별 면역세포 세포체 지도’ 기술, 인간 면역세포의 기능과 특징을 완전히 분석한 ‘세포지도’ 기술 등이 연구되고 있습니다.

험난한 여름휴가 일정(2035년)  암 오가노이드 연계 면역세포 치료기술 

오가노이드는 줄기세포를 배양해 인간의 세포를 만들어 실험에 사용하는 방법입니다. 이 방법을 새로운 면역항암제 개발에 사용할 수도 있습니다.

두 남자의 신경전(2035년)  광의학 치료기술 

특정 파장대의 빛과 광민감제를 암세포에 모여 있게 하는 것이 가능합니다. ‌그 이후 레이저 등 투과 에너지가 높은 빛을 쪼여 주면 항암치료 효과가 있습니다. 부작용이 적고 치료 효과가 뛰어난 것이 특징입니다.

Chapter 5. 의료, 더 건강하고 더 간편하게
홈오토메이션이 가져온 굶주림(2035년)  역노화성 운동모방 약물 

...약만으로 운동 효과를 기대할 수 있는 약, 이른바 ‘운동 약물’이 개발되고 있기 때문입니다.
이런 연구가 주목받기 시작한 건 2008년부터입니다. 미국 솔크연구소 연구진이 ‘GW1516’이라는 단백질 합성 물질을 만들어 발표하면서 대중에 알려졌지요. 이 약물을 먹은 실험용 쥐는 다른 쥐에 비해 77% 더 오랜 시간을 달리고, 68% 더 많은 거리를 달릴 수 있는 ‘건강한 쥐’로 거듭나게 됩니다. 이 밖에 ‘AICAR’이라는 합성물질도 있는데 이 약물을 먹은 쥐는 보통 쥐에 비해 23% 더 오래, 44% 더 멀리 달릴 수 있었습니다.

생명의 은인(2040년)  디지털 치료제 

디지털 치료제는 원격의료의 발전과 함께 앞으로 점점 더 적극적으로 도입될 것으로 보이는 차세대 첨단 의료 중 하나랍니다. 현재 디지털 치료제는 특히 약물중독, 정신과 및 신경치료 등에 적용되고 있으며, 향후 기술의 개발을 통해 보다 다양한 질환에 대한 치료도 기대할 수 있게 됐습니다. ‘디지털’ 기술을 통해 어디서든 원격으로 처방과 함께 치료까지 가능해지는 세상이 이제는 그리 멀지 않은 셈입니다.

무거운 어깨(2040년)  실시간 액체 생검 

‌병리 검사 과정을 자동화하기 위한 연구가 다수 진행 중입니다. ‌그중 혈액 검사만으로 수술 전 암의 유무와 암종 판단까지 가능한 ‘실시간 액체 생검’ 기술이 미래에 중요한 기술로 주목받고 있습니다.

 

PART 3. 바이오, 지속가능한 세상을 만들다

Chapter 6. 지구를 지키는 바이오
그녀가 지구를 지키는 방법(2035년)  플라스틱 분해 인공미생물 

- 합성 생물학. ex) 미생물의 유전자를 편집해 플라스틱을 먹고 살아갈 수 있게 만든다. 단점: 효율이 떨어진다.

그들이 만들어 온 미래(2040년)  무세포 합성생물학 

세포가 아닌 무세포 형태에서, 즉 세포가 가진 리보솜, DNA 등 일부 구성 성분을 이용해 합성생물학과 같은 일을 하려는 것입니다. 효율이 더 뛰어나고 더 다양한 물질을 만들 수 있을 것으로 기대됩니다.

Chapter 7. 먹거리 걱정 없는 세상
신뢰와 편애(2040년)  엽록체 바이오 공장 

엽록체의 성질을 조정해 원하는 식물로 만드는 ‘엽록체 바이오 공장’ 기술이 최근 각광을 받고 있습니다.

그가 천재로 불렸던 이유(2035년)  유전자회로 공정예측기술 

사람의 유전자를 마치 전자회로처럼 구성하고 잘못된 부분과 개선할 부분을 수정하고 새롭게 설계하는 기술이 개발 중입니다. ‌이 방법은 합성생물학의 연장선상에서 이해가 가능합니다. ‌마치 컴퓨터 프로그램 제작하듯 생명현상을 설계할 수 있어 ‘유전자회로 공정예측기술’이라고 부르고 있습니다.

그의 뒤를 쫓는 길(2040년)  식물 종간 장벽제거기술 

‌식물의 ‘종간 장벽’을 극복할 수 있다면 여러 가지 다양한 혁신이 가능해집니다. ‌전혀 새로운 품종을 만들어 내거나, 기존 식물의 단점도 극복할 수 있게 되지요.

PART 4. 바이오, 더 이상의 ‘팬데믹’은 없다

Chapter 8. 세이프 콘택트 세상이 온다
과학이 결국 승리한다(2041년)  감염병 대응 미래 5대 기술

- 개인 맞춤형 체외 면역시스템, 나노백신/나노항체, 합성면역, 세포배양 축산기술, 친환경 고분자 생산 미생물

 

 

 

주요 내용 요약 아님. 관심 있는 부분만 정리.