[바이오토픽] Science가 내다본 2021년 과학계 전망
2021년, 생명과학자들이 세계를 정상으로 되돌리기 위해 치명적인 팬데믹과의 싸움을 계속하는 가운데, 모든 분야의 연구자들은 COVID-19의 거센 도전에도 불구하고 커다란 이정표를 세우거나 새로운 프로젝트를 런칭하기 위해 노력할 것으로 보인다. 그에 더하여, 유럽의 과학자들은 브렉시트의 후유증과 싸워야 할 것이다. 그와 대조적으로, 많은 미국 과학자들은 '기후변화를 최우선적으로 다루겠다'는 대통령 당선자 조 바이든의 약속에 큰 희망을 걸고, 또 다른 글로벌 위기인 기후변화와 싸우는 데 전력을 다할 것으로 보인다.
【기후변화】 기후변화 평가
UN 산하 「기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change)」—1990년대 이후 「인간에 의한 지속적인 지구 온난화」를 연대기적으로 기술해 온 자발적인 기후과학자들의 명망 있는 단체—가 5차 보고서를 발표한 지 거의 8년이 지났다. 700여 명의 과학자들이 작성하고 있지만 팬데믹 때문에 지연되고 있는 6차 보고서가 올해와 내년에 걸쳐 단계적으로 완성되어, 인간이 기후에 미친 영향을 더욱 예리하게 지적할 것으로 예상된다. 6차 보고서는 새로운 기후모델 및 시나리오에 입각하여 조금도 수그러들지 않은 글로벌 변화의 지표(가속화되는 해수면 상승, 극지빙하의 신속한 융해, 극심한 이상고온·가뭄·화재의 물결)를 제시할 것으로 보인다. 올해 11월 전 세계 국가들은 스코틀랜드 글래스고에서 열리는 「제26차 UN 기후변화협약 당사국총회(COP26)」에 참석하여, 온실가스 저감 약속의 야망치를 늘리고 파리협약(Paris agreement) 이행을 위한 풀세트 규칙에 동의할 것으로 예상된다. 조 바이든 당선자가 파리기후협약 재가입을 공언한 만큼, COP26 참가국 중에는 미국도 포함될 것이다.
【공중보건】 WHO, 코로나바이러스의 기원 탐색
많은 나라들이 백신접종 캠페인을 시작함에 따라 COVID-19 팬데믹이 종식될 거라는 희망이 높아지고 있다. 그러나 그게 정확히 어떻게 시작되었는지는 여전히 오리무중이다. 올해에는 10명의 과학자들로 구성된 세계보건기구(WHO)의 다국적팀이 「팬데믹 코로나바이러스의 기원 조사」의 일환으로 중국을 여러 차례 방문할 예정이다. 이는 정치적으로 민감한 과제다. 왜냐하면 미국과 중국이 팬데믹의 책임 문제를 놓고 공방을 벌여 왔기 때문이다. WHO 팀의 바람은 박쥐에서 코로나바이러스의 가장 가까운 친척을 찾아낸 다음, '그것이 어디서 어떻게 인간에서 점프했는지', '다른 종이 중간숙주로 작용한 것은 아닌지', 그리고 가장 중요한 것으로 '다른 팬데믹을 예방하려면 어떻게 해야 하는지'를 밝혀내는 것이다.
【국제정세】 악화된 미중(美中)관계 회복
미국과 중국의 과학적 협력을 회복하는 것은, 조 바이든 당선자가 아시아의 초강대국과 무역·이민·안보 문제를 협상하는 데 있어서 성공할 수 있는지를 가늠하는 시금석이 될 것이다. 미국 정부가 지원하는 「과학·기술·국가안보에 관한 포럼」이 새로운 행정부에 '신기술의 개방(openness)과 도난 방지(preventing the theft) 간의 적절한 균형을 유지하는 방법'에 대해 자문을 제공하게 될 것이다. 미국의 새로운 법률은 '더욱 높은 투명성이 중국과 (미국의 안보를 잠재적으로 위협하는) 다른 단체들을 모니터링하는 최선의 방법이다'라는 가정하에, "연방 연구비 신청서를 제출할 때 모든 자금원(source of funding)을 낱낱이 밝히지 않은 신청자들에게 엄격한 벌칙을 가한다"고 규정하고 있다. 대학의 지도자들이 바이든에게 바라는 것은, 도널드 트럼프 대통령의 이민 제한 정책을 철폐하고 경제적·정치적 긴장을 완화하는 것이다. 그러나 미 하원을 장악한 공화당 의원들은 "중국에 대항하여 더욱 징벌적인 조치를 취할 것"이라고 위협하고 있다.
【감염병】 맞춤형 COVID-19 치료제
COVID-19 백신의 대량접종을 보완하기 위해, 올해 제약사들은 팬데믹 코로나바이러스를 차단하고 COVID-19의 증상을 치료하는 맞춤형 의약품을 설계할 것으로 보인다. 설사 많은 사람들이 최근 승인된 새롭고 강력한 백신을 접종받더라도, 바이러스는 여전히 국지적으로 유행할 것으로 예상된다. 2020년에는 렘데시비르와 몇 개의 약물들—이 모두 원래 다른 질병 치료제로 개발된 것들이다—이 매우 제한된 효과를 발휘하는 것으로 증명되었다. 한 제약산업 분석가에 따르면, 연구자들은 인공지능, 슈퍼컴퓨터, 590여 개의 실험용 의약품(개발 중인 의약품)을 총동원하여 새로운 후보 약물을 탐색하고 있다고 한다. 예컨대, 연구자들은 코로나바이러스가 보유한 두 개의 프로테아제(protease)를 억제함으로써 바이러스의 증식을 방해하는 화합물에 큰 기대를 걸고 있다. 그런 치료제들을 병용투여하면 바이러스를 다스릴 수 있는데, 이러한 접근방법(약물 칵테일)은 HIV에서 이미 성공을 거둔 바 있다. 프로테아제 억제제와 다른 화합물들은 in vitro와 in vivio 연구에서 전망이 밝은 것으로 밝혀졌다. 그러나 인간 지원자를 대상으로 한 연구는 이제 막 시작되었으며, 안전성과 효능을 검토하려면 수년이 걸릴 수 있다.
【행성학】 새로운 화성탐사선
화성의 희박한 공기는 탐사선의 연착륙(soft landing)을 어렵게 만든다. 사정이 이러하다 보니, 지난 50년간 화성 표면에 보내진 18대의 로봇 탐사선 중에서 8대가 추락하는 불상사가 발생했다. 올해에는 두 대의 탐사선이 터치다운을 시도할 예정이다.
(1) 2월 18일, 미항공우주국(NASA)의 SUV만 한 탐사선 퍼시비어런스(Perseverance)가 스카이크레인(sky crane)이라는 플랫폼에 의존하여 연착륙을 감행하게 된다. 스카이플랫폼은 낙하산과 역추진 로켓(retrorocket)이라는 두 가지 요소를 이용하여 착륙 속도를 늦춘다. 그리하여 화석화된 하성 삼각주(river delta) 부근의 제제로(Jezero) 분화구에 사뿐히 착륙한 후, 퍼시비어런스는 암석 샘플을 수집하여 궁극적으로 지구에 돌아오게 된다.
(2) 그와 거의 동시에, 중국의 톈원 1호(天问一号)가 궤도선, 착륙 플랫폼, 골프 카트만 한 탐사선을 앞세워 화성에 도착할 예정이다. 톈원 1호의 착륙지점은 제제로 분화구에서 얼마 떨어지지 않은 유토피아 평원(Utopia Planitia)—태곳적에 진흙의 흐름에 의해 형성된 것으로 추정된다—의 남쪽 가장자리에 위치한다. 성공적인 터치다운은 중국의 첫 번째 화성탐사로 이어질 것이다.
【현미경검사법】 더욱 선명하고 자세한 단백질 이미지
올해에 연구자들은 초저온전자현미경(cryo-EM: cryo–electron microscopy)의 해상도를 한층 향상시킬 계획이다. cryo-EM은 '인간의 건강이 유지되고 질병이 초래되는 과정에서 단백질의 구조가 수행하는 역할'에 대한 통찰을 제공하는 연구기법이다. 또 하나의 기법인 엑스선결정술(x-ray crystallography)은 오랫동안 3D 단백질 구조 내의 개별 원자를 매핑하는 황금률로 여겨져 왔지만, 결정화가 가능한 단백질에만 사용될 수 있다. 그에 반해 cryo-EM은 결정(結晶)을 필요로 하지 않으며, 지난 10년 동안 해상도가 꾸준히 향상되어 왔다. 2020년에 연구자들은 (향상된 전자 탐지기와 소프트웨어로 무장된) cryo-EM을 이용하여 아포페리틴(apoferritin)—철 결합 단백질—의 구조를 매핑함으로써, 원자 해상도의 문턱값을 넘는 쾌거를 이루었다. 그러나 아포페리틴은 이례적으로 단단하기 때문에, cryo-EM을 이용한 매핑 과정에서 안정성을 유지하기가 비교적 수월했다. 그 다음으로 연구자들이 원하는 것은 '덜 단단한 단백질'의 이미지를 얻는 것이다. 만약 성공한다면, 구조생물학에 날개를 달아 줌으로써 (결정화가 불가능한) 대형 단백질과 다중 단백질 복합체(complexes of multiple proteins)에 대한 고해상도 이미지를 선사할 것이다.
【천문학】 초읽기에 들어간 우주망원경 발사
오랫동안의 기다림이 곧 끝날 것으로 보인다. 오래 지연되었던 NASA의 주력 천문대 「제임스 웹 우주망원경(JWST: James Webb Space Telescope)」이 10월 31일 마침내 런칭될 예정이기 때문이다.
JWST는 허블망원경의 후계자로, 직경 6.5미터의 거울을 이용하여 허블망원경의 6배에 해당하는 집광력(light-gathering power)을 자랑하게 된다. 금(金)으로 코팅된 벌집 모양의 거울은 냉각장치 덕분에 (우주의 팽창에 의해 적색편이 된) 먼 천체의 적외선을 모을 수 있다.
JWST는 매우 민감하므로, 인접한 외계행성(exoplanet)의 대기를 정밀분석함으로써 생명의 징후를 포착하고 우주 최초의 별과 은하에서 발사된 빛을 모을 수 있다. 88억 달러짜리 우주선은 당초 계획보다 더 많은 돈과 시간을 잡아먹었으며, 최근 (맹렬한 흔들림에서부터 모의 발사에 이르기까지) 마지막 테스트를 통과했다.
이번 달, 엔지니어들은 접힌 거울과 다층 차양막(multilayered Sun shield)을 마지막으로 펼쳐 완전무결함을 확인하고 있다. 올해 중반, JWST는 포장되어 프랑스령 기아나로 선적된 후, 유럽의 발사체인 아리안 5(Ariane 5)에 적재될 것이다. 다음 정거장은 심우주(deep space)다.
【에너지】 에너지 이득을 노리는 반응로
세계 최대의 핵융합로(fusion reactor)인 공동핵융합실험장치(JET: Joint European Torus)는 올해에 상당한 양의 융합동력(fusion power)을 생성하는 캠페인을 시작할 계획이다. 영국에 근거지를 둔 JET는 토카막(tokamak)으로, 강력한 자석을 이용하여 고온 플라즈마(hot plasma)를 제한하여 원자핵을 충돌·융합시킴으로써 에너지를 방출시킨다. 업그레이드를 마친 JET는 새로운 금속 라이닝(metallic lining)과 엄청난 가열능력(heating power)을 보유하게 되었다. 올해 수행되는 실험에서, JET는 수소 동위원소인 듀테륨(deuterium)과 트리티움(tritium)의 강력한 혼합물(D-T)을 연료로 사용하게 된다. D-T는 잘 사용되지 않는 연료인데, 그 이유는 방사성 트리티움을 사용하려면 신중한 취급과 청소가 필요하기 때문이다. D-T가 마지막으로 사용되었던 1997년, JET는 불과 몇 초 동안 16메가와트의 동력을 생성했는데, 그것은 사용된 동력에 훨씬 못 미치는 수준이었다. 이번에 시작되는 새로운 캠페인은 일단 그와 비슷한 수준의 동력을 목표로 하지만, 점차 지속 기간을 늘리려 노력할 예정이다. 이번 캠페인은, 프랑스에서 건설되고 있는 거대한 반응로인 국제핵융합실험로(ITER)에 도움이 될 것으로 보인다. ITER은 JET와 비슷한 형태 및 라이닝을 보유하고 있는데, 2025년에 가동을 시작할 예정이지만, 2030년대 중반까지는 D-T 연료를 사용하지 않을 예정이다.
【영양학】 결식아동의 장(腸) 건강
2021년에는, 적절한 영양을 공급받고 의학적 치료를 받은 후에도 병약(病弱)하고 건강이 완전히 회복되지 않는 수백만 명의 결식아동들을 돕는 방법이 개발될 것 같다. 2020년에는 팬데믹과 관련된 혼란과 실업 때문에 그런 결식아동의 수가 급증했는데, 이런 경향은 2021년에도 지속될 것으로 예상된다. 결식아동의 한 가지 문제점은, 장내 미생물총(마이크로바이옴)이 파괴됨으로써 소화기계가 미성숙하고 비효율적으로 되어 성장이 저해된다는 것이다. 어린이들의 마이크로바이옴을 복구하기 위해, 건강 전문가들은 방글라데시에서 수행되고 있는 연구의 결과를 손꼽아 기다리고 있다(참고 1). 그 연구에서, 연구팀은 주변에서 흔히 볼 수 있는 식품(병아리콩, 바나나, 콩, 땅콩분말)으로 구성된 저렴한 영양보충식(nutritional supplement)의 효과를 평가하고 있다. 2019년, 연구팀은 "'생쥐와 돼지를 이용한 실험'과 '60명의 결식아동을 대상으로 한 1개월간의 예비연구'에서, 그 영양보충식이 마이크로바이옴을 복구했다"고 보고하며 혈액 표지자(blood marker)의 변화를 그 근거로 제시했다. 그러나 한 달 동안의 연구로는, 그 영양보충식이 어린이의 성장에 미치는 영향을 평가할 수가 없었다. 이에 연구팀은 더 많은 결식아동들을 대상으로 3개월에 걸친 연구를 수행하고 있으며, 그 결과는 올해 안에 나올 것으로 예상된다.
【환경보존】 UN, 공해(公海)의 생물다양성 보호에 나선다
국가들의 영해(領海) 밖에 존재하는 바다의 2/3에서 생물다양성(biodiversity)을 보호하는 법률은 거의 없다. 올해에 UN은 이러한 난맥상을 타개하기 위해 최초의 협약을 마무리할 것으로 예상된다. 그 조약은 공해상에서 해양보호지역(MPAs: marine protected areas)을 지정하는 방법을 구체적으로 제시할 것으로 기대되는데, 연구자들은 지금껏 후보 지역의 목록과 그것을 뒷받침하는 근거를 제시해 왔다. 또한 그 협약은, 해양생물을 해칠 수 있는 상업활동을 시작하기에 앞서서 국가들이 수행해야 할 환경영향평가(environmental impact assessment)의 최소기준을 설정할 것으로 보인다. 그리고 새로운 국제적 과학기술협의체(international scientific and technical body)—남극해양생물자원보존위원회(CCAMLR: Commission for the Conservation of Antarctic Marine Living Resources)와 비슷할 것으로 예상된다—가 출범하여, MPA와 관련된 제안을 심사할 예정이다. 마지막으로, 그 협약은 공해에 서식하는 해양생물의 유전자 시퀀스를 관리하는 시스템을 제시할 것으로 보인다.
【고고학】 고대사회의 새로운 단서
연구자들이 '고(古) DNA 분석'과 다른 분자적·미생물학적 단서를 결합하여 사회적 유대관계와 이동을 분석함에 따라, 올해에는 고대인에 관한 연구가 새로운 경로를 추구할 것으로 예상된다. 즉, 과학자들은 'DNA 증거'를 '단백질 및 동위원소 데이터'는 물론 미세화석(microfossil)과 (뼈, 치아 플라크, 화석화된 대변에서 추출한) 병원체의 데이터와 통합하게 될 것이다. 올해에는 그런 연구들을 통해, 어떤 초기 켈트족 가문(Celtic family)이 부(富)를 대물림했는지 밝혀지게 될 것이다. 또한 성서에 나오는 블레셋인(Philistines)의 고향, 초기 앵글로색슨과 그리스인의 정체, 그리고 중국과 이집트 미라의 정체도 밝혀질 것이다.
【생물의학】 승인을 앞둔 항암제: KRAS 억제제
KRAS는 많은 암의 증식을 추동하는 신호전달 단백질이다. 과학자들은 30여 년 동안 KRAS를 차단함으로써 종양을 위축시키는 꿈을 꿔 왔다. KRAS는 한때 약물에 반응하지 않는 것으로 여겨졌었다. 왜냐하면 억제제로 겨냥할 만한 포켓이 뚜렷하지 않기 때문이었다. 그러나 마침내 여러 회사들이 '암을 촉진하는 변이 KRAS 단백질'의 홈(groove)에 맞는 화합물을 개발하여, 그 신호를 차단할 수 있게 되었다. 그런 약물들은 설치류와 인간을 대상으로 한 연구에서 잇따라 전망이 밝은 것으로 밝혀졌다. 2020년 12월, 암젠은 FDA에 KRAS 억제제(KRAS inhibitor)인 소토라십(sotorasib)의 승인신청서를 제출함으로써, 올해에 최초의 KRAS 억제제가 등장할 거라는 기대감을 자아냈다. 소토라십은 먼저, 특정 폐암환자들에게 사용하도록 승인될 것으로 보인다. 그리고 또 한 업체가 올해 안에 KRAS 억제제의 승인 신청서를 제출할 것으로 예상된다.
Sotorasib (AMG 510) A New Precision Cancer Medicine to Finally Target KRAS NSCLC / twitter (참고 2)
※ 참고문헌
1. https://ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=307009&SOURCE=6
2. https://twitter.com/stephenvliu/status/1135551120921767937
※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2020/12/science-stories-likely-make-headlines-2021
바이오토픽 양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
종합 양병찬 (2021-01-04)
https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=326123 )