안녕하세요
강원대 외국학술지지원센터에서는 '제14회 2019강원바이오엑스포'에 참가합니다. 아래의 내용으로 엑스포가 진행되오니 오셔서 많은 정보 얻어가시길 바랍니다^^

 

ㅇ 행사명 : 제14회 2019 강원바이오엑스포
ㅇ 행사기간 : 2019.9.27.(금) ~ 9.29.(일)
ㅇ 행사장소 : 봄내체육관
ㅇ 주최 : 강원도 , 춘천시
ㅇ 주관 :(재)춘천바이오산업진흥원
ㅇ 주요행사 : 헬스케어∙웰니스 기업 전시, 의료기기 진단 체험, 수출상담회, 기술이전설명회, 국제심포지엄, 강원바이오미래포럼 등

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안녕하세요
우리센터에서 생명공학분야 학술연구 지원 및 정보교류를 목적으로 생명공학분야 기업들과 업무협약을 체결하였습니다.
ㅇ (주) 씨트리 : 2019.9.18.(수)
ㅇ (주) 이롬 : 2019.10.1.(화)
이로써 양 기관에 서로 필요한 제반 분야의 협력이 가능하게 되었습니다. 앞으로도 생명공학분야 연구에 도움이 되기 위해 노력하겠습니다 ^^

 

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우리 센터에서는 2019.5.16. 도계캠퍼스와 2019.5.23. 춘천캠퍼스에서 열린 2019년도 연구자를 위한 생명윤리(IRB) 교육에 참여하여 센터 소개 및 이용방법을 안내하는 시간을 가졌습니다.

앞으로도 많은 연구자들이 이용할 수 있도록 노력하겠습니다. 많이 이용해주세요 ^^

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지난 4월 11일과 12일, 이틀에 걸쳐서 제31차 국공립대학도서관협의회

중견관리자회의가 본교 글로벌경영관에서 개최되었습니다.

 

회의에서는 회칙 개정, 정원 통합 운영, 국내DB 대책방안 모색등의 안건을 주제로 토의가 진행되었습니다.

 

또 24대 도서관장을 역임했던 정승옥 교수의 특강과 엑스피브리스의  도서관 서비스 플랫폼에 대한 발표도 있었습니다.

 

희의를 공동으로 주관한 우리 센터에서는 회의에 참여한 중견관리자에게

센터 사업에 대한 소개와 홍보를 하였고, 별도 제작한 기념품을 전달하였습니다

 

 

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지난 3월 28일 도서관 2층 로비에서는 '2019 학술 전자자료 박람회'가 열렸습니다.

 

 

전자자료 박람회는 우리 도서관이 구독하는 E-Journal, 전자책, 그리고 웹 데이터베이스의 이용 촉진과

 

홍보를 위해 우리 도서관과 외국학술지지원센터 공동 주관으로 매년 새학기에 열리고 있는 행사입니다.

 

 

올해 전자자료 박람회에는 ProQuest, Elsevier, Wiley를 비롯한 해외 저널 및 데이터베이스 공급사와

 

한국학술정보, 교보문고, 지디아이 등 국내 전자책 및 학술지를 제공하는 22개 회사가 참여하였습니다.

 

 

우리 생명공학 외국학술지지원센터에서도 박람회장 내에 별도의 자리를 마련하여서 우리 센터의

 

무료원문복사서비스를 안내하며 홍보하였고 활용법에 대한 교육과 질의응답을 진행하였습니다.

 

 

또, 센터 부스를 방문한 모든 이용자에게 별도 제작한 홍보용 기념품을 제공하여서 큰 호응을 얻었습니다.

 

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<KISTI의 과학향기> 제3321호

 

공장식으로 가축을 기르는 것은 인류의 식생활에 엄청난 변화를 가져왔지만 그 반작용이 만만치 않다. 비참한 동물의 처지, 환경 오염 에너지 소비의 과잉 등은 편한 식생활의 어두운 면이다. 이런 문제를 해결하고자 실험실에서 실제 가축의 고기를 모방한 배양육 연구가 활발하다.

 

네덜란드 마스트리흐트대의 마크 포스트 교수는 사람들이 고기 맛을 포기하지 않고도 이 문제를 해결할 수 있다고 호언장담했다. 포스트 교수는 원래 줄기세포를 연구하는 조직공학자였는데, 이를 의학에 이용하는 것보다 스테이크를 만드는데 써먹는 게 더 낫겠다고 판단해 이 분야에 뛰어들었다.

 

그의 아이디어는 간단했다. 돼지나 소의 근육에서 줄기세포를 얻은 뒤 적절한 조건에서 배양해 고깃덩어리를 얻는다는 것이다. 줄기세포는 왕성한 세포분열 능력을 지녔으니 이론적으로 불가능할 게 없다. 그는 돼지에서 얻은 근위성세포(근육 성장과 재생에 관여하는 성체줄기세포)를 배양해 증식시켰다. 그 뒤 세포 덩어리를 틀에 고정시켜 전기충격을 줘 실제 근육 같은 조직을 만들도록 유도했다. 그냥 세포 덩어리는 ‘씹히는’ 맛이 없기 때문이다(살코기는 결국 동물의 근육이다).

 

이처럼 세포를 배양하는 장치에서 얻은 고기를 ‘시험관 고기(in vitro meat)’라고 부른다. 시험관 고기는 콩 단백질을 가공해 만든 인조고기와는 차원이 다르다. 가축을 도축해서 얻지는 않았지만 진짜 고기이기 때문이다. 물론 현재는 시험관 고기를 만드는 비용이 어마어마하게 비싸다. 시험관 소고기로 햄버거 하나를 만들려면 33만 달러(약 3억 7,000만 원)가 든다고 한다. 그럼에도 포스트 교수는 프로세스가 개선되고 대형화되면 승산이 있는 사업이라고 주장한다.

 

사진.  현재 배양육을 연구하는 학자들은 생산 가격을 획기적으로 낮추기 위해 노력하고 있다. (출처: shutterstock)

 

포스트 교수는 시험관 고기가 친환경적이고 인도적이라 채식주의자들도 죄의식에서 벗어나 고기를 맛볼 수 있게 될 것이라고 주장했다. 실제로 시험관 고기 생산법이 제대로 작동한다면 고기를 키울(?) 때 들어가는 에너지 소모량이 소를 키울 때의 절반 수준이고 온실가스 배출량은 10% 미만, 물 사용량은 5% 수준, 땅은 1% 정도다. 또 시험관 고기는 근육세포 덩어리일 뿐 신경이 없기 때문에(설사 있다고 해도 연결된 신경중추가 없다) 고통을 느끼지 못한다.

 

시험관 고기가 상용화되는 건 생산비가 기존 고기와 경쟁할 수 있게 되는 시점이므로 아직은 요원한 상태다. 물론 당사자인 포스트 교수는 충분한 연구비만 있다면 10년 뒤에는 상용화가 가능할 것이라고 주장하고 있다.

 

그렇다면 시험관 고기는 어떤 맛일까. 수년 전 포스트 교수의 실험실을 찾은 러시아의 방송 저널리스트가 고기를 집어 먹는 돌발행동을 했다고 하는데, 먹어보고 나서 “육질은 괜찮은데 맛은 없네(It is chewy and tasteless)”라고 평가했다. 실제 시험관 고기는 노란빛이 도는 옅은 분홍색이라 보기에도 별로 먹음직스럽지 않다. 색이 옅은 이유는 혈관이 없는데다 근육에 있는 미오글로빈 단백질의 양도 적기 때문이다. 포스트 교수는 현재 근육 내 미오글로빈의 양을 늘리는 방법을 모색하고 있다고 한다.

 

복제가축의 고기도 (시장에 나올 경우) 먹을까 말까 고민해야하는 마당에, 시험관 고기라니 너무 앞서 나간 것 같다는 생각이 들기도 한다. 물론 시험관 고기가 상용화 된다면 지금은 필요악인 사육과 도축, 역병이 돌아 가축 수십만 마리를 땅에 파묻어야 하는 곤혹스러움도 피할 수 있겠지만 말이다.

 

글 : 강석기 과학칼럼니스트

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사람의 망막이 손상되면 지금은 한가지 치료법이 있다. 전자눈을 이식하는 것이다. 전자눈은 비용이 많이 들 뿐 더러 큰 수술이 필요하고 또렷하게 보이지도 않는다. 뇌과학자들이 새로운 대체수단의 놀라운 효과를 연구했다. 유전자 치료로 앞 못 보는 생쥐의 시력을 되찾아 준 것이다. 앞 못 보는 생쥐에게 바이러스를 통해서 초록색 옵신을 주입했더니, 이 눈 먼 쥐는 정상적인 활동을 할 만큼 시력을 회복했다.

 

과학자들이 발견한 유전자 치료법은 놀랄만큼 간단했다. 미국 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스(UC 버클리)의 연구팀은 눈 먼 생쥐의 눈에 초록색 수용체 유전자를 주입했다.그랬더니 1개월 뒤에 이 눈 먼 생쥐들은 시력 문제가 없는 생쥐들처럼 아주 쉽게 장애물을 피해 다녔다. 움직임을 볼 수 있었고, 아이패드에 적힌 글자를 구분할 정도로 시력이 회복됐다.

 

신경절 세포에 유전자를 주입하는 새 치료법 개념도. 오른쪽 그림은 정상적인 망막을 구성하는 층을 나타낸다. ⓒ John Flannery

 

연구원들은 빠르면 3년 안으로 이 유전자 치료법이 망막 손상으로 시력을 잃어버린 사람들을 대상으로 임상실험에 들어갈 수 있을 것으로 전망했다.이번 연구결과는 15일 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 온라인에 발표됐다.

 

초록색 수용체 유전자 1개로 충분했다.

 

UC버클리 분자및세포생물학의 에후드 이사코프(Ehud Isacoff) 교수는 “사람의 눈에 유전자 치료법을 적용하면 수개월 뒤에 볼 수 있을 것”이라고 말했다.

 

지금까지 망막의 신경퇴화로 발생한 질병을 앓고 있는 환자들이 할 수 있는 일이라고는 퇴화의 진전을 늦추거나 중지시키는 것 뿐이었다. 세계적으로 약 1억 7000만명이 노화와 관련된 망막손상으로 고통받고 있다. 이는 55세 이상 되는 사람의 10%가 넘는다. 약 170만 명은 선천적으로 색소성 망막염으로 태어나는데 이들은 40세가 되면 보통 맹인이 된다.

 

현재로서는 이러한 환자들이 선택할 수 있는 것은 전자눈을 이식하는 것으로 제한되어 있다. 이 전자눈은 비디오 카메라가 달린 안경을 써야 할 뿐 아니라 매우 비싸다. 전자눈은 신호처리 장치를 지니고 다니면서 망막에 신호처리 장치를 이식하는 복잡한 구조이다. 해상도가 불과 수 백 픽셀 정도여서 매우 흐릿하다. 선명하게 보려면 수백만 픽셀이 필요하다.

망막의 손상을 불러오는 유전적 결함을 고치는 것은 그렇게 간단하지 않다. 왜냐하면 색소성 망막염 하나만 해도 여기에 관여하는 유전적 변이가 무려 250가지나 되기 때문이다. 이 유전적 변이의 90%는 망막의 광수용체 세포를 죽인다. 눈에 있는 막대세포는 희미한 빛에 민감하고 원추세포는 대낮에 색깔을 인식한다.

 

그러나 다행한 것은 망막이 손상되어도 망막신경절(retinal ganglion) 세포 같이 시력에 관계하는 다른 세포들은 살아있다. 망막신경절 세포는 사람들이 완전히 앞을 보지 못하게 된 후에도 수십 년 동안 건강한 상태로 남아있다.

UC버클리 연구팀은 생쥐를 대상으로 한 실험에서 90%에 달하는 망막신경절세포가 빛을 감지하는 기능을 회복하는데 성공했다. 생쥐의 시력을 회복하기 위해 연구원들은 망막신경절 세포에 도착하는 바이러스를 설계하고, 이 바이러스에 빛을 감지하는 수용체인 초록색 원추형 옵신(cone opsin)을 가진 유전자를 탑재했다. 보통 이 옵신은 원추형 광수용체 세포에 의해서만 표현이 되면서 초록-노랑색을 감지한다.

 

낯 선 우리에 들어갔을때, 눈 먼 쥐의 궤적(위)과 유전자 치료받은 쥐(가운데) 및 정상쥐의 궤적

ⓒ Photo by Ehud Isacoff and John Flannery

 

눈에 주입된 바이러스는 이 유전자를 신경절 세포로 들어가게 한다. 빛을 감지하지 못하던 신경절 세포가 빛을 감지하면서, 두뇌에 신호를 보내 두뇌가 사물을 해석하도록 하는 것이다. 물론 인간의 망막은 상황이 다르다. 사람을 치료하기 위해서는 더 많은 바이러스를 주입해야 하는데 왜냐하면 사람의 눈은 생쥐의 눈에 비해서 천 배나 많은 신경절 세포를 가지고 있기 때문이다.

 

그러나 연구팀은 바이러스 전달을 증진하는 방법을 고안했으므로 유전자 치료법으로 해상도가 높은 카메라에 버금가는 시력을 회복할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 수십 년 동안 이 분야를 연구한 이사코프와 플라너리 교수는 그동안 복잡한  치료법을 연구해왔다. 신경전달 물질 수용체와 빛을 감지하는 화학적 스위치 등을 결합하는 치료법이다. 이 방법이 효과는 있었지만, 정상적인 시력을 회복할 만큼 민감할 정도로 높아지지는 않았다. 옵신 역시 민감도나 낮았기 때문에 빛을 증폭하는 안경이 사용이 필요했다.

 

AAV 이용한 치료법으로 큰 성과 거둬

 

자연적인 수준에 도달하는 민감성을 확보하기 위해서 이사코프와 플라너리 교수는 ‘아데노 부속 바이러스’ (AAV·adeno-associated virus)를 이용하는 치료법에 눈을 돌렸다. AAV를 이용해서 두 사람은 신경절 세포에 있는 유전자 안으로 망막 옵신 유전자를 성공적으로 전달할 수 있었다.

 

이사코프 교수는 “이 시스템은 정말 대단히 만족스럽게 작용하고 있으며, 게다가 아주 간단하다”고 말했다. AAV 전달 시스템을 이용한 치료법은 퇴행성 망막 안질환을 앓고 있는 환자의 치료법으로 FDA의 승인을 받았다.

 

대부분의 사람들은 옵신이 특정한 막대세포와 원추세포의 광수용체에 작용할 수 있을지에 대해서 의문을 가지고 있다. 광수용체의 표면은 옵신으로 덮혀 있다. 막대세포에는 로돕신이 있고, 원추세포에는 빨강 초록 파랑 등의 옵신이 있다. 이들은 아주 복잡한 분자기계 안에 숨어있다.

 

눈이 멀었다가 유전자 치료를 받은 쥐가 정상적으로 장애물을 피하고 있다. ⓒ Photo by Ehud Isacoff and John Flannery

 

신경시스템의 G단백질 수용체 전문가인 이사코프 교수는 옵신이 망막 신경절세포의 신호시스템에 자동적으로 연결될 것이라고 생각했다. 처음에는 원추형 옵신 보다 더 빛에 민감한 로돕신을 가지고 시도했다. 로돕신을 막대세포와 원추세포가 완전히 퇴화돼 앞을 볼 수 없는 생쥐의 신경절 세포에 도입했을 때 생쥐는 어두움과 빛을 분간하는 능력을 되찾았다. 그러나 로돕신은 너무 반응이 느렸으며 이미지와 물체를 분간하지 못해,  연구진은 로돕신보다 10배 빨리 반응하는 초록색 원추형 옵신으로 다시 시도했다. 그랬더니 생쥐는 보통 사람들의 시력을 측정할 때 사용하는 것과 같이 가로선과 세로선을 구분할 수 있었으며 움직이는 선과 정지된 선을 구분했다. 생쥐는 실제 생활에 필요한 인지기능 및 3차원 공간을 탐험하는 능력도 회복했다.

 

심재율 객원기자 kosinova@hanmail.net
저작권자 2019.03.19 ⓒ ScienceTimes

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아미노산 서열만으로 단백질의 3차원 구조를 예측하는 컴퓨팅 기술이 진화하고 있다.

사진은 에이미 키팅 미국 매사추세츠공대(MIT) 생물학과 교수팀이 시뮬레이션한 3차원 단백질 구조다.

 

우리 몸속에는 단백질이 약 10만 개 있다. 각각 복잡한 3차원 구조를 가지며, 기능도 천차만별이다. 단백질은 세포 안에서 벌어지는 거의 모든 생명 반응에 관여하는 기본단위다. 세포의 핵에서는 유전물질인 DNA를 해독해 필요한 단백질을 끊임없이 만들고 있다. 이렇게 생성된 단백질의 구조와 기능, 생체 내 상호작용을 밝혀 생명의 비밀을 푸는 것이 생명과학 연구자들의 가장 근본적인 숙제 중 하나다. 


1958년 X선 결정학기법으로 단백질의 일종인 미오글로빈의 구조가 최초로 확인됐다. 최근에는 영하 200도 이하의 낮은 온도에서 여러 단백질이 결합한 복합단백질의 구조까지 확인할 수 있는 극저온전자현미경기법도 널리 쓰인다. 


하지만 세포막 위에 존재하는 막단백질의 경우, 막에서 분리되면 구조가 변하기 때문에 실험을 통해 구조를 확인하기 매우 까다롭다. 또 이론적으로 만들 수 있는 무수한 단백질의 구조를 일일이 실험으로 확인하는 방법도 한계가 있다. 


이 때문에 1960년대 초부터 많은 과학자들이 단백질 구조를 실험적 기법 대신 계산을 통해 얻어내려는 연구를 진행했지만, 1990년대 이전까지 단백질 구조의 예측정확도는 거의 0% 수준이었다.


그런데 최근 컴퓨팅 기술이 발전하면서 단백질을 이루는 아미노산의 서열과 구조를 조합해 최적화된 단백질 구조를 계산하고 정확히 예측하는 기술이 급속히 발전하고 있다.

 

템플릿 기반-템플릿 프리, 두 부문 석권 

 

존 점퍼 구글 딥마인드 박사와 강범창 서울대 화학부 연구원이 제 13회 단백질 구조 예측대회에서

'알파폴드'의 성능을 설명하는 발표자료 앞에 서 있다. 석차옥 제공

 

지난해 12월 1~4일 멕시코 칸쿤에서 열린 ‘제13회 단백질 구조 예측(CASP·Critical Assessment of Structure Prediction) 대회’가 열렸다. 구조 예측 분야에 출전한 97개 팀들은 단백질 90종의 선형(1차원) 시퀀스를 받았다. 이들 단백질은 3차원(3D) 구조가 확인됐지만 아직 공개되지 않은 것들이었다. 97개 팀의 미션은 단백질의 1차원 시퀀스만 가지고 이들이 어떻게 3차원으로 접힐지(fold) 계산하라는 것이었다. 구글 딥마인드가 개발한 인공지능(AI) ‘알파고’의 후배쯤 되는 ‘알파폴드(AlphaFold)’가 저명한 연구팀들을 제치고 우승을 차지했다. 

 

1994년부터 2년마다 열리고 있는 CASP에는 전 세계 생물정보계산과학자들이 집결한다. CASP 조직위원회는 대회가 열리는 해의 5월부터 매일 2~3개씩 3차원 구조가 밝혀지지 않은 단백질 관련 문제를 무작위로 출제한다. 출전팀은 이에 대한 답안을 마련해 제출한다. 


실제 대회기간에는 출제된 문제를 7가지 세부 항목(템플릿 기반 구조 예측, 템플릿 프리 구조 예측, 인접 아미노산 예측, 정밀화, 복합체 구조, 구조 정확도 평가, 생물학 연구 활용성)으로 구분해 제출된 답안을 평가한다. 이들 답안과 실제 구조를 비교해 참가팀간 상대적으로 점수를 매긴다. 


이번 대회 심사위원을 맡은 석차옥 서울대 화학부 교수는 “알파폴드는 템플릿 기반 구조 예측 분야에서는 근소한 차로 정상에 올랐고, 템플릿 프리 구조 예측 분야에서는 압도적으로 1위를 차지했다”고 말했다.


템플릿은 이미 알려져 있는 아미노산 서열과 그에 맞는 구조에 대한 자료를 뜻한다. 무작위로 낸 단백질 문제 중 템플릿을 바탕으로 풀 수 있는 문제로 확인된 것은 평가 시 템플릿 기반 구조 예측 항목으로 분류된다. 


이런 템플릿이 없는 단백질은 템플릿 프리 구조 예측 항목에 포함된다. 템플릿 프리 구조 예측은 아미노산의 극성이나 소수성 등 물리·화학적 성질에 근거한 원리와 1차원 아미노산 서열의 규칙성 등을 종합해 결과를 만든다. 단백질 구조 예측에서는 템플릿 기반 구조 예측과 템플릿 프리 구조 예측의 두 가지가 핵심이다.


석 교수는 “대회에서는 아미노산의 규칙성을 찾아 단백질 구조를 예측한 문제를 인접 아미노산 예측으로 분류해 따로 평가했는데, 사실상 템플릿 프리 구조 예측 문제를 푸는 데는 인접 아미노산 예측값이 포함돼야 한다”며 “알파폴드는 인접 아미노산의 규칙성을 찾는 방식을 토대로 문제를 풀어 템플릿 프리 예측 분야에서 우승했다”고 설명했다. 

 

아미노산 서열 30% 같으면 구조는 80% 닮아


핵에 들어있는 DNA 속 염기 세 개(코돈)는 아미노산 한 개에 해당한다. 세포에서 단백질 합성 공장 역할을 하는 리보솜이 각 코돈에 맞는 아미노산을 이어 붙인다. 일반적으로 하나의 단백질은 100~200개의 아미노산으로 이뤄진다. 


100여 개의 아미노산으로 이뤄진 미지의 단백질 구조 문제가 주어지면, 알파폴드는 자체 서버를 통해 단백질정보은행(PDB)에 등록된 템플릿과 문제 속 아미노산 서열을 비교한다. PDB에는 현재 약 15만 개의 템플릿이 등록돼 있다. 템플릿 수는 계속 증가하고 있지만, 이론적으로 아미노산 서열이 9300만 개 이상 존재할 수 있다는 점을 고려하면 적은 편이다. 


최근에 사용되는 템플릿 기반 구조 예측 기술은 다음과 같다. 미지의 단백질에 포함된 아미노산 서열을 10개 이하로 쪼개 단위서열로 구분하고, PDB를 뒤져 이들 단위서열과 닮은 템플릿을 최대한 많이 찾는다(템플릿 찾기). 이렇게 찾아낸 템플릿들을 정렬시켜 모은 뒤(서열 정렬), 각 템플릿을 짜 맞추면서 이상적인 단백질 구조 모델을 만든다(모델 빌딩). 


석 교수는 “템플릿만 있다면 이를 토대로 단백질 구조를 예측하는 게 정확도가 높다”며 “단백질의 경우 아미노산 서열의 진화 속도보다 구조의 진화가 늦었기 때문”이라고 설명했다. 구조의 진화가 더뎌 서열의 일부만 같아도 구조적으로는 큰 차이가 없다는 것이다. 통계적으로는 아미노산 서열이 30%만 동일해도 구조는 80% 이상 닮은 것으로 알려졌다. 아미노산 서열에 대한 구조를 알고 있는 템플릿이 많을수록 예측 정확도가 크게 높아지는 셈이다. 


이번 대회에서 템플릿 기반 예측 분야로 판명된 문제는 90개 중 47개다. 알파폴드는 가장 높은 정확도로 문제를 풀어 2위인 미국 미시간대 연구팀을 근소하게 따돌리고 1위를 차지했다.

 

템플릿 프리 분야 43개 중 25개 정확히 예측 

 

알파폴드가 제출한 답안. 파란색이 알파폴드의 예측 모델이며 초록색은 실제 측정된 구조로 둘을 겹쳐서 비교했다.

알파폴드는 복잡한 구조를 이루는 고난도 단백질 문제 43개 중 25개를 60% 이상의 높은 정확도로 맞추는 데 성공했다.

구글 딥마인드 제공

 

알파폴드의 진가는 템플릿 프리 구조 예측에서 드러났다. 알파폴드는 템플릿이 없는 것으로 확인된 43개 문제 중 25개를 가장 높은 정확도로 예측해 1위에 올랐다. 미국 미시간대 연구팀은 이 항목에서도 2위를 차지했는데, 세 문제에서 가장 높은 점수를 받는 데 그쳤다. 


그간 템플릿이 없는 고난도 단백질 구조 찾기는 대부분의 연구팀이 0점을 받을 만큼 기술적으로 진전이 없었다. 이번에 알파폴드가 이 분야의 기술을 크게 끌어올린 셈이다. 석 교수는 “고난도 단백질 구조 예측 정확도가 25~30점에서 60점 수준까지 높아졌다”며 “향후 복합 단백질의 구조와 기능을 예측하는 기술까지 더 개선되면 신약후보 물질로 쓸 단백질을 설계하는 데 큰 도움이 될 것”이라고 말했다. 


알파폴드는 딥러닝에 기반한 강화학습을 통해 인접한 아미노산이나 짧은 서열조각 사이의 진화적 규칙성을 찾는 데 집중한다. 학계에서는 인접한 아미노산의 관계가 진화적으로 연관된 여러 단백질에서 보존된다고 본다. 예를 들어, 전기적으로 양극(+)을 띠는 아미노산은 음극(-)을 띠는 아미노산과 서열상 인접해 있을 가능성이 크고, 구조적으로도 큰 영향을 미친다는 논리다. 
석 교수는 “알파폴드 같은 인공지능은 알고리듬을 이용해 아미노산 서열을 무수히 많은 조합으로 만들어볼 수 있어 진화적 연관성을 파악하기에 유리하다”며 “알파폴드가 1차원 아미노산 서열만으로 단백질의 3차원 구조를 예측할 수 있었던 것도 이 때문”이라고 설명했다.  


이번 대회에서 한군섭 북한 리과대학 자연과학연구원 연구사가 이끄는 연구팀이 구조정확도 평가 항목(로컬 부문)에 참가해 1위를 차지했다. 이 항목의 경우 전체 단백질 구조 정확도를 평가하는 글로벌 부문과 부분 구조를 평가하는 로컬 부문으로 나뉜다. 석 교수는 “북한 연구자들이 이미 완성된 답안에서 부분적인 단백질 구조의 정확성을 판단하는 기술을 확보한 것으로 볼 수 있다”며 “이는 결국 구조를 예측하는 기술과도 이어지기 때문에 상당한 기술력을 갖고 있다고 해석할 수 있다”고 말했다.

 

김진호 기자 twok@donga.com

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190311공포기억250

<KISTI의 과학향기> 제3315호

 

우리는 많은 것을 쉽게 잊어버리면서 어떤 것들은 끝내 잊지 못하기도 한다. 그 잊히지 않는 기억 중에는 두려움을 일으키며 우리를 괴롭히는 것들도 있다. 특히 생명에 위협을 느낄 정도의 심각한 공포를 경험한 기억은 개인의 정신에 깊고도 오랜 상처를 남긴다. 사고나 재해를 경험 혹은 목격한 사람들이 일상적인 상황에서도 이전의 끔찍한 기억을 반복적으로 떠올리며 극심한 불안 증세를 보이는 외상 후 스트레스 장애(PTSD, post-traumatic stress disorder)가 이런 경우다.
 
외상 후 스트레스 장애를 치료하기 위한 방법은 당연하게도 과거의 공포스러운 기억을 지워내는 것이다. 그런데 이것이 말처럼 쉽지 않다. 동물 모델에서는 화학물질을 주입해 공포 기억을 구성하고 있는 뉴런(neuron)과 시냅스(synapse)를 제거하는 데 성공했지만, 이 위험천만한 방법을 인간 환자에게 적용하는 것은 용인되지 않는다.
 
확실하지만 리스크가 큰 이 방법 대신 정신의학자들이 선택한 치료법 중 하나는 ‘안구운동 민감소실 및 재처리 요법(EMDR, eye movement desensitization and reprocessing)’이다. 환자에게 공포 기억을 회상시킴과 동시에 양쪽에서 번갈아 가며 나타나는 자극(ABS, alternating bilateral sensory stimulation)(이하 ‘양측성 시각 자극’)에 주목하게 함으로써 공포 기억에 둔감해지도록 유도하는 방법이다. 그런데 이 치료법 역시 임상 현장에서 외면 받고 있다. 효과가 있음은 분명하지만 대체 왜 효과가 있는지 밝혀진 바가 없었기 때문이다.
 
지난 2월 학술지 네이처(Nature)에 게재된 정재승 박사 연구팀의 논문은 그 ‘왜’에 대한 답을 내놓았다. 생쥐를 대상으로 한 실험에서 양측성 시각 자극이 공포 반응을 감소시키는 효과가 있음을 재확인하고, 양측성 시각 자극이 신경계에 수용되어 공포 반응이 조절되기까지의 신경회로를 발견하였다.
 
 
눈의 움직임으로 공포 반응을 억제할 수 있다
 
연구팀은 생쥐에게 특정 소리와 전기 자극을 반복적으로 줌으로써 생쥐가 해당 소리만 듣고도 전기 자극의 공포를 떠올리도록 학습시킨 후, 생쥐의 공포 반응(freezing, 두려움에 몸이 얼어붙는 반응)이 어떤 자극하에서 줄어드는지를 관찰했다.
 
그 결과 조건 자극과 함께 양측성 시각 자극(빛)이 동시에 주어지자 생쥐는 시각 자극에 주의를 기울이며 좌우로 눈을 움직였고, 공포 반응은 감소한 것으로 나타났다. 일주일 후 다시 그 소리에 노출되어도 공포 반응이 재발하지 않을 정도로 그 효과가 오래 지속되었다.

 

그림1 양측성 시각자극을 사용한 공포기억 반응 감소 효과

그림 1. 시각자극을 준 쥐에서는 공포 반응이 억제되는 효과가 나타났다. (출처: IBS)

 

 

다른 자극들이 주어졌을 때는 이와 같은 효과가 나타나지 않았다. 조건 자극을 생쥐에게 반복적으로 노출시킨 경우에도 공포 반응이 줄어들었지만 양측성 시각 자극이 함께 주어질 때보다는 더디게 감소했고 일주일 후 공포 반응이 재발했다.
 
이처럼 공포 기억을 연상시키는 자극에 반복적으로 노출시킴으로써 그 자극에 대한 새로운 기억을 만들어내는 방식은 전통적인 트라우마 치료법인데, 이 실험을 통해 이 전통적인 치료법으로는 지속적인 효과를 기대할 수 없음이 드러난 셈이다. 이외에 조건 자극과 양측성 시각 자극이 동시에 주어지지 않은 경우, 시각 자극이 양쪽에서 번갈아 나타나지 않고 계속 나타나 있거나 동시에 나타나는 경우에는 생쥐의 공포 반응이 전혀 감소하지 않거나 일시적으로만 감소했다.
 
 
새로운 신경회로의 발견: 상구-중앙 내측 시상핵-편도체로 이어지는 공포 처리반
 
이 실험의 결과는 안구운동 민감소실 및 재처리 요법의 효과를, 양측성 시각 자극을 이용해 안구운동을 조절함으로써 공포 기억을 치료할 수 있음을 다시 한 번 확인해주었다. 다음으로 연구팀은 ‘양측성 시각 자극’과 ‘공포 반응의 감소’ 사이의 인과적인 연결고리들을 찾는 작업에 몰두했다.
 
그들은 시신경 내의 신경섬유 일부로부터 신호를 받으면서 안구운동과 주의집중을 조절하는 뇌 영역인 상구(superior colliculus)가 양측성 시각 자극이 공포 반응을 조절하는 과정을 매개할 것이라는 가설을 세웠고, 이를 검증하는 데 성공했다. 최종적으로는 양측성 시각 자극이 (1) 상구의 뉴런들을 자극해 활성화시키고 (2) 그 신호가 중앙 내측 시상핵(mediodorsal thalamus)을 거쳐 (3) 기저측 편도체(basolateral complex of the amygdala)에서 공포 반응을 억제하는 새로운 신경회로를 발견해냈다.
 
이미 신경과학 분야에서 잘 알려져 있다시피 편도체는 공포 반응을 조절하는 뇌 영역으로, 공포 반응을 담당하는 부분과 공포를 해소시키는 반응을 담당하는 부분을 모두 가지고 있다.
 
이 연구에서는 양측성 시각 자극이 편도체 내 공포 반응을 담당하는 부분을 억제한다고 보고했다. 다른 자극하에서보다 양측성 시각 자극이 주어졌을 때 해당 부분이 가장 낮은 활성 정도를 보였기 때문이다.

 

그림4 양측성 자극을 사용한 공포기억 반응 감소의 원리

 그림 2. 양측성 자극이 안구운동 및 주의집중을 담당하는 뇌 영역(상구)을 자극해 공포반응을 담당하는

편도체를 억제하는 새로운 신경회로가 활성화된다. (출처: IBS)

 
그리고 그렇게 감소된 공포 반응은 오래 지속되는 것으로 나타났다. 일주일 후에 해당 부분의 뉴런 간 전기 신호를 측정했을 때 그 진동수와 진폭이 공포 반응이 제거된 직후와 같았고 심지어 아예 공포 반응을 학습시키지 않은 생쥐의 편도체의 반응과 다르지 않았다.
 
연구팀은 새롭게 발견한 신경회로가 외상 후 스트레스 장애의 치료에 기여하기를 바라고 있다. 머지않아 이 연구가 임상 현장에서 다시 한 번 빛을 발하기를 기대한다.
 
글: 이보윤 과학칼럼니스트/일러스트: 유진성 작가. 
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Sciencetimes

 

 

 

암은 흔히 정상세포의 유전자나 암 억제 유전자에 돌연변이가 생겨 세포 분열이 무한 반복되는 질병으로 알려져 있다. 그러나 그 원인은 아직도 정확히 밝혀지지 않아 수많은 의과학자들이 시간과 노력을 들여 연구를 계속하고 있다.

 

최근 영국 웰컴 생거 연구소 연구진을 비롯한 공동연구팀은 암을 유발하는 생물학적 메커니즘을 조사하기 위한 대규모 연구자원을 창출해 생명과학저널 ‘셀’(Cell) 7일자에 발표했다.

 

연구팀은 이번 연구에서 암의 기원을 나타내는 돌연변이 지문인 DNA 손상 패턴이 1000개가 넘는 인간 암 세포주(cell lines)에 어떤 형태로 존재하는지를 확인해 냈다.

 

또한 이전에 바이러스 퇴치 면역반응과 연계된 인체 암의 주요 돌연변이 패턴이, 한동안 침묵을 지켜왔던 암 세포주에서 소나기처럼 한꺼번에 발생한다는 사실을 보고했다. 그러나 이런 돌연변이의 ‘폭발’ 원인은 아직 미스터리로 남아있다.

 

이번에 발표한 연구자원은 과학자들이 인체 암세포 발달로 이어지는 돌연변이 원인 연구에 도움이 될 것으로 기대된다. 돌연변이 과정을 더욱 깊이 이해하면 새로운 암 예방 및 치료법 개발의 밑바탕이 될 수 있다.

 

 

논문(Characterizing Mutational Signatures in Human Cancer Cell Lines Reveals Episodic APOBEC Mutagenesis, March 7, 2019)의 그래픽 요약. ⓒ Cell Press

 

논문(Characterizing Mutational Signatures in Human Cancer Cell Lines Reveals Episodic APOBEC Mutagenesis, March 7, 2019)의 그래픽 요약. ⓒ Cell Press

 

1000개의 암 세포주 염기서열 분석

 

모든 암은 DNA 돌연변이에 의해 발생한다. 그리고 이런 돌연변이는 DNA에서 돌연변이 서명(signatures)이라고 불리는 분자 지문(molecular fingerprints)을 만든다.

 

지금까지 50가지 이상의 지문이 발견되었고, 이중 대다수는 예를 들면 자외선 노출이나 흡연 같은 외부 요인에 의해 발생한다. 이 외의 다른 요인들은 DNA 수리 메커니즘 실패와 같은 세포 내부요인에 기인한다.

 

그러나 많은 돌연변이 서명의 원인이 아직 밝혀지지 않았고, 매우 도전적인 실험 과제가 되고 있다.

 

연구팀은 암 연구와 치료제 테스트에서 가장 광범위하게 사용되는 모델을 포함해 1001개의 인체 암 세포주와 577개의 인체 암 이식편의 유전체 염기서열을 분석했다. 그리고 알려진 모든 돌연변이 서명을 사용해 각 암 모델에 어떤 서명이 존재하는지를 목록화했다.

 

그런 다음 과학자들이 이 자원에서 특정 세포주를 선택해 암세포에 있는 각 돌연변이 패턴이 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는지를 연구할 수 있게 했다.

 

암세포의 생애 주기. Credit: Wikimedia Commons / BruceBlaus

암세포의 생애 주기.ⓒWikimedia Commons / BruceBlaus

 

세포 내부요인 관련 돌연변이 서명 계속 생성돼

 

연구팀은 흡연이나 자외선 노출과 같은 외부요인의 돌연변이 서명은 세포주 안에서 생성을 멈추는 반면, 세포 내부요인과 관련된 대부분의 서명들은 일정한 속도로 계속 생성된다는 사실을 발견했다.

 

그러나 놀랍게도 연구팀은 APOBEC으로 알려진 DNA 편집 단백질과 관련된 두 개의 흔한 돌연변이 서명이 시간이 지남에 따라 세포주에서 켜지고 꺼지는, ‘단편적 돌연변이 생성(episodic mutagenesis)’으로 불리는 현상을 포착했다.

 

APOBEC DNA 편집 효소는 선천 면역계의 일부로서 HIV 같은 바이러스에서 돌연변이를 일으켜 우리를 감염으로부터 보호하고 바이러스 유전체에 APOBEC 돌연변이 서명을 남긴다.

 

APOBEC 같은 서명은 암에서의 주요 돌연변이 패턴으로, 70% 이상의 암 유형에서 발견된다. 이에 대한 이론은 바이러스나 염증이 효소를 활성화시켜 바이러스 대신 인체 게놈을 변이시킨다는 것이다. 그러나, 세포주는 염증의 대상이 아니고 바이러스도 발견되지 않았다. 이것은 다른 요인이 관련돼 있음을 시사하는 것이다.

 

중요한 것은 시간이 지남에 따라 이런 서명과 다른 서명을 생성하는 것으로 밝혀진 세포주들이 이제 암 돌연변이의 근본적인 원인을 조사하는데 사용될 수 있다는 점이다.

 

인체 돌연변이 서명을 식별하는 개념적 작업 흐름. 다양한 돌연변이 생성 과정이 종양의 모양을 형성한다. 암 돌연변이의 근본적인 패턴을 해독하면 이러한 반복적인 돌연변이의 패턴들 사이의 관계를 밝혀내고 가능한 인과적 돌연변이의 과정을 추론할 수 있다. Credit: Wikimedia Commons /Mylinhthibodeau

인체 돌연변이 서명을 식별하는 개념적 작업 흐름. 다양한 돌연변이 생성 과정이 종양의 모양을 형성한다. 암 돌연변이의 근본적인 패턴을 해독하면 이러한 반복적인 돌연변이의 패턴들 사이의 관계를 밝혀내고 가능한 인과적 돌연변이의 과정을 추론할 수 있다. ⓒ Wikimedia Commons /Mylinhthibodeau

 

돌연변이 연구할 있는 강력한 도구 제공

논문 제1저자인 웰컴 생거 연구원의 미아 페틀약(Mia Petljak) 박사는 “인체 DNA에 있는 돌연변이 서명은 과거에 일어난 돌연변이 흔적을 나타낸다”고 말하고, “시간 흐름에 따라 세포주에서의 돌연변이 서명을 탐구한 최초의 체계적인 연구인 이번 작업에서 우리는 이전에 APOBEC 효소와 관련된 서명이, 한꺼번에 폭발적으로 활성화되는 유일한 돌연변이에 의한 것이라는 사실을 발견했다”고 밝혔다.

 

그는 “시간이 지남에 따라 APOBEC 관련이나 다른 서명들을 계속 생성하는 세포주들은 이제 우리나 다른 연구그룹에 인체 암을 일으키는 뿌리 즉, 돌연변이의 기원을 연구할 수 있는 일련의 강력한 도구를 제공하게 되었다”고 덧붙였다.

 

 

APOBEC 패밀리 구성원의 하나인 APOBEC-2 단백질 일러스트. Credit: Wikimedia Commons / J.Steinfeld

APOBEC 패밀리 구성원의 하나인 APOBEC-2 단백질 일러스트. ⓒ Wikimedia Commons / J.Steinfeld

 

 

김병희 객원기자 hanbit7@gmail.com
저작권자 2019.03.11 ⓒ ScienceTimes

Posted by KNUFRIC

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