Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 물리학과 중에서 가장 유명한 학자는 누구인가요?
안녕하세요. 물리학 분야에서는 많은 유명한 학자들이 있습니다. 워낙 다양한 분들을 이미 접하고 알고 계실 것이라 생각 됩니다. 아무래도 가장 유명한 과학자는 현 시대에는 알베르트 아인슈타인을 꼽을 수 있을 것 같습니다. 최근 영화로 개봉되었던, 쇼펜하우어가 될 수 도 있겠다는 생각도 듭니다. 개인적으로 영감을 받은 과학자들중 업적이 큰 분들을 소개하겠습니다. - 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein) : 아인슈타인은 상대성이론, 특히 일반 상대성이론과 특수 상대성이론으로 가장 잘 알려져 있습니다. 이 이론들은 시간과 공간에 대한 우리의 이해를 근본적으로 변화시켰으며, 블랙홀과 우주의 팽창 같은 현상을 설명하는데 필수적입니다. - 리처드 파인만(Richard Feynman) : 파인만은 양자역학, 특히 파인만 다이어그램을 통해 입자 물리학의 상호작용을 시각화하는 방법을 개발했습니다. 그는 또한 피타고라스의 정리를 '최고의 물리 법칙'으로 칭할 만큼, 기초 물리학의 교육에도 큰 영향을 미쳤습니다. - 니일스 보어(Niels Bohr) : 보어는 원자 모델과 양자역학의 발전에 중요한 기여를 했습니다. 그의 보어 모델은 전자가 원자핵 주위를 특정 에너지 레벨에서만 회전할 수 있다는 개념을 제시했습니다.
Q. 백혈구가 우리몸의 면역체계에서 과잉면역대응으로 반응하는 상황이 왜 발생하나요
안녕하세요. 사이토카인 폭풍(cytokine storm)은 우리 몸의 면역 체계가 특정 감염이나 기타 자극에 대해 과도하게 반응하여 많은 양의 염증 유발 사이토카인을 급격히 방출하는 상태를 말합니다. 이 현상은 백혈구를 포함한 여러 면역 세포들이 과도하게 활성화되어 엄청난 양의 사이토카인을 분비하게 되며, 이로 인해 심각한 염증과 조직 손상이 발생할 수 있습니다. 사이토카인 폭풍이 발생하는 주요 이유는 면역 체계의 균형 조절 실패 때문입니다. 정상적인 상황에서 사이토카인은 감염에 대응하여 면역 반응을 조절하고 촉진하는 역할을 하지만, 면역 체계가 과도하게 자극받거나 특정 면역 경로의 조절이 실패할 경우, 사이토카인의 과도한 생산이 이루어집니다. 주로, 심각한 바이러스 감염[ex : 사스(SARS), 메르스(MERS), 코로나19(COVID-19)]이나 박테리아 감염의 경우, 면역 체계가 감염을 제거하려고 할 때 과도한 사이토카인을 생산할 수 있습니다. 또 류마티스 관절염이나 루푸스와 같은 자가면역 질환에서는 면역 체계가 자신의 조직을 공격하면서 과잉 면역 반응을 일으킬 수 있습니다. 일부 개인은 유전적인 요인으로 인해 면역 반응을 조절하는데 문제를 가지고 있으며, 이는 사이토카인의 과도한 방출로 이어질 수 있습니다.
Q. 미토콘드리아는 어떤 요인으로 외부세포에서 우리몸의 공생관계로 갖게 된건가요
안녕하세요. 미토콘드리아의 기원과 그들이 고등 생물 세포와의 공생 관계로 발전한 과정은 개인적으로도 매우 흥미롭게 공부했던 경험이 있습니다. 이는 진화 생물학적 현상으로 내생설(endosymbiotic theory)로 설명할 수 있습니다. 내생설에 따르면, 현대의 진핵 세포(eukaryotic cell) 내 미토콘드리아는 원시적인 호기성 세균(aerobic bacteria)이 초기 eukaryotic cell에 의해 흡수되고, 결국 공생적인 관계를 형성하게 되면서 발전한 것입니다. 이 공생 관계는 형성의 주요 동기는 서로에 대한 상호 이익(mutual benefit)에 있습니다. 초기 유카리오틱 세포는 호기성 호흡을 수행할 수 있는 방법이 제한적이었으나, 호기성 박테리아는 효율적인 에너지 생산 방법인 산소를 이용한 호흡(aerobic respiration)을 할 수 있었습니다. 이 박테리아가 세포 내에 통합되면서, 세포는 산소를 이용하여 더 많은 에너지를 생산할 수 있는 능력을 획득하게 되었습니다. 반면, 호기성 박테리아는 진핵 세포의 구조적 보호와 영양분을 공급받게 되었습니다. 환경적인 요인으로는 지구의 대기 조성 변화, 특히 산소 농도의 증가가 큰 역할을 했습니다. 산소는 강력한 산화제로서 많은 초기 생명체에게는 독성을 가졌지만, 산소를 이용해 에너지를 효율적으로 생산할 수 있는 생물에게는 생존의 기회를 제공했습니다. 따라서, 산소를 이용할 수 있는 민토콘드리아의 조상은 생존과 번성에 유리한 위치를 점하게 되었고, 이것이 진핵 세포 와의 공생 관계를 더욱 공고히 하는데 기여했습니다.
Q. 적혈구는 핵이 없는 세포라고 하는데 왜 핵이 없나요
안녕하세요. 적혈구(erythrocytes)가 핵을 상실하는 현상은 이 세포들이 산소(O₂)와 이산화탄소(CO₂)를 운반하는 기능을 최적화하기 위한 진화적 적응으로 간주됩니다. 성숙한 적혈구는 세포 내부를 헤모글로빈(hemoglobin)으로 가득 채우기 위해 핵과 다른 세포기관을 제거합니다. 이는 산소의 결합 및 운반 능력을 극대화하며, 이 과정을 통해 적혈구는 보다 효율적으로 호흡 기능을 지원할 수 있습니다. 핵을 제거한 적혈구는 유연한 이중 오목 형태(biconcave shape)를 갖게 되며, 이 형태는 적혈구가 혈관의 가장 좁은 부분을 통과하는데 유리하고, 산소와 이산화탄소의 교환 면적을 증가시킵니다. 또한, 핵과 다른 세포 내 기관이 없음으로써 적혈구는 에너지 소비를 최소화하며, 이는 세포의 생존 기간을 연장시키고 세포의 효율성을 높이는데 기여합니다.
Q. 백혈구가 우리몸에서 덫을 놓기도 한다는데 어떤식으로 덫을 놓는건가요
안녕하세요. 백혈구 중에서도 특히 호중구(neutrophils)라고 불리는 세포는 감염과 싸우는 독특한 방식으로 '호중구 엑스트라셀룰러 트랩스(neutrophil Extracellular Traps ; NETs)'라는 구조를 형성하여 덫을 놓습니다. 이 현상은 호중구가 박테리아, 바이러스, 기타 병원체를 포획하고 죽이기 위해 자신의 DNA와 효소를 사용하여 네트워크 형태의 끈적끈적한 '덫'을 만드는 과정을 말합니다. NETs는 호중구가 활성화되었을 때 이들 세포의 핵과 세포질 구조가 해체되면서 시작됩니다. 이 과정에서 호중구는 자신의 DNA를 세포 외부로 방출하며, 이 DNA는 염증을 유발하는 병원체를 물리적으로 포획하고, 세포 내 효소인 엘라스타제(Elastase) 및 마이엘로옥시다아제(Myeloperoxidase)와 같은 항균 효소들과 결합합니다. 이러한 효소들은 병원체를 직접 죽이거나 무력화시키는 역할을 합니다. NETs의 형성은 우리 몸의 면역 체계가 병원체와 싸우는 중요한 방법 중 하나로, 특히 혈류나 조직 내에서 다수의 병원체와 효과적으로 싸울 수 있게 해줍니다. 하지만, NETs가 과도하게 형성되거나 적절히 제거되지 않으면 자가 면역 질환의 원인이 되기도 하며 염증 반응을 악화시킬 수 있습니다.