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[2021 겨울호] 3-화학과가 본 겨울나기

  • 최예니
  • 2022-02-25 07:00:16

2021 WINTER 공대생이 보는 세상 3

화학과가 본 겨울나기
Dept. of Chemistry





흐... 따뜻하다....역시 겨울은 전기장판 속에서 귤 까먹는 재미로 나는 거지!

이대로라면 귤 한 상자라도 먹을 수 있을 것 같아. 어, 그런데 귤을 많이 먹었더니 손이 노래지고 있는 것 같아.

손이 노랗게 변하는 이유는 무엇일까?

왜 이런 현상이 일어나는지 이제부터 그 이유를 알려줄게! 바로 카로틴이라는 성분 때문이야. 귤에는 카로틴 중에서도 특히 베타카로틴 β-carotene 이라는 성분이 많이 들어 있는데, 이건 하이드록실기 Hydroxyl Group, -OH 를 갖지 않는 탄화수소의 색소를 말해. 이 베타카로틴은 주황색이나 붉은색을 띠게 만드는 색소라서 당근이나 늙은 호박에 많이 들어 있지. 귤을 먹어서 베타카로틴이 우리 몸에 들어오면 비타민A로 바뀌어서 흡수되는데, 이는 면역력을 높여주고 노화를 방지해 줄 뿐만 아니라 성인병도 예방해 주는 등 다양한 효능이 있어.
그림1. 베타카로틴과 비타민A
이렇게 건강에 좋은 베타카로틴이 가득한 귤이지만, 이마저도 너무 많이 먹으면 피부가 노랗게 변하게 돼. 귤을 먹고 체내로 흡수된 베타카로틴은 혈액을 타고 우리 온몸으로 퍼지게 되는데, 그중에서도 특히 피부 아래에 있는 각질층이나 피하지방층에 주로 쌓여. 그런데 귤을 많이 먹어서 베타카로틴이 체내로 과도하게 들어오게 되면 이것이 피부 아래에 계속 남아서 피부색을 노랗게 만드는 거야. 특히 손은 각질층이 다른 피부에 비해 두꺼우므로 더 잘 노랗게 변하는 거지. 이러한 현상을 ‘카로틴 혈증’이라고 부르기도 해!
그림2. 카로틴 혈증

그렇다면 카로틴 혈증은 건강을 위협하는 걸까?

이런 카로틴 혈증을 예방하려면 귤을 하루에 한두 개만 먹는 게 좋긴 하지만, 다행히도 카로틴 혈증은 일시적인 현상에 불과해서 건강에도 이상이 없고 베타카로틴 섭취량을 줄이면 피부색도 다시 돌아온다고 하니까 너무 걱정하지는 않아도 돼. 이게 바로 우리가 귤을 한 상자를 먹어도 전혀 상관없는 이유이기도 하지!


피부가 노래지는 것쯤이야 이제 걱정할 필요 없으니까 따뜻한 이불 속에서 새콤달콤한 귤이나 잔뜩 먹으러 가자~.

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[2021 가을호] 확신의 말 한마디가 일으킨 이상한 나비효과

  • 최예니
  • 2021-12-31 07:00:18

2021 알스토리②

확신의 말 한마디가 일으킨 이상한 나비효과
A strange butterfly effect caused by a word of confidence


저 자신을 북돋아 주다 보면 가슴 한편에 확신이 들어올 자리가 만들어지고,
그 작은 확신을 시작으로 여러분이 감히 상상도 하지 못했던 꿈들이 이루어질 거예요.

여러분을 컨트롤할 수 있는 사람은 결국 여러분 자신뿐이니까
할 수 있다는 확신의 말 한마디를 자주 던져주세요.
그 말이 여러분이 향할 길을 정해줄 거예요.

무은재학부 21학번 최예니
가실 것 같지 않던 무더위가 지나고 어느새 선선한 바람이 불어오고 있네요. 여러분은 어떤 1년을 보내고 계시나요? 성공의 기쁨 속에서 뿌듯한 한 해를 보내고 있는 친구들이 있지만, 연초에 세운 야심 찬 목표와는 점점 멀어지는 것 같아 속상한 친구들도 있을 것 같아요. 이제 와서 생각해 보면 저는 매일매일 후회하고 아쉬워하는 3년을 보냈던 것 같아요. 무엇을 하더라도 항상 남들보다 뒤처져있는 듯한 기분이 들었죠. 오늘은 제 이야기를 들려드리면서 저와 같은 어려움을 겪고 있는 여러분에게 위로의 손길을 뻗어보려 합니다

# 불안함을 이겨내는 확신

고등학생 시절의 저는 온몸이 근심과 걱정으로 가득 찬 학생이었어요.
‘등급 낮아지면 어떡하지? 이러다가 대학 못 가는 것 아냐?’
무의미한 질문이라는 것을 알았음에도 매일매일 그런 걱정들을 만들어내는 데에 소중한 시간을 허비하곤 했죠. 하지만 이런 고민이 쌓여가던 와중에도 변하지 않는 한 가지가 있었어요. 바로 저 자신에 대한 ‘확신’이에요. 당시에는 주변에서 걱정이 많다는 이야기를 많이 듣다 보니, 위의 고민이 단지 나쁘고 불필요한 것인 줄로만 알았어요. 하지만 적당한 고민은 오히려 피드백되어 저를 채찍질해 주는 좋은 자양분이 되었죠. 그러니까 여러분들은 그런 고민에 연연하기보다는 그 속에서도 확신을 잃지 않는 게 중요해요. 왠지 할 수 있을 것만 같은 자신감이라고나 할까요? 시험을 앞두고 걱정되고 불안한 감정에 휩싸여 있다가도 불쑥불쑥 이유 모를 자신감과 무사히 해낼 수 있을 것 같은 확신이 들 때가 있었어요. 시험뿐만 아니라 새로운 도전을 맞닥뜨렸을 때도 긴장감과는 별개로 마음 한구석에서 자그마한 자신감이 피어오르곤 했죠. 그리고 이 작은 확신은 눈앞의 목표들을 하나씩 이루게 해주었어요. 이렇게 조금씩 쌓여 가던 확신은 6개의 카드 중 한 개를 포스텍에 던질 용기를 가져다주었답니다! 분명 포스텍은 저에게 0순위 대학일 정도로 감히 꿈도 꾸지 못할 곳이었거든요. 이렇게 이상하기만 한 확신은 저를 180도 바꾸어 놓았어요.

# 확신을 만들어나가는 방법

이 글을 읽는 여러분 중에는 스스로에 대한 확신을 만들어나가는 것이 어색하고 어려운 친구들도 있을 수 있어요. 저도 처음엔 그랬거든요. 그럴 때는 ‘억지로’가 오히려 하나의 방법일 수 있어요. 쑥스럽고 불편해도 억지로라도 한번 해 보는 거예요. 저는 긴장을 많이 하는 탓에 실전에서 항상 쉬운 문제가 제 발목을 잡곤 했어요. 그리고 그 실수를 또다시 반복할까 봐 항상 두려워했었죠. 그래서 ‘아는 것만 다 풀고 나오면 돼, 이번엔 절대 후회하지 않아’처럼 제가 원하는 제 모습을 중얼중얼 말로 뱉어내는 연습을 했어요. 자신만 들릴 정도의 크기로라도 자신에게 용기를 주고 확신을 심어주는 거죠. 처음에는 마치 청춘 드라마 주인공인 척하는 것 같아 오글거리는 마음에 누가 들을까, 창피해하기도 했어요. 그래도 끊임없이 저에게 용기의 말을 건네다 보니, 말하는 대로 제 모습이 변화하기 시작하더라고요. 이렇게 저 자신을 북돋아 주다 보면 가슴 한편에 확신이 들어올 자리가 만들어지고, 그 작은 확신을 시작으로 여러분이 감히 상상도 하지 못했던 꿈들이 이루어질 거예요. 지금 제가 여러분과 이야기를 나눌 기회를 얻은 것처럼 말이에요!

마지막으로 여러분에게 해주고 싶은 말이 있어요. 고등학교 3년은 정말 외롭고 고될 거예요. 끝이 보이지 않는 달리기 경주라고 생각할 수도 있죠. 하지만 그 3년이라는 긴 시간을 고통스럽게 보내지만은 않았으면 좋겠어요. 채찍도 물론 필요하지만 때로는 따뜻한 말 한마디가 더 크게 다가올 때가 있잖아요. 여러분을 컨트롤할 수 있는 사람은 결국 여러분 자신뿐이니까 할 수 있다는 확신의 말 한마디를 자주 던져주세요. 그 말이 여러분이 향할 길을 정해줄 거예요. 여러분이 ‘말하는 대로’ 이뤄내기를, 제가 이곳 포스텍에서 항상 응원하고 있겠습니다. 나중에 캠퍼스에서 꼭 만나요, 여러분!

ALIMI 27기 무은재학부 최예니

예비 포스테키안 여러분 반갑습니다! 여러분들이 포스테키안이 되는 길에 한걸음 도움이 되었으면 좋겠어요 :)

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[2021 여름호] 유전자 편집기 크리스퍼 CRISPR의 유래와 현황, 그리고 미래

  • 최예니
  • 2021-09-10 07:00:44

2021 SUMMER Hello Nobel
노벨상
유전자 편집기 크리스퍼 CRISPR의 유래와 현황, 그리고 미래
2020 노벨 화학상



에마뉘엘 샤르팡티에 Emmanuelle Marie Charpentier

독일 막스플랑크연구소

제니퍼 다우드나 Jennifer Doudna

캘리포니아대학교 버클리캠퍼스

2020 노벨 화학상

지구상의 모든 생물은 정보와 나노 기계의 이중 시스템으로 이루어져 있습니다. 컴퓨터의 정보는 자기 테이프나 하드 디스크에 0과 1을 이용한 2진법으로 들어 있는데 비해, 생물의 정보는 4진법의 디지털 정보로서 DNA라는 분자 속에 배열되어 있습니다. 여기서 중요한 키워드는 디지털Digital입니다. 컴퓨터에서 하나의 정보 단위는 bit(0, 1)인데, 생물에서는 염기쌍(A, T, C, G)이라고 부릅니다. 이 비트를 모아서 하나의 의미 단위인 byte를 만듭니다. 제가 포항공대 학부생이던 시절에 처음 만난 컴퓨터는 8bit 컴퓨터였는데요, 이는 28 = 256개의 정보를 표현하는 분량입니다. 이 정도면 자판기 위의 알파벳과 숫자, 특수기호들을 다루기에는 문제가 없을 텐데, 점점 다양한 나라의 언어와 새로운 표기들을 표현할 필요가 생기면서, 16bit, 32bit로 확장되더니 지금은 64bit 컴퓨터가 널리 사용되고 있습니다. DNA에 담긴 정보는 생물나노기계인 단백질의 서열 정보인데, 20개의 아미노산을 구분하고 지정하기 위해서 3bit 시스템을 사용하고 있습니다. 다시 말해 생물은 4진법 3bit인 디지털 정보를 사용하고, 이 정보를 이용하여 우리 몸을 이루고 생화학적 반응을 촉매하는 모든 단백질을 만들어 쓰는 시스템입니다. 우리가 부모님으로부터 물려받는 것은 기본적으로 자기 테이프 같은 DNA에 담긴 디지털 정보 한 세트뿐입니다. 인간의 DNA는 3GB 정도의 정보를 담고 있으므로, 몇 기가짜리 썸드라이브에 우리 유전 정보 전부가 쏙 들어갈 수 있습니다. 엄청나게 복잡하리라 생각되는 사람의 유전 정보가 요즘의 정보화 시대의 기준으로 보면, 최소한의 정보량으로 다룰 만한 수준이라는 것을 알 수 있습니다.

21세기에 접어들면서 인간 유전체(유전 정보 전체)의 서열을 읽어내는 것이 인간게놈프로젝트를 통해 가능해졌고, 과학자들은 그다음 단계로 이 유전 정보를 편집하고자 시도해 왔습니다. 컴퓨터 정보는 원하는 위치를 찾아서 전기 혹은 자기적인 방법으로 쉽게 지우거나 고치는 것이 가능한데요, 유전자의 정보를 바꾸기 위해서는 DNA에 들어 있는 염기쌍들을 화학적으로 잘라내거나 교체하는 작업이 필요합니다. 수십억 개의 염기쌍 속에서 원하는 자리만 바꾸기 위해서는 특정한 서열을 인지하는 인식 방법과 그 주위를 자르고 붙이는 화학적 가위와 풀이 필요합니다. 유전자를 변형하는 데 필요한 이러한 복합 도구를 유전자 가위라고 부릅니다. 1세대 유전자 가위는 DNA 서열 몇 개씩을 인지하는 Zn Finger 단백질을 이용하는 것이었습니다. 그런데 보다 인식 능력의 정확도가 높은 2세대 Talen에 의해 대체되는가 하더니, 혜성처럼 나타난 3세대 크리스퍼CRISPR에 의해 혁명 같은 변화를 겪고 있습니다.


크리스퍼는 발견된 지 10년이 채 되지 않은 2020년에 독일 막스 플랑크 연구소의 에마뉘엘 샤르팡티에와 미국 캘리포니아대학 버클리 분교의 제니퍼 다우드나 두 사람에게 노벨 화학상 수여의 영광을 안겼습니다. 노벨상은 인류의 복지에 지대하게 기여한 발견이나 개발에 주어지기에, 보통 기초과학적 발견이 공헌으로 이어지도록 충분히 숙성되는 데는 오랜 기간이 걸리고, 또한 생존한 사람에게만 주어진다는 규정 때문에 노벨상을 받으려면 우선 오래 살아야 한다는 농담이 있을 정도입니다.






2011년 에마뉘엘 샤르팡티에는 박테리아가 바이러스의 감염에 대한 방어 기작으로 크리스퍼를 이용하여 바이러스의 DNA를 잘라버린다는 것을 처음 발견하였습니다. 같은 해, 이 발견을 제니퍼 다우드나와의 공동 연구로 발전시켜 어떤 서열의 DNA라도 선택적으로 자를 수 있다는 것을 보여주었습니다. 유전자 가위로서 크리스퍼가 가진 잠재력을 증명해 보였고, 이 공로로 노벨 화학상을 공동 수상한 것입니다. 코로나의 예처럼 바이러스는 인류에게도 오랫동안 생존을 놓고 경쟁하는 존재인데, 우리뿐만 아니라 박테리아에게도 바이러스는 힘에 겨운 경쟁 상대였습니다. 대부분의 경우 바이러스의 침입을 받은 박테리아들은 연전연패를 당하는 것이 일반적이지만, 정말 구사일생으로 살아남은 박테리아는 침입한 바이러스의 DNA 서열 일부를 잘라서 자신의 게놈 속에 저장해 둡니다. 영광의 상처처럼 바이러스의 침입을 겪을 때마다, 침입했던 다양한 바이러스의 정보들이 차곡차곡 쌓여서 자손에게 전달됩니다. 그리고 같은 바이러스가 침입해 오면, 가지고 있던 정보와 비교했을 때 딱 걸리는 바이러스의 경우 Cas9이라는 가위를 꺼내 들고 가차 없이 잘라버리는 전투력을 쌓았습니다. Cas9이 박테리아 자신의 게놈 속에 보관한 바이러스 정보를 전투에 사용하기 위해서는, 바이러스 서열 앞뒤로 Cas9이 인지할 수 있는 특정 서열이 첨가되는데요, 이로 인해 반복적으로 나타나는 특정 서열들 사이사이에 다양한 서열(다른 바이러스의 서열)이 끼어 있는 독특한 패턴을 관찰한 것이 크리스퍼 발견의 시작이었습니다. 이러한 독특한 패턴 속에는 어떤 생물학적 이유가 틀림없이 있을 것으로 추측하고 연구하던 중, 다양한 서열들이 바이러스 서열의 일부라는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 이 발견이 박테리아의 면역 시스템일 것이라는 깨달음으로 이어진 것입니다. 플레밍과 푸른곰팡이 이야기처럼, 흘려버릴 수도 있는 관찰에서 숨어있는 의미를 찾는 것이 과학을 하는 사람에게 얼마나 중요한 것인지 다시 한번 생각하게 해 주는 예라고 하겠습니다.

크리스퍼가 박테리아가 바이러스를 대항할 때 사용하던 면역 시스템이라고 하니, 우리의 면역체계와 비교해 보는 것도 재미있겠습니다. 사람을 비롯한 고등 동물들의 면역은 항체를 대표로 하는 단백질 무기를 활용하는데요. 항체가 인지하는 목표물 역시 대부분은 박테리아나 바이러스의 단백질입니다. 코로나바이러스 백신이 바이러스 표면의 스파이크 단백질을 타깃으로 한다는 이야기를 들어 보셨지요? 재미있게도 박테리아는 나노 기계인 단백질이 아니라 정보 시스템인 유전자 자체를 인지하고 공격하는 면역 시스템을 쓰고 있었네요. 여기에는 DNA나 RNA 같은 유전 정보들은 상보적인 서열(컴퓨터라면 000110과 111001에 해당합니다)을 만났을 때, 서로 인지하고 붙는 자연의 성질이 중요한 역할을 한 것으로 보입니다.

이렇게 크리스퍼의 원래 역할은 바이러스의 DNA에서 특정한 자리를 인지하고 자르는 것이었는데, 이를 바이러스 대신 사람의 게놈에 적용하면 원하는 유전자를 찾아서 잘라버릴 수도 있는 기술이 됩니다. 다시 말해 유전자 가위로서의 가능성을 찾아낸 것이지요. 자르기만 하는 것이 아니라, 일부는 잘라내고, 원하는 정보를 집어넣는 편집 기능으로까지 확장 가능한 것입니다. 결과적으로 바꾸고 싶은 유전자 위치의 DNA 서열만 알고 있으면, 30억 염기쌍 어디에 있는 유전자도 찾아내서 자르거나, 새로운 유전자를 도입하는 것이 가능해졌습니다. 2019년에는 이미 크리스퍼를 이용해 유전자 편집을 통해 에이즈에 저항성을 가진 아기가 중국에서 태어났고, 해당 과학자는 윤리적인 문제로 감옥에 갔습니다. 인류에게 주어진 크리스퍼라는 엄청난 신기술이 재앙이 아니라 축복이 되기 위해서는 과학자들의 책임 있는 노력이 절실하게 필요할 것으로 생각됩니다.

ALIMI 27기 무은재학부 최예니

예비 포스테키안 여러분 반갑습니다! 여러분들이 포스테키안이 되는 길에 한걸음 도움이 되었으면 좋겠어요 :)

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