202606
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특집!
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[특집] 세포지도의 두 가지 갈래 | 세포 아틀라스와 뇌 연결지도
흩어져 있는 정보의 점을 꿰면, 전체 시스템을 이해할 수 있는 귀한 자료가 나온다. 과학자들은 생명체 전체를 손바닥 보듯 꿰기 위해 제각기 다른 세포의 정보를 모은 ‘세포지도’를 만들고 있다. 그중 단연 가장 큰 규모는 인체의 세포 30조 개를 정리하는 인간 세포 아틀라스(HCA)’다. 21세기 최대의 국제 생명과학 공동연구 프로젝트인 HCA가 10년째를 맞이했다. 세포의 위치를 측량하는 연구자들을 만나, 세포지도가 만들어 갈 내일을 물었다. ▲AI 생성 이미지(Midjourney), 박주현 형광빛의 화려하고 복잡한 두 이미지는 서로 달라 보이지만, 둘다 세포지도다. 세포지도란 개념이 무척 넓기 때문이다. 큰 틀에선 인체의 세포가 어디에 있고 어떻게 활동하는지, 생명체 내의 세포를 디지털 환경 속에 옮겨놓은 결과물이다. 이중 두 가지 주요 갈래인 세포 아틀라스와 뇌 연결지도를 대표적인 국제 공동연구 프로젝트와 함께 정리했다. ▲Shutterstock, Flywire, ETH Zürich/Barbara Treutlein 세포의 정보를 한눈에 본다, 세포 아틀라스(Cell Atlas) 세포 아틀라스는 생명체를 구성하는 모든 세포의 종류와 상태를 분류하고, 이들이 몸속 어디에 존재하는지 기록한 세포지도다. 어떤 세포가 어떤 유전자를 켜고 끄는지, 각각의 세포가 어떻게 상호작용하는지 등 다양한 정보를 알 수 있다. 세포 아틀라스는 정상 세포나 암세포, 노화중인 세포 등의 특성을 분석하는 데 큰 도움이 된다. 특히 디지털 환경 속에 인체를 그대로 옮겨놓아, 신약 개발 과정에서 약물이 실제로 인체에 어떻게 작용할지 실시간으로 분석하는 데 유용하게 활용된다. 대표 프로젝트: 인간 세포 아틀라스(HCA·Human Cell Atlas) 2016년 시작한 HCA는 인체의 30조 개 세포를 유형별로 정리해 세포 아틀라스를 만들고 있다. 18개 세부 조직 아틀라스를 정리한 첫 번째 초안이 내년 중으로 발표될 전망이다. HCA에서 제작한 인간 뇌 오가노이드 세포 아틀라스 속 조직 ❶ 피질판: 뇌 발달 과정에서 세포들이 이동해 대뇌 표면에 형성하는 층 ❷ 뇌 실하구역: 신경세포가 생성되는 핵심 영역 ❸ 뇌실구역: 뇌척수액이 흐르는 빈 공간을 둘러싸는 세포 ❹ 신경 로제트: 신경 줄기세포 분화 초기 단계에서 발견되는 방사상 구조의 줄기세포 집단 ▲Shutterstock, Flywire, ETH Zürich/Barbara Treutlein 신경세포를 연결해 하나의 뇌를 만든다, 뇌 연결지도(Brain Connectome) 뇌 연결지도는 뇌 속 신경세포(뉴런)들이 서로 어떻게 연결돼 있는지 기록한 세포지도다. 신경세포의 연결을 분석하면, 뇌가 어떻게 기능하는지 알 수 있다. 신경세포의 연결 구조에 따라 기억과 정보 처리, 사고 등 다양한 기능을 수행할 수 있기 때문이다. 일종의 ‘뇌 배선도’라고 이해하면 된다. 전자 회로에 문제가 발생할 때, 배선도를 보며 구체적으로 어떤 도선에 문제가 생겼는지 찾는다. 뇌 연결지도도 유사하게 활용될 전망이다. 알츠하이머나 자폐 스펙트럼 장애처럼 신경 회로 이상이 관련된 질환 연구부터 의식의 기원에 이르기까지, 인간의 본질에 관한 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 대표 프로젝트: 플라이와이어(FlyWire) 뇌 연결지도 분야의 대표적인 국제 공동 연구 프로젝트로는 초파리 뇌 연결지도를 제작한 ‘플라이와이어(FlyWire)’가 꼽힌다. 초파리 뇌의 뉴런 약 13만 9000개를 연결한 전체 뇌 연결지도는 2024년 10월 발표됐다. 플라이와이어에서 제작한 초파리 뇌 연결지도 속 조직 ❶ 시엽: 시각 정보를 처리하는 곤충 뇌의 가장 큰 부분 ❷ 더듬이엽: 후각 정보를 처리하는 뇌 기관 ❸ 버섯체: 곤충의 뇌에서 학습과 기억을 담당하는 핵심적인 신경 구조물
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기획
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[기획] 빠르게 멀리 달려라 | 마라톤 세계 신기록의 역사
1시간 59분 30초. 케냐의 마라토너 세바스티안 사웨가 4월 26일, 불가능하다고 여겨졌던 마라톤 2시간의 벽을 깼다. 1908년 영국 런던올림픽에서 마라톤 거리가 42.195km로 정해지고 거의 120년 만의 일이다. 이 영광스러운 기록의 순간 ‘기술 도핑’이란 논란이 함께 따라붙었다. 사람들의 시선은 사웨의 다리가 아닌 사웨의 신발, ‘슈퍼 슈즈’를 향했다. 정말 2시간의 벽은 이 신발 없이 불가능했을까? 과학동아가 마라톤 신기록의 과학을 살펴봤다. ▲Getty Images 마라톤의 기록이 42.915km를 달린 시간을 기준으로 공인되기 시작한 이래로 약 120년이 지났다. 그간 인간은 세계기록을 55분 49초 단축했다. 어떤 노력과 혁신이 약 한 시간을 당겼을까. 1900년대부터 2020년대까지 경신된 마라톤 세계신기록과 그 뒤에 숨겨진 혁신을 정리했다. ▲Public domain 현대 마라톤의 시작, 1908년 런던 올림픽 초기 마라톤 거리는 약 40km 정도였고 정확한 기준은 없었다. 마라톤 거리가 처음 42.195km로 정해진 때는 1908년 런던 올림픽이었다. 당시 대회 조직위원회는 영국 왕실의 거주지인 윈저성에서 출발해 런던 스타디움 내의 왕실 관람석 박스 앞에 도착하게끔 코스를 짰다. 이후 1921년, 국제육상연맹이 마라톤 공식 거리로 42.195km를 확정했고 1924년 대회부터 공식 거리가 됐다. 런던 올림픽에서는 미국의 마라토너 조니 헤이스가 2시간 55분 18초의 기록으로 42.195km를 완주했다. 혁신 1960 | 고지대 훈련 도입 1968년 멕시코에서 열린 멕시코시티 올림픽 이후 케냐, 에티오피아 선수들의 성과가 세계의 주목을 받았다. 이들이 생활, 훈련하는 고산 환경이 혈액 내 산소 운반 능력을 향상시킨다는 사실이 알려졌다. ▲Corriere della Sera(W) 1970 | 합성 섬유 의복 개발 1970년대 미국에서 러닝 붐이 일면서, 땀 흡수와 배출이 빠르고 가벼운 소재에 대한 요구가 높아졌다. 이에 따라 합성 섬유가 러닝복 제작에 사용되기 시작했다. 1990년대 이후에는 초경량의 압박복 소재가 만들어져 현재의 고기능성 의복으로 진화했다. ▲Ruuners World 1990 | 80/20 훈련법 도입 2000년대 초, 운동생리학자 스테판 세일러가 훈련량의 80%은 느린 조깅, 20%는 고강도의 달리기로 구성해 심폐 능력과 속도를 동시에 향상시키는 방법을 제시했다. 그 전까지는 자주, 힘들게 훈련하는 것이 보편적이었다. 이후 80/20 훈련법은 마라톤의 기본 훈련법이 됐다. ▲UPMC Sports Surgery Clinic 2000 | 회복 패러다임 전환 훈련만큼 회복이 중요하다는 개념이 1990년대 후반과 2000년대 초에 확립됐다. 특히 1970년대 류머티즘 관절염 치료를 목적으로 개발된 크라이오테라피가 2010년대 마라톤을 비롯해 프로 스포츠 전반으로 급속 확산됐다. ▲Cryotherapy Centers of America 2010 | 슈퍼 슈즈 탄생 2017년 나이키가 탄소섬유판과 고반발 폼으로 중창이 구성된 러닝화, 베이퍼플라이를 출시했다. 카본화는 슈퍼 슈즈라는 별칭을 얻었다. 슈퍼 슈즈를 신은 엘리트 마라토너들은 마의 벽, 2시간에 근접하기 시했다. ▲nike
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