인류복지에 이바지한 생명과학 사례 - inlyubogjie ibajihan saengmyeong-gwahag salye

생명공학은 생물학을 중심으로 다양한 분야의 기술들이 융․복합되면서 발달해 왔다. 최근에는 인류의 당면 문제를 해결할 유망 기술로 평가받으며 보건, 농업, 에너지, 환경 등으로 영역이 확대되고 있다. 특히 농업생명공학기술은 식량 확보라는 농업 본연의 가치 외에 농업의 외연 확대와 고부가가치 산업화를 이루는 원동력으로, 세계 각국에서 관심을 기울이고 있다.

농업에 대한 생명공학기술의 적용을 살펴보면,

먼저 의약 분야의 《Red Bio-Tech》에는

① 바이오 장기 생산과 함께 동물을 이용한 유용 물질 생산으로 바이오의약품 산업으로 발전하려는 동물바이오 장기․신약,

② 유용 형질의 맞춤형 가축을 단기간에 육성하려는 동물 유전체 육종 분야가 있고,

농식품 분야의 《Green Bio-Tech》에는

③ 전통 육종에 생명공학기술을 적용하여 종자산업 발전을 도모하는 식물분자육종,

④ 유용형질의 유전자를 도입한 GM작물을 개발하려는 형질전환 작물의 실용화,

⑤ 농생물자원에서 유래한 기능성 천연 소재를 활용하려는 농생명 식의약 소재 분야가 있다.

바이오 에너지 등의 《White Bio-Tech》에서는

⑥ DNA를 이용하여 생명의 설계도를 밝히려는 차세대 유전체,

⑦ 기존 성과들을 이용하여 시스템 수준에서 체계적으로 생명현상을 설명하려는 시스템 합성 생물학이 있다.

인류의 난제를 해결하고 농업의 고부가가치 산업화를 이루어낼 생명공학기술의 발전을 가속화 하기 위해서는

(1) 바이오 경제 시대에 대비한 인식의 전환을 통해 농업의 새로운 가치를 인식하고,

(2) 100년 먹을거리를 만드는 10년 대계(大計)라는 개념으로 식량 확보를 위한 체계적인 육성계획 마련이 필요하며,

(3) 국민 정서를 고려하여 안전과 경제적 가치창출을 이루어 내는 지원 시스템을 정비하고,

(4) 국가 중심의 생명공학 육성 추진전략을 강화해야 할 것이다.

목차

요약

I. 생명공학의 시대.................1

II. 미래 농업에 대한 도전........7

III. 시사점...........................18

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이 주제가 왜 중요한가20. 과학자의 책임 한계는
21. 과학기술이 인간의 삶에 끼친 영향
22. 성장이냐? 분배냐?과학기술 발달은 인류 문명의 발전에 크게 기여했다. 생명공학이 발달함에 따라 식량 부족 문제를 해결할 수 있게 되었으며, 질병의 원인을 제거하거나 새로운 치료법을 통해 건강하게 오래 살 길을 찾아내기도 했다. 교통기관의 발명으로 인간의 활동 범위는 확대되었고 그에 따라 개인이 경험할 수 있는 물리적 공간은 확대되었다. 컴퓨터의 발달로 이제는 인간의 지능과 유사한 로봇의 탄생까지 기대하고 있다.이처럼 많은 편익에도 과학기술 발달에 따라 나타나는 문제 또한 많다. 새로이 등장한 대량살상 무기에는 전 인류의 삶을 순식간에 파괴할 수 있는 잠재적 위험이 내재돼 있다. 자연을 정복과 이용의 대상으로 보는 가치관이 확산됨에 따라 인간과 자연의 조화는 위협받고 있다. 개인의 사생활은 과거와는 비교할 수 없을 정도로 정교한 기계에 의해 침해될 수 있으며, 자신의 인권이 침해당한다는 사실을 인지하지 못한 채 심각한 인권 침해가 발생할 우려 또한 제기되고 있다.과학기술이 이처럼 인간의 삶과 직접적 연관성을 갖고 있기 때문에 인간 삶의 변화 요인으로서 과학 기술 자체에 대한 고찰을 요하는 문제는 대입 논술고사에서 인문계와 자연계를 넘나들며 꾸준히 출제되고 있다.1999학년도 고려대 정시: 과학적 진리가 인간 삶에 미치는 영향은 항상 긍정적인가베르톨르 브레히트의 희곡 ‘갈릴레이의 생애’ 중 일부가 단일 제시문으로 주어졌다. 논제는 예시문에 나타난 사제와 갈릴레이의 견해를 밝히고, 이러한 견해가 현대사회에서 어떤 의미를 지니는가에 대해 자신의 생각을 논술하라는 것이었다.제시문은 갈릴레이와 사제의 대화로 이뤄졌는데, 당시 사회적 통념을 깨뜨리는 과학적 발견을 발표할 것인가 숨길 것인가에 대한 서로 다른 입장을 보여주는 것이었다. 사제의 입장은 과학적 발견이 가져올 사회적 파장을 고려해 이를 은폐해야 한다는 것이다. 반면 갈릴레이는 과학적 성과는 민중의 삶에 기여하며, 과학적 진리가 종교적 교리와 충돌한다고 할지라도 진실을 밝히는 것이 과학자의 태도라는 입장을 보이고 있다.이 논제 해결의 핵심은 ‘과학적 진리가 인간의 삶에 어떤 영향을 끼치는가?’에 대한 이런 입장 차이를 이해하는 데 있다고 볼 수 있다.1999학년도 이화여대 모의(자연): 과학기술의 발달이 인류에 미치는 부정적 영향을 최소화할 수 있는 방안에 대해 논하라과학 기술이 발달하고 산업화됨에 따라 인류는 많은 편익을 제공받기도 했지만, 부정적 영향을 받기도 했다. 1999학년도 이화여대 모의논술고사에서는 이러한 부정적 영향을 열역학 법칙에 의거해 고찰하는 문제가 주어졌다. 열역학 제1법칙과 제2법칙을 설명한 제시문을 주고, 과학기술의 발달과 산업화가 인류의 미래에 끼치는 부정적 영향을 서술하고 이들의 역기능을 줄일 수 있는 가능성이나 방법에 대해 논술하라는 것이었다.열역학 제1법칙은 ‘어떤 물체를 외부와 고립시켜 놓았을 때, 그 물체계 내의 에너지 총량은 일정하게 보존된다’는 것이다. 제2법칙은 ‘그 물체계 내에서의 모든 현상들은 항상 그 물체계 내의 분자들이 더욱더 무질서한 운동을 하게 되는 방향 즉, 엔트로피(무질서도)가 증가하는 방향으로 진행된다’는 것이다.인간이 살아가기 위해서는 에너지가 필요한데, 어떤 에너지가 높은 수준에서 낮은 수준의 상태로 옮겨갈 때 다음 번 사용 가능한 에너지의 양은 줄어들게 된다. 심지어 자원을 재활용하는 과정에서도 계속해서 엔트로피는 증가하게 된다. 자원고갈과 환경파괴는 엔트로피가 증가한 대표적인 사례이다. 이 문제를 줄이기 위해서는 엔트로피 증가 속도를 늦추는 방안이 제안될 수 있을 것이다.

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무더위와 함께 본격적인 피서철이 시작된 요즘은 바캉스와 더불어 청소년들의 각종 캠프가 열리는 시기다. 방학 캠프가 일반화된 우리나라에서 아직도 가장 관심이 쏠리는 캠프는 영어나 각종 문화체험 등이다.

그러나 과학한국의 이미지를 반영하듯, 최근에는 각종 청소년 대상 과학캠프도 많이 열리는 추세다. 지난해 캠프 포탈 사이트 ‘캠프나라’에서 조사한 바에 따르면 청소년 대상 과학캠프도 영어캠프나 체험캠프 못지않게 청소년들의 인기를 끌고 있다.

일반적으로, 과학캠프는 우주, 바이오, 생태환경 등 특정 분야별로 전문 기관에서 운영한다. 사단법인 한국분자세포생물학회가 주최하고 한국과학문화재단이 후원한 제2회 바이오 유스 캠프(Bio Youth Camp)도 그 중의 하나다.

지난 28일(금) 연세대 이과대학 과학관 111호 강의실에서 열린 제2회 바이오 유스 캠프에는 전국의 남녀 고등학교 학생 148명이 몰려 한여름 열기 못지않게 과학에 대한 뜨거운 관심을 나타냈다.

이날 캠프에서 개회사를 한 한국분자·세포생물학회 김영민 학회장(연세대 생물학과 교수)은 “오늘날 국내의 생물과학 연구는 눈부시게 도약하고 있지만 일반대중이나 고등학생에게 최근의 생물학 연구동향을 폭넓게 소개하는 적합한 장은 없는 실정이다”고 말하고 “이에 우리 학회에서는 청소년들이 생명과학의 최신 연구동향을 이해하고 흥미를 고취시키고자 이 캠프를 마련하게 됐다”고 밝혔다.

올해로 두 번째 열린 바이오 유스 캠프는 고등학생들에게 교과서에서 접할 수 없는 생명과학분야의 최근 연구 성과와 발전방향을 소개하기 위해 마련된 과학캠프다. 전국의 캠프 신청자 중 선발된 120여 명의 학생들만이 참가할 수 있다.

‘혈관과 임파관을 아름답게 보고 있노라면’이란 주제로 첫 발제를 한 고규영 교수(한국과학기술원 생명과학과)는 “혈관은 인체에서 2가지 경로로 만들어지며 발생초기에 장기와 조직이 형성될 때, 어린 혈관세포가 증식, 분화해서 그물모양의 혈관을 만드는 혈관형성과 원래 있던 모세혈관으로부터 새로운 혈관이 생성되는 혈관신생의 둘로 나뉜다”고 설명했다.

발생초기에는 주로 혈관형성이, 또 그 이후에는 혈관신생이 일어난다고 설명한 고 교수는 “정상적인 경우, 상처가 치유될 때, 수정란이 태아로 발생할 때 일어나는 혈관신생은 대부분의 질병에서 제대로 조절되지 못한다”며 “암, 에이즈, 류머티스 관절염 등이 생긴 부위에 비정상적으로 혈관이 많이 분포하는 것을 볼 수 있다”고 설명했다.

혈관신생의 조절이 생명과학의 중요한 관심사라고 설명한 고 교수는 “혈관신생의 가장 핵심적인 단백질은 혈관성장인자(VEGF)로 이 인자가 많을수록 암세포가 더 잘 자라는 것을 관찰했다”고 밝히고 “이 연구결과에 착안해 이 혈관성장인자가 작용하지 못하도록 막는 항체를 만들었다”고 설명했다.

고 교수는 실제로 혈관성장인자 ‘아바스틴’은 임상시험에서 결장암 환자의 생존기간을 30%나 늘리는 놀라운 성과를 보였다고 소개했다.

다수의 연구자가 연합한 시스템 생물학 재편

미생물은 인류에게 엄청난 경제적 가치 제공

혈관신생이 과다하면 혈관신생억제제, 반대로 혈관이 부족하면 혈관신생촉진제를 투여해야 한다고 설명한 고 교수는 “혈관이 막힌 관상동맥 환자의 경우, 일일이 수술로 치료하기는 어려워 혈관신생촉진제를 쓴다”며 “혈관신생촉진제 ‘안지오포이에틴’의 경우, 혈관성장인자보다 더 나은 혈관생성효과를 나타내지만 분자가 너무 커 물에 잘 녹지 않고 구조가 복잡해 약물합성이 어려운 단점을 갖고 있다”고 말했다.

고 교수는 “안지오포이에틴의 불안정한 분자구조를 ‘콤프(COMP)’라는 안정된 분자구조로 대치한 ‘콤프-안지원(COMP-Ang1)의 경우, 생쥐 눈의 각막에 투여하자 혈관성장인자나 안지오포이에틴을 투여했을 때보다 건강한 혈관이 생성돼 혈액의 양이 증가했다”고 밝혔다.

‘지구의 보이지 않는 주인 미생물’을 주제로 발제한 한국생명공학연구원 오태광 책임연구원은 “현재까지 알려진 미생물은 1% 미만으로 자연계에 존재하는 99%의 미생물은 미발견 상태다”고 밝히고 “이 미생물들은 대부분 배양하기 어려운 것들로 이들을 체계적으로 이용하려는 연구가 선진국들을 중심으로 활발하게 이뤄지고 있다”고 말했다.

오태광 책임연구원은 “미생물은 유전적 다양성과 기능성으로 인해 지구 생태계의 핵심적인 위치를 차지하고 인류에게 없어서는 안 될 엄청난 경제적 가치를 갖고 있다”면서 “생명공학산업의 핵심 소재인 미생물을 개발하는 것은 생명공학 분야의 혁신적 발전의 기틀을 마련하는 것이다”고 강조했다.

오 연구원은 또 “지금은 각 생물학자가 개별적으로 연구하던 시대를 벗어나 여러 분야의 연구자가 연합해 다수의 유전자를 총체적으로 들여다볼 수 있는 시스템 생물학으로 급속히 재편되고 있는 추세다”며 “미국, 영국, 일본, 프랑스 등의 선진국들은 1990년대 초부터 천문학적인 비용을 들여서 새천년의 보고라는 유전체와 단백질체 연구를 추진해오고 있다”고 밝혔다.

다양한 크기의 미생물을 하루에 분석을 끝낼 정도로 기술이 발전했다고 밝힌 오 연구원은 “인간처럼 유전자 수가 많으면 조절 관련 유전자도 많아져 유전체의 크기에 비해서 기대한 유전자의 수가 실망스럽게 적어진다”고 설명하고 “하지만 상대적으로 크기가 작은 미생물은 물질차원에서 고등생물보다 유전자의 확보 면에서 훨씬 유리하다”고 강조했다.

오 연구원은 “미생물은 고전적인 개념의 생명-생물 분야에 획기적인 가속도를 부가할 수 있다”며 “자연계에서는 수천 년의 진화과정이 필요한 변화를 시험관 내에서 1∼2개월에 가능케 할 수 있다”고 강조하고 “미생물 유전체의 응용은 인간과 자연과의 조화에 대해 지금과 달리 혁신적인 변화를 만들 것이다”고 밝혔다.

‘세포의 비밀’에 대해 발제한 권영근 연세대(생화학과) 교수는 “세포가 지닌 중요한 비밀의 하나는 증식과 죽음에 있다”며 “세포의 죽음은 예정된 운명으로 정상적인 개체발생의 필연적 과정이기도 하지만 많은 인체 질환의 양면성을 지니고 있다”고 설명했다.

세포가 죽는 과정이 ‘네크로시스’와 ‘아포토시스’ 등의 두 가지라고 밝힌 권 교수는 “세포의 사고사인 네크로시스는 화상과 타박, 독극물의 자극 등에 의해 일어나고 면역반응을 자극하는 염증을 일으킨다”고 말하고 “반면에 아포토시스는 핵이 재구성되어 DNA가 조각나고 세포가 작아지는 징후가 나타나며 염증반응이 없다”고 설명했다.

태아의 발 형성과정을 예로 들어 설명한 권 교수는 “발생과정시에 몸의 형태 만들기를 담당하는 아포토시스는 성체에서 정상적인 세포를 갱신하거나 이상이 생긴 세포를 제거하는 일을 담당한다”며 “사람의 경우, 태아 초기의 손이나 발은 주걱모양을 하고 있는데 후기에 가서 손이나 발가락 사이에 세포가 프로그램 자연사라고 하는 과정을 거쳐서 사라지므로 면역반응 없이 손이나 발가락의 형태가 만들어진다”고 설명했다.

마지막으로 권 교수는 “세포는 생명탄생과 그 끝이 있는 작은 비밀의 방이다”며 “인류의 생존과 번식을 담보하는 마법의 열쇠로 이 작은 비밀의 방으로 미래의 과학자 여러분을 초대한다”고 말했다.

‘유전체 연구를 통한 생명 산업 소재 발굴’을 주제로 발제한 김영준 연세대(생화학과) 교수는 “인류 문명의 발전은 수학, 물리, 화학이 주도하던 시기를 거쳐서 지난 세기에 이르러 많은 부분이 생명현상을 규명하는 것으로 집중되어 왔다”며 “이후 다양한 학문이 생명현상의 연구에 접목되면서 생명체 현상을 이해하는 기본 설계도를 차츰 밝혀내고 있다”고 설명했다.

김 교수는 또 “하지만 지금도 박테리아의 경우에조차, 수천 개의 유전자가 어떻게 세포를 만들고 여러 대사 및 복제를 어떻게 하는지에 대해 새로운 기술의 발달이 절실히 요구된다”고 전제하고 “절반 이하의 유전자에 대해서만 그나마 희미한 유전정보를 갖고 있어 지금은 현재의 바이오 기술정보를 알아보고 미래의 필요한 기술정보를 예측하는 것이 매우 필요한 시점이다”고 지적했다.

이어 김 교수는 “암과 같은 질병에 어떤 유전자의 이상이 원인이 되었는지를 연구하는 것이 현대 생명과학의 큰 축을 이루는 연구방향이다”고 말하고 “이를 위해 실험동물에서 연구한 결과를 사람에 적용하는 기술, 다양한 환자의 생리현상에 대해 분자수준에서 설명해낼 수 있는 방법을 개발하는 것이 중요한 이슈다”고 말했다.