바이오는 무엇인가? 재미는 있을까? 청소년 바이오 아카데미에 신청하게 된 이유는 다름 아닌 바이오 분야에 관한 이해와 흥미를 가지기 위함이었다. 오프라인 학습 이전, 온라인 학습을 진행하면서 바이오의 기본 이론을 공부하게 되었다. 기본 이론을 바탕으로 오프라인의 교수님들 강의를 들으니 훨씬 이해가 잘 되었다. 

만약 우리의 키가 2m 라고 가정해보자. 우리는 몇 배가 되어야 물 분자를 볼 수 있는가? 컴퓨터를 활용한 단백질 구조 예측을 전문하신 석차옥 교수님의 질문이었다. 물 분자는 우리의 키가 2m 에서 1000000000분의 1배인 2nm가 되어야 볼 수 있다. 그렇다면 2020년부터 세계를 강타한 코로나 바이러스는 우리 키가 몇 배가 되었을 때 볼 수 있을까? 그에 대한 답은 2nm보다 1000배 더 클 때 볼 수 있다는 것이다. 코로나 바이러스의 구조를 살펴보자. 코로나 바이러스도 구조를 유지하기 위해선 물이 필요하다. 비말 감염의 이유일까? 더 나아가 교수님의 ppt자료에서 바이러스의 구조를 살펴보았다. 물과 친한 친수성이 바깥, 소수성이 안쪽으로 배치된 스파이크가 박혀있는 외피로 둘러싸여 있었고 외피 안에는 변형이 잘 되는 RNA로 구성되어 있다. 이러한 구조는 코로나 바이러스의 특징과도 직접적인 연관이 있어 치료제나 감염 원인을 밝히는데 중요하다. 구조생물학의 존재와 중요성을 알게 된 계기가 되었다. 또한 모스부호의 단위는 점과 직선 2개이다. 코로나 바이러스 유전물질 즉, 게놈의 사이즈는 약 3만 bp이고 27개의 단백질이 있다. 코로나 검사를 논할 때, RNA와 DNA의 단위블럭이 4개로 같고 RNA의 정보는 전사와 번역의 과정으로 DNA정보로 변환된다. 일반적으로 생각하는 코로나 검사인 PCR검사를 위해서는 A,T,G,C 총 4개의 염기가 필요하다. 즉, 하나의 암호와도 같은 것이다. 앞서 말했듯 바이러스 구조에 관한 연구는 치료제를 생산하는데에 있어 중요하다. 대표적인 치료제로는 팍스로비드(Paxlovid)가 있다. 이는 코로나 감염 과정 중 proteolysis라는 단백질 분해 과정에 관여하는데 이는 곧 바이러스의 증식 작용을 막는 것이다. 여기서 치료제가 증식 작용을 막기 위해서는 바이러스 구조를 참고하여 증식을 억제시킨다. 백신에 대해서도 알아보았다. 백신 형태는 DNA 백신, mRNA 백신이 있다. 스파이크 단백질 조각을 전달하여 백신을 만든다. 이를 주사하기 위해서 음전하인 RNA를 양전하를 띤 물질로 포장해서 전달한다. 설명의 핵심과도 같은 단백질, 최근 단백질 구조 예측 분야는 계속 발전하고 있다. 특히 단백질은 입체적이고 분자들의 상호작용 때문에 예측이 어려운데 이를 수행하는 alphafold란 프로그램이 존재한다. 이처럼 AI로 구조를 예측하는 기술이 발전함에 따라 신약을 설계하는 기술도 같이 상승할 것이 기대된다.

Neuroverse란 단어를 들어 보았는가? Neuron과 universe의 합성어로 김대수 교수님께서 만드신 새로운 단어이다. 뇌속에서 신경신호를 만드는 가상공간이란 뜻으로 정보를 신경신호로 받아들여 뇌가 해석한다는 것이다. 이때 착시는 뇌의 해석 오류로 발생한다. 또 뇌에 문법이 존재 하는데 명암을 보고 그림자로 인식하여 3차원으로 본다는 것을 말한다. 내 생각과 현실이 다를 때, 인지부조화가 일어난다. 인지부조화가 작동하면 fact를 내 생각으로 바꾸는 자기합리화가 따른다. 예를 들어 신포도와 여우이야기에서 여우는 알맞게 익은 포도를 따먹으려 노력한다. 하지만 자신의 마음대로 되지 않자 결국엔 그 포도가 시어서 맛이 없을거라고 생각하는 인지부조화가 일어난다. 지금까지 뇌의 작동 원리에 대해 알아보았다. 본능의 뇌 사용법은 무엇이 있는가? 우리의 뇌에는 식욕, 성욕 등 욕구를 담당하는 시상하부(hypothalamus)란 부위가 존재한다. 見物生心, 시상하부가 욕구를 만들어내면 뇌는 한번에 한 욕구에만 집중한다. 불평등하게 먹이를 나눠준 원숭이 실험 영상을 보았다. 왼쪽 원숭이는 돌을 주었을 때 오이를 받고 오른쪽 원숭이는 돌을 주었을 때 포도를 받는다. 원숭이는 오이보다 포도를 10배 정도 좋아하기 때문에 왼쪽 원숭이는 불공평함에 화를 낸다. 김대수 교수님은 이를 보고 원숭이는 포도를 먹고 싶은 욕구는 사라지고 오직 분노에만 욕구 채널이 맞춰진다고 하셨다. 따라서 뇌는 목표가 있어야 성취하려 한다. ("배를 만들고 싶다면, 사람들을 한데 모아 목재를 모으고, 일을 지시하고 일감을 나눠주는 일을 하지 말라, 대신 그들에게 끝없이 드넓은 대양을 갈망하도록 가르쳐라." - 앙투아느 드 생택쥐페리) 이런 욕구의 채널을 바꿔야 한다. 볼펜을 가지려고 공부를 열심히 한 학생이 있다. 결국엔 연구자가 되었고 공부를 하면 볼펜을 받는 것이 학습되어 있던 것, 반복되는 욕구 충족되는 방식을 기억하는 강화학습이 작용한 것이다. 이렇게 반복하다 보면 실패할 때도 있다. 실패에 낙담하지 않고 다시 시도한다면 외상 후 성장이 일어난다. 그렇다면 이런 과학을 시작하게 하는 창의력이란 무엇일까? 창의적인 생각을 만들어 내고 그 중 유용한 것을 선택한 후, 살아남아야 한다. 창의력이란 사람들의 인정을 받아야 창의력이라고 생각된다. 단순히 남들과는 다르다 해서 창의적인 것이 아니라 그 때 당시 인정을 받아야 하는 것이라고. 하지만 우리는 미래를 봐야 하고 생각해야 한다. 코로나 백신의 초고속 개발에 기여한 카탈린 카리코 박사님의 경우를 생각해보자. 박사님이 연구할 당시에만 해도 제대로 인정받지 못했다. 하지만 현재 상황에서 가장 유용한 것은 박사님의 연구이다. 살아남는 것만이 아닌 이 기발한 것을 얼마나 구체적이고 잘 이끌어 실현하느냐에 따라 생각이 얼마나 창의적인지 나뉜다고 생각한다. 

민도식 교수님께서 염증과 암의 관계에 대해 설명해 주셨다. 염증의 염은 한자로 炎을 쓴다. 염증은 채내에서 일어나는 방어 작용으로 비만세포가 해로운 것의 접근을 인지하였을 때 백혈구의 투과성이 높아져 그 부위에 열이 나고 부어오르고 빨갛고 아픈 것이 불꽃과 같기 때문이다. 염증은 급성염증과 만성염증으로 나뉘는데 급성염증은 소위 말해 착한염증인 만큼 세균, 바이러스 등이 특정 부위에만 들어와 시간이 지나면 사라지는 염증이다. 반면에 만성염증은 오랜기간 걸쳐 나타나고 증상이 확실하게 나타나지 않아 인지하기도 어렵다. 만성염증의 원인은 주로 스트레스, 과식, 지나친 운동, 흡연 등이다. 스트레스를 받게되면 아드레날린이 분비되어 호흡량이 많아진다. 결국 에너지가 많이 생성되고 이 과정에서 활성산소가 생겨 만성염증을 일으킨다. 과식을 하게 되면 음식물을 많이 섭취하게 되고 에너지가 많이 생기기 때문에 이도 활성산소를 많이 생성시킨다. 지나친 운동도 호흡량이 많아져 같은 이유이다. 흡연의 경우 담배에 활성산소인 과산화수소가 포함되어 있어 이도 결국 활성산소로 만성염증을 일으키는 지름길이 된다. 그렇다면 만성염증을 일으키는 활성산소는 무엇인가? 활성산소란 '활성'이란 말처럼 반응성이 뛰어난 산소 원자를 뜻한다. 전자쌍이 없는 부분이 있어 DNA, 단백질을 산화시켜 세포를 손상시킨다. 종류로는 과산화수소, 초과산화 이온, 수산화 라디칼이 있다. 이들은 미토콘드리아가 호흡을 하고 ATP를 생산하는 과정에서 생성된다. 활성산소 즉, 만성염증과 암은 무슨관계인가? 관계를 이해하기 위해서는 우선 신생물 즉, 종양에 대한 이해가 필요하다. 종양은 양성종양과 악성종양이 있다. 양성종양은 성장속도가 느리고 전이나 침윤을 일으키지 않는다. 악성종양을 보자. 용종(Polyp)에서 선종, 그 다음 악성종양으로 진화한다. 만성염증이 일어나면 활성산소가 많이 분비되었다는 말이다. 이는 DNA에 돌연변이를 일으키고 암세포를 만들어낸다. 세포가 증식함에 따라 신생혈관이 만들어지고 몸의 산소와 영양분을 흡수하여 몸의 건강을 악화시키는 것이다. 모든 것의 원인 활성산소를 없애기 위해서는 무엇을 해야할까? 항산화 물질이 많이 든 음식을 많이 섭취해야하고 전형적인 건강유지 방법, 금연, 정신건강유지, 운동 등을 적절히 수행해야 한다. 

마지막으로 4공장 완공으로 세계최대 규모인 62만 생산 능력을 가지게 된 삼성바이오로직스를 견학했을 때 거대한 바이오리엑터를 직접 눈으로 보니 정말 신기했다. 공부했던 것들이 실제로 맞닥뜨렸을 때 보고 느낀 것 만이 아닌 부수적으로 생각하는 능력을 기를 수 있는 것이 진정한 공부의 의미라는 것을 꺠닫고 이런 과정에 재미를 느꼈다. 온라인 사전학습 때도 바이오 아카데미의 경험이 의미 있다고 생각했지만 오프라인으로도 얻은 지식과 그로 인해 깨달은 점으로 한 층 더 높은 시야로 세상을 바라볼 수 있게 되었다. 이를 계기로 내가 세상을 위해 기여하고 싶은 마음이 크게 들었다.