안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 인간장기 재생 기술의 한계와 미래사회에 어떻게 변화할까요?
안녕하세요.줄기세포를 이용한 인간 장기 재생 기술은 21세기 의학의 핵심이자, 앞으로 인류의 건강과 수명 연장, 삶의 질을 획기적으로 바꿀 수 있는 분야인데요, 황우석 교수의 사례처럼 윤리적 논란이나 과학적 한계도 존재했지만, 그 이후로 성숙한 연구와 실제 적용 가능성이 꾸준히 확대되고 있습니다. 줄기세포는 어떤 세포로도 분화할 수 있는 만능세포인데요 즉, 심장, 간, 신경, 피부 등 필요한 조직으로 변할 수 있어 장기 재생의 근간이 됩니다. 최근에는 줄기세포뿐 아니라 3D 프린팅 기술과 생체 재료를 결합하여, 인공적으로 간, 신장, 심장조직 등을 만들어내려는 시도들이 활발하게 진행되고 있습니다. 하지만 아직까지는 한계가 있는데요, 피부, 각막, 연골처럼 단순한 구조의 조직은 이미 재생에 성공했지만, 심장, 간, 신장처럼 혈관, 신경, 면역계까지 복잡하게 얽힌 장기는 아직 완전한 재생이 어렵습니다. 또한 배아줄기세포(ES cell)는 배아를 파괴해야 하는 윤리적 문제가 있으며, 역분화줄기세포(iPSC)는 분화 과정에서 암세포화 가능성이 존재합니다. 물론 자기 세포로 만든 장기는 거부 반응이 적지만, 기증자 유래 세포나 외부 조직은 여전히 면역계의 공격을 받을 수 있어 이식 전에 조절이 필요합니다. 현재는 장기 기증자가 턱없이 부족하여 수많은 환자가 기다리거나 사망하고 있는데요, 미래에는 재생 장기 기술이 보편화되면 자기 세포로 만든 맞춤형 장기를 빠르게 제공할 수 있어 생명을 살리는 방식 자체가 바뀔 수 있습니다.
Q. 슈퍼 박테리아의 생존전략에 대하여 질문
안녕하세요.슈퍼박테리아는 말 그대로 여러 종류의 항생제에 내성을 지닌 '다제내성균(MDR, Multi-Drug Resistant bacteria)'으로, 의학적 치료가 어려운 매우 강력한 병원균을 말하는데요, 이런 슈퍼박테리아가 살아남는 비결은 단순한 ‘운’이 아니라, 진화 과정에서 획득한 정교하고 다양한 생존 전략 덕분이라고 할 수 있습니다. 슈퍼박테리아는 항생제 분자를 직접 파괴하거나 비활성화시키는 효소를 만들어내는데요, 대표적인 효소가 β-락타마제(β-lactamase)입니다. 이 효소는 페니실린, 세팔로스포린 같은 β-락탐 계열 항생제의 구조를 파괴하는데요, 카바페넴 분해 효소(NDM-1 등)는 극소수 항생제에도 내성을 부여하여 치료를 거의 불가능하게 만듭니다. 또한 일부 박테리아는 세포막 구조를 변형시켜 항생제가 안으로 들어오지 못하게 막는 전략을 사용하는데요, 예를 들어 그램음성균은 이중막 구조를 가지고 있어 항생제 투과 자체가 어렵고, 이 구조를 더 강화하거나 막단백질(porin)의 발현을 줄여 항생제 유입을 줄입니다. 반면에 어떤 박테리아는 항생제가 안으로 들어오더라도 곧바로 밖으로 내보내는 ‘배출 펌프’를 가동합니다. 이는 세포 안의 항생제 농도를 낮추어 치명적인 영향을 받지 않게 하는 생존 전략인데요, 예를 들어서 테트라사이클린, 플루오로퀴놀론 계열 항생제에 저항성을 보이는 균에서 잘 나타납니다.
Q. 해충이라는 기준은 인간입장에서 어떤 형태로 분류하나요?
안녕하세요. 네, 말씀하신 것처럼 말씀하신 것처럼 "해충"과 "익충"이라는 구분은 생태학적인 분류가 아니라 인간 중심적 관점에서 만들어진 가치 판단입니다. 즉, 자연 생태계의 균형이나 생물 고유의 역할과는 무관하게, 인간의 생활이나 경제에 미치는 영향을 기준으로 한 분류라고 보시면 됩니다. 해충이란, 인간의 입장에서 볼 때 다음과 같은 해를 끼치는 곤충이나 절지동물 등을 말하는데요, 병원균이나 기생충을 옮겨 사람이나 가축에게 질병 유발하거나 식물의 뿌리, 잎, 열매 등을 먹어 수확량 감소시키고, 저장된 곡식, 가공식품 등을 오염 또는 파괴하는 생명체를 해충이라고 할 수 있겠습니다. 또한 동일한 생물이라도 상황에 따라 해충이 되기도 하고 익충이 되기도 하는데요, 예를 들어서 개미의 경우 사체 분해, 씨앗 전파의 측면에서는 익충으로 작용할 수 있으나, 집 침입, 음식 오염 등의 측면에서는 해충이라고 볼 수 있겠습니다.
Q. 지구상에서 모기가 전멸하면 생태계는 어떻게 되나요?
안녕하세요.지구상에서 모기가 전멸할 경우 지구 생태계에 막대한 영향을 미칠 수 있습니다. 인간의 입장에서 볼 때에는 모기는 인간에게는 말라리아, 뎅기열, 지카 바이러스 등을 옮기는 해충으로 인식되지만, 생태계 전체에서 보면 의외로 중요한 생물학적 역할을 맡고 있는 종입니다. 우선 모기 유충은 연못, 늪, 습지, 논 등의 물속에서 서식하며 작은 어류, 양서류, 곤충, 수서동물의 주요 먹이이며, 성충 모기는 특히 제비, 박쥐, 거미, 개구리, 잠자리, 도마뱀 등 다양한 육상 동물의 먹이로 중요한 위치에 있습니다. 또한 우리가 흔히 잊고 있지만, 수컷 모기와 일부 암컷 모기는 꽃의 꿀(당분)을 먹습니다. 이때 수분(꽃가루 옮기기) 역할도 일부 수행하며, 야생 식물 생태계에서 미세한 수분 네트워크를 유지하는 데 기여합니다. 게다가 모기 유충은 물속의 유기물, 박테리아, 미생물 등을 섭취하여 물속 생태계를 정화하는 역할도 하는데요, 죽은 모기의 사체도 영양분으로 환원되어 토양과 물속 생물의 먹이로 활용됩니다. 모기가 사라질 경우 모기를 주 먹이로 삼는 곤충, 거미, 잠자리 등의 먹이 부족으로 인해 개체 수 감소를 유발하고, 여름철에 모기를 먹고 번식하는 새, 개구리, 박쥐 등의 번식률 저하되며, 모기 유충이 정화하던 물속 생태계에 유기물 축적 및 오염 가능성 증가할 수 있습니다. 따라서 지구상에 모기는 생태계에서 중요한 역할을 수행한다고 볼 수 있습니다.
Q. 모기는 피를 빨 때 아프지 않게 하는 성분을 어떻게 분비하나요?
안녕하세요.네, 말씀하신 것과 같이 모기가 사람이나 동물의 피를 빨 때 우리가 잘 느끼지 못하는 이유는, 모기가 흡혈 과정에서 매우 정교하게 특수한 침 분비물을 주입하기 때문인데요, 이 침 속에는 통증을 줄이거나 감각을 무디게 하며, 혈액 응고를 막는 다양한 생화학적 성분들이 포함되어 있습니다. 우선 모기는 피를 빨 때 자신의 침(타액)을 먼저 주입하는데요, 이 침 속에 여러 가지 효소와 단백질들이 들어 있으며, 이것이 바로 우리가 모기가 피를 빠는 동안 통증을 거의 느끼지 못하는 이유입니다. 모기의 타액에는 트롬빈 등 응고인자 작용 억제하여 피가 굳지 않게 유지하는 항응고 단백질, 신경 말단의 감각을 일시적으로 무디게 하는 경미한 진통 성분 등을 함유하고 있습니다. 즉, 모기의 침은 마치 작은 생물학적 “마취제 + 혈액 희석제”와 같은 역할을 하는 것입니다. 따라서 이러한 성분들 즉 흡혈 직후에는 진통 및 항염증 성분 때문에 감각이 무뎌져 아프지 않지만, 침 속의 단백질들이 체내에 남아 면역계가 이를 이물질로 인식하면, 히스타민이라는 염증 반응 물질이 분비되어 부풀고 가려움증이 발생하게 되는 것입니다.