사이언스가 뽑은 2013년 10대 과학 성과 뉴스&스캐닝

F1_large.jpg » 암 면역 요법은 항체(핑크색)로 단백질 수용체(보라색)를 막는다. 사이언스.  

 

최고의 성과는 암 면역 요법

 

과학저널 <사이언스>(Science)가 2013년 과학계 10대 성과(Breakthrough of the year 2013)를 발표했다. 가장 비약적인 성과로 꼽힌 것은 암 면역 요법이고, 이어 유전자 개변이 용이한 게놈 편집툴(CRISPR), 뇌를 투명화하는 기술(CLARITY), 그리고 페로브스카이트 화합물(perovskite compound)을 이용한 차세대 태양전지 개발 등이 뒤를 이었다.
 암 면역 요법은 암세포를 직접 공격하는 것이 아니라 몸의 면역계를 강화하여 암을 격퇴하는 요법으로 미국 내 제약업체 2곳이 각각 면역 T세포의 표면에 있는 ‘CTLA-4’ 분자, ‘PD-1’ 분자의 조해약(阻害藥)을 개발하여 임상시험에 적용해 효과를 올리고 있다고 한다. CTLA-4는 1987년 프랑스의 연구자에 의해, PD-1은 1992년 일본 교토대 연구진팀에 의해 발견되었다.
 ‘게놈 편집 툴’은 생물 게놈(전체 유전 정보)의 특정 유전자를 잘라내거나 옮겨놓는 유전자의 개변(改變) 기술이다. 최근 ‘ZFN’이나 ‘TALEN’이라는 인공 제한 효소가 개발되어 유전자를 잘라 붙이는 기술이 용이하게 되었지만 모든 생물종이나 배양세포에 이용할 수 있는 CRISPR 기술의 등장에서 보다 확실하게 유전자 개변이 정확하고 용이하게 되었다. CRISPR은 원래 박테리아가 갖고 있는 획득 면역 시스템으로 외래 바이러스의 특정 DNA 배열을 자신의 게놈에 넣어 거기서 전사된 RNA와 CAS 단백질을 사용해 외래 바이러스의 같은 DNA 배열을 절단해 2차 감염을 막는다. CRISPR의 특수 구조는 규슈대 교수가 대장균으로부터 발견하여 1987년에 발표한 것이다.

131227_img_w400.jpg » 투명기법을 활용해 촬영한 뇌 영상. 사이언스.

 

 뇌를 투명하게 하는 ‘CLARITY’는 미국 스탠퍼드대 칼 데이세로스(Karl Deisseroth) 박사 연구팀이 2013년 4월에 개발한 것이다. 뇌 등의 생체 시료를 폴리머로 고정한 뒤 계면활성제에 침지(浸漬)하여 장시간 전류를 흘려 지방질을 없앰으로써 투명화하였다. 복잡하게 뒤얽힌 신경세포나 다른 뇌 조직 등이 그대로 남아 있는 상태로 관찰할 수 있지만 시료는 작은 것에 한정된다. 직경 4밀리미터 정도의 마우스 뇌라면 약 9일간 투명화할 수 있다.
 몸의 세포나 조직의 미세 구조를 형광 현미경으로 입체적으로 화상화하려면 지금까지는 표면으로부터 깊이 수백마이크로미터(100만분의 1미터)까지가 한계였다고 한다. 투명화를 위해서 이화학연구소(RIKEN) 연구팀은 시료의 손상이 적은 과당(fructose)을 주성분으로 하는 시약 ‘SeeDB’를 개발해 2013년 6월에 발표했다. 포르말린으로 고정한 뇌 등의 생체 시료를 3일 정도 투명화할 수 있다고 한다.
 새로운 태양전지의 재료로서 주목받는 기술이 염가로 가공하기 쉬운 ‘페로브스키트 화합물’이다. 페로브스키트는 티탄산칼슘(Calcium Titanate)의 광물명으로 발견자인 러시아인 과학자(Perovski)와 연관된다. 이것과 같은 결정 구조를 가지는 페로브스키트 화합물을 이용한 태양전지는 태양광으로부터 전기 에너지로의 변환 효율이 15%를 넘는 수준이라고 한다. 그러나 일반적인 실리콘 태양전지의 변환 효율은 약 20%, 연구실 수준에서는 25%를 달성하고 있어 아직 차이가 있다.
 태양전지로의 새로운 활용법이 페로브스키트 화합물과 실리콘의 조합이다. 페로브스키트 화합물은 태양광의 고에너지대(청색이나 녹색)를 흡수하고 실리콘은 저에너지대(적색이나 적외선)를 흡수한다. 실리콘 패널 위에 페로브스키트층을 조합한 하이브리드 태양전지는 30%의 변환 효율을 달성할 수 있다고 한다. 다만 페로브스키트 화합물은 물러, 공기나 물에 노출되면 망가져 버리는 단점과 더불어 독성도 높기 때문에 재료의 봉입 기술이나 안전한 대체 재료 등의 발견이 과제라고 한다.
 그 외의 상위 입상 기술로는 백신 설계의 진보, iPS 세포 등에 의한 ‘미니 장기’의 제작, 인간 클론 ES 세포의 제작, 초신성 폭발의 잔존물이 방출하는 우주선(宇宙線), 수면의 역할은 뇌 내 청소, 체내 세균과 건강과 관계를 밝힌 기술이라고 한다.
 
*게놈 편집(Genome Editing)이란=인공 뉴클레아제(Nuclease, 핵산에 작용하는 효소)의 Zinc Finger Nucleases(ZFNs)나 Transcription Activator-Like Effector Nucleases(TALENs), CRISPR/Cas 시스템을 이용하여 게놈 상의 표적 유전자의 파괴나 리포터 유전자의 추적 등을 가능하게 하는 기술이다. 게놈 편집은 동물이나 식물, 배양 세포(ES 세포나 iPS 세포를 포함)에 있어서 이용 가능하기 때문에 차세대 유전자 개변 기술로서 주목받고 있다.

 

출처
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=243988&cont_cd=GT 
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-01-08     
원문
http://scienceportal.jp/news/daily/1312/1312271.html
http://news.sciencemag.org/breakthrough-of-the-year-2013


곽노필 한겨레신문 선임기자 nopil@hani.co.kr
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