바이오 사이언스 2025 불확정성의 시대를 살아가는 모두를 위한 생명과학

 

바이오 사이언스 2025불확정성의 시대를 살아가는 모두를 위한 생명과학 오토파지, 오토파지. auto 자가, 스스로 pahge 먹는다. 캡처

노벨상 수상자와 공동연구한 '요시모리 다모쓰'는 독자들에게 생명과학을 쉽게 설명하려고 노력했다. 
「오토파지」라는 낯선 단어로 생명과학의 전반에 걸쳐 이야기하고 있다.  특히 과학적 사고를 통해 문제를 바라보고 해결하려는 그의 의지와 끈임없는 노력을 엿 볼 수 있다. 
           
굉장히 흥미로운 주제들로 가득하다. 
페이지의 흐름으로 읽어가도 좋고, 주제를 선택해서 공부해보는 것도 좋다. 
오토파지, 오토파지. auto 자가, 스스로 pahge 먹는다. 스스로 먹는다? 
자가 섭식 정도. 풀어서 말하면 우리 몸의 세포가 필요없는, 
늙은? 기능을 다한 세포들을 세포 내 소화해서 없애는 것을 말한다.  

                                        
이 책은 오토파지에 관해 설명한다.

오토파지 과정
1.  격리막이 미토콘드리아나 단백질을 에워싼다.
2.  격리막이 미토콘드리아와 단백질을 완전히 감싸고 리소좀이 다가온다. 
3.  리소좀과 격리막이 합쳐지고 리소좀 안의 효소가 격리막 안의 내용물을 절단한다.
4.  격리막 안의 내용물이 흩어져 분해된다. 분해된 물질은 세포 안에서 재활용된다.

책을 읽을 때 가장 관심있는 부분은 프롤로그와 차례이다. 어떤 내용을 다루고 있는지를 보려면 누구나 '차례'를 들여다 볼 것이다. 이 책은 차례에 많은 내용을 담고 있다. 6쪽에 걸쳐 어떤 내용을 이야기할 것인지를 기록해 놓았는데, 최근에 본 책 중에 가장 길다. 그래도 5분이면 다 읽어볼 수 있다. 중요한 것은 각 장마다 소제목을 볼 수 있는데, 짧은 시간이라도 어떤 내용이 있을지 생각해보고 자신의 생각을 떠올리는 것이 전체적인 책을 읽는데 도움이 된다. 

차례를 보면  책의 흐름을 알수있고 키워드 정리도 가능하다.
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1장 과학적 사고를 익힌다
과학적 사고는 이 시대의 필수 소양이다
감염병과의 전쟁은 인류의 숙명
과학적 사고가 우리의 몸을 지켜준다
과학적인 정보를 선별할 수 있으면 생존 가능성이 커진다
약이 되기도 독이 되기도 하는 현대 과학
유전자 변형 표시가 있는 식품은 사지 말아야 할까?
과학적 사고에 암기와 공식은 필요 없다
과학은 진실에 한없이 가까워지는 것
가설과 검증이 과학의 기본
단정적인 사람은 비과학적이다
8년 동안 완두콩의 주름을 세었던 멘델
과학은 추리소설과 비슷하다
일단 의문을 품고 상식을 의심하라
'상관'과 '인과'라는 최강의 도구
가짜 과학에 속지 않기 위하여
column #01 연구는 논문으로 평가 받는다
column #02 학술지도 등급이 있다
column #03 연구 논문은 성선설을 전제로 평가한다
문제는 SATP 세포 존재 여부가 아니다
학술지에 실린 논문도 틀렸을 수 있다
날조와 변조는 과학을 무너뜨린다
오류가 과학을 발전시킨다
column #04 생명과학 분야의 상위 3개 학술지
column #05 서양 중심인 연구의 세계에 중국이 변화의 바람을 불어넣고 있다
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2장 세포를 이해하면 생명을 이해할 수 있다
모든 생명의 기본은 세포
오드리 햅번과 오랑우칸의 세포는 같다
세포는 하나하나가 살아 있기 때문에 생명의 기본 단위
어떻게 약을 시험할까?
세포 하나하나에 모든 정보가 들어있다
크기를 의식하자
생명의 특징은 계층성과 동적평형
세포 내부는 사회다
세포 내의 사회는 '막'이 교통의 중심
유전자는 단백질의 설계도
유전자는 DNA라는 글자로 쓰인 문장
하나의 유전자가 하나의 단백질을 만든다
DNA에서 어떻게 단백질이 생성되는가
단백질이 인간의 몸을 움직인다
게놈은 한 인간을 만드는 데 필요한 유전자의 집합체
왜 세포가 생명의 기본인가
유전정보에는 꽤 많은 오류가 발생한다
틀린 글자로 인해 진화가 시작된다
무작위인데 어떻게 진화하는 것일까
생물은 모두 다르다는 것이 중요하다
인류도 언제가는 절멸한다
column #06 연구가 꼭 무언가에 도움이 되어야 하는 것은 아니다
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3장 병을 알아보자
세포가 이상해지면 병에 걸린다
어제의 몸과 오늘의 몸이 다르지 않은 것은 세포 덕분이다
세포가 이상해지는 데는 몇 가지 패펀이 있다
바이러스는 원래 무엇일까
왜 바이러스로 병에 걸리는가
미토콘드리아가 파괴되면 암이나 심부전증이 될 수 있다
세포는 때로 자살한다
세포는 언제나 돌발사태에 대비한다
세포가 이상 증식하면 암에 걸린다
유전하는 병과 유전하지 않는 병
호르몬은 세포에 정보를 전달하는 것
뇌경색은 세포의 산소 부족으로 일어난다
왜 인간에게는 산소가 필요한가
정보전달이 원활하게 되지 않아도 병에 걸린다
교통 시스템을 파괴하는 세균들
면역은 외부의 적을 배제한다
감기는 항생물질로 낫지 않는다
column #07 항생물질을 과다 사용하면 세균이 진화한다
면역에는 3종류의 퇴치방법이 있다
적을 배제하는 제3의 수단인 항체
열쇠와 열쇠구멍의 관계가 생명현상의 '열쇠'를 쥐고 있다
항체는 끊임없이 열쇠와 열쇠 구멍을 확인한다
자연면역과 획득면역
면역은 항체만이 아니다
column #08 약의 개발에 관해
염증에 관해 이해하자
집단면역이란 무엇인가
column #09 교차반응을 알아두자
죽지 않는 생물이 있다
인간은 죽지 않을 수도 있다
인간은 의도적으로 노화를 선택했다
인간은 엄청난 속도로 노화한다
노화로 인해 살아남은 인류가 지금 노화를 거부하고 있다
죽지 않는 것은 좋은 일인가? 나쁜 일인가?
       
오토파지과정. 
4장 세포의 미래인 오토파지 이해하자
오토파지는 세포를 젊어지게 한다
오포파지는 세포 속의 물질을 분해한다
청소차가 쓰레기를 재활용 공장에 운반하는 것
오토파지는 무엇을 위해 작용하는가
오토파지가 중요한 순간
매일 240그램의 단백질이 분해되어 새로운 단백질로 탄생한다지 않는다
column #10 노벨상 수상으로 이어진 효모의 오토파지를 발견한 순간
column #11 표식 발견은 연구를 발전시키는 중요한 요소
유해물을 제거한다
오토파지를 방해하는 바이러스
우리의 면역 기능이 진화하면 병원체도 진화한다
왜 오토파지는 적을 인식할 수 있는가
병원체는 막에 싸인 채로 세포에 들어간다
세포소기관의 막에 구멍이 나면 오토파지가 일어난다
유해물을 회수하는 덕분에 여러 질병을 막을 수 있다
신경세포는 평생 가는 것
오토파지는 나이를 먹으면 루비콘이 증가한다
인과관계를 확인하기 위한 실험은 유전자 조작 덕분에 약진했다
column #14 명명에 관해가
column #15 빛나는 해파리의 단백질이 생명과학을 발전시켰다
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5장 수명을 연장하기 위해 무엇을 하면 좋은가
수명을 늘리는 5가지 방법
수명 연장에는 오토파지 활성화가 관련된다
나이를 먹으면 루비콘이 증가한다
루비콘을 억제하면 노화를 멈추게 할 가능성이 있다
column #16 그래프에 속지 않는다
오토파지를 활성화하면 신경변성질환을 억제할 가능성이 있다
왜 루비콘이 존재하는가
오토파지와 병의 관계
오토파지는 오히려 암세포를 돕는다
면역력 강화에도 오토파지가 필수
백신의 효용을 높이거나 염증을 억제할 수도 있다
column #17   교과서 속의 미토콘드리아는 원래 모습이 아니다
오토파지는 미용에도 좋다
일상생활에서 오토파지를 강화하는 방법
콩과 버섯은 오토파지를 활성화한다
밤에는 레드와인과 치즈
예부터 건강에 좋다는 것은 오토파지에도 좋다
단식을 오래하면 근육이 줄어든다
적당한 운동은 오토파지를 활성화한다
좀 적은 듯이 먹고 운동하는 것이 최고
column #18 연구자의 벤처시업 설립
column #17 연구는 팀 작업이
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▶ 이 책에서` 말하고 싶은 것은 아주 간단합니다. 바로 '세포란 무엇인가'하는 것입니다.  

이 책에서 제가 강조하고 싶은 것이 있습니다. 바로 '과학적 사고'입니다.

▶   한국은 제가 가장 좋아하는 나라입니다. 

 ▶ 2020년의 코로나 19 대유행에서 이 사실은 여실히 드러났다. ... 팬데믹보다 더 무서운 인포데믹(Infordemic)으로 이어졌다.

                                        
                                    
▶ 모기가 태어지 못하게 하는 실험도 있었다. 말라리아와 뎅기열병 등 모기가 옮기는 질병을 해결하기 위해서였다. 먼저 인공적으로 만든 수컷 모기를 자연에 방사한다. 그 수컷 모기가 암컷과 교배해서 생겨난유충은 아버지 모기의 유전자 조작으로 인해 생식기능을 갖기 전에 죽어버린다. 이 실험은 아직 성공하지 못했지만 다른 종의 대를 끊어버릴 수 있는 기술이다.

▶ 과학은 결과적으로 방대한 지식을 낳지만, 그것이 형성된 경위와 사고방식이 훨씬 더 중요하다. 입시 위주의 교육은....
 여러분은 일상생활을 하면서 얼마나 자주 '어? 이게뭐지?;라고 느끼는가? 연구자는 항상 만사를 의심한다. 그러려니 하지 않는다. '이게 정말일까?'하는 눈으로 사물을 바라본다.

예를 들어 이런 문제를 낼 수도 있다.
A 유전자를 제거한 쥐를 만든다고 하자(유전자 조작 기술로 실제로 만들 수 있다). 그러자 이유는 모르겠지만  B 유전자가 사라지고 그 쥐는 죽어버렸다. 그 경우  B유전자가 사라진 것과 쥐가 죽은 것은 인과관계인가?

여러분은 어떻게 생각하는가? 이 문제를 풀 때 유전자에 관한 지식은 없어도 된다. 본질은 스위치 문제와 같이 때문이다. 

정답은 다음과 같다. 

B유전자가 사라지면 쥐가 죽는 것은 상관관계이며 인관관계, 즉 B유전자가 사라져서 죽는 것인지 확실하지 않다. 
그렇다면 인과관계가 있는지 여부는 어떻게 확인할 수 있을까? B유전자를 제거한 쥐를 만들면 된다. 그렇게 했는데 쥐가 죽는다면 B유전자는 생존에 꼭 필요하다고 결론을 내릴 수 있다. 

만약 그 쥐가 죽지 앟는다면 어떤 결론에 도달할까? 그 경우 A 유전자가 사라지면 B유전자가 사라질 뿐 아니라 다른 어떤 일이 일어나서 쥐가 죽는 것이라고 생각할 수 있다.

▶ 학술지에도 등급이 있다. Cell- Nature - Science
새빨간 거짓을 쓴 논문이나 내용이 조악한 논문도 때로 있다. 

▶ '서머린이 색칠한 쥐(Summerlin's  painted mouse)'라는 말은 날조의 상징으로 통한다.  - 어느 날 윌리엄 T. 서머린 박사는 털 색이 다른 쥐들이 피부 이식에 성공했다. 하얀 쥐에 검은 쥐의 피부조직이 이식되었으므로 몸의 일부가 검된 것이다. 하지만... 매직으로 검게 칠했다

▶ 논문을 내려면 심사를 받아야 한다. 그런데 심사위원은 무상으로 심사한다.... 학술지에 자신의 글이 실리면 원고료를 받을 수 잇을 거라고 생각하는..... 사실은 그 반대다. 투고자가 돈을 내야한다. 「네이처」정도면 대개 50만엔은 내야한다.

▶ 세포의 수는 생물에 따라 차이가 난다. 인간은 약 37조개의 세포로 이루어진다. ... 우리 몸의 세포가 60조개라고 추정했는데 .... 60 조개의 몸의 각 부위(장기 등)에 따른 세포의 크기를 고려하지 않고 추정한 수였다. 

▶ 1954년 암으로 사망한 아프리카계 여성인 헨리에타 랙스(Henrietta Lacks)에게서 채취한 세포이다. 그녀의 성과 이름의 첫두 글자를 따라 헬라세포(HeLa cell)라고 명명했다.
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▶헤모글로빈은 140개 정도의 아미노산이 일렬로 연결되어 있던 것이 접혀서 생긴다. 
참고로 아미노산은 100종류 이상 있는데, 단백질을 만드는 아미노산은 20종류뿐이다.

▶가설 중에서도 상당히 진실에 가까우므로 센트럴 도그마(Central Dogma, 중심교리)라는 엄숙한 느낌의 명칭이 붙었다. 도그마는 그리스어로 '의견, 결정'이라는 뜻이다. 

▶그리고 단백질의 종류로 봤을 때 가장 많은 것이 '효소'다. 단백질의 약 절반이 효소라고 한다.

▶ 유전자의 한 글자가 바뀌면 인간은 ① 병에 걸리거나 ② 아무 일도 일어나지 않거나 ③ 진화한다. 이 3가지 중 하나가 발생한다.
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▶ 겸상적혈구빈혈 - 고등학교 책에서는 낫꼴 모양 빈혈증으로 용어가 바뀌었다.

▶미토콘드리아가 파괴되면 '독'이 나온다. 하나는 활성산소다. 노화를 촉지하고 대사증후군의 원인이 된다고 말이다. 
미토콘드리아에 구멍이 뚫리면 '자살'을 유도하는 물질이 유출된다. 그래서 죽지 않아도 되는 세포에 죽음을 불러일으킨다.
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▶ 암에 걸리기 쉬운 어떤 성질이 유전하는 것일까?
예를 들어 BRCA1이라는 단백질이 있다. 이 단백질은 손상된 DNA를 복구하는 작용을 한다. BRCA1이라는 유전자 자체에 변이가 일어나면 교열이라는 업무를 못 하게 된다. 그러면 유방암이나 난소암이 쉽게 일어난다. 
안젤리나 졸리는 유전자 진단으로 자신의 BRCA1에 이 변이가 있음을 알고 암에 걸리지 않았는데도 예방 차원에서 양쪽 젖샘, 즉 가슴을 수술로 절제했다.

▶감기의 원인은 거의 100 퍼센트 바이러스이므로 항생물질이 효과가 없다. 그러나 감기에 걸려도 후두염이나 편도염 등 목이 아플 때가 있는데 이것은  A군 연쇄구균(Streptococcus)이라는 균이 유발하는 증상이므로 항생물질이 잘 듣는다. 다만, 그것은 감기에 걸린 김에 일어나는 증상이다. 

▶ 바이러스에 감염된 세포나 세균과 항체가 결합하면 항체의 끝에 보체(complement)s라는 단백질이 활성화되어 적의 세포막에 구멍을 뚫을 수도 있다. 

▶여러분은 '엔트로피 증가의 법칙'을 알고 있는가? ..모든 물질과 에너지는 서서히 무질서해진다는 내용이다. ..에스빈 슈뢰딩거.. \"생물은 엔트로피의 증가를 상쇄함으로써 안정된 상태를 유진한다.\" 즉, 생물은 존재함으로써 죽음이라는 엔트로피 증가에 저항하는 시스템이라는 뜻이다.

▶ 작은보호탑해파리라는 해파리는 죽지 않는다. 영어로는 'Immortal Jellyfish\", 즉  죽지 않는 해파리라고 불린다. 
죽지 않는 생물이 존재하는 것은 무엇을 시시할까? 인간도 미래에는 죽지 않고 영원히 살 수도 있다는 점이다.

▶ 왜 노화가 일어날까? .... '멸종을 피하기 위해서'라는 설이 유력하다. 노화하는 개체가 있으며 만약 집단 전원이 기아나 역병에 습격당했을 때 먼저 죽거나 감염되는 것은 당연히 노화한 쪽이다. 노인이 먼저 시간을 벌어주면 젊은 개체는 살아남을 확률이 커진다.
  
▶ 오토파지가 어떤 원리의 시스템이며 어떤 역할을 하는지 배우는 것은 현 단계에서의 노화와 수명에 관한 최신 정보를 입수하는 것이다.
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▶또 오토파지를 멈추게 한 쥐 실험 결과가 있다. 유전자 조작으로는 특정한 장기나 조직, 예를 들면 간이나 위만 오토파지를 하지 않는 쥐를 만들 수 있는데 그 결과 오토파지가 기능하지 않는 장기에서 질병이 발생했다. 세포에 아무런 문제가 없는 상태여도 항상 세포 안을 부수며 다시 만드는 작업이 얼마나 중요한지 알 수 있는 실험이다.
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▶ 아무리 과학이 발전해도 관찰하는 것이 얼마나 중요한지 알 수 있다. 또 그러려면 표식이 얼마나 중요한지도 알 수 있다. 자가포식소체에서 블랙홀에 이르기까지 인간은 직접 보지 않으면 직성이 풀리지 않는 생물임을 실감한다.

                                        
                                    
▶ 신형 코로나 바이러스도 이렇게 달라붙은 단백질과 비슷한 단백질을 갖고 있다. 그것이 자가포식소체가 생성되는 것을 방해하는지는 알수 없지만 그 단백질이 변이하면 독성이 약해진다는 보고서가 나온 바 있다. 그렇다면 독성이 약화되어 다시 말해 자가포식소체의 생성을 방해할 수 없게 되면 오토파지가 활동해 바이러스의 증식을 억제할 수 있지 않을까? .... 자가포식을 막는 것을 방해하는 약을 만들면, 신형 코로나 바이러스의 증식을 자가포식으로 억제할 수 있을지도 모른다.
▶폴리오 바이러스는 신경을 침입함으로써 손발을 마비시키는 병이다. 마비가 평생 남을 수도 있다. 이 바이러스는 일부러 자사포식소체가 자신을 감싸는 것을 내버려두고 그 자가포식소체를 리소좀이 아닌 세포막과 융합시킨다. 속이는 것이다. 그렇게해서 세포 밖으로 탈출해 감염을 확산시킨다.
▶균은 세포벽이라는 것을 만들어서 자신을 지키는 것도 있고 세포벽이 없는 것도 있다(마이코플라스마는 가장 단순한 세균인데, 세포벽이 없다)
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▶세균이 들어가거나 영양이 들어가는 막 봉지를 엔도솜(endosome)이라고 한다.(고등학교 교육과정에서는 다루지 않는 세포 소기관으로  엔도솜에 대해 다시 공부해 봐야겠다)
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▶결론부터 말하자만 고지방식에 의해 간에서 루비콘이 늘어났다. 오토파지의 활동이 저하되어 루비콘 증가도 동시에 확인되었다. '고지방식을 먹으면 간의 루비콘이 늘어나 오토파지가 활동하지 않게 되면서 지방간이 된다'는 사실을 일단 알 수 있었다.

▶ 오토파지와 관련되어 있다는 병 - 신경변성질환, 암, 2형 당뇨병. 동맥경화, 감염증, 신증(신장질환), 심부절, 염증성질환, 근위축증, 근병증(myopathy), 어떤 종류의 빈형, 어떤 종류의 유전병 등
▶ '간헐적 단식'.... 인간을 대상으로는 아직 입증되지 않았지만 선충, 파리, 쥐, 원숭이 등을 이용한 실험이 다수 이루어져서 수명이 연장된다는 결과가 나왔다. 
▶수명연장 경로 5가지 ① 칼로리 제한 ② 인슐린 신호억제 ③ TOR 신호 억제 ④ 생식세포 제거 ⑤ 미토콘드리아 억제 
  ▶ 이것으로 칼로리 제한에 의한 수명 연장에는 오토파지 기능이 필요하는 인과관계를 알게 되었다.
▶ \"오토파지를 활성화하는 방법이 생각보다 별거 없네요.\"
이런 목소리가 들리는 듯 하다. 맞는 말이다. 오토파지를 활성화하려면 운동을 하고, 양식보다는 한식을 먹고, 과식하지 않는다. 그리고 술을 즐기는 사람이면 기왕이면 레드와인을 마신다. 평범한 식생활과 적당한 운동이 중요하다는 결론이다.
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▶ 다시 말해 과학자가 아닌 보통 사람들의 삶이 새로운 과학기술에 직접적으로 영향을 받는다는 말이다. 그런 상황에서는 개개인이 스스로 생각할수 잇어야 한다. 자기 분야밖에 모르는 전문가에게 전부 맡겨서는 안된다.
우리 사회가 기술 혁신과 감염증, 자연 재해 등에 직면할 때마다 개개인이 이성적이고 과학적으로 생각할 수 있다면 어떤 일이 일어날까? 공포와 불안이 가라앉히고 차별과 증오, 편견, 패닉 상태를 극복하여 갈증과 전쟁도 회피할 수 있지 않을까? 이것이 내가 책을 쓴  이유이다.

▶ 나는 2020년에 62세가 되었다 환갑을 넘긴 나이에 벤처기업을 세웠다. 나잇값도 못 하는 무모한 짓으로 보일 수도 있다. 

                                   

    
                                    
2016 노벨상 수능 '오토파지'의 권위자 오스미 요시노리 교수와 공동연구한 요시모리 다모쓰