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스반테 페보, 2022년 노벨생리의학상
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Science
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2022-10-04 14:57
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2022년 노벨 생리의학상이 스반테 페보에게 돌아갔다.
어떤 언론에서는 '파보'라고도 쓰지만 '페보'가 더 적절한 발음이라고 한다.
그는 <잃어버린 게놈을 찾아서>라는 책으로도 알려져 있는데, 그에게 노벨 생리의학상이 주어진 것은 사실 상당히 의외다. 아마도 생리의학상이라는 타이틀 때문인지, 그의 업적에 질병 유전자 얘기가 들어간 것 같지만, 그의 주 업적으로는 '생리'도, '의학'도 아니니까 말이다. 그의 전공은 진화유전학이고, 고인류의 뼈에서 유전자를 추출해서 전장 유전체(whole genome)을 결정해서 비교하는 것이다.
의외지만, 개인적으로는 반가운 수상 소식이다.
<Nature>지에 실린 스반테 페보 수상에 대한 소식을 양병찬 씨가 번역했다.
(2022 노벨 생리의학상) 고인류의 삶을 밝혀낸 유전학자, 노벨 생리의학상 수상
스반테 파보(Svante Paabo)는 고(古)DNA를 분석함으로써, 우리의 조상 종(種)에 대한 놀라운 사실들을 발견했다. 네안데르탈인, 데니소바인, 기타 호미닌에서 DNA를 추출한 파보의 연구는 현대 의학에 중요한 의미를 갖는다. 고(古)DNA로 구성된 인간 유전체의 비율은 적지만, 이 유전물질은 무게 이상으로 강력해서 조현병에서 중증 COVID-19에 이르는 질병의 위험에 중요한 기여를 하는 것으로 보인다. 그리고 티베트 고원에 사는 사람들은 고지대 적응과 관련된 유전자 변이에 대해 데니소바인에게 감사해야 한다.
 「2022 노벨 생리의학상」은 수만 년 된 화석에서 발견된 귀중한 DNA 조각(precious snippets of DNA)을 활용한 '선구적인 인간 진화 연구'(https://www.nature.com/articles/d41586-018-06004-0)에 돌아갔다.
독일 라이프치히에 있는 막스플랑크 진화인류학연구소(MPI-EVA)의 유전학자 스반테 파보(Svante Paabo)의 연구는 고유전체학(palaeogenomics)이라는 불꽃 튀는 학문 분야를 탄생시켰을 뿐만 아니라, 네안데르탈인 유전체의 시퀀싱과 데니소바인이라고 불리는 새로운 호미닌 그룹의 발견으로 이어졌다.
'고대 호미닌 개체군 사이에서 유전자가 어떻게 이동했는지'를 추적함으로써, 연구자들은 '면역계의 특징'과 '고지대 생활에의 적응 메커니즘'을 포함하여 현대 인간 생리학의 일부 측면의 기원뿐만 아니라 이동을 추적할 수 있었다.
“고유전체학 분야가 성숙해지고 있다는 점과, 인간 유골에서 고(古)DNA를 추출하는 기적을 달성하기 위해 필요한 모든 것을 통합하는 데 기여한 공로가 인정을 받았다고 생각한다”라고 매사추세츠주 보스턴 소재 하버드 의대의 개체군 유전학자 데이빗 라이히(David Reich)는 말했다. 그는 네안데르탈인 유전체의 염기서열에 관해 파보와 긴밀히 협력한 인물이다.
발표 후 기자회견에서 파보는 '여전히 어안이 벙벙하며, 스톡홀름에서 걸려온 전화를 받고 처음에는 믿어지지 않았다'고 실토했다. "처음에는 우리 연구소 사람들이 꾸며낸 정교한 장난이라고 생각했다"라고 그는 말했다.
런던 자연사박물관(London Natural History Museum)의 고인류학자인 크리스 스트링어(Chris Stringer)에 의하면, 파보의 업적?기록상 가장 오래된 고인류의 DNA인, 스페인에서 발견된 430,000년 된 염기서열의 복구 포함(https://doi.org/10.1038%2Fnature17405)?은 과거에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으켰다고 한다. 그는 "이제 이것은 인간 진화 연구의 핵심이다"라고 말하며, 파보의 노벨상 수상은 "희소식"이라고 덧붙였다.
1. 손상된 DNA
파보는 수천 년 동안 원소에 노출되어 손상되고, 세균과 현대인의 염기서열로 오염된 DNA를 분석하는 방법을 개발해야 했다. 그와 그의 동료들은 2010년에 출판된 네안데르탈인 유전체 시퀀싱 작업(https://www.science.org/doi/10.1126/science.1188021)에 이 기술을 적용했다. 이 유전자 분석을 통해, 네안데르탈인과 호모 사피엔스가 이종교배되었으며, 유럽 또는 아시아 출신 현대인 유전체의 1-4%가 네안데르탈인까지 거슬러 올라갈 수 있는 것으로 밝혀졌다.
파보의 기술은 2008년 시베리아 남부의 동굴에서 발견된 40,000년 된 손가락 뼈의 기원을 확인하는 데도 적용되었다. 뼈에서 분리된 DNA는 네안데르탈인의 것도도 호모 사피엔스의 것도 아니고, 새로운 호미닌 그룹에 속하는 개인(https://www.nature.com/articles/nature08976)의 것으로 밝혀졌다. 이 그룹은 뼈가 발견된 동굴의 이름을 따서 데니소바인(Denisovans)이라고 명명되었다. 아시아에 살았던 고인류도 이 그룹과 교배하여, 오늘날 수십억 명의 유전체에 데니소바인의 DNA를 남겼다.
1980년대와 1990년대 초기에 파보 등의 과학자들이 이끄는 고(古)DNA 연구는 현대인 DNA의 오염(혼입)에 대한 우려로 시달렸다(이집트 미라에서 초기에 회수된 DNA가, 아마도 자신의 것인 듯하다고 파보는 인정했다). 그러나 파보의 연구실에서 개발된 방법과 새로운 시퀀싱 기술의 출현으로 인해 오염은 더 이상 문제가 되지 않는다.
"내가 처음 이 길에 들어섰을 때, 우리는 고인류의 DNA로 작업할 수 있는지조차 확신하지 못했다"라고 런던에 소재 프랜시스 크릭 연구소(Francis Crick Institute)의 고생물학자인 폰투스 스코글룬드(Pontus Skoglund)가 말했다. "하지만 지금은 스반테의 부서가 이끄는 대로 연구를 진행하고 있으며, 우리의 접근방법에서 오염은 더 이상 주요 이슈가 아니라고 생각된다."
2. 건강에의 시사점
네안데르탈인, 데니소바인, 기타 호미닌에서 DNA를 추출한 파보의 연구는 현대 의학에 중요한 의미를 갖는다. 고(古)DNA로 구성된 인간 유전체의 비율은 적지만, 이 유전물질은 무게 이상으로 강력해서 조현병(https://doi.org/10.1002%2Fajmg.b.32872)에서 중증 COVID-19(https://doi.org/10.1038%2Fs41586-020-2818-3)에 이르는 질병의 위험에 중요한 기여를 하는 것으로 보인다. 그리고 티베트 고원에 사는 사람들은 고지대 적응과 관련된 유전자 변이에 대해 데니소바인에게 감사해야 한다(https://doi.org/10.1038%2Fnature13408).
"오늘날 전 세계를 돌아다니는 사람들 중 상당수가 네안데르탈인 같은 고인류의 DNA를 가지고 있다는 사실은 '우리가 누구인지'에 대한 중요한 결과다"라고 라이히는 말했다. "그것을 알고, 그것이 건강에 미치는 영향을 이해하려는 노력은, 우리 종(種)의 남은 시간 동안 우리와 함께 할 것이다."
"여러 네안데르탈인과 데니소바인의 유전체를 사용할 수 있게 됨에 따라, 이제 고유한 인간 유전자를 식별하는 것이 가능하게 되었다"라고 MPI-EVA의 고유전학자인 요하네스 크라우제(Johannes Krause)는 말했다. 지난 9월, 연구자들은 인간에게서는 발견되지만 네안데르탈인이나 데니소바인에서는 발견되지 않는 유전자 변이가 실험실에서 배양한 뇌 오가노이드(https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl6422)의 신경 성장과 관련있음을 보여주었다(https://www.nature.com/articles/d41586-022-02895-2). "우리는 '인간을 인간으로 만든 요소'를 이해하는 데 이렇게 가까이 다가간 적이 없었다"라고 크라우제는 말했다.
연구자들은 파보를 가리켜 "강렬하고 의욕적이지만 또한 동료애적이고 관대하다"라고 설명한다. MPI-EVA에서 그가 이끄는 부서는 이 분야를 더욱 발전시키고 있는 고유전학자 세대를 배출했다.
파보의 지도하에 박사학위를 취득한 이스라엘 텔아비브 대학교의 고생물학자 비비안 슬론(Viviane Slon)은 자신의 멘토를 가리켜 "세부사항에 레이저 초점을 유지하면서, 더 큰 그림을 볼 수 있는 '기이한' 능력의 소유자"라고 말했다. Slon이 '1세대 인간-네안데르탈인 잡종'인 것으로 판명된 유골을 연구하고 있을 때, 모계로 유전되는 미토콘드리아 DNA의 서열은 네안데르탈인의 서열과 일치했다. 그러나 그 결과를 발표할 때, 파보는 슬론에게 '양쪽 부모로부터 유전된 핵 DNA의 염기서열을 분석할 때까지 판단을 유보하라'고 촉구했다. "우리가 그것을 몰랐기 때문에, 그는 네안데르탈인이라고 쓰는 것을 허락하지 않았다. 그리고 실제로, 그것은 혼합된 자손(mixed offspring)으로 밝혀졌다"라고 슬론은 말했다.
라이히에 의하면, 파보 및 그의 연구팀과 손잡고 최초의 네안데르탈인 유전체의 염기서열을 해독하고 분석한 것으로부터 큰 영감을 받았다고 한다. “그것은 지금까지 최고의 컨소시엄이었다"라고 그는 말했다. "그는 그들이 생산한 데이터가 얼마나 특별하고 독창적인지 인식했다." 이것은 궁극적으로 라이히가 자신의 고(古) DNA 연구소를 설립하는 데 밑거름이 되었다.
파보가 고(古)DNA 연구에 미친 영향은 워낙 지대해서, 만약 그가 없었다면 이 분야가 지금쯤 어디에 있을지 상상하기 어려울 정도다. "그는 이 분야의 대부다"라고 스코글룬드는 말했다.
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Science가 내다본 2021년 과학계 전망
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Science
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2021-01-04 12:21
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[바이오토픽] Science가 내다본 2021년 과학계 전망
출처: [BRIC Bio통신원] [바이오토픽] Science가 내다본 2021년 과학계 전망 ( https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=326123&SOURCE=6 )
The James Webb telescope. Its mirror and sunshield will be folded up during launch. Credit: NASA / Nature
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?一?)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
출처: [BRIC Bio통신원] [바이오토픽] Science가 내다본 2021년 과학계 전망 ( https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=326123&SOURCE=6 )
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[네이처]가 꼽은 올해의 과학 10명 (동아사이언스)
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Science
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2020-12-28 16:22
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http://dongascience.donga.com/news.php?idx=42673
국제학술지 ‘네이처’가 ‘1년, 10명의 이야기’라는 주제로 올해 과학기술계에 많은 기여를 한 인물 10명을 선정해 공개했다. 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19) 대유행에 전 세계 국가를 지원하기 위해 앞장선 세계보건기구(WHO) 사무총장부터 유전자를 조작한 ‘GM모기’를 키우고 방사해 뎅기열 전파를 막은 과학자, 인종차별에 저항한 물리학자까지 올해의 과학기술 인물 10명을 소개한다.
 테워드로스 아드하놈 거브러여수스 세계보건기구(WHO) 사무총장, 베레나 모하웁트 ‘모자이크(MOSAiC)’ 프로젝트 보안 책임, 우루과이 바이러스학자 곤잘라 모라토리오(왼쪽부터 차례대로). 네이처 홈페이지 캡처
○테워드로스 아드하놈 거브러여수스…세상에 보내는 경고
2017년 7월부터 WHO 사무총장을 맡았다. 올해 4월 도널드 트럼프 미 대통령은 중국의 코로나19 사태에 WHO가 어떻게 대응하는지에 따라 지원금을 중단하겠는 정치적 압박을 가했지만, 그는 관용의 자세로 미국을 ‘관대한 친구’로 묘사하며 모든 나라에 봉사한다는 WHO의 가치를 유지했다. 또 WHO의 대유행 경고가 늦었다는 지적에 그는 “첫 번째 보고서를 받은 순간부터 충분히 크게 경고했다”고 말했다. 트럼프 대통령은 내년 1월 WHO 탈퇴를 통보했지만 조 바이든 대통령 당선인은 취임 이후 탈퇴를 취소하겠다고 말했다. 그는 코로나19와의 ‘게임’을 끝내기 위해 모든 나라가 백신에 공평하게 접근할 수 있도록 총력을 기울이겠다고 밝혔다.
○ 베레나 모하웁트…북극 경호대
사상 최대 규모의 북극 국제공동연구 프로그램인 ‘모자이크(MOSAiC)’ 프로젝트에 참여한 과학자들의 안전을 책임진 그는 북극곰이 근처를 돌아다니고, 폭풍이 쇄빙선을 흔들고, 얼음이 갈라지는 상황에서 과학자들이 무사히 연구를 수행할 수 있도록 끊임없이 노력했다. 북극의 위험에서 과학자들을 보호하기 위해 교육 프로그램을 짰고, 충돌하는 헬리콥터에서 탈출하는 법을 가르쳤다. 1년 가까이 오랜 기간 북극에서 생활하는 과학자들이 심리적으로 지치지 않도록 뜨개질 거리와 요가 매트도 챙겼다. 그는 북극의 추위를 가장 걱정했고, 연구 조사를 위해 얼음 위로 나가는 과학자들을 위해 보온병에 따뜻한 차나 핫초코를 담아 보냈다. 덕분에 동상에 걸린 사람은 한 명에 불과했다.
○ 곤잘라 모라토리오…코로나바이러스 사냥꾼
바이러스학자인 그는 우루과이의 유명인이다. 그는 코로나19 유행 당시 진단검사를 개발하고 방역을 위한 정부 프로그램을 설계하면서 우루과이가 남미에서 가장 성공적인 코로나19 대응 국가가 되는 데 큰 공을 세웠다. 우루과이는 12월 10일 기준 코로나19 누적 사망자가 87명에 불과해 세계에서도 가장 낮은 사망률을 보이고 있다. 그의 동료는 그를 ‘돈키호테’에 비유했다. 현재 우루과이는 하루에 5000명가량의 코로나19 진단을 하고 있고, 이 가운데 30%가 그가 개발한 기술을 사용하고 있다.
 아디 우타리니 가자 마다대 연구원(왼쪽), 캐서린 얀센 화이자 백신 개발 최고 책임자. 네이처 홈페이지 캡처
○ 아디 우타리니…모기 사령관
다른 이들이 코로나19와 싸우는 동안 그는 모기와 싸웠다. 인도네시아는 올해에만 3월 8일 기준 열대성 질환인 뎅기열에 걸린 사람이 1만4716명으로 그중 94명이 사망했다. 인도네시아 가자 마다대 공중보건 연구원인 그는 모기에 윌바키아 세균을 집어넣고 방사해 뎅기열 환자 발생률을 77% 감소시켰다. 그는 “이 기술을 믿는다”며 “마침내 어둠 속에서 한 줄기 빛을 찾았다”고 말했다. 안타깝게도 그의 남편은 올해 3월 코로나19로 사망했다.
○ 캐서린 얀센…백신 리더
글로벌 제약회사 화이자에서 코로나19 백신 개발을 총괄하며 4월 백신 테스트부터 11월 3상 임상시험 완료까지 단 210일 만에 인류 백신 개발 역사상 최초의 메신저RNA(mRNA) 백신을 내놓는 데 성공했다. 그는 화이자에 합류하기 전 이전 회사에서 탄저병과 천연두 백신을 개발했고, 폐렴구균 백신의 성능을 개선했으며 이렇게 나온 폐렴구균 백신인 ‘프리브나(Prevnar) 13’은 현재 세계에서 가장 많이 판매되는 백신이 됐다. 자궁경부암 백신인 가다실이 2위다. 그는 화이자의 코로나19 백신의 효과가 90% 이상이라는 소식을 듣는 순간 눈물을 흘렸고 남편의 기쁨의 샴페인을 마셨다고 한다. 그리고 그는 다시 자신의 업무를 시작했다.
 장용젠 상하이공중보건클리닉센터 연구원, 챈다 프레스콧-와인스타인 미국 뉴햄프셔대 교수, 리 란주안 중국 저장대 교수(왼쪽부터 차례대로). 네이처 홈페이지 캡처
○ 장용젠…게놈 공유자
바이러스학자인 그는 며칠의 망설임 끝에 중국 우한에서 폐렴과 유사한 질병을 일으키는 바이러스의 게놈을 온라인에 공개하기로 결정했다. 이 과정은 순탄치만은 않았다. 상하이공중보건클리닉센터 소속인 그는 1월 3일 바이러스 시료를 받았고, 이날 중국 정부는 바이러스에 대한 정보 공개 금지 명령을 내렸다. 40시간 철야 끝에 그는 바이러스가 사스(SARS·급성호흡기증후군)와 동일한 계열임을 알아내고 상하이 보건당국에 알렸다. 그리고 데이터를 미국 국립보건원(NIH)이 운영하는 게놈 데이터센터인 NCBI에 업로드했다. 이후 그는 오랜 기간 공동연구를 한 호주 시드니대 바이러스 학자에게 게놈 정보의 공개를 허락하면서 결국 전 세계는 이 바이러스의 정체를 하루라도 더 빨리 알 수 있게 됐다.
○ 챈다 프레스콧-와인스타인…물리학에서 진정한 힘이란
암흑물질의 비밀을 찾는 우주학자인 동시에 과학과 사회에서 인종차별에 저항하는 과학자. 뉴햄프셔대 물리학및천문학부 교수인 그는 미국의 이론 우주물리학 및 입자 이론에서 테뉴어(종신직)를 얻은 최초의 흑인 여성이기도 하다. 그는 올해 5월 인종차별에 반대하는 ‘블랙 라이브즈 매터(Black Lives Matter·흑인의 생명도 소중하다)’ 운동이 일어난 이후 6월 과학계에서 흑인을 배제하는 인종차별에 항의하는 온라인 캠페인을 진행했다.
○ 리 란주안…봉쇄령 설계자
73세의 중국 저장대 감염병학자는 중국 우한시를 즉시 봉쇄해야 한다고 주장했다. 그는 1월 22일 중국 국영 TV와의 인터뷰에서 “감염병이 지금처럼 퍼진다면 다른 지역도 통제할 수 없을 것이고 결국 중국의 경제와 사회는 심각한 고통을 받을 것”이라고 말했다. 감염병 전파를 막기 위해 인구 1100만 명의 도시 전체를 봉쇄하는 일은 전례가 없었다. 그는 우한시에 머물며 코로나19 환자를 돌봤고, 소셜네트워크서비스(SNS)에서는 “할머니”라는 친근한 애칭으로 불렸다.
○ 저신다 아던…위기의 지도자
3월 14일 뉴질랜드 총리인 그는 중대한 결정을 발표했다. 당시 미국에서 불과 6명이 코로나19에 양성 반응을 보일 때였다. 하지만 그는 뉴질랜드에 도착한 모든 입국자는 2주간 자가격리를 하게 했고, 이후 그는 뉴질랜드의 전염병의 위기에서 보기 드문 성공 사례로 만들었다. 뉴질랜드의 코로나19 확진자는 2000명, 사망자는 25명 수준이다.
○ 앤서니 파우치…과학의 수호자
그의 얼굴로 야구 카드와 머리 장식 인형을 만들 만큼 열성적인 팬이 있는가 하면, 살해 협박에 시달리는 인물. 40년간 감염병 연구자로 헌신한 그는 코로나19 유행을 통해 미국의 감염병 전문가를 대표하는 얼굴이 됐다. 그는 과학이라는 가장 강력한 무기로 대중과 소통했고, 대놓고 그를 비난하는 트럼프 대통령에게도 과학으로 대응했다. 12월에 80세가 된 그는 바이든 당선인의 요청으로 미 국립알레르기·감염병연구소(NIAID)에 수석 의료고문으로 계속 활동할 예정이다.
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2020 노벨화학상, 유전자 가위(CRISPR)
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Science
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2020-10-23 15:34
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좀 늦었지만... BRIC에서 정리한 것을 옮겨온다. 사실 CRISPR-Cas9이 노벨상을 받는다는 것은 기정사실이었다. 언제 받느냐, 누구'까지' 받느냐의 문제였다. 사실 이번에 수상은 둘은 논란의 여지가 없고, 장펑이 받느냐에 관심이 쏠렸던 것 같다. 그가 제외된 것에 대해 조금 얘기가 있다. 만약 그가 받는다면, 또 다른 사람은? 하는 얘기가 나왔을 것도 같다(예를 들어, 모히카?).
[바이오토픽] 2020 노벨화학상 수상자
출처: [BRIC Bio통신원] [바이오토픽] 2020 노벨화학상 수상자 (https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=322627 ) - 양병찬 옮김
스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 10월 7일 「크리스퍼 캐스나인(CRISPR/Cas9) 유전자가위」를 발견한 막스 플랑크 연구소의 에마뉘엘 샤르팡티에와 UC 버클리의 제니퍼 다우드나를 노벨화학상 수상자로 선정했다고 발표했다.
역시 CRISPR였다. 혁명적인 유전자편집 기술(gene-editing technology)을 개척한 두 명의 과학자들이 2020년 노벨화학상을 거머쥐었다.
노벨위원회는 에마뉘엘 샤르팡티에(Emmanuelle Charpentier; 現 독일 베를린 소재 막스 플랑크 병원체과학 유닛; 참고 1)와 제니퍼 A. 다우드나(Jennifer A. Doudna; 現 미국 UC 버클리; 참고 2)를 선택함으로써, '누구를 CRISPR-Cas9 유전자편집 도구(참고 3)의 개발자로 인정할 것인가?'라는 해묵은 의문에 종지부를 찍었다. CRISPR는 정밀한 유전체편집을 가능케 함으로써, 2010년대에 등장한 이후 전세계 연구소들을 휩쓸었다. 이 기술의 용도는 무궁무진하다: 예컨대 연구자들은 그것을 이용하여, 질병을 제거하기 위해 인간의 유전자를 변형하고, 병충해에 강한 식물을 창조하고, 병원체를 박멸할 수 있기를 바라고 있다.
"유전체 중에서 원하는 부위의 DNA를 절단하는 능력은 생명과학에 혁명을 일으켰다"라고 노벨 화학워원회 위원인 페르닐라 비퉁 스타프스헤데(생물물리학)는 시상자 발표문에서 말했다. "유전자가위는 불과 8년 전 발견되었지만, 이미 인류에 크게 기여했다."
다우드나와 샤르팡티에는 CRISPR를 특징짓는 결정적인 초기연구를 수행했지만, 다른 많은 연구자들도 CRISPR 개발의 핵심 공헌자로 언급되었다(그리고 다른 명망있는 상을 수상함으로써, 그 공로를 인정받았다). 그들 중에는 펑장(MIT와 하버드가 공동으로 운영하는, 매사추세츠주 케임브리지 소재 브로드 연구소), 조지 처치(매사추세츠주 보스턴 소재 하버드 의과대학), 그리고 생화학자 비르기니유스 식스니스(리투아니아 빌리니우스 대학교; 참고 4; 한글번역)가 있다.
전화벨 소리에 잠에서 깨어나 《Nature》 기자에게 수상 소식을 전해들은 다우드나는 정말로 곤히 잠들어 있었다. "하와이의 작은 마을에서 성장한 나에게, 이런 일은 1억 년에 한 번도 일어나기 힘든 일이었어요"라고 그녀는 말했다. "나는 너무 놀라 기절할 뻔 했다니까요."
"나는 훌륭함에도 불구하고 노벨상을 받지 못하는 과학자들을 많이 알고 있어요. 그러나 상(賞)은 그들의 능력이나 인품과 무관해요." 다우드나는 말했다. "나는 아주 미천한 과학자예요."
CRISPR의 원조(元祖)는 세균
CRISPR는 「일정한 간격으로 분포하는 짧은 회문성 반복 서열(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)」의 약자로, 원핵생물(prokaryote)?세균과 고균?이 바이러스(파지)의 감염을 방어하기 위해 사용하는 미생물의 면역계를 말한다. 핵심을 간추려 말하면, CRISPR 시스템은 원핵생물에게 (파지나 다른 침입자의) 정밀한 유전자 시퀀스를 인식하고 (특화된 효소를 이용해 그것을 파괴하기 위해) 겨냥하는 능력을 부여한다.
CRISPR 시스템의 핵심 요소인 효소들?이것을 CRISPR 관련 단백질(Cas: CRISPR-associated proteins)이라고 하며, Cas9도 그중 하나다?은 선행연구에서 발견되었다. 그러나 (처음에는 오스트리아 빈 대학교에서 일하다, 나중에 스웨덴 우메오 미생물 연구센터로 자리를 옮긴) 샤르팡티에는 또 하나의 핵심요소를 발견했다. 그것은 RNA 분자로, 인간에게 질병을 초래하는 화농연쇄구균(Streptococcus pyogenes)에서 파지의 시퀀스를 인식하는 데 관여하는 것이었다.
샤르팡티에는 그 발견을 2011년에 보고했고, 같은 해에 다우드나와 협동연구를 시작했다. 그리고 2012년 《Science》에 실린 기념비적 논문(참고 5)에서, 두 사람은 CRISPR?Cas9 시스템의 구성요소들을 분리하여 시험관에서 작동시켜 본 다음, "그 시스템을 프로그래밍함으로써, 분리된 DNA의 특이적인 부분을 절단할 수 있다"는 사실을 증명했다. 그들이 발견한 「프로그램 가능한 유전자편집 시스템(programmable gene-editing system)」은 수많은 의학·농업·기초과학적 응용에 영감을 불어넣었으며, CRISPR를 개량하고 다른 유전자편집 도구를 확인하는 연구(참고 6; 한글번역)는 지금도 계속되고 있다.
"우리의 바람은, CRISPR를 '세포와 생물의 유전자 코드를 다시 쓰는 기술'로 전환하는 것이었다"라고 (다우드나의 연구실에서 박사후 연구원으로 일했고 《Science》에 실린 기념비적 논문의 공저자인) 취리히 대학교의 마틴 지넥(생화학)은 말했다. "그러나 다른 연구팀들이 우리의 기술을 급속히 받아들여 더욱 발전시키리라고는 예상하지 못했다."
상업화를 위한 경쟁
CRISPR가 발견된 지 10년이 채 안 지나, 연구자들은 CRISPR-Cas9를 이용해 유전체가 편집된 작물(참고 9)과 곤충, 유전적 모델, 실험적 인간 치료법(참고 10)을 개발했다. 그리고 CRISPR를 이용해 겸상적혈구빈혈증, 유전성 실명, 암을 치료하는 방법이 임상시험에 계류되어 있다. 다우드나와 샤르팡티에를 비롯한 유전자편집 분야의 연구자들은 바이오텍 업체를 설립하여, 이상과 같은 목표를 달성하는 기법을 개발하고 있다.
그러나 CRISPR는?특히 인간에서 섣불리 응용하는 것과 관련하여? 논란도 초래했다. 2018년 11월, 중국의 생물물리학자 허지안쿠이(?建奎)는 "CRISPR-Cas9을 이용해 배아를 편집함으로써 쌍둥이 자매를 탄생시켰다(참고 11)"고 발표했다. 그 뉴스는 엄청난 센세이션을 일으켜(참고 12; 한글번역), 배아 편집에 대한 윤리적·사회적·안정성 우려가 고조되었고, 전 세계의 많은 연구자들은 그의 연구를 신속히 비난했다.
지난 9월 미국과 영국의 과학단체가 주최한 국제회의에서는 다시 한 번, "CRISPR는 착상하기로 되어 있는 인간배아에 사용될 준비가 되어 있지 않다(참고 13; 한글번역)"는 결론을 내렸다.
또한 CRISPR는?특히 브로드 연구소와 UC 버클리 사이에?격렬한 특허전쟁(참고 14)를 일으켜, '짭짤한 지적 소유권'을 차지하기 위한 진흙탕 싸움이 지금까지 벌어지고 있다.
그럼에도 불구하고, 처치는 노벨상이 샤르팡티에와 다우드나에게 돌아간 것을 수긍하고 있다. 비록 자신과 장평의 연구실에서 행해진 연구?그들은 CRISPR를 (포유동물의 세포에서 작동하도록) 각색함으로써, 모델링과 인간질병치료의 문을 열었다?에 자부심을 느끼고 있지만, 자신들의 연구는 '과학적 발견'이 아니라 '공학과 발명'으로 분류될 수도 있다고 생각하고 있다. "나는 그게 위대한 선택이었다고 생각한다"고 그는 말했다.
"하나의 발견을 선별하여 상을 주는 것은 늘 어렵다"라고 미국 국립보건원의 프랜시스 콜린스 소장(유전학)은 말했다. "무에서 유가 창조되는 경우는 사실상 없다. 어떤 발견을 바라보며, 누구에게 공(功)을 돌려야 할지를 결정하는 것은 어렵다."
"그러나 CRISPR-Cas9 유전체편집의 독특한 면을 하나 들라면, 쉽고 다재다능하다는 것이다." 콜린스는 덧붙였다. "CRISPR-Cas는 매우 쉽게 사용할 수 있도록 설계되었다. 내가 아는 분자생물학 연구실 중에서 CRISPR-Cas를 사용하지 않는 곳은 단 한 곳도 없다."
노벨화학상 뒷이야기: CRISPR의 많은 개척자들
프란시스코 모히카, 비르기니우스 식스니스, 장펑, 처치, ...
▶ 만약 프란시스코 모히카가 없었다면, CRISPR는 문자 그대로 존재하지 않았을 것이다. 스페인 알리칸데 대학교의 미생물학자 모히카는 그 시스템에 이름을 붙여 준 사람이기 때문이다. 1993년, 모히카는 고균(archea)인 할로페락스(Haloferax)에서 특이한 반복적 DNA 시퀀스(repetitive DNA sequence)를 발견했다. 그는 나중에 "원핵생물 전체에 그와 유사한 시퀀스가 분포하며, 파지, (세균을 감염시키는 바이러스인) 파지의 유전물질과 일치한다"는 사실을 증명했다.
2005년 모히카는 "그 시퀀스가 미생물 면역계의 일부"라는 가설을 제시했다. 네덜란드 위트레흐트 대학교의 뤼트 옌센과 함께, 모히카는 「일정한 간격으로 분포하는 짧은 회문성 반복 서열(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)」의 이니셜인 CRISPR라는 용어를 만들었다. 그는 2017년, 샤르팡티에, 다우드나, 장펑, 루치아노 마라피니(뉴욕시 소재 록펠러 대학교)와 함께 올버니 의료센터(Albany Medical Center)의 의학상을 수상하고 상금 50만 달러를 나눠 가졌다.
'CRISPR 시스템을 프로그래밍하여 DNA의 다른 조각을 절단할 수 있다'는 사실을 깨달은 사람은 다우드나와 샤르팡티에뿐만이 아니었다. 두 사람이 'CRISPR?Cas9 시스템으로, 분리된 DNA를 절단할 수 있다'는 내용의 실험을 출판할 때쯤인 2012년, 리투아니아 빌리니우스 대학교의 생화학자 비르기니유스 식스니스는 Cas9 효소를 제어함으로써 미리 정해진 DNA 시퀀스를 절단하는 메커니즘을 기술했다. 2018년, 식스니스는 다우드나, 샤르팡티에와 함께 나노과학 분야의 카블리상(Kavli Prize)을 공동 수상했다(참고 4, 한글번역).
노벨위원회가 장펑(유전학)을 제외하기로 결정한 것은 가장 큰 충격 중 하나였다. 장펑은 샤르팡티에, 다우드나와 함께 늘 'CRISPR로 노벨상을 탈 가능성이 가장 높은 3인조'로 불려 왔기 때문이다. 장펑은 2013년 《Science》에 기고한 논문에서(참고 7), "CRISPR?Cas9 시스템을 변형하여 인간과 생쥐의 유전체를 정밀하게 절단할 수 있다"고 보고했다. 처치도 그 즈음 인간 세포의 DNA를 절단한 연구결과(참고 8)를 발표했다.
※ 참고문헌
1. https://www.nature.com/news/the-quiet-revolutionary-how-the-co-discovery-of-crispr-explosively-changed-emmanuelle-charpentier-s-life-1.19814
2. https://www.nature.com/news/genome-editing-revolution-my-whirlwind-year-with-crispr-1.19063
3. https://www.nature.com/news/crispr-the-disruptor-1.17673
4. https://www.nature.com/articles/d41586-018-05308-5 (한글번역 https://ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=294644&SOURCE=6)
5. https://science.sciencemag.org/content/337/6096/816.long
6. https://www.nature.com/articles/d41586-019-03164-5 (한글번역 https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=309961&SOURCE=6)
7. https://science.sciencemag.org/content/339/6121/819
8. https://science.sciencemag.org/content/339/6121/823
9. https://www.nature.com/articles/d41586-018-05814-6
10. https://www.nature.com/articles/d41586-019-03919-0
11. https://www.nature.com/articles/d41586-019-00673-1
12. https://www.nature.com/articles/d41586-018-07545-0 (한글번역 http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=299978&SOURCE=6)
13. https://www.nature.com/articles/d41586-020-02538-4 (한글번역 https://ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=321283&SOURCE=6)
14. https://www.nature.com/news/why-the-crispr-patent-verdict-isn-t-the-end-of-the-story-1.21510
※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-02765-9
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코로나19가 덮친 8개월, 과학이 밝힌 사실들
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Science
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2020-08-24 12:36
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[표지로 읽는 과학] 코로나19가 덮친 8개월, 과학이 밝힌 사실들2020.08.22 07:00 
국제학술지 네이처는 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)을 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV2)의 모습을 이번주 표지에 담았다. 표지는 저온전자현미경을 통해 관찰된 혈류 속 사스코로나바이러스-2의 모습을 재구성한 것이다. 바이러스를 무력화시키는 노란색 중화항체가 바이러스의 분홍색 스파이크 단백질에 달라붙어 있는 모습이다. 네이처는 중국 우한에서 처음 발견된 코로나19 감염병이 세상에 알려진 후 약 8개월간 과학자들이 지금까지 밝혀낸 주요 과학적 특성들을 정리해 이달 19일 사설 형태로 소개했다. 네이처는 이번 주에는 바이러스와 관련한 연구결과를 소개하고 다음 주에는 코로나19 확산을 막는 방법과 치료제 및 백신 개발 상황을 소개할 예정이다. 2002년 중증급성호흡기증후군(SARS)을 일으키는 사스코로나바이러스(SARS-CoV1)가 출현했을 때 바이러스 게놈의 전체 서열을 파악하는 데는 수개월이 걸렸다. 하지만 이번엔 수 주가 걸렸다. 장용젠 중국 푸단대 교수팀은 올해 1월 11일 코로나19 집단감염이 처음 확인된 우한 화난수산시장에서 일하던 41세 환자의 바이러스 염기 서열을 공개했다. 이후 발견된 바이러스의 염기 서열이 같은 것이 확인되면서 코로나19가 새로운 종의 코로나바이러스가 일으킨 질병임을 전 세계가 알게 됐다. 이 연구는 2월 네이처에 소개됐다. 2월 11일에는 우한 내 병원 코로나19 환자들을 분석한 첫 증상 보고서가 국제학술지 ‘랜싯’에 발표됐다. 호흡기 증상이 주로 확인된 이 병에 걸린 환자의 흉부 엑스레이는 환자의 폐는 부옇게 변했음을 보여줬다. 하지만 이제는 코로나19가 단순한 호흡기 바이러스가 아니라는 점을 모두가 확인했다. 신장과 심장, 간, 뇌를 포함한 폐 이외 기관에서 바이러스가 발견됐고 코로나19 증상이 위장과 신경계, 심혈관 등에서 나타날 수 있다는 것도 알게 됐다. 바이러스가 세포 외부에 돌기처럼 난 스파이크 단백질을 이용해 세포에 침투하는 것도 밝혀졌다. 과학자들은 사스코로나바이러스와 마찬가지로 세포수용체인 ACE2를 이용해 침투하는 것을 알아냈다. 하지만 사스코로나바이러스-2는 사스코로나바이러스보다 10배 더 강하게 ACE2 수용체에 결합하는 것으로 나타났다. 또 TMPRSS2라는 수용체에도 결합할 수 있는 것으로 나타나면서 ACE2를 주요 목표로 삼던 약물인 클로로퀸은 폐세포 감염을 막을 수 없는 것이 확인됐다. 코로나19가 침방울을 통해 퍼져나간다는 것은 확실했다. 문제는 침방울보다 더 작은 에어로졸을 통해서도 전파할 수 있느냐였다. 바닥으로 금방 가라앉는 침방울과 달리 에어로졸은 공기 중에 떠다닐 수 있어 공기 전파의 위험이 때문이다. 미국 국립알레르기및감염병연구소(NIAID) 연구팀은 코로나바이러스가 에어로졸에서 3시간 동안 전염성을 유지한다는 연구결과를 4월 국제학술지 ‘뉴잉글랜드의학저널’에 발표했다. 하지만 아직도 공기감염 전파 여부는 논란거리다. 코로나19의 또 다른 특성인 무증상 감염은 코로나19 확산 초기 대표적 집단감염 사례였던 일본에 정박한 크루즈선 다이아몬드 프린세스에서 처음 밝혀졌다. 다이아몬드 프린세스에서 코로나19 양성 반응을 보인 이들 중 17.9%가 증상이 없는 것으로 나타난 것이다. 홍콩대 연구팀은 바이러스가 증상이 시작되기 전 혹은 발병과 동시에 전파력이 최고조에 달한다는 분석 결과를 4월 국제학술지 ‘네이처 메디신’에 발표하기도 했다.
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유전학 연구로 다시 쓰는 질병의 역사: 바이러스는 언제부터 인류를 공격했나?
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Science
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2020-07-29 13:35
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[바이오토픽] 유전학 연구로 다시 쓰는 질병의 역사: 바이러스는 언제부터 인류를 공격했나?
출처: [BRIC Bio통신원] [바이오토픽] 유전학 연구로 다시 쓰는 질병의 역사: 바이러스는 언제부터 인류를 공격했나? ( https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=319741 )
유전학 연구에서, 천연두를 비롯한 바이러스가 인류를 공격하기 시작한 시기는 지금껏 생각했던 것보다 훨씬 더 일렀던 것으로 밝혀졌다.
천연두의 사망일은 명백하다. 20세기에 3억 명 이상이 천연두로 목숨을 잃은 후 1978년에 마지막 희생자가 보고되었고, 그로부터 2년 후인 1980년 5월 8일 세계보건기구(WHO)는 "두창 바이러스(variola virus)─천연두를 초래하는 바이러스─는 박멸되었다"고 선언했다. 그러나 그 치명적인 바이러스의 출생일(기원)은 지금껏 오리무중이었다. 이제 유전적 증거를 통해 '천연두가 맨 처음 인류를 공격하기 시작한 시기'가 드러나기 시작하고 있다.
수년간 고대인의 유해에서 바이러스의 DNA를 사냥한 끝에, 다국적 연구팀은 지난주 《Science》에 발표한 논문에서 "인간이 천연두에 처음 걸린 시기는 기원후 600년이었다"라고 보고했다(참고 1). 또한 그들에 따르면, 천연두 바이러스가 인간들 사이에서 유행한 시기는 그보다 훨씬 이전─지금으로부터 최소한 1,700년 전, 그러니까 서로마 제국이 멸망할 즈음의 혼란한 시기에, 수많은 사람들이 유라시아 전역으로 이주한 시기─으로 거슬러 올라간다고 한다.
이번 연구는 천연두의 기원에 대한 DNA 증거를 무려 1,000천 년이나 앞당겼다. 2016년 연구자들은 리투아니아의 미라에서 추출된 DNA를 이용해(참고 2), 천연두의 기원을 17세기로 추정한 적이 있었다. "우리가 분석한 바에 따르면, 천연두는 그보다 1,000년 전인 바이킹 시대에 유럽에 꽤 광범위하게 확산되어 있었다"라고 연구팀의 일원인 덴마크 코펜하겐 대학교의 마틴 시코라(진화유전학)는 말했다.
지난 10년 동안 「고(古) DNA 분석」을 통해 역사의 상당부분이 다시 쓰여진 '심각한 감염병'은 천연두뿐만이 아니다. 올해 초 한 연구팀은 "홍역 바이러스─종전에는 9세기경 인간들 사이에서 처음 나타난 것으로 알려져 있었다─가 기원전 6세기 소(牛)에서 인간으로 점프했다"고 보고했다(참고 3). 그들에 따르면, 홍역 바이러스는 (지금은 멸종한) 우역 바이러스(rinderpest virus)에서 갈라져 나온 것으로 보인다고 한다. 시코라가 이끄는 연구팀은 2018년 "B형간염 바이러스가 5,000년 전 청동기시대 이후 인간을 감염시켜 왔다"고 보고했으며(참고 4), 2015년에는 페스트균(Yersinia pestis)이 초래하는 페스트(https://www.nature.com/news/bronze-age-skeletons-were-earliest-plague-victims-1.18633)도 청동기시대에 처음 시작되었다고 보고했다(참고 5).
그러나 모든 유전학 연구가 질병의 기원을 앞당긴 건 아니었다. 2014년 한 독일의 연구팀은 "결핵이 최소한 6,000년 전 인간을 감염시켰다(https://www.nature.com/news/seals-brought-tb-to-americas-1.15748)"고 보고했는데, 이 시기는 '70,000년 전 설(說)'은 말할 것도 없고, 정설이었던 '12,000년 설'보다도 한참 늦다(참고 6).
"이러한 발견들은 '질병이 인간집단에 영향을 미친 메커니즘'에 대한 연구자들의 이해를 뒤흔들고 있다"고 블루밍스턴 소재 인디애나 대학교에서 페스트의 역사를 연구하는 앤 카마이클은 말했다. "DNA 증거에 따르면 페스트나 B형간염과 같은 질병들은 선사시대의 대이동과 관련된 것으로 보이는데, 이는 천연두의 경우에도 마찬가지인 것으로 보인다. 그러나 '인구이동이 질병을 새로운 지역으로 확신시켰는지' 아니면 '질병의 등장이 인간의 이동을 촉발했는지'는 고고학자·역사학자·유전학자들이 해결하고 싶어하는 의문이다."
또한, DNA 증거는 옛날 옛적 천연두의 병독성에 대한 통찰을 제공한다. 예컨대 다국적팀의 이번 연구에 따르면, 바이킹들이 전파했던 (지금은 멸종한) 천연두 계통은 현대의 천연두 계통과 사뭇 다르다고 한다. "우리의 과제는, 유전학과 역사학·고고학을 통합하는 것이다"라고 덴마크 오르후스 대학교의 쇠렌 신드벡(고고학)은 말했다. "우리는 그런 사건들을 면밀히 검토하여 인간적 척도와 일치시킬 수 있다. 하지만 인류의 역사를 다시 쓰는 데는, 좀 더 진일보한 고품질 연대결정이 필수적이다."
옛 병원균의 유전체
「고 DNA 혁명(ancient-DNA revolution)」이 일어나기 전, 연구자들은 골격?또는 그보다 드물지만 미라?에 의존하여 질병(예: 한센병, 매독)의 가시적 증거를 수집하고 전형적 징후를 포착한 다음, 역사적 기록과 크로스 체크해야 했다. 그러나 대부분의 감염병들은 뼈에 가시적 표지를 남기지 않는다. 한편, 일부 질병의 연대에 대한 간접적 단서는 '인간의 방어적 변이(protective mutation)'의 시기와 지리적 분포를 추정함으로써 수집되었다. 예컨대 적혈구에 더피항원(Duffy antigen)이 결핍된 사람들은 말라리아 기생충(Plasmodium vivax)을 방어하는 혜택을 누린다.
연구자들은 1990년대 이후, 인간의 유해에서 병원체의 DNA 단편을 추출할 수 있었다. 그리고 지난 10년 동안 무수한 단편들을 읽을 수 있는 '차세대 DNA 시퀀서'?손상된 DNA를 수백 년 또는 수천 년 후 시퀀싱하는 데 유용하다?가 등장하자, 연구자들은 고(古)병원체의 전장유전체(entire genome)를 재구성할 수 있게 되었다. 그리하여 2011년, 과학자들은 (14세기에 수천 명의 흑사병 희생자들이 묻힌 런던의 한 묘지에서 발굴한 4개의 골격에서 수집된) 흑사병균(Y. pestis)의 유전체(https://www.nature.com/articles/478444a)를 사상 최초로 출판하는 개가를 올렸다(참고 7).
"요즘에는 옛 사람들의 유해에서 알려진 병원체를 검색하는 게 일상사가 되었다"고 영국 케임브리지 대학교에서 천연두를 연구하는 에스키 윌레슬루(진화유전학)는 말했다. 이번 연구는 첫 번째 밀레니엄 후기에 일어난 바이킹 이동(Viking diaspora)의 지도를 작성하기 위한 프로젝트(참고 8)의 일환으로 시작되었지만, 어쩌다 보니 초대형 분석으로 발전했다. 연구팀은 32,000년 전부터 150년 전 사이에 유라시아와 아메리카 대륙에 살았던 1,867명의 사람들에게서 추출된 DNA를 분석했다. 그들은 그중 26명에게서 (현대의 천연두 바이러스와 유사한) 천연두 바이러스의 DNA를 발견하고, 그 사람들의 유해로 다시 돌아가 표적지향 포착(targeted capture)?실험실에서 합성된 DNA를 이용해, 뼈나 치아에서 그와 유사한 가닥을 찾아내는 기법?을 이용해 더 많은 천연두 바이러스 DNA를 발견했다. ("연구팀은 바위뼈(petrous bone)?귀에 가까운 두개골의 일부?에 집중했는데, 그 이유는 포유류의 뼈 중에서 가장 빽빽해서 DNA를 많이 보존하고 있기 때문이다. 그러나 병원체는 치아에서 나타날 가능성이 더 높은데, 그 이유는 바위뼈보다 혈류가 많이 흐르기 때문이다"라고 윌레슬루는 말했다.)
26명 중 11명의 연대는 기원후 600~1050년으로 바이킹 시대와 겹치며, 오늘날의 스칸디나비아·러시아·영국에 거주했다. 한 명은 영국 옥스퍼드의 공동묘지에서 발굴되었으며, 1002년 성(聖)브라이스일 대학살(St Brice’s Day Massacre)?잉글랜드의 왕 에설레드 2세(Ethelred the Unready)가 데인 족(9-11세기에 영국에 침입한 북유럽 사람)으로 확인된 사람을 모조리 죽이라고 명령한 사건?때 사망한 것으로 추정된다. 4명의 바이킹 시대 사람들은, 연구자들이 두창 바이러스의 유전체를 거의 완벽하게 재구성하는 데 충분한 바이러스 DNA를 제공했다. 그런데 놀랍게도, 바이킹 시대의 사람들을 감염시킨 바이러스 계통은 19-20세기 바이러스 계통의 직계조상이 아닌 것으로 밝혀졌다. "그것(바이킹 시대인을 감염시킨 천연두 바이러스)은 어느 시점에 멸종한 별도의 가문(진화적 계통)이며, 우리가 아는 범위에서 오늘날에는 더 이상 존재하지 않는다"라고 시코라는 말했다.
연구팀은 분자시계 접근방법을 이용하여 그 가문들의 족보를 추적했다. 즉, 그들은 '바이킹 시대 가문'과 '현존하는 가문' 간의 차이를 측정한 다음. '유전적 차이가 축적되는 속도'를 이용하여 '두 가문이 분기(分岐)한 이후 경과한 시간'을 계산했다. 그 결과, 두 가문의 마지막 공통조상은 지금으로부터 약 1,700년 전 지구상에 존재했던 것으로 밝혀졌다.
"하지만 인간이 최초로 천연두에 걸린 시기가 1,700년 전이라고 단정할 수는 없다"고 이번 연구에 참여한 베를린 샤리테 대학병원과 케임브리지 대학교의 계산생물학자인 테리 존스는 말했다. "1,700년 전은 지금껏 수집된 다양한 바이러스들의 유합일(date of the coalescence)일 뿐이다." 물론 인간이 그보다 훨씬 이전에 천연두에 걸렸을 가능성은 낮다. "우리는 청동기시대·신석기시대·중석기시대(기원전 약 15000년~1200년)의 사람들을 충분히 살펴봤지만, 두창 바이러스를 발견하지 못했다. 따라서 천연두 바이러스가 3,000~4,000년 전 광범위하게 유행했을 가능성은 낮다"고 윌레슬루는 말했다.
다른 연구자들은, 두창 바이러스가 1,700년 전보다 훨씬 전에 인간을 감염시켰을 거라고 추측해 왔다. 역사적 기록에 따르면, 3,000여 년 전 천연두와 유사한 질병이 인간과 함께 있었으며, 심지어 기원전 12세기에 젊은 파라오 라메데스 5세(Rameses V)의 목숨을 앗아간 것으로 되어 있다. 그러나 라메세스 5세가 정말로 천연두에 걸렸었는지, 설사 그가 천연두에 걸렸더라도 사망했는지 여부를 확신할 수 있는 사람은 아무도 없다. 최신 DNA 증거는 그 의문을 해결하는 데 아무런 도움이 되지 않으며, 현재 이집트에서 수행되고 있는 「이집트 왕실 미라의 DNA 분석 프로젝트」의 결과는 2022년에 발표될 예정이다.
천연두 연구에 관여하지 않은 과학자들은, 이번 연구결과를 인상 깊게 생각하고 있다. "이번 연구는, 우리가 완전히 간과했던 천연두 바이러스 계통이 존재했음을 증명했다"라고 투손 소재 애리조나 대학교의 마이클 워로비(진화생물학)는 말했다. 그러나 (2016년에 천연두 연구를 수행했던) 캐나다 맥마스터 대학교의 헨드릭 포이나(고유전학)는 '바이킹 시대 가문'과 '현존하는 가문' 간의 차이가 크다는 점을 지적하며, "바이킹들이 앓았던 질병은, 우리가 알고 있는 천연두가 아닐 수 있다"고 주장했다.
"우리의 주장에는 나름의 근거가 있다. 예컨대 누적된 유전자불활성화(gene inactivation)가 바이러스의 병독성을 증가시킨 것으로 보인다. 100% 장담할 수는 없지만, '17세기 이전에 천연두가 유행했으며 그 증상이 경미했다'는 주장은 상당한 신빙성이 있다"고 존스는 말했다.
질병의 역사 다시 쓰기
고(古)병원체(예: 페스트균, B형간염 바이러스, 천연두 바이러스)에 관한 연구들에서, 질병의 징후를 보이지 않는 유해에서 병원체를 탐지하는 게 가능한 것으로 밝혀졌다. 따라서 이제 과학자들은 그들의 분석을 굳이 흑사병 구덩이(plague pit) 속의 유해에 국한시킬 필요가 없게 되었다. 이는 '병원체가 고대세계에 미친 영향'을 더욱 포괄적으로 분석하는 데 도움이 된다.
병원체 유전형(pathogen genotype)의 분포와 경시적(經時的) 변화과정은, 인류 조상들의 이동과정에 한 줄기 빛을 비출 것으로 보인다. 예컨대, 동유럽의 초원에서 유럽으로 이주한 얌나야 유목민의 치아 속에 보존된 페스트균(Y. pestis)은, 그 침입자들이 기원적 3500년 이후 페스트를 퍼뜨림으로써 신석기 농경사회의 몰락을 가속화시켰다는 이론을 낳았다. "그러나 그 이론은 아직 논란이 많은데, 그 이유는 '얌나야인이 유럽에 도착하기 1,000년 전 신석기시대의 몰락이 진행되고 있었다'는 고고학적 증거가 있기 때문이다"고 독일 마인츠 소재 라이프니츠 고고학연구소의 데틀레프 그로넨보른(고고학)은 말했다.
그러나 지금껏 시퀀싱된 고병원체의 전장유전체가 겨우 200개?각 병원체별로 겨우 몇 개씩?에 불과하므로(참고 9), 현재로서 계통발생학적 분석(phylo-genetic analysis)에서 도출된 결론은 제한적일 수밖에 없다. 심지어 현재의 팬데믹에서 수만 개의 SARS-CoV-2 유전체가 분석되었음에도 불구하고, 연구자들은 간혹 '바이러스의 확산경로'에 대해 잘못된 결론을 내리고 있다(참고 10). "과거로 거슬러 올라갈수록 샘플의 수가 더욱 적어지므로, 확대해석의 위험은 더욱 증가한다"고 포이나는 말했다.
연구자들에 따르면, 바이러스의 진화사를 이해하면 인간을 미래의 질병에서 보호하는 데 도움이 된다고 한다. "바이러스가 진화하는 방향을 예측하기는 매우 어렵다"라고 이번 연구의 공저자인 덴마크 코펜하겐 대학교의 라세 비너(바이러스학)는 말했다. "그러나 그들이 어디에서 왔는지를 알면, 변이의 가능성을 더 잘 이해할 수 있다." 한편 미국질병통제예방센터(CDC)에서 천연두를 연구하는 안드레아 맥컬럼(역학)은 이렇게 말한다. "바이러스의 계통수를 작성하면, 현재 남아 있는 천연두 백신 재고가 관련된 오소폭스바이러스(orthopox virus)를 무찌르는 데 사용될 수 있는지를 알아내는 데 도움이 된다."
한편 질병의 역사를 연구하는 사람들은, 자신들이 새로운 의문에 대답할 수 있음을 깨닫고 있다. 예컨대 2011년 Y. pestis가 흑사병을 초래했다(https://www.nature.com/articles/478444a)는 사실이 밝혀짐으로써, 14세기 유럽을 휩쓸었던 팬데믹의 원인을 둘러싼 논쟁이 종식되었다. 그리고 흑사병의 균주가 현대적인 Y. pestis와 매우 비슷했던 것으로 알려짐으로써, 역사가들은 새로운 의문을 제기하게 되었다. 그것은 "현대 이전의 흑사병이 현대의 흑사병보다 더 치명적이었던 이유가 뭘까?"이다. 동반질병(co-morbidity)과 생활방식(way of life)이 부분적인 이유가 될 수 있지만, 그 대답은 아직 불분명하다. "그 의문을 해결하는 것은 유전학자의 일이 아니라 역사학자의 일인 듯하다"라고 그녀는 말했다.
※ 참고문헌
1. https://science.sciencemag.org/content/369/6502/eaaw8977
2. https://doi.org/10.1016%2Fj.cub.2016.10.061
3. https://doi.org/10.1126%2Fscience.aba9411
4. https://doi.org/10.1038%2Fs41586-018-0097-z
5. https://doi.org/10.1016%2Fj.cell.2015.10.009
6. https://doi.org/10.1038%2Fnature13591
7. https://doi.org/10.1038%2Fnature10549
8. https://doi.org/10.1101/703405
9. https://doi.org/10.1038%2Fs41576-019-0119-1
10. https://doi.org/10.1101/2020.05.21.109322
※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-02083-0
출처: [BRIC Bio통신원] [바이오토픽] 유전학 연구로 다시 쓰는 질병의 역사: 바이러스는 언제부터 인류를 공격했나? ( https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=319741 )
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[Science]지의 COVID-19
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Science
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2020-03-27 14:28
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전 세계 여기저기가 다 난리지만, 과학계도 COVID-19에 지대한 관심을 가지고 있다. ('관심'이라는 표현이 맞는지는 모르겠다)
이번 주 <Science>지만 보아도 그렇다. 일단 표지가 COVID-19다.
편집자가 쓴 난(Editorial)의 제목은 "COVID-19 needs to a Manhattan Project"다. 읽어보지 않아도 무슨 내용인지 알겠다. 백신과 치료제 개발에 맨하탄 계획에 맞먹는 집중적인 연구와 실행이 필요하다는 얘기.
<In Depth>난에는 "Race to find COVID-19 treatments accelerates"와 "With COVID-19, modeling takes on life and death importance"라는 제목의 글이 2개나 실렸다. 
<Letters>난에는 "Misguided drug advice for COVID-19"라는 글이 실렸다. 코로나 19에 대한 잘못된 치료에 대한 글인데, 일반적인 가짜 뉴스 얘기(헤어드라이기 같은)는 아니다. 치료제 개발에 관한 글이다. 주로 SARS 치료제로 쓰였던 약제나 angiostensin converting enzyme (ACE) 2에 관한 얘기. 또한 중국 얘기도 있는데("COVID-19 drives new threat to bats in China"), 지금 박쥐 얘기를 할 때는 아닌 것 같은 생각도 든다. 그리고 "Travel restrictions violate international law"란 제목의 글도 있는데, 다소 논란이 될 수도 있는 주장 같다.
그런데 정식 scientific paper를 다루는 <Research Articles>나 <Reports>에는 COVID-19에 대한 논문은 없다. 아직인가? 대신 SARS-CoV-2에 관한 논문이 하나 있다. 임상적인 data를 다루는 저널들인 <Lancet>이나 <NEJM> 같은 저널들과는 좀 다른 모습이다.
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숨은 감염(covert infection), 새로운 집단감염 파종할 수 있어
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Science
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2020-03-23 15:20
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[바이오토픽] 숨은 감염(covert infection), 새로운 집단감염 파종할 수 있어
출처: [BRIC Bio통신원] [바이오토픽] 숨은 감염(covert infection), 새로운 집단감염 파종할 수 있어 (https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=315349)
과학자들은 병원체를 확산시킬 수 있는 경증 내지 무증상 환자의 비율을 추정하느라 분주하다.
Scientists have been unable to agree on what role asymptomatic transmission plays in spreading Covid-19. Illustration: Perry Ts / South China Morning Post (참고 1)
전 세계에서 코로나바이러스 집단감염이 급증함에 따라, 연구팀들은 핵심적인 역학적 수수께끼인 「경증 내지 무증상으로서, 타인에게 바이러스를 확산시킬 수 있는 감염자의 비율」을 추정하는 데 몰두하고 있다. 이러한 숨은 사례(covert case)를 세밀히 추정한 연구팀 중 일부는 "그들이 모든 감염 중 약 60%를 차지한다"고 제안하고 있다.
많은 과학자들은 "증상이 없어 탐지되지 않은 숨은 사례의 풀(pool)이 존재한다"고 의심해 왔다. 왜냐하면 '알려진 COVID-19 사례'나 '유행병 진원지로의 여행'과 무관한 감염자 수가 증가하고 있기 때문이다. 대부분의 경증환자들은 의학적 도움이 필요할 정도로 아프지 않아 탐지방법(예: 체온체크)을 슬그머니 빠져나갈 수 있으므로, '그런 현상의 정도'와 '그것이 바이러스 확산과정에서 수행하는 역할'은 오리무중인 채로 남아 있다.
"무증상 및 경증사례의 비율을 이해하는 것은, 이처럼 특별한 유행병의 추동요인을 이해하는 데 매우 중요할 것으로 보인다"라고 미네소타 대학교 미네아폴리스 캠퍼스 부설 감염병연구 및 정책 센터(Center for Infectious Diseases Research and Policy)의 마이클 오스터홀름 소장은 말했다.
한편, 다른 연구팀은 미보고사례(unreported case)의 수를 이해하려고 노력하고 있다(참고 2). 그들은 '관계당국의 불충분한 검사로 인한 누락'이나 '전임상사례(preclinical case)?잠복기에 있어, 아직 증상을 보이지 않는 경우?'와 관련된 사례를 분석하고 있다.
탐지되지 않은 사례
숨은 감염(covert infection)의 정도를 측정하기 위해, 중국과 미국의 연구팀은 집단발병의 진원지(중국 후베이성 우한)의 보건당국에 보고된 확진판정자 26,000명의 임상 데이터를 이용하여 모델을 만들었다.
3월 6일 출판전 서버에 업로드된 논문에서(참고 3), 연구팀은 "2월 18일 현재, 우한에는 보건당국이 몰랐던 감염자가 37,400명 존재하고 있었다"고 제안했다. 연구팀에 따르면, 그런 미보고사례 중 대부분은 경증 또는 무증상환자이지만, 여전히 전염능력이 있었다고 한다.
"가장 보수적으로 추정할 때, 감염자 중에서 최소한 59%는 검사를 받지 않은 채 왕래하며 잠재적으로 다른 사람들을 감염시켰다"라고 이번 연구를 이끈 우한 소재 화중과기대학(?中科技大?)의 공중보건 전문가 우 탕춘은 말했다. "이는 바이러스가 후베이에서 왜 그렇게 빨리 확산되어 현재 전 세계에서 유포되고 있는지를 설명해 주는 듯하다."
"연구팀의 결과는, 그보다 훨씬 작은 데이터세트에 기반한 다른 연구들의 추정치 범위 내에 있다"라고 런던 위생열대의학대학원(London School of Hygiene and Tropical Medicine)의 애덤 쿠차르스키(질병 모델러)는 말했다. "그것은 우리가 보유한 데이터세트 중 최신·최선이며, 방법론도 훌륭하다."
그러나 연구팀의 모델은, 모든 지역사회의 구성원들의 '타인과의 접촉기회'가 동일하다고 가정했다. "현실적으로, 우리는 가족·친구·동료라는 소규모 그룹과 상호작용할 기회가 더 많다"라고 조지아 주립대학교 애틀랜타 캠퍼스의 제라도 초웰(수리역학)은 말했다. "연구팀은 동질적인 혼합(homogeneous mixing)을 가정함으로써 전염률을 과대평가함과 동시에 경증 및 무증상 감염의 수를 과장했다. 그러나 결과는 얼추 들어맞는다."
누적되는 증거들
다른 연구팀은 2월 초 우한에서 대피한 후 반복적으로 바이러스 및 증상 검사와 모니터링을 받은 565명의 일본인들을 분석했다. 그들은 3월 13일 《International Journal of Infectious Diseases》에 실린 논문에서(참고 4), 13명의 대피자가 감염되었고, 그중 네 명(31%)은 무증상자였다"고 보고했다.
"그러나 무증상사례에 관한 '가장 잘 기술된 증거'는 다이아몬드 프린세스호에서 나왔다고 볼 수 있다. 그것은 2월 호 일본해에 떠 있을 때 집단감염을 맞았다"라고 초웰은 말했다. 그 배는 격리되었고, 3,711명의 승객과 승무원들이 반복적인 검사와 면밀한 모니터링을 받았다.
초웰은 3월 12일 《Eurosurveillance》에 실린 모델링 연구에서(참고 5), 약 700명의 다이아몬드 프린세스 확진자 중 약 18%가 무증상자였다고 보고했다.
"그러나 다이아몬드 프린세스 감염자들은 많은 노인들이 포함된 '특별한 집단'임을 명심해야 한다"라고 초웰은 말했다. "노인들은 신종 코로나바이러스에 감염되었을 때 예후가 불량한 경향이 있다. 그러므로 나는, '일반적인 집단' 중 무증상감염자의 비율이 (일본 연구팀이 보고한) 31%에 매우 가까울 거라고 생각한다."
초웰은 많은 연구결과들을 종합하여, '무증상사례 + 경증사례'의 비율을 40~50%로 추정했다.
바이러스 배출(viral shedding)
그러나 경증 내지 무증상 환자들이 다른 사람을 감염시킬 수 있을까? 3월 8일 출판전 서버에 업로드된 논문에서, 한 독일 연구팀은 "COVID-19에 감염된 사람들을 검사(구강 면봉법)한 결과, 그중 일부의 구강에서 초기(그러니까 증상이 경미할 때)에 많은 바이러스가 검출되었다"고 보고했다(참고 6). 이는 신종 코로나바이러스가 기침이나 재채기를 통해 쉽게 방출되어?이것을 바이러스 배출(viral shedding)이라고 한다?, 다른 사람에게 확산될 수 있음을 의미한다.
다른 연구팀(중국)은, 17명의 COVID-19 환자에게서 발병 직후 많은 바이러스를 탐지했다. 설상가상으로, 또 한 명의 감염자는 무증상자임에도 불구하고 유증상자와 비슷한 양의 바이러스를 배출한 것으로 나타났다. 그들은 이 연구결과를 3월 19일 《The New England Journal of Medicine》에 발표했다(참고 7).
이상의 두 연구는, 질병의 상이한 단계에서 바이러스가 배출되는 정도를 디테일하게 분석한 최초의 연구다. "이는 지금껏 많은 과학자들이 품었던 의문을 해결했다. 즉, 일부 감염자는 경증이나 무증상일 때도 전염력이 높을 수 있다. 단, 그런 환자의 비율이 어느 정도인지는 아직 미지수다"라고 오스터홀름은 말했다.
많은 과학자들은, 이러한 상황이 '어린이들의 바이러스 감수성 과소평가'로 이어질 것을 우려하고 있다. 한 연구팀은 700여 명의 중국 어린이들을 조사하여, 그중 56%가 경증 내지 무증상이었다고 보고했다(참고 8).
"만약 이번 연구결과가 타당하다면, (팬데믹에 기름을 붓는) 경증 및 무증상 사례들을 억제하는 조치가 시급히 요망된다"고 연구자들은 말하고 있다. 그들은 학교 문을 닫고, 대중 집회를 취소하며, 사람들로 하여금 공적 장소 출입을 삼가고 집에 머물 게 할 것을 요구하고 있다.
"강력한 사회적 거리 두기 조치를 취하는 것이, 바이러스의 확산을 막는 유일한 방법이다"라고 초웰은 말했다.
※ 참고문헌
1. https://www.scmp.com/news/china/society/article/3076323/third-coronavirus-cases-may-be-silent-carriers-classified
2. https://science.sciencemag.org/content/early/2020/03/13/science.abb3221
3. https://doi.org/10.1101/2020.03.03.20030593
4. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2020.03.020
5. https://doi.org/10.2807%2F1560-7917.ES.2020.25.10.2000180
6. https://doi.org/10.1101/2020.03.05.20030502
7. https://doi.org/10.1056%2FNEJMc2001737
8. https://doi.org/10.1542%2Fpeds.2020-0702
※ 출처: https://www.nature.com/articles/d41586-020-00822-x
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...
출처: [BRIC Bio통신원] [바이오토픽] 숨은 감염(covert infection), 새로운 집단감염 파종할 수 있어 (https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=315349)
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범(汎)유행병 되려나? 코로나바이러스, 위험한 새 국면에 진입할 조짐
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Science
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2020-02-26 17:13
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[바이오토픽] 범(汎)유행병 되려나? 코로나바이러스, 위험한 새 국면에 진입할 조짐 번역 by 양병찬
"신종 코로나바이러스는 조만간 막을 수 없는(unstoppable) 국면에 진입할 수 있다." 중국 밖에서 발생하는 집단발병의 수(數)와 규모가 신속히 급증하는 것을 우려한 과학자들은 말한다. 일부 과학자들은 심지어 'p'로 시작되는 단어, 즉 범유행병(pandemic)을 들먹이고 있다.
한국에서는 900명 이상이 감염되었는데, 그중 상당수는 대구의 집단감염에 포함되어 있다. 그리고 최근 며칠 동안 이탈리아 북부에서 300여 명이 감염되어 약 10명이 사망하자, 이탈리아 보건당국은 혼비백산하고 있다. 가장 우려되는 것은, 이란의 집단감염에서 최소한 15명이 사망했으며, 숫자를 알 수 없는 사람들이 중동의 다른 나라에 이미 바이러스를 퍼뜨렸다는 것이다.
최근의 갑작스러운 감염자 급증?이중 상당수는 중국과 무관한 게 분명하고, 일부는 몇 주 동안 탐지되지 않고 진행되었다?현상은, COVID-19을 초래한 바이러스를 억제하는 게 더 이상 불가능함을 의미할 수 있다.
"특히 이란과 이탈리아에서(그리고 한국에서) 기존에 인식되지 않은 감염이 확인되었다는 것은, 코로나바이러스를 억제하는 게 진짜로 불가능할 수도 있음을 보여 준다"라고 홍콩 대학교의 벤 카울링(감염병역학)은 말했다.
작금의 사태는, 코로나바이러스의 확신을 막기 위해 새로운 전략이 필요함을 의미한다고 과학자들은 말한다. 그런 전략에는, 중국 밖에서 사회적 상호작용(social interactions)을 제한하기 위한 훨씬 더 광범위한 조치, 이를테면 휴교 등이 포함된다. 그러나 그런 조치들을 가장 효율적으로 시행하려면, 연구자들은 집단발병에 대한 핵심의문을 해결해야 한다. 그중 하나는 '어린이들이 어른만큼 바이러스를 널리 퍼뜨릴 수 있는가'이며, 또 하나는 '어린이들이 감염에 취약한가'이다.
범유행병의 가능성 「범(汎)유행병」은 '여러 지역에서 걷잡을 수 없이 확산되는 감염'으로 대략적으로 정의된다. 세계보건기구(WHO)의 당국자들은 2월 24일, 글로벌 코로나바이러스 집단발병은 아직 범유행병으로 여겨지지 않는다고 말했다. "이 바이러스가 범유행병의 잠재력을 지니고 있을까? 그렇다. 그런데 우리가 그런 단계에 진입했을까? 우리의 평가에 따르면, 아직 아니다"라고 WHO의 테드로스 아드하놈 게브레예수스 사무총장은 말했다. WHO는 이탈리아와 이란에 전문가팀을 파견하여, 집단발병의 통제를 돕고 있다.
그러나 다른 과학자들은 세계적 감염사례의 급증을 지적하며, 그것은 이미 두 달째 계속되고 있는 집단발병의 티핑포인트(tipping point)를 의미한다고 말한다. "WHO가 뭐라고 말하든, 나는 범유행병의 역학적 조건이 충족되었다고 생각한다"라고 하버드 의대의 마크 립스티치(감염병역학)는 말했다. "거의 모든 합리적인 정의에 따르면, 현재 범유행병이 진행되고 있다는 증거가 포착되고 있다."
"예컨대, 미국에서 지역사회 확산이 일어날 가능성이 높다"라고 조지아주 애틀랜타 소재 미국질병통제예방센터(CDC)의 당국자는 2월 25일 기자회견에서 말했다. "문제는 '미국에서 지역사회 확산이 과연 일어날 것인가?'가 아니라, '언제 일어날 것인가?'다"라고 CDC 산하 국립 예방접종 및 호흡기질환센터(NCIRD: National Center for Immunization and Respiratory Diseases)의 낸시 메소니어 소장은 말했다.
연구자들에 따르면, 이란에서 발생한 사망이 특히 골칫거리라고 한다. "만약 첫 번째 사례가 치명적인 것으로 확인된다면, 그건 감염이 이미 몇 주 동안 진행되었음을 의미한다"라고 카울링은 말했다.
"최근 몇 주 동안 레바논, 이란, 그리고 (이란에서 확산된) 그 밖의 나라에서 많은 사례가 발견되었다는 것은 심히 우려스럽다"라고 영국 사우스햄튼 대학교의 앤드루 테이텀(지리학)는 말했다. 테이텀이 이끄는 연구팀은, 코로나바이러스의 글로벌 확산을 모델링하고 있다. "대부분의 이란인들은 해외여행을 하지 않는데, 이는 이란에 수많은 미확인사례가 존재하며, 코로나바이러스가 오랫동안 유포되어 왔음을 시사한다"라고 그는 덧붙였다. "이란의 사례는 빙산의 일각이라고 생각된다. 왜냐하면, 현재 보고되고 있는 것은 최악의 사례이기 때문이다"라고 영국 에든버러 대학교의 데비 스리다르(공중보건 연구자)는 말했다.
방역망의 구멍 범유행병의 자격이 있든 없든, 립스티치와 다른 과학자들은 "지난 1개월여 동안 중국 밖에서 집단발병이 증가하는 것을 막을 수 있었던(것으로 보이는) 억제수단들이, 조만간 실행불가능하게 될 것"이라고 말한다. 그런 노력들 중에는, 감염자와 밀접접촉자(close contact) 들을 신속히 확인하여, 더 이상의 전염을 방지하기 위해 격리하는 방법이 포함되어 있었다. "일부 감염자들이 방역망에서 빠져나가 다른 사람들을 감염시켰지만, 기존의 방역망은 그들을 확인하지 못했다. 내 생각에는 대부분의 나라와 지역사회 들이 충분한 자원을 보유하지 않아, 그들을 추적하지 못했던 것 같다"라고 립스티치는 말했다.
글로벌 집단감염을 '범유행병'으로 지정하는 것을 연기하기로 한 WHO의 결정은 부분적으로, '중국에서의 감염이 1월 23일 ~ 2월 2일에 정점을 찍었다'는 데이터에 기반한다. 그리고 바이러스의 진원지인 우한을 비롯한 도시들의 부분적 봉쇄와 같은 통제수단이 주효하여, 새로운 사례의 발생을 방지했다는 점도 한몫했다고 볼 수 있다.
그러나 카울링에 따르면, 그런 수단들은 보다 큰 범위와 규모에서 먹혀들지 않는다고 한다. 왜냐하면, 봉쇄는 고작해야 몇 주 동안 효과를 발휘하며, 완화된 격리로 인해 감염된 사람들이 도시를 빠져나감에 따라 새로운 집단발병의 씨앗을 파종할 위험성이 상존하기 때문이다. "우리는 '도시를 완전히 봉쇄하거나 사람들의 이동을 중단시키지 않고 전염을 감소시킨다'는 관점에서, 지속가능한 수단을 신중히 모색해야 한다"라고 카울링은 말했다.
어린이들의 역할 카울링이 말하는 '지속가능한 수단'에는 사회적 거리 유지(social distancing)가 포함된다. '사회적 거리 유지'란 사람들이 서로 만날 평균적 기회를 줄이는 것을 말한다. "내 생각에는, 대부분의 나라들이 조속한 시일 내에 다양한 형태의 '사회적 거리 유지' 체제로 전환해야 한다. 그것은 '감염된 사람이 누구인지'에 의존하지 않는다"라고 립스티치는 말한다.
"예컨대, 1918년에 일어난 인플루엔자 범유행병(일명 '스페인독감')에 대한 연구결과에 따르면(참고 1), "초기에 학교·교회·극장과 같은 공공장소를 폐쇄한 도시들은, 뒤늦게 그런 조치를 취한 도시들보다 감염률과 사망률이 낮았다"고 한다.
그러나 역학자들에 따르면, 현재의 집단발병과 코로나바이러스에 대한 지식이 워낙 빈약하여, 그런 사회적 거리 유지 수단을 효과적으로 실시할 수 없다고 한다. "그런 조치를 시행할 적기(適期)를 결정하려면, 더 많은 연구가 필요하다"라고 카울링은 말했다. 가장 흔한 수단 중 하나인 휴교는, '어린이들이 코로나바이러스를 전파하는 데 있어서 중요한 역학을 수행한다'는 과학적 증거가 확보될 경우에만 시도할 가치가 있다. 일부 보고에 의하면, 어린이들은 감염될 경우 심각한 증상을 겪을 가능성이 낮다고 하지만, 연구자들은 '어린이가 어른보다 감염에 취약한지'나 '타인에게 바이러스를 쉽게 퍼뜨릴 수 있는지' 여부를 알지 못한다. "가장 시급히 해결해야 할 의문 중 하나는 바로 그것이다"라고 카울링은 말한다. "계절성 및 범유행성 인플루엔자의 경우, 어린이들이 확산 과정에서 중요한 역할을 수행한다"라고 립스티치는 말했다. "그러나 신종 코로나바이러스의 경우, 내가 아는 범위에서 그것은 미지수다."
"어린이가 COVID-19의 확산과정에서 수행하는 역할을 결정하는 최선의 방법은," 립스티치는 말한다. "긴밀히 연관된 사례들을 분석하는 것이다. 예컨대, 하나의 가정을 대상으로 '바이러스가 확산된 과정'과 '어린이가 제일 먼저 감염되어 다른 구성원에게 바이러스를 전파했는지 여부'를 결정하는 방법을 생각해 볼 수 있다."
면역력의 문제 만약 신종 코로나바이러스가 보편화되어 지역사회에서 널리 전파된다면, 연구자들은 '사람들이 바이러스에 감염된 후 면역력을 획득하는 메커니즘'을 분석하고 싶어 할 것이다. "연구자들은 '감염된 사람들은 「특정한 기간 동안의 재감염」에 대한 면역력을 획득한다'고 가정한다"고 립스티치는 말한다. "그러나 그 기간이 어느 정도인지는 불투명하다. 보통감기(common cold)를 초래하는 코로나바이러스에 감염된 후의 면역력은 오래 지속되지 않는다. 따라서, 신종 코로나바이러스의 경우에도 면역력의 지속기간이 길지 않을 것으로 예상된다." 이러한 의문을 해결하는 방법은, 감염에서 회복된 사람들을 대상으로 시간경과에 따라 항체의 수준을 검사하는 것이다.
"COVID-19에 대응한다는 것은, '억제'나 '완화'의 문제가 아니다"라고 런던 위생 열대의학대학원(London School of Hygiene and Tropical Medicine)의 데이비드 헤이먼(역학)은 말한다. "이탈리아나 한국과 같은 나라들은 가능한 한 감염을 억제하고 전파자를 추적하려고 노력하는 한편, 완화조치를 준비할 것이다. 그러나 사람들은 당장의 실적에 지나치게 집착하는 것 같다. 이런 때일수록 기본에 충실해야 한다. 내 생각에, 가장 중요한 것은 집단발병의 성격과 대처방안을 근본적으로 이해하는 것이다."
※ 참고문헌
1. Hatchett, R. J., Mecher, C. E. & Lipsitch, M. Proc. Natl Acad. Sci. USA 104, 7582?7587 (2007); https://doi.org/10.1073%2Fpnas.0610941104
※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-00551-1
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Science 선정: 올해의 획기적인 연구(Breakthrough of the Year)
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Science
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2019-12-26 15:00
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[바이오토픽] Science 선정: 올해의 획기적인 연구(Breakthrough of the Year)
《Science》의 편집자와 작가들은 매년 최고의 연구성과를 선정하여 "올해의 획기적인 연구(Breakthrough of the Year)"라는 영예를 선사한다. 올해의 영예는 「최초의 블랙홀 이미지 포착」에 돌아갔는데, 그것은 10여 년에 걸친 각고의 노력의 결정판이다. 그러나 2019년에는 그것 말고도 이야기할 만한 과학적 진보가 많았다. 고인류의 선명한 사진에서부터 유망한 에볼라 치료제에 이르기까지...
《Science》의 리포터와 편집자들은 여러 건의 "차점자들"과 한 건의 "올해의 획기적인 연구(Breakthrough of the Year)"를 선정하여 발표한다. 그러나 주인공은 맨 마지막에 나오는 법. "올해의 획기적인 연구"를 공개하기 전에, "차점자들"을 먼저 소개한다.
1. K-Pg의 영향과 여파(참고 1) 연구자들은 멕시코 칙술루브 충돌구(Chicxulub crater)의 암석에 구멍을 뚫었다. 그렇게 얻어진 암석의 코어(core)는, 소행성 충돌이 공룡을 멸종시킨 사건에 대한 연대기를 분단위로(minute-by-minute) 디테일하게 제공했다. 그리고 그 밖의 연구에서는, 소행성 충돌이 수천 킬로미터 떨어진 곳에 있는 생물들을 즉시 파괴한 메커니즘과, 향후 수천 년에 걸쳐 포유동물과 식물들이 복구된 메커니즘을 밝혀냈다. 
한 팀의 물리학자들은, 자신들이 개발한 기초적인 양자컴퓨터가 200초 만에 어떤 계산을 수행함으로써 전통적인 슈퍼컴퓨터를 압도했다고 발표했다. 이 성과는 양자우위(quantum supremacy)로 알려졌으며, 완벽하게 작동하는 양자컴퓨터를 향한 머나먼 여정의 유의미한 이정표가 되었다. 
인공지능시스템은 지금껏 온갖 복잡한 '2인조 게임'들을 하나씩 하나씩 정복해 왔다. 그러나 올해에는 플러리버스(Pluribus)라는 시스템이 기록을 갈아치웠다. 플러리버스는 무제한 텍사스 홀덤 포커(Texas Hold'em poker)에서 벌어진 수천 번의 '6인조 게임'에서 인간 고수들을 제압했는데, 그것은 기존의 과제와는 차원이 다른 엄청나게 복잡한 과제였다.
4. 뚜렷해진 데니소바인의 모습(참고 4)
'네안데르탈인의 멸종한 사촌'인 데니소바인은 지금껏 시베리아의 동굴에서 발견된 '변변찮은 화석 조각'으로만 알려져 있다. 그러나 그들의 유전적 흔적은 현생인류, 특히 멜라네시아와 호주의 원주민에서 발견된다. 과학자들은 올해에 새로운 단백질 분석방법을 이용하여, 티베트의 고원에서 에서 발견된 턱뼈의 임자가 데니소바인임을 확인했다. 그건 시베리아 이외의 지역에서 사상 최초로 발견된 데니소바인의 물리적 흔적(유골)이다. 그리고 또 다른 연구팀은 유전적 데이터를 이용하여 데니소바인 소녀의 얼굴을 재구성했다. 
효과적인 에볼라 치료법을 찾으려는 노력은 좌절의 연속이었다. 그러나 올해 에볼라가 집단적으로 발병하고 있는 콩고민주공화국에서 수행된 임상시험에서, 두 개의 신약이 환자의 생존 가능성을 극적으로 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 
미 항공우주국(NASA)의 우주선 뉴호라이즌스호(New Horizons)는 태양계의 최외각, 그러니까 명왕성 너머 16억 킬로미터 지점에서 '얼음으로 뒤덮인 천체'의 이미지를 전송함으로써 새 시대를 자축했다. 그 천체는 융합된 ‘두 개의 팬케이크 덩어리‘처럼 보이는데, 연구자들은 그게 '태양계가 형성된 이후 파괴된 것으로, 행성의 형성과정에 대한 단서를 쥐고 있다'고 믿고 있다. 
일련의 연구들은 "심각한 영양실조를 겪고 있는 어린이들 중 일부는─설사 회복할 수 있더라도─서서히 회복될 수 있다"고 제안해 왔다. 왜냐하면 그들의 장내미생물이 미성숙한 상태에 있기 때문이다. 그러나 올해에 연구자들은 그런 어린이들의 장내미생물 회복을 돕는 영양보충제를 개발함으로써, 어린이들의 영양실조를 더욱 효과적으로 치료하는 길을 열었다. 
올해 미국에서 낭성섬유증(cystic fibrosis)을 '점진적으로 폐(肺)를 손상시키는 질병'에서 '대부분의 경우 관리 가능한 만성질환'으로 바꾸는 복합제제가 승인받았다. 그 치료제는 90%의 낭성섬유증 환자들이 보유한 유전적 변이의 효과를 상쇄하는 것으로, 연구자들이 질병의 원인이 되는 유전자를 밝혀낸 지 30년 만에 개발되었다. 
올해에 미생물학자들은 진핵생물(eukaryotes)의 기원을 이해하는 데 있어서 중요한 걸음을 내디뎠다. 진핵생물이란 식물, 동물, 기타 세포핵을 보유한 생물들을 말한다. 그들은 12년에 걸친 노력 끝에, 로키아르카이아(Lokiarchaea)라고 불리는 '불가사의한 그룹'에 속하는 미생물을 배양하는 데 성공했다. 최근의 DNA 분석에 따르면, 로키아르카이아는 진핵생물의 가장 가까운 친척이다. 이제 로키아르카이아를 배양할 수 있게 됨으로써, 연구자들은 그 동안 베일에 가려져 있었던 연결고리를 연구할 수 있게 되었다. 
10. 최초의 블랙홀 이미지(참고 10) 천문학자들은 올해에 기술적 금자탑(technical tour de force)을 세웠으니, 전 세계 여덟 개 천문대에 설치된 수십 개의 전파망원경에서 관측한 것들을 결합하여, 블랙홀의 이미지를 사상 최초로 만들어낸 것이다. 그 이미지는, 지구에서 5,300만 광년 떨어진 은하(galaxy)의 한복판에 있는 '초질량 블랙홀'을 에워싼 '빛의 고리'를 보여준다. 《Science》는 이 '감동적인 세계적 공동연구'와 그것이 '우주의 이해에 미친 영향'을 높이 평가하여, "2019년의 획기적인 연구"로 선정했다. 
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