1 교란 정도에 따른 생물의 반응

화재 전 가뭄, 화재 빈도,피해면적 등 여건에서 높은 강도로 교란된 지역은 평균적으로 현저히 감소한 종과 반대로 크게 증가한 종도 존재했다. 또한 낮은 강도로 교란된 지역은 산불로 인한 영향이 거의 없는 종도 있었다.

2 산불 조건에 따른 개체수의 변화

화재 빈도에서 산불 이후 개체수가 감소한 종은 일정기간동안 두번 이상의 화재가 일어났을때 대폭 감소했고 개체수가 증가한 종은 세번 이상의 화재가 일어났을때 가장 많이 증가했다. 화재 간 간격에서 11년 이하로 간격이 짧을수록 가장 감소한 종이 적었고 반면 짧은 간격에서도 개체수를 늘리거나 유지한 종들도 있었다.

3 화재 영향의 주요 요인들과 관찰된 반응

2019년에 일어난 호주 산불을 바탕으로 조사했으며 화재의 빈도가 높을때 부정적영향을 받은 종은 필요한 자원이 회복될 시간이 부족하여 회복력이 더뎠고 긍정적영향을 받은 종은 경쟁자 또는 포식자가 감소하거나 특히 2차천이의 초기에 기여하는 종에게는 오히려 증식할 수 있는 서식지가 조성되었다. 또한 높은 강도의 화재 후에는 많은 종들이 불에 타지않은 비피해지역에서 피해지역으로 유입되어야 생태계의 회복이 가능했다.

4 산림 생태계의 복원

산림 생태계의 복원방법은 크게 자연 스스로 회복하게 하는 자연복원, 인공적으로 나무를 심는 조림복원으로 나뉜다. 이 두가지를 비교하기위한 연구에서 대표적으로 토양의 경우 유기물과 양분의 회복력이 조림복원지보다는 자연복원지에서 훨씬 높은 것이 발표되었다.

5 산불 후 생물다양성의 회복

산불 전의 상태로 돌아가기 위해서 개체군에 따라 몇년 또는 몇십년까지 걸렸는데, 어류는 3년, 곤충은 14년 안에 완전히 회복된 반면 포유류와 조류는 20년이 지나도 81~86%, 62~72%에 머무르면서 산불의 심각성을 다시금 체감하게 되었다.

결론

산불이 생태계에 부정적 영향만 준다고 생각했는데 개체군에 따라 개체수 감소 또는 증가로 나뉜다는 것을 처음 알게 되었다. 또한 요즘 건조한 기후와 강풍으로 산불의 위험이 높아지고 있어 산불을 무조건 줄이자는 인식이 많아지고 있다. 하지만 다른 상황에서는 산불을 조심하는것만이 해결방법이 아닐 수 있고 오히려 필요한 경우 처방적 산불을 시행하기도 하는 사례를 보며 많은 화재조건을 고려한 접근이 필요하다는 결론을 내렸다.

1.뉴런을 이용한 컴퓨터

이 컴퓨터는 사람의 혈액속 줄기세포를 사용하여 분화해 만든 뉴런으로 사고하는 컴퓨터로 연구진은 핑퐁게임을 통해 뉴런을 학습 시켰다. 뉴런은 규칙적인 신호를 좋아하지 불규칙적인 신호를 싫어하기 때문에 이를 이용하여 피드백 과정을 거쳤다.

2. 살아있는 세포이기 때문에 다양한 장치가 있음

뉴런은 ATP를 사용하기 때문에 이 컴퓨터는 특이하게 펌프, 여과장치, 가스관으로 이루어져있는데 펌프는 심장의 역할을 하여 산소나 영양분을 공급하며 이산화탄소나 노폐물들이 빠져나가게 하는 순환계 역할을 했고 여과장치는 이러한 노폐물들이 빠져나가게 하는 배설계역할을 하였다. 가스관은 산소, 이산화탄소, 질소등의 기체를 호흡하는 호흡계 역할을 하였다.

3. 뉴런의 특징

뉴런은 적은 전력으로 빠른 속도와 체계로 작동하기 때문에 AI보다 효율적이며 스스로 사고하기 때문에 오류를 발견시 스스로 고치거나 해당 뉴런과 연결을 끊고 필요한 뉴런과 다시 연결하기 떄문이다 그렇기 떄문에 사람들은 사람의 구조를 닮은 컴퓨터가 아닌 사람의 기관을 이용한 바이오 컴퓨터를 만들려고 하는 것이다

바이러스의 존재 여부와 감염력을 구분하는 데 사용된 단백질인 HA(헤마글루티닌)와 NP(핵단백질)의 기능 차이를 파악하고, 이들이 면역 센서에서 각각 어떤 역할을 하는지 정확히 이해하였다. 특히 NP가 단순 존재 여부를, HA가 감염 가능성을 알려준다는 점은 기존 PCR 방식과는 다른 진단 방식의 정밀성을 보여주며, 기술적 차별성과 실용성을 동시에 갖췄다는 점에서 깊은 인상을 받았다.

이와 함께, 해당 기술이 바이러스 감지 외에도 미세먼지나 곰팡이 포자 탐지 등으로 확장될 수 있는 가능성에 대한 의문을 스스로 제기하며, 기술의 응용 범위에 대한 관심도 넓혀갔다. 또한 공기청정기나 IoT 기술과의 연계를 통해 더 큰 효과를 낼 수 있을 것이라 판단하고, 스마트 환경 감시 시스템으로 발전시킬 수 있는 방향성까지 스스로 탐색해보았다.

무엇보다 이번 탐구를 통해 실생활 문제를 해결하는 실용적인 과학 기술이 사회에 얼마나 중요한지 체감하게 되었다.

그중에서도 「소아희귀병 치료기술 '있으나마나'...무용지물된 이유는?」라는 기사를 통해 국내 소아 희귀난치성 안과질환 환자들의 현실적인 사례를 접하게 되었고, 이들을 치료하기 위한 핵심 기술로 소개된 ‘4세대 프라임 유전자 교정 기술’에 관심을 갖게 되었다.

프라임 유전자 교정 기술의 작동 원리를 보다 깊이 이해하기 위해 관련 보고서와 영상 자료를 찾아보며 학습하였고, 발표에서는 내용을 쉽게 전달하고자 이 기술을 ‘정확한 주소로 택배를 보내는 과정’에 빗대어 설명해 보았다.

또한, 이 기술이 주목받는 배경을 파악하기 위해 기존 3세대 유전자 교정 기술의 원리도 함께 살펴보았고, 두 기술의 차이를 비교하면서 4세대 기술의 정밀성과 안전성에서의 우수성을 알 수 있었다.

프라임 유전자 교정 기술의 원리를 탐구하며 특히 Cas9 단백질이 DNA를 자르는 역할을 하고, pegRNA가 정확히 어떤 위치에 어떤 유전 정보를 삽입해야 하는지를 안내하는 ‘설계도’ 역할을 한다는 점이 인상 깊었다.

이 두 분자가 마치 편집자와 지침서처럼 함께 작동해 질병의 원인이 되는 유전자의 특정 부분만을 정확하게 수정할 수 있다는 점에서, 생명과학 기술이 얼마나 정밀하고 혁신적인지를 체감할 수 있었다.

기사에서는 이처럼 뛰어난 기술이 있음에도 불구하고 인프라 부족, 재정적 한계, 이중 규제 등 현실적인 문제로 인해 실제 적용이 지연되고 있다는 점을 지적하고 있었다.

이 문제점을 알게 된 후 민간 협회와의 협력, 정부 차원의 정책적·재정적 지원, 그리고 과도한 규제의 완화 등 다양한 해결책을 제안해보았고, 이러한 방안이 실현될 경우 한국의 생명과학 경쟁력 강화와 환자의 삶의 질 개선 등 기대효과도 함께 발표하였다.

이번 탐구를 통해 생명과학 기술은 단순한 학문적 성취를 넘어, 실제로 환아들과 그 가족들에게 희망을 줄 수 있는 도구가 될 수 있다는 점을 알게 되었고, 과학의 사회적 의미와 책임에 대해서도 생각해보는 계기가 되었다.

특히 기술의 원리를 이해하고 이를 직접 설명하며 과학은 단순한 지식이 아닌, 사람들의 삶을 변화시킬 수 있는 실제적인 힘임을 느낄 수 있었다.

말한다. 뇌간 부위는 기능이 정지되지않앗기 때문에 혈압, 체론 유지, 심장박동 유지 등을 할 수 있어 자발적인 호흡 및 회복가능성이 존재한다. 하지만 뇌사는 대뇌와 뇌간 둘 다 기능이 완전히 정지했기 때문에 자발적인 호흦 및 회복가능성이 없다. 즉사는 아니지만 인공호흡기를 떼는 순간 죽는다고 볼 수 있다. 코마 상태는 식믈인간과 특징들이 비슷파지만 뇌의 손상 정도에 따라 대뇌의 기능이 남아있을 수 있다는 점에서 조금 다르다. 하지만 결국 코마상태가 장기간 지속되면 이는 악화되어 식물인간이나 뇌사상태로 이어질 수 있다

본론으로 돌아와 식물인간이 회복한 사례가 있는데 이는 자연치유가 아닌 VNS 기술을 통한 회복 이었다. VNS기술은 뇌졸중 치료에 사용되고있는 미주신경자극 치료 기술인데, 미주신경은 연수에서 시작해서 온몸으로 뻗어져나가는 신경을 말한다. 이걸 자극하야 식물인간의 손상된 대뇌 피질 네트워크를 활성회시켜 대뇌의 기능을 회복시킨 것이다. 이 기술의 방법은 신경 가소성과 장기상승작용(LTP)와 관련이 있다. 신경가소성이란 성장과 재조직을 통해 뇌가 스스로 신경 회로를 바꾸는 능력이다. 더 구체적으로 보자먼 LTP를 말할 수 있다. LTP는 활동하지 않던 시내스들을 활동하는 시냅스들로 전환 시키는 것이다. 시냅스가 새로 생기거나, AMPA 수용체의 효율성이나 수 가 증가하는 것이라고 볼 수 있다. 이 기전에는 글루탐염이라는 신경전달물질이 관여한다. 글루탐염은 척추동물의 신경계에서 가장 많이 존재하는 흥분성 신경전달물질이다.

LTP의 기전을 설명하자먼 활동하지 않던 시냅스, 즉 글루탐산염 AMPA수용체가 부족한 상태인 시냅스로 세포질 내의 AMPA 수용체가 이동하여 해당 시냅스가 활성화된다. AMPA 수용체는 신경전달물질과 결합하며, Na+을 유입시킨다.

이 때 Ca+이 같이 세포내로 유입되면 시냅스 이후 세포의 유전적 변화를 만들어 연접이후 세포의 구조가 변한다. 시냅스전에서 분비된 글루탐산이 AMPA 수용체의 이온통로를 열어 나트륨 등의 양이온이 시냅스후 신경세포 내부로 들어오고, 이후에 시냅스후에서 탈분극이 일어나 막전위가 상승하면, NMDA 수용체의 이온통로를 막고 있던 마그네슘과 아연이 떨어져 나오고 NMDA 수용체를 통해 칼슘, 나트륨 등의 양이온이 통과하게 되는 것이다.

하지만 이 때 NMDA 수용체는 항상 열려있는 것은 아니다. 평상시에 마그네슘, 아연 등의 이온이 NMDA 수용체와 결합하여 막혀 있기 때문에신경세포의 탈분극이 일어나 마그네슘과 아연이 떨어져 나온 후에 양이온의 통과가 가능해진다. NMDA 수용체를 통해 신경세포 안으로 들어온 칼슘은 다양한 세포신호에 영향을 미치며 시냅스 가소성 조절에 중요한 역할을 한다.

하지만 이 때 들어오는 Ca+의 양의 유입이 충분해야(5µM 이상) LTP가 작용한다.

결론적으로 이러한 신경 가소성의 원리 및 장기상승작용 기전을 활용하여 식물인간의 회복가능성을 높이고 적절한 치료 기술을 만들어낼 수 있다는 것이다.

처음에 막연하게 식물인간과 뇌사의 차이라는 단순한 주제로 시작했지만 조사하면서 뇌사와 달리 식물인간은 살아있다고 인정 받지만 사실상 대뇌 피질이 손상되어있기 때문에 능동적으로 움직일 수 없다는 것을 알게 되었다. 즉, 실질적으로는 목숨만 붙어있는 셈이지 누워있는 채로 혼자서 아무것도 할 수 없는 상태라는 것이 안타깝다고 느꼈다. 그래서 식물인간의 회복에 대한 가능성으로 신경가소성, 즉 장기상승작용의 원리에 대해 심화적으로 조사해보게 되었다. 논문을 읽어보면서 뇌의 학습 방법과 습관, 숙달이 지속적인 자극에 의한 시냅스 강도의 상승에 의한 것임을 알게 되었고 이 기전이 실제로 뇌졸중과 같은 뇌손상 치료법에 이용된다는 것을 알게 되었다. 이를 통해서 식물인간의 손상된 대뇌 피질도 신경가소성의 원리를 통해 회복될 수 있다는 전망을 확인해보는 좋은 기회였다.

일단 먼저 작년에 배운 방어작용의 개념에 대해 다시 조사해보았다. 방어 작용 중 항원 항체의 개념과 항원항체의 특이성을 설명하였는데 이 중에서 특히 여러 종류의 항원이 있는 하나의 병원체에 한 종류의 항체만 결합해도 병원체가 제거된다는 항원항체 특이성을, 조사를 통해 다시한번 새겨보게 되었고 해당 개념을 발표에서 설명하는 도중에 그림을 그려서 간단히 설명하여 전달력을 높이려 하였다.

다음으로 원리를 설명하기 전에 대식세포의 특징에 대해 조사해보았다. 종양 내 대식세포는 다양한 표현형을 가지는데, 일반적인 대식세포는 항암 면역 반응을 감소시켜 악성 뇌종양에 오히려 악영향을 미친다. 하지만 대식세포의 다양한 표현형 중 CD169를 발현하는 대식세포는 항암 면역반응을 증가시키고 대식세포의 포식작용, 즉 식균작용을 통해 악성 뇌종양 치료에 유용하게 사용될 수 있다. 여기서 악성 뇌종양은 교모세포종을 의미한다.

그래서 CD169를 발현하는 대식세포가 악성 뇌종양을 어떻게 제거하는지에 대해 살펴보니, 위에서 언급했듯이 암세포 표면에 CD169가 결합하고 그 결과로 CD169를 발현하는 대식세포의 포식작용이 증가한다.

포식작용의 증가 자체로도 세포 독성 T세포의 활성을 증가시킬수 있고, 또한 이 대식세포가 활성화 작용을 하는 단백질인 케모카인을 증가시켜 세포독성 T세포의 활성을 증가시키기도 한다. 따라서 대식세포의 포식작용과 세포독성 T세포가 병원체에 감염된 세포를 직접 공격하고 파괴하여 교모세포종을 없애기도한다.

이러한 원리를 대조군과 실험군을 나누어 나타낸 그래프를 통해 실험결과를 시각적으로 확인할 수 있어 조사를 하는 과정에서도 과학적 원리 이해에 도움을 받았고, 또한 이해를 바탕으로 발표를 할 때에도 해당 그래프를 활용하여 발표내용을 전달력 있게 표현하려 노력하였다.

결과적으로 이러한 탐구를 해보면서 교모세포종이라는 악성 뇌종양이 있다는 것을 알게되었고, 이 종양의 특징과 현재 상용화 되고 있는 치료법까지도 조사해보게 되어 뜻깊은 활동이 되었다. 또한 뉴스기사에서 설명한 과학적 원리를 적용한 치료법이 상용화 되기전까지는 여러 측면에서 고려되어야할 논의거리가 되겠지만, 여러 과정을 거쳐 미래에는 CD169를 발현하는 대식세포의 과학적 원리가 교모세포종의 치료법에 적용되어 교모세포종 환자들에게 많은 도움이 될 가능성과 잠재력이 기대가 된다.

처음에는 정자에는 미토콘드리아 DNA가 없을 것이라 생각했으나, 실제로는 정자에도 존재하지만 수정 과정에서 난자에 들어오지 못하거나 들어오더라도 분해된다는 사실을 알게 되어 스스로의 오해를 바로잡는 경험을 하였다. 또한 미토콘드리아 DNA의 무작위 분포, 헤테로플라스미 현상, 그리고 정상 유전자와 돌연변이 유전자가 섞여 있을 때의 표현형 발현 원리에 대해 탐구하며 유전학의 복잡성과 흥미로움을 체감하였다.

헤테로플라스미 형태는 돌연변이가 일어났을 때 유전되는 상태이며 이때 정상 유전자가 더 많을 경우 돌연변이 유전자를 가려주어 표현형이 드러나지 않는 다.

특히, 미토콘드리아 DNA 돌연변이의 세대 간 전이 과정을 학습하며 어머니로부터 정상적인 DNA를 많이 물려받았다는 점에 감사함을 느끼기도 하였다. 현재 전장유전체 분석 기술의 한계로 인해 미토콘드리아 DNA 돌연변이에 대한 연구와 치료가 어려운 현실을 아쉬워하며, 관련 분야에 대한 더 깊은 학습 의지를 다지는 계기가 되었다.

이번 탐구를 통해 스스로 학습 자료를 찾고, 어려운 개념을 반복 학습하며 이해하는 과정에서 탐구력과 문제해결력, 융합적 사고력을 기를 수 있었으며, 생명과학적 사고의 폭을 넓히는 의미 있는 시간이 되었다.

사람이 죽을 때, 즉 심정지가 발생하면 뇌는 산소 공급이 끊기면서 매우 빠르게 기능을 잃기 시작한다. 몇 초 내로 의식을 잃고, 뇌의 전기적 활동도 급격히 감소한다. 그래서 우리는 이 시점이 전통적으로 정신이 완전히 소멸하는 순간으로 여겼었다. 하지만 최근 연구에 따르면, 죽음 직전 뇌는 오히려 극도로 활발해진다. 심장이 멈춘 뒤 쥐 실험에서는 감정과 집중력에 관여하는 신경전달물질(세로토닌, 도파민, 노르에피네프린 등)이 평소보다 수십~수백 배까지 폭발적으로 분비되는 현상이 관찰됐다. 인간 환자에서도, 인공호흡기를 제거한 뒤 의식이 없는 상태임에도 불구하고 고주파수(30~100Hz)의 감마파가 뇌에서 강하게 나타났다. 특히 공감과 자기 인식, 시각 정보 처리와 관련된 뇌 영역에서 이런 뇌파가 활성화되었고, 이는 임사체험에서 보고되는 평온함이나 주마등 같은 현상과 연관될 수 있다. 이러한 뇌의 마지막 활동이 실제로 의식적 경험을 동반하는지는 완전히 밝혀지지 않았으나, 일부 연구진은 임사체험 생존자들이 말하는 평온함, 시각적 경험, 초월적 감정 등이 이와 관련이 있을 수 있다고 추정하고 있다.

2.   뇌를 되살릴 수 있을까?

예일대 연구진은 도살장에서 얻은 돼지 뇌 32개를수집하여 실험을 진행했다. 보존제, 안정제, 산소 혼합액으로 인공 혈액을 구성하고, 브레인엑스장치를 통해 뇌동맥에 혈액 순환을 모방하여 주입했다. 그래서 이 결과로 뇌 세포 구조가 보존되고 혈관 기능이 회복되었으며 전기 신호 발생이 확인되었다. 하지만 의식 활동은 없었다, 즉 세포 수준 복원에 그쳤다. 그럼에도 불구하고 뇌세포가 죽기까지는 오래걸리고 뇌가 죽어가는 과정을 지연시키고 멈추거나 되돌릴 수도 있다는 가능성 확인하고, 장기적으로 이번 연구를 통해 과학자들은 뇌졸중이나 출생 당시 산소 부족으로 뇌에 손상을 입었을 때로부터 보호할 수 있는 더 좋은 방법을 발견될 수도 있다는 점에성 의의가 있다.

이번 조사는 내 희망진로와 상관없이 단순 내 흥미와 관심으로 조사를 했다. 죽음이란 언제 어디서든, 그리고 필수적으로 찾아오는 것이기에 죽음에 대해서 알아야 할 필요가 있다고 생각했다. 조사결과 죽음이라는 것이, 정확히 말하면 심정지를 당했더라도 바로 죽는것이 아니고 주마등같은 것을 느끼거나 청각신경이 활성화되있기에 마지막으로 사랑하는 사람의 목소리를 듣고 갈 수 있다는 점에서 약간의 위안이 되었다. 아직 나는 근처에서 죽음을 경험해보지는 못했지만, 나중에 필연적으로 경험을 하게 되었을 때, 심정지가 됐더라도 내 마음을 전달해야 되겠다는 생각이 들었다.

식단이나 운동, 약물 치료의 대안인 GABA라는 성분과 운동을

자연발생고혈압쥐(SHR)를 통해 제시하였습니다.

연구 목적입니다.

GABA 클로렐라와 운동을 각각 함께 적용했을 떄의 여부입니다.

GABA는 뇌에서 작용하는 억제성 신경 전달 물질이고,

교감신경을 억제해서 고혈압이나 스트레스 완화에 용이합니다.

연구 설계입니다.

고혈압을 유발한 수컷 실험쥐 24마리를 각각 4그룹으로 나누었습니다.

통제군은 조작 변인이 일어나지 않은 그룹이며,

SHR-C라고 불립니다.

운동군은 콜로렐라 섭취 없이 휠 운동만 자발적으로 한 그룹이며,

SHR-Ex라고 불립니다.

클로렐라군은 오로지 클로렐라만 섭취한 그룹이며,

SHR-CI라고 불립니다.

복합군은 클로렐라 섭취 및 자발적 휠 운동까지 병행하는 그룹이며,

SHR-CEx라고 불립니다.

다음은 연구 결과입니다.

몸구게의 변화를 봤을 때는

복합군 제외 나머지 전부 비슷한 것으로 확인되었습니다.

다음은 운동량입니다. 운동군은 10주 후에 운동량이 줄어드는 것으로 보이고, 복합군은 10주 후에도 변합없는 걸로 확인됩니다.

혈압입니다.

클로렐라군과 복합군의 혈압은 낮아졌으며, 통제군과 운동군은 높아진 것으로 확인됩니다.

항산화 효소 변화입니다.

SOD변화인데요.

SOD를 간단하게 설명하면 산화스트레스 1차 방어 효소입니다.

그래프를 보시면 클로렐라군 빼고 나머지가 증가한 것으로 보입니다.

GPx 세포 손상 방지 및 2차 방어 효소의 변화는

클로렐라군과 통제군은 변화없으며, 운동군과 복합군이

증가했다는 걸 알 수 있습니다.

CAT 항산화 시스템 보조 효소는 거의 변화가 없다는 것을 알 수 있으며, MDA 산화스트레스는 통제군과 클로렐라군은 증가한 반면

운동군과 복합군은 낮아진 것으로 보입니다.

마지막으로 이 내용을 요약하자면 클로렐라+운동은 고혈압 관리에 효율적이고, 운동은 항산화 효과도 있으며, 클로렐라를 단독 사용하기에는 항산화 효과가 부족한 것으로 보인다.

첫 번째로 기사 내용 파악을 위해 기사 속의 용어 개념을 정리하였으며, 기사에서 언급되는 ‘알파폴드, 로제타폴드, 그레이박스’ 등과 같은 인공지능 기술의 원리와 활용성 등을 이해하였다. 이를 통해 각 기술이 단백질 구조를 어떻게 예측하며, 신약 개발 과정에서 어떻게 활용되는지를 설명할 수 있게 되었다. 더불어 이러한 기술로 인한 비용 절감, 시간 단축 등의 장점을 소개하며 인공지능 기술의 활용 필요성을 강조하였다.

다음으로 기사에서 언급되는 생명 치료제나 인공지능 기술의 정의와 활용 사례를 그림과 함께 설명하였다. 특히, 단백질의 3차원 구조를 예측할 수 있는 알파폴드와 로제타폴드와 같은 기술을 활용하여 3세대 항암제로 분류되는 면역 항암제를 개발할 수 있다는 점에 무게를 두었으며, 인공지능 기술에 꼭 필요로 하는 기계학습의 정의도 함께 제시하였다.

또, ’인공지능 활용 시 신약 개발 시간이 얼마나 단축되는가?‘와 ‘인공지능이 의료 문제를 일으키진 않을까? 만약 문제가 발생한다면 책임은 누가 질까?‘ 등의 궁금증을 가지고 관련 기사를 찾고 탐구하였다. 기사들에선 실질적 자료와 수치를 제시하고, 관련 사례를 제시하여 이해하는 데 도움을 주었다. 또한, 인종 편향성과 같은 윤리적 문제점을 지적하기도 하였다.

결론적으로, 현재의 기술적인 면에서는 아직 한계와 결함이 존재한다고 생각하지만, 이 부분을 개선하기 위해선 반복적인 학습과 정확한 알고리즘 설계, 그리고 편향을 줄이기 위한 다양한 데이터 학습이 필요하다고 판단하였다. 또한, 미래의 신뢰할 수 있는 의료용 인공지능 개발에 기여할 수 있도록 데이터 처리, 모델 설계, 윤리적 기준 등을 더 깊게 고민하고 탐구해나갈 것이다.

1. 프로포폴에 대한 내용

   - 프로포폴은 계속 투약할 시, 여러 부작용이 생기기도 하지만 정맥 주사 후 30초정도에 효과가 나타나고 3~10분 정도로 짧게 작용이 지속되어 회복이 빠르고 깨어난 후 부작용이 적다는 장점이 있다. 또, 중독성을 나타내는 이유가 뇌의 측좌핵부위에서 도파민 농도를 증가시켜서이다.

2. 프로포폴의 위험성

   - 생각보다 많은 사람들이 수면장애를 해소하고자 약물을 투여하고 그 양이 과다되면 호흡중단으로 사망하는 경우가 있어 각별한 주의가 필요하다.

3. 프로포폴의 작용원리

   - 신경전달원리와 연관되어 있는데, 우선 프로포폴은 GABA 수용체에 작용한다. 신경전달물질인 GABA의 수용체는 Cl- 이온과 관련되어 있어 GABA가 활성화되면 Cl- 이온은 음이온이기때문에 세포 내부의 전하를 더욱더 낮게 만드는 효과를 불러일으킨다. 전위가 더 낮아지기 때문에 활동전위로 올라가는데 더 많은 전위 상승이 필요하게 되어 신경 신호가 올라가는데 시간이 걸리게 만들어 진정효과를 발생시킨다. 프로포폴은 GABA 수용체에 작용해서 더 많은 Cl- 이온이 세포 안으로 유입되게 만든다. 따라서 평상시보다 더 많은 Cl- 이온들이 유입되고 더욱더 진정효과를 나타낸다.

   
   

   나의 생각으로는 프로포폴이 의학적으로는 매우 유용한 약물이라고 생각한다. 많은 수술에서 사용되지만 오남용의 위험성도 크기 때문에 각별한 주의가 필요하다고 본다. 특히 연예인이나 일반인들이 불법 투약하는 사례들을 보면서 마치 ‘수면제’처럼 잘못 인식되는 현실이 안타까웠다. 향후에 보건분야에 대해 진로를 생각하는 사람으로서 프로포폴과 같은 약물에 대해 올바른 지식을 가지는 자세가 필요하다고 느꼈다. 약물은 잘 쓰면 ‘약’ 이지만 잘못쓰면 ‘독’이 될 수 있다는 점을 항상 기억할 것이다.

기존의 면역치료법이 특정 종양 내부까지 침투하기 어려웠던데 반해, CAR-M 은 새로운 치료가능성을 열어 연구가 활발히 진행중이다.

-추가탐구...1.사이토카인 폭풍..(면역물질 과다 사용시 생길 수 도 있는 문제점으로 추가 조사해봄.)

2.종양 미세환경, (왜 기존의 면역세포가 암을 처리하지 못하는지에 대해 더 자세히..)

이번 발표에서 특히 강조하고 싶은 점.....?,,

처음에는 전혀 이해되지 않던 복잡한 개념들이, 직접 탐구하고 정리하는 과정을 거치면서 하나의 흐름으로 연결됐다는 경험입니다. 그나마 익숙한 단어였던 ‘대식세포’에 끌려 기사를 읽기 시작했지만, CAR-M 세포, 종양 미세환경, 면역 회피 같은 내용은 솔직히 처음엔 너무 어렵고 멀게 느껴졌다... 하지만 자료를 찾아보고 정리하는 과정에서, 이 기술이 왜 필요한지, 어떤 원리로 작동하는지 하나하나 퍼즐을 맞춰가듯 이해하게 되면서, 단순한 정보 전달이 아니라 과학을 해석하는 힘이 생긴 느낌이었다. 그래서 이번 발표는 솔직하게... 과학 기사의 내용들 (CAR-M 자체보다도), 복잡한 내용을 내 언어로 풀어낸 경험이 더 큰 의미로 남았습니다.

간접 현상으로 생성된 간접 무늬는 고속 카메라나 이미지 센서를 통해 디지털 이미지로 저장된다. 컴퓨터가 간섭 패턴을 해석해 세포 내부의 구조를 3차원 이미지로 재구성하고 복원된 3D 영상은 라벨 없이, 실시간으로 시각화가 가능해진다. 이 과정을 통해 홀로그래피 현미경이 작동한다.

홀로그래피 현미경의 작동원리를 알아보면서 살아있는 세포의 움직임과 구조를 실시간으로 3D로 보여주는 데이터를 기반으로 교육, 의료, 예술 등등 생각도 못 한 수많은 분야에서 3D 콘텐츠가 활용될 수 있다는 것을 알았다.

또한, 이러한 3D 그래픽이 점점 발전하는 것을 보며, 앞으로는 데이터를 해석하고 시각화하는 것의 역할이 중요해질 것 같다고 생각했다.
찾아보는 과정에서 3D 그래픽을 더 깊게 연구해 봄으로써 3D 그래픽 제작자가 할 수 있는 일이 생각보다 훨씬 넓고 다양하다는 점도 알게 되었다.

재조합 DNA 기술은 서로 다른 유전자를 인위적으로 결합하여 새로운 유전 정보를 만드는 생명공학 기술이다. 이 기술은 특정 유전자를 삽입하거나 제거함으로써 생물의 성질을 바꾸고, 원하는 특성을 가진 생명체를 만들어낼 수 있도록 한다. 대표적인 예로는 인슐린을 생산하는 유전자 조작 박테리아, 병충해에 강한 농작물 등이 있다.

재조합 DNA 기술은 다른 분야와의 융합을 통해 더욱 큰 시너지 효과를 낼 수 있다. 예를 들어, 정보기술(IT)과 결합하면 유전자 데이터를 분석하고 예측하는 정밀의료가 가능해지며, 나노기술과 융합하면 유전자 수준에서 약물을 정확히 전달하는 맞춤형 치료가 실현된다. 또한 농업, 환경, 에너지 분야 등 다양한 산업에서 응용되어 지속 가능하고 효율적인 시스템을 만드는 데 기여한다.

이러한 기술융합의 장점은 첫째, 문제 해결 능력의 향상이다. 단일 기술로 해결할 수 없었던 복잡한 문제를 여러 기술이 함께 작동하면서 보다 정밀하고 효과적으로 대응할 수 있다. 둘째, 혁신적인 제품과 서비스의 창출이다. 유전자 기반 진단 키트나 바이오 연료처럼 기존에 없던 신산업을 창출함으로써 경제적 부가가치를 높일 수 있다. 셋째, 개인 맞춤형 해결책 제공이 가능하다. 개인의 유전 정보를 바탕으로 한 정밀 진단 및 치료가 대표적인 예이다.

결론적으로, 재조합 DNA 기술은 그 자체로도 강력한 도구이지만, 다른 기술들과의 융합을 통해 인간의 삶의 질을 높이고 다양한 산업의 미래를 이끄는 핵심 동력으로 작용하고 있다는 내용이다.

그리고 산업적 이익으로는 의료 산업에서는 유전자 치료제, 맞춤형 의약품, 진단 기술 등을 통해 질병 예방 및 치료의 효율이 크게 향상되어 시장이 빠르게 성장하고 있다.

농업 산업에서는 병충해에 강하고 수확량이 높은 유전자 변형 작물(GMO) 개발로 식량 생산성이 향상되고, 식량 안보 문제 해결에 기여한다.

바이오 에너지 산업에서는 미생물을 이용한 친환경 바이오 연료 생산이 가능해져, 화석 연료 의존도를 줄이고 지속 가능한 에너지 공급이 가능하다.

환경 산업에서는 오염 정화 기능을 가진 유전자 조작 미생물을 통해 오염물 제거 및 생태계 복원 등 친환경 기술로 활용된다.

이 내용을 탐구하면서 진로는 화학,전기,기계쪽에 힘을 두고있지만 미래에는 바이오산업이 더 중점적으로 발전할것같다.

1. DNA 저장 기술의 정의

DNA 저장 기술은 DNA 분자가 유전 정보 외에도 디지털 데이터를 저장할 수 있다는 점에 착안한 혁신적인 기술이다. 컴퓨터의 0과 1로 이루어진 이진 데이터를 DNA의 염기서열인 A, T, G, C로 변환한 뒤, 이를 인공적으로 합성해 실제 DNA 분자로 만들어 저장한다. 이렇게 저장된 DNA는 전기를 사용하지 않고도 안정적으로 오랜 기간 보존할 수 있으며, 필요할 때는 DNA 시퀀싱을 통해 데이터를 다시 읽어낼 수 있다. 매우 작은 부피로 방대한 정보를 저장할 수 있는 특성 때문에 미래형 저장 매체로 각광받고 있다.

2. DNA 저장의 과학 원리

DNA 저장 기술은 생명과학과 정보공학 원리를 융합한 것으로, 염기서열의 조합이 정보를 구성하는 방식에 기반을 둔다. 이처럼, 디지털 데이터는 이진수로 변환된 후 2비트 단위로 A, T, G, C에 대응되어 염기서열로 전환된다. 이후 이 염기 정보를 기반으로 DNA를 인공 합성하고, 나중에는 DNA 시퀀싱 기술로 이를 해독해 다시 디지털로 복원한다. 염기 배열에 따라 정보가 다르게 해석되기 때문에 오류가 생기지 않도록 정확한 합성과 정교한 해독 기술이 필요하다. 특히 오류 수정 알고리즘과 안정적인 데이터 복구 기술은 공학적 완성도를 높이는 핵심 요소다.

3. DNA 저장 기술의 장점과 가능성

DNA는 1g만으로도 수백 페타바이트의 정보를 저장할 수 있어 저장 밀도가 매우 높으며, 수천 년 이상 보존될 만큼 안정성이 뛰어나다. 또한 전력을 거의 사용하지 않아 냉각 설비가 필요 없는 친환경 저장 방식으로 주목받고 있다. 해킹 위험도 낮아 보안성이 우수하고, 크기가 작아 우주 탐사나 극지 환경처럼 극한의 조건에서도 저장 매체로 활용될 가능성이 높다. 앞으로 데이터 폭증 시대에 기존 반도체 저장 장치를 대체할 수 있는 미래 기술로 성장할 잠재력이 크다고 생각한다.

내 생각으로는 DNA 저장 기술은 생명과학의 원리를 공학적으로 실현한 대표적인 융합 기술이라고 느꼈다. 기존 반도체 기반의 저장 장치가 한계에 다다른 지금, DNA라는 생물학적 소재가 새로운 저장 방식으로 등장했다는 점이 인상 깊었고, 특히 공학적 관점에서 이 기술을 실용화할 수 있는 방법(예: 저장구조 설계, 오류 수정 알고리즘 개발 등)에 대해 더 깊이 탐구해보고 싶어졌다. 공학 분야로 진로를 생각하는 사람으로서, 이런 첨단 융합 기술을 이해하고 미래에 활용할 수 있는 역량을 키우는 것이 중요하다고 느꼈다. 기술은 그 자체의 존재보다, 실제로 어떻게 적용하느냐가 더 중요하다고 생각한다. 앞으로도 과학적 원리와 공학적 응용 사이의 연결고리를 고민하는 자세를 가져야겠다고 생각했다.

이 활동을 통해 ADHD가 단순한 행동 문제가 아니라, 뇌 기능과 관련된 과학적으로 설명 가능한 신경학적 질환이라는 것을 알게 되었습니다. 그리고 BT-1000이라는 기기가 앞으로 ADHD 치료에 얼마나 유용하게 쓰일 수 있을지 기대하게 되었다. 아쉬운 점은, 아직 보편화되지 않아 실제 임상 사례나 사용자 후기를 충분히 확인하지 못했다는 점이다. 활동을 통해 이러한 기술들이 실제 사람들의 삶에 어떻게 기여할 수 있는지를 깊이 있게 생각해보는 계기가 되었습니다.

STR은 인트론 부위에 나타나는 짧은 연쇄 반복으로 2~6개 정도의 염기가 반복적으로 나타나는 것이다. SNP는 엑손 부위에 나타나는 단일염기다형성으로 모든 개인의 염기서열의 길이는 동일하지만 구성에 차이가 있어 개인 식별을 가능케하는 것이다. STR은 개인마다 반복수가 달라 범죄 수사에 활용될 수 있는 것이고 SNP는 사람마다 차이를 보이는 DNA 마커가 하나의 세포에 수십만 개씩 있어 범죄 수사에 활용될 수 있는 것이다.

발표를 준비하다보니 범죄 수사에 STR과 SNP가 활용되는 예시가 아닌 의학 분야에서 활용되는 사례들도 볼 수 있었다. 그중에서도 가장 인상 깊었던 것은 골수이식 후 치료를 추적하는 마커로 이용된다는 점이다. STR마커는 개인별로 다양하게 나타나기 때문에 치료를 추적하는 마커로 사용될 수 있는 것이다. 항암치료 후 골수 이식을 하면, 환자 본인의 STR 마커는 사라지고 기증자의 STR 마커가 나타나야 한다. 본인의 STR 마커가 다시 나타난다는 것은 암세포의 증식을 의미하므로, 치료가 잘 되었는지 재발이 되었는지를 판단하는데 도움을 준다.

그리고 이 주제로 발표를 하게 된 계기인 논문에는 한국인 특이적 SNP가 있다고만 하고 끝나서 더 궁금증이 생겨 찾아보게 되었다. 더 찾아보니 한국형 정신분열증 유전적 단서가 발견되었다는 논문이 있었다. 뇌, 간, 심장, 적혈구 등에 존재하는 COMT 효소는 `카테콜아민'이라는 신경전달물질을 분비하는데 과학자들은 그동안 이 효소가 정신분열증을 일으키는데 중요한역할을 하는 것으로 보고 유전체 연구를 해왔다. 논문에 따르면 연구결과 한국인의 경우 72번 아미노산 염기 중 SNP가 나타나는 COMT 효소의 활성도는 SNP가 나타나지 않는 COMT 효소의 20~60% 수준에 그치는것으로 나타났다. 활성도가 낮으면 정신분열증 위험이 커진다고 볼 수 있다. 그런데 이 SNP가 미국 연구팀이 유태인 2천명을 대상으로 조사한 결과에서는 전혀 관찰되지 않았다. 유태인에서 나타나지 않았던 SNP가 한국인에게만 확인된 것은 인종간 유전자 차이를 의미한다고 할 수 있다. 그리고 질환에 따라 인종별 유전적 차이가 분명한 만큼 한국인 고유의 SNP 데이터베이스 확보가 무엇보다 중요하다고 할 수 있다.

STR이 주로 범죄 수사나 친자 확인에 사용되는 것으로 알고 있었지만, 이번 발표를 통해 의학적 적용 사례를 조사하고 발표하면서 STR의 활용 범위가 얼마나 넓은지를 새삼 깨달았다. STR에 대한 부분도 흥미로웠지만, 개인적으로는 SNP가 가지는 미래 지향적이고 정밀한 의학적 활용 가치에 특히 매력을 느꼈다. STR이 현재의 식별 기술에 강점이 있다면, SNP는 미래의 예측 및 맞춤형 치료에 중심이 될 수 있다는 점에서 두 마커가 상호 보완적으로 활용된다는 것도 흥미로웠다. 마지막으로, STR이 골수이식 후 치료 경과를 추적하는 데 사용된다는 내용을 조사하면서, 실제 임상 현장에서 유전 분석이 어떻게 활용되고 있는지 생생하게 접할 수 있었던 것도 인상 깊었다. 이식 후 환자의 체내에 공여자의 DNA가 잘 유지되고 있는지 STR 분석으로 확인할 수 있다는 점은, 유전학 지식이 단지 이론에 머무르지 않고 환자의 생명과 직결되는 중요한 기술이라는 것을 체감하게 해주었다. 전체적으로 이번 탐구는 유전 정보의 과학적 원리뿐 아니라, 실제 사회와 의료 분야에서의 응용 가능성을 함께 고민해볼 수 있는 뜻깊은 경험이었고, 발표를 통해 이를 공유할 수 있어 뿌듯했다.

포유류와 어류는 모두 뮬러글리아 세포와 Prox1 단백질을 가지고 있지만, 어류는 망막 재생이 가능하고 포유류는 불가능하다. 그 이유는 Prox1 단백질의 작용 기전 때문이다. 포유류에서는 Prox1 단백질이 뮬러글리아 내에 축적되어 뮬러글리아가 RPC로 전환되지 못하면서 재생이 불가능하다. 하지만 어류에서는 Prox1 단백질이 뮬러글리아 내에 축적되지 않아 결과적으로 망막 세포 재생이 가능하다. 어류의 뮬러글리아 세포에 Prox1 단백질이 축적되지 않는 이유를 이 논문에서는 가정적 설명으로 제시하고 있다. 포유류의 뮬러글리아는 특정 프로테오글리칸을 발현해서 Prox1을 붙잡는 수용체 역할을 하지만, 어류에서는 이 수용체가 없거나 발현이 매우 낮아서 Prox1이 뮬러글리아에 침투하지 못한다는 것이다.

포유류에서 망막 재생을 가능하게 하기 위해서는 문제가 되는 Prox1 단백질을 처리해야 한다. 첫 번째 방법은 Prox1 유전자를 직접적으로 제거하는 것이다. Prox1 단백질을 제거한다면, 뮬러글리아에 더 이상 Prox1 단백질이 축적되지 않으면서 뮬러글리아가 RPC로 전환되기 때문에 그중 일부가 광수용체 세포로 분화하여 시력이 회복된다. 두 번째 방법은 Prox1을 잡아내는 항체를 투입하는 것이다. 항체를 통해 Prox1 단백질을 세포 외부에서 중화시킨 후에는 첫 번째 방법과 동일한 과정이 진행된다.

이번 KAIST 연구진의 연구 이전에는 미국과 일본의 선행 연구가 있었다. 미국의 아르고스Ⅱ는 전자 인공 망막으로 실명 환자에게 일부 시각 신호를 전달해 주는 보조 장치로 사용되었지만, 해상도 한계나 고비용, 기기 이식 부담 등의 문제로 상용화가 거의 중단되었다. 일본에서는 iPSC(유도만능줄기세포)로 만든 RPE(망막색소상피) 세포를 환자에게 이식해 시력 저하 속도를 늦춘 사례가 보고된 바 있다. 하지만, 이 역시 완전한 시력 회복은 어려운 수준이고, 면역 반응이나 세포 정착성 등의 문제도 남아 있다.

이번 탐구를 진행하면서, 단순한 보완이나 대체가 아니라, 스스로 회복할 수 있는 능력을 끌어내는 방식은 기존 치료법과는 전혀 다른 접근처럼 느껴졌고, 이러한 재생 원리는 망막뿐만 아니라 재생 능력이 낮은 다른 조직, 예를 들면 척수, 청각 세포, 심장 근육, 연골 조직 등에도 충분히 적용 가능하다고 생각한다. 앞으로는 몸속에 존재하지만 아직 활용되지 못한 회복 메커니즘을 찾아내고, 그 가능성을 현실화하는 연구를 해 보고 싶다.

성체줄기세포는 성인의 몸 속에 있는 줄기세포로 특정 조직이나 장기에서만 분화할 수 있어 분화능력이 제한적입니다. 배아 줄기세포는 배아에서 얻은 줄기세포인데 거의 모든 세포로 분화할 수 있지만 배아를 파괴해야해서 윤리적 논란이 큽니다. 유도만능 줄기세포는 일반 체세포를 유전자 조작해 줄기세포처럼 되돌린 것입니다.  자기 세포로 만든거라 면역 거부 반응이 적습니다.

배아줄기세포나 유도만능 줄기세포를 준비하고,

이 줄기세포들이 주변으로부터 신호물질 (뇌세포유도, 간세포 피부세포 유도, 장세포 유도)을 받아 어떤 세포로 변할지 결정합니다. 유도된 세포들을 매트리겔에 배양합니다. 매트리겔은 세포가 자랄 수 있도록 도와주는 ‘젤 형태의 지지체인데 입체적인 장기 구조를 만들려면 단순히 평평한 배양접시보다 복잡한 3차원 환경이 필요 하기때문에 매트리겔을 사용합니다.  세포들이 입체적으로 배열되고 자가조직화해서 실제 장기처럼 층과 구조를 만듭니다.

배아줄기세포로 만든 오가노이드는 일정하고 안정적인 특성을 가지지만 윤리적 논란이 있으며, 유도만능줄기세포로 만든 오가노이드는 환자의 체세포에서 유래하여 개인 맞춤형 질병 연구에 적합하고 윤리적 문제가 적다는 장점이 있습니다.

오가노이드가 질병연구, 약물 개발, 미래 재생의학에도 큰 영향을 줄 수 있는 기술이라는 걸 느끼게되었다. 나중에 오가노이드 같은 첨단 기술을 더 탐구해보고 싶다.

• GLP-1 수용체 작용제의 작용

-인슐린 분비 촉진

-위 배출 지연

-식욕 억제

→ 체중 감소와 혈당 조절에 효과적

• 마이크로니들 기술

-수 μm~1mm 크기의 미세 바늘이 달린 패치를 피부에 부착

-피부 표피를 미세하게 뚫어 통증 없이 약물을 체내에 전달

-주사보다 통증과 감염 위험이 적고, 경구제보다 흡수율이 높으며, 사용이 간편, 상온 보관 가능

음식을 섭취하면 소장에서 포도당이 흡수되고, 포도당이 소장에 도달하면 인크레틴 호르몬(GLP-1, GIP) 분비가 촉진된다.

GLP-1과 GIP는 인슐린 분비를 촉진하고, 혈당을 낮추는 인크레틴 호르몬이다. 이 호르몬들은 췌장의 β-세포에 작용하여 인슐린 분비를 촉진하고, α-세포에서는 글루카곤 분비를 억제한다.

인슐린 증가 -> 근육과 지방 조직의 포도당 섭취 증가

글루카곤 감소 -> 간에서 포도당 생산 억제

DPP4는 GLP-1과 GIP를 빠르게 분해해 비활성화시킨다. 따라서 인크레틴의 작용 시간이 매우 짧아진다.

-GLP-1 수용체 작용체: GLP-1과 유사한 구조를 가진 약물. DPP4에 잘 분해되지 않도록 설계되어 작용 지속 시간을 연장한다.

-DPP4 억제제: DPP4 효소의 작용 자체를 억제해 내 몸에서 생성된 GLP-1, GIP의 작용을 유지한다.

회로가 활성화 되는 정도와 연결 강도가 다르기 때문에 결과적으로 개인이 가진 공감 능력에 대한 차이가 발생하게 되는 것이다.

-추가탐구: 자폐 스펙트럼 요인

기사의 뒷부분에서 자폐 스펙트럼에 대한 언급을 하였는데 이를 보고 자폐 스펙트럼 또한 LC-ACC 회로와 연관지어서 탐구해볼 수 있지 않을까 하는 생각이 들었고, 추가탐구를 통해 자폐 스펙트럼의 요인을 두 가지로 나누어서 분석해볼 수 있었다. 여기서 한 가지 요인은 LC-ACC 회로와 연관지을 수 있었으며 추가적으로 나머지 요인을 시냅스 단백질의 결손과 연계시킬 수 있었다. LC-ACC 회로를 이루고 있는 청반과 좌측 대상 회피질은 모두 주의 집중과 같은 기능을 하는 데에 있어 중요한 역할을 하는데, 이 회로가 과도하게 활성화되거나 또는 비정상적으로 기능하게 되면 주의 집중의 기능 또한 제대로 이루어질 수 없게 되어 결과적으로 자폐 스펙트럼 환자의 과잉반응이나 주의력 부족으로 이어지게 된다. 시냅스 단백질의 결손의 경우, 대뇌 전전두엽에 있는 시냅스 단백질 IRSp53의 결손으로 인해 신경세포가 과도하게 활성화되고 보상회로 및 시상하부와 도파민 분비 세포가 억제되어 자폐 스펙트럼 환자의 사회성 부족으로 이어지게 된다는 사실을 알게 되었다.

사람들 개개인이 가지고 있는 공감능력의 차이를 보통은 개인의 성격, 가치관, 환경, 경험 등과 같은 요소를 바탕으로 하여 분석할 수 있다. 하지만 이를 생물학적인 관점으로 이해할 수는 없을까라는 의문을 계기로 하여 이 기사를 선정하였다. 탐구 과정에서 생소한 개념들이 많았기 때문에 어려움을 겪기도 했지만 동시에 이전에는 몰랐던 새로운 과학 용어와 원리에 대해서 새롭게 배우는 경험을 할 수 있었다는 점이 매우 뜻깊게 느껴졌다. 생소한 단어들도 많았지만 그 개념들 중에 2학년 때 생명과학1 수업에서 배웠던 개념들도 있었기 때문에 그 개념들을 이번 탐구에서 알게 된 새로운 개념들과 융합하여 생각해볼 수 있었다. 기사 내용에 대한 탐구에 이어 추가탐구까지 하게 되면서 뇌신경에 대한 이해가 사람의 공감 능력에 대한 재해석에 기여할 뿐만이 아니라, 현재 치료가 어려운 뇌질환들의 새로운 치료 방법을 모색하는 발판을 마련할 수 있을 것이라는 기대를 품게 되었다. 더 나아가 이를 나의 진로와 연관지어본다면 뇌와 자극에 대한 사람의 다양한 반응 및 행동에 대한 심층적인 탐구와 이해를 통해서 기존의 생명과학 이론에서는 밝혀져있지 않거나 아직 연구 중인 다양한 인체 현상들에 대해서도 이해할 수 있지 않을까라는 생각을 가지게 되었다.

이후 듀크대학교의 얼룩말핀치 실험을 분석하면서, 도파민이 외적 보상이 없는 자발적 학습 상황에서도 행동의 질을 실시간으로 평가하고, 음절의 성숙도에 따라 도파민 분비량이 달라지는 메커니즘을 정리하였다. 또한, 도파민의 분비가 기존의 고전적인 중뇌 경로뿐 아니라, 전운동 피질(HVC) → 콜린성 뉴런 → 아세틸콜린 → 니코틴성 수용체 → 도파민이라는 우회 신경 회로를 통해 조절된다는 점을 도식으로 정리하며, 아세틸콜린이 도파민의 분비를 간접적으로 조절하는 생명과학적 원리를 구체적으로 탐구하였다.

아세틸콜린이 단순히 노래 시작 신호에 반응하는 반면, 도파민은 각 음절의 질적 평가와 연관된다는 실험 결과를 통해 두 신경전달물질의 기능적 차이도 명확히 구분하여 설명하였다. 탐구 전 과정을 통해 도파민이 뇌 속에서 단순한 쾌락 전달자가 아니라 학습을 정교하게 조율하는 생리학적 메커니즘의 중심에 있다는 사실을 깊이 이해하였으며, 이를 간호학의 재활 간호나 심리 간호와 연계해 실제 적용 가능성까지 스스로 고찰하였다.

해당 탐구 활동을 통해 신경계와 학습 메커니즘에 대한 생명과학적 이해를 심화시켰으며, 스스로 자료를 분석하고 과학적으로 사고하며 정리하는 능력을 길렀다.

조류들의 도파민은 복측 피개영역에서 뿐만이 아니라 전운동 피질 영역(HVC)에 의해 조절되기도 하며 여기에 아세틸콜린이 개입한다.

도파민과 아세틸콜린 모두 신경전달이지만 학습에 관련된 기능은 같지 않다.

새의 노래 학습이라는 비교적 단순한 행동에서도 인지적 평가와 운동 제어가 결합된 신경 메커니즘이 작동한다는 점은, 인간의 언어 및 기술 학습과도 깊이 연결될 수 있다는 시사점을 제공한다. 또한 이러한 신경학적 기반은 향후 인지과학, 교육공학, 인공지능 강화학습 시스템 설계 등 다양한 학문 분야로의 응용 가능성을 내포하고 있을 것으로 보인다.

처음에는 GLP-1이라는 호르몬 자체가 생소하고 의학 용어도 어려워 탐구가 쉽지 않았다. 하지만 다양한 자료를 찾아보고 내용을 구조화해 발표 자료를 만들다 보니, 점점 내용을 이해하게 되었고 스스로 설명할 수 있을 정도로 성장할 수 있었다.

시각은 우리의 오감 중 가장 중요한 감각 중 하나로 일상생활과 정보 습득 과정에 핵심적인 일을 한다. 그런데 의학기술이 발달하면서 우리 인간의 수명은 계속해서 연장되어 가고 있고 그에 따른 새로운 질병도 나타나고 있다. 우리 인간은 지금까지 망막 손상에 대한 효과적인 치료제가 없어 많은 후천적 장애를 겪어 왔다. 내 주변에서도 후천적으로 망막에 손상을 입어 일상생활에 어려움을 겪는 사람들이 있다. 이러한 사람들의 삶의 질 저하는 사회경제적 부담으로 이어져 왔고 따라서 손상된 시력을 회복할 수 있는 치료법을 개발하는 것도 의학계의 주요 과제였다. 그런데 최근에 카이스트에서 손상된 시력을 회복하는 망막 치료제를 개발하는데 성공했다는 뉴스기사를 접하게 되어 더 읽고 조사를 해보았다.

어류는 자연적으로 망막을 재생하는 능력을 가지고 있는 반면에 인간은 그 기능을 상실했다. 그 이유는 원래 망막을 재생하기 위해서는 뮬러글리아 세포가 역분화 과정을 통해 새로운 신경세포를 생성하는데 인간은 세포의 역분화를 억제하는 인자로 프록스원 단백질이 존재한다. 프록스원 단백질은 주변의 신경세포에서 만들어져 뮬러글리아로 전달되고 이를 제거하지 못한채 뮬러글리아에 축적되어 망막신경세포의 재생 과정을 억제하는 것이다. 그래서 내가 읽은 뉴스기사의 연구진들은 중화항체를 통해 신경 재생을 다시 유도해내려 하였다. 항체는 우리가 배웠듯이 특이적으로 특정 물질에 결합해 반응하는 물질이다. 프록스원 단백질에 특이적으로 결합하는 중화항체를 생성하여 이것을 체내에 투입시켜주면 프록스원 단백질이 뮬러글리아 세포에 도달하기 이전에 세포 외부에서 항원 항체 반응으로 단백질을 제거한다. 그래서 뮬러그리아 세포는 프록스원 단백질의 방해를 받지 않고 망막신경세포 재생 과정을 유도 할 수 있게 되는 것이다. 카이스트 연구진들은 망막 질환 생쥐를 대상으로 이 과정을 실험해보았는데 6개월 이상동안 망막이 재생되는 성공적인 성과를 이루었다고 한다. 그리고 카이스트 연구진들은 2028까지 임상실험을 하는 것을 목표로 하고 있다고 한다.

추가 탐구로 인간 망막 오가노이드에 대해 조사해보았다. 오간이드는 줄기세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합해 만든 장기 유사체로 신약 개발 및 질병 치료와 인공 장기 개발등을 목적으로 활용되고 있는 것이다. 위에서는 항체를 개발해 체내에 투입하는 것으로 연구를 진행했다면 이번에는 오가노이드로  망막을 개발을 할 수 있지 않을까 조사해보았다.  실제로 망막 질환 모델 쥐에오가노이드를 이식하자 4개월간 망막 세포 재생이 관찰되었다고 한다.

이것을 알게 되고 나자 망막이 아닌 다른 영역을 오가노이드로 대체한 사례가 있는지 궁금해져 추가조사를 해보았다.

미국 펜실베이니아대 페렐만 의대 연구팀들은 늙고 뇌 손상을 입은 쥐에게 뇌 오가노이드를 이식했다고 한다. 연구팀들은 생쥐 두개골 일부를 제거하고 뇌 오가노이드를 뇌에 이식하고 면역 억제제를 투여하자  거부반응이 일어나지 않은 것으로 확인 했다. 또 이 오가노이드는 점차 쥐의 뇌와 결합해 혈액을 공급받으며 몇배로 성장했다고 한다. 그리고 수술 3개월이 지난 시점에 쥐에 이식한 뇌 오가노이드와 쥐 뇌에 남아있던 시각처리 시스템이 물리적으로 연결되는 것을 보았다. 연구팀은 형광 트레이서를 이용해 뇌 오가노이드가 쥐의 망막과 잘 결합했음을 확인한 후 실제로 쥐에게 시각 자극을 주자 일반 시각야처럼 이식한 뇌 오가노이드가 활성화되는 것을 관찰할 수 있었다고 한다.

이번 탐구를 통해 시각의 중요성과 망막 재생 기술의 발전 가능성에 대해 깊이 이해할 수 있었다. 인간의 망막재생을 억제하는 단백질과 이 작용을 차단하는 항체 기술을 깊이 있게 이해했다. 특히 인간은 할 수 없다고 여겨졌던 망막 재생을 가능하게 만든 과학적 시도들이 미래를 살아갈 우리에게 희망을 안겨주었다. 더 나아가 뇌 오가노이드처럼 다른 장기로의 적용 사례까지 알게 되며 생명과학이 인간의 미래를 바꾸는 힘이라는 확신이 들었다. 앞으로도 생명과학 기술이 어떤 방식으로 인간의 한계를 넘어설 수 있을지 계속해서 탐구해보고 싶다.

이러한 심장 박동기를 삽입하는 수술은 위험도가 상당히 높고 일정 시기마다 교체 수술을 받으러 가야하는 등 꽤나 번거로운 수술인데 최근 미국 노승웨스턴대 연구진은 쌀알크기정도의 초소형 미니 심장 박동기를 개발했다고 발표했다. 이러한 심장 박동기는 크기가 매우 작아서 주사기로 삽입하며

기존 심장박동기의 전극선을 교체하는 수술 필요 없이 생분해성으로 사용 후 분해되어 없어지는 장점을 가지고 있다. 덕분에 과다출혈 위험도가 높은 전선제거 수술을 할 필요가 없어 기존 인공심장박동기보다 훨씬 안전하다. 기존 심장기는 앞에서 말했듯 전극선과 연결되어 있고 심장박동의 이상을 감지하면 전기적 자극을 보내 심장이 정상적으로 작동하도록 돕는다 그러나 초소형 심장 박동기는 전극선 없이 빛 제어 방식으로 작동하며 산화 환원 반응으로 인해 자체적으로 전기를 만들어내는 갈바니 전지를 이용하여 부정맥을 더욱 정밀하게 치료할 수 있다 지금 소개하는 초소형 미니 심장 박동기거 개발되기 전 무선제어 방식으로 작동하는 마이크라라는 모델이 있었는데 이 모델은 심실에 본체를 삽입하여 심장박동의 이상을 감지하는 방식이였다 이 모델 역시 무선제어라는 장점을 지닌 대신 교체 수술을 받아야 하는 상당한 번거로움을 지니고 있었는데 이번에 개발된 초소형 미니 심장박동기는 생분해성을 지니고 있어 따로 교체수술을 받을 필요가 없이 안전하게 사용할 수 있게 되었다 마이크라 모델에서 이러한 신 모델이 개발되는데 엄청나게 많은 시간이 걸린 것은 아니였다 연구팀에서는 박동기의 크기를 줄이기 위해 기존의 무선제어 방식에서 빛 제어 방식으로 바꾸어 크기를 줄이도록 노력했다고 밝혔는데 과학 기술의 발전 속도가 얼마나 빠른지 제대로 느낄 수 있었다 사실 친척 중에 인공 심장 박동기를 착용하고 계신 분이 있어서 이번 주제를 더 자세히 탐구한 것 같다 실제로 인공심장 박동기를 착용하는 사람들은 생명을 보호 받기도 하지만 일정시기마다 점검과 기기 교체를 해야되고 수술 도중 발생할 수 있는 과다출혈 위험을 견뎌야 하기에 마냥 편한 건 아니라고 생각한다 그래서 이러한 초소형 미니 심장 박동기가 더욱 상용화되어 많은 사람들의 생명을 보호하는 기술이 되었으면 좋겠다고 느꼈다.

기사에 등장한 ‘크립토크롬’이라는 단백질은 처음 들어보는 용어였고, 내용 안에는 물리학, 화학, 지구과학과 관련된 개념도 많아서 처음에는 이해가 쉽지 않았다. 하지만 내가 알고 있는 생명과학적인 개념, 예를 들면 단백질의 역할이나 자극에 대한 반응 같은 부분과 연결해서 내용을 다시 정리해보면서 점점 흥미가 생겼고, 복잡하다고 느꼈던 개념들도 조금씩 정리가 되었다. 특히 크립토크롬이라는 단백질이 빛을 받으면 전자가 이동하고, 그 전자가 자기장에 반응하면서 동물의 방향 감각에 영향을 줄 수 있다는 점이 인상 깊었다. 단백질이 단순히 몸 안에서 일하는 것이 아니라 행동이나 이동 같은 생물의 복잡한 반응에도 관여할 수 있다는 걸 처음 알게 되었다. 발표를 준비하면서 생소한 내용을 쉽게 설명하기 위해 여러 자료를 찾아보았고, 초파리와 철새에서 크립토크롬 유전자를 제거했을 때 자기장 인식이나 방향 감각에 문제가 생겼다는 실험 결과가 담긴 논문도 함께 조사했다.
이를 통해 단백질 하나가 실제 행동에까지 영향을 줄 수 있다는 걸 확인할 수 있었고, 그 과정에서 생명과학에 대한 흥미가 더 깊어졌다. 또 발표 주제와 관련해 ‘사람도 자기장을 인식할 수 있을까?’,
‘크립토크롬이 없으면 동물은 길을 잃게 될까?’ 같은 질문이 떠올라 추가로 탐구해보았고, 논문과 실험 자료를 참고하면서 발표 내용을 더 확장시킬 수 있었다.
단순히 기사 내용을 요약하는 데서 끝나는 것이 아니라, 내가 스스로 궁금한 점을 찾아 질문을 만들고, 그에 대해 스스로 답을 찾아보며 탐구해나가는 과정이 의미 있었다. 이 활동을 통해 처음 접하는 개념도 내가 알고 있는 생명과학 지식과 연결해서 이해하려는 태도를 기를 수 있었고,복잡한 생물 행동 이면에도 과학적인 원리가 숨어 있다는 점을 직접 체감할 수 있었다. 앞으로도 일상 속 생물들의 다양한 행동을 그냥 넘기지 않고, 그 속에 어떤 과학적 원리가 숨어 있을지 탐구해보고 싶다는 생각이 들었다.

알레르기는 우리 몸의 면역 체계가 특정 물질에 과민반응을 일으키는 것인데 원인들은 정말 다양한데 예를 들면 꽃가루,대기오염,자극적인 스프레이 냄새,곰팡이,애완동물 털 등이 있다. 이러한 원인들은 모두 환경적 요인이다.

알레르기가 반응하게 되는 원리는 알레르겐이 체내에 들어오면 면역계의 특정 세포인 비만세포가 이를 히스타민과 같은 화학물질을 방출하여 면역 반응을 촉진시키게 된다. 그러면 체내에서는 여러 증상들이 발생하게 되는데 흔히 우리가 알고있는 재채기,맑은 콧물 등이 예시가 된다.

알레르기를 유발시키는 물질에는 기생충과 독특한 성분이 존재한다라는 주제로 추가 탐구를 실행하였다.

약 2700개의 단백질과 31종의 기생충에서 추출한 7만개의 단백질과 비교하는 실험을 하였다. 그 결과 기생충 단백질이 알레르기를 유발하는 단백질 구조와 매우 비슷하게 생긴 것으로 밝혀졌고 알레르기를 유발하는 대표적인 10개의 분자 도메인이 포함되어 있다는 것도 파악할 수 있었다. 또한 ‘만손주혈흡충’ 이라는 기생충에 감염된 우간다 국민들로부터 혈액을 채취하여 면역반응을 확인해본 결과, 6명중 1명 꼴로 식물계에서 가장 흔한 알레르기 유발 물질인 자작나무 꽃가루 단백질에 반응하는 것으로 드러났다.

평소에 관심 있었던 분야인 면역학에 대해서 더 심층적으로 알아봄으로써 우리 몸이 외부의 해로운 병원체로부터 스스로를 보호하기 위해서 정교하고 체계적인 시스템을 가지고 반응한다는 것에 인체의 신비로움을 느꼈다. 알레르기 반응과 기생충의 연관성을 알지 못하였는데 이번 발표를 통해서 몰랐던 부분을 깨우치고 직접 찾아보고 정리할 수 있는 기회가 좋은 경험이 되었던 것 같다.

기사를 조사하다가 류마티스관절염에 대해 더 자세히 알고싶어져서 

조사를 해서 발표하게 되었는데, 한 병에 대해 치료법과 그 치료제의

작동 원리까지 자세히 알아본 적이 거의 없는 것 같아 이번 발표를

준비하면서 배경 지식이 늘었다. 앞으로 꼭 의학 분야 뿐만 아니라 다양한 분야에서 AI를 접목시켜 대한민국을 더욱 발전시켰으면 좋겠다는

희망을 가지게 되었다.

특히 운동 중일 때는 시각 정보가 청각 정보를 억제하면서 더 빠르게 처리되는 현상이 관찰되었는데 이는 실제로 생존과 관련된 응급상황에서 어떤 자극에 먼저 집중해야 하는지 뇌가 스스로 결정하고 있다는 것을 의미하며 이런 감각 선택의 원리는 단순히 실험실 안의 결과가 아니라 실생활에서도 다양하게 적용될 수 있음을 알게 되었다

예를 들어 위급한 상황에서 소리를 듣기보다는 시각적으로 빠르게 주변을 인식하고 반응하게 되는 이유가 바로 이런 감각 우선 처리 구조 때문이라는 것을 알게 되었고 뇌가 감각 정보를 통합하고 조절하는 방식이 생각보다 훨씬 복잡하고 정교하다는 사실을 다시금 느낄 수 있었다

또한 감각 정보 처리의 선택성과 유연성은 감각 이상이나 통합의 어려움을 겪는 사람들에게도 매우 중요한 의미를 가질 수 있다고 생각하며 이번 탐구에서 다룬 실험 결과들은 자폐 스펙트럼 장애나 감각 처리 장애 SPD와 같은 사례에서 뇌가 어떻게 감각 정보를 비정상적으로 처리하게 되는지를 이해하는 데 도움을 줄 수 있고 이와 관련된 치료나 중재 방법을 고민하는 데에도 실제적인 단서가 될 수 있다는 점에서 더욱 인상 깊었다

단순한 실험 내용을 따라가는 수준을 넘어서 실제 실험 대상의 신경 반응과 감각 자극 사이의 관계를 직접 해석하고 이를 바탕으로 감각 정보의 뇌 처리 구조를 구체적으로 설명해보는 경험은 과학적 탐구력과 논리적 사고를 함께 키울 수 있는 좋은 기회였고 생명과학을 넘어서 뇌과학이나 응급의학 같은 다양한 분야에 대한 흥미와 진로 탐색에도 긍정적인 영향을 주었다

무엇보다 감각 정보는 항상 같게 처리되는 것이 아니라 그때그때 행동 상태와 환경에 따라 전혀 다르게 작동할 수 있다는 점은 뇌가 단순한 생리기관이 아니라 끊임없이 판단하고 조절하며 몸 전체를 효율적으로 움직이게 하는 중심이라는 사실을 다시 깨닫게 해주었고 앞으로 뇌의 작동 원리와 감각 시스템에 대해 더 깊이 공부하고 싶다는 생각을 하게 되었다

기사는 독일과 한국의 공동 연구진이 식물의 명반응을 모방한 인공 시스템을 구현했다는 내용이다. 연구진은 페릴렌 비스이미드 계열의 염료를 쌓아 엽록소 같은 거대 분자체를 만들었고 명반응을 모방했다. 식물에서 전자들이 광계를 따라 이동하고 생체에너지를 생성하는 과정을 인공적으로 조절하게 했다. 또한 영국 케임브리지대 연구팀은 ‘네이처 촉매’에 ‘구리 나노플라워’라는 촉매를 사용해 탄소 중립 연료를 만들었고 친환경 에너지원으로 사용할 수 있다고 생각했다.

식물의 광합성은 명반응과 암반응으로 나뉜다.그 중 명반응을 중심으로 설명을 했다. 명반응에서 중요한 역할을 하는 광계는 어떤 빛을 흡수하냐에 따라 광계Ⅰ, 광계Ⅱ 로 나뉜다. 원적색광은 광계 Ⅰ, 적색광은 광계Ⅱ가 흡수한다. 광합성 활성은 식물이 적색광과 원적색광에 모두 노출되었을 때 가장 크다. 엽록소는 틸라코이드 막을 지니고 있는데 이 틸라코이드막은 인지질막으로 단백질이 박혀있다. 이 단백질을 광계라고 하는데 식물이 광합성을 할 때 광계 Ⅱ, 전자전달계, 광계Ⅰ, NADP⁺ 환원 순서로 전자가 이동한다. 먼저 광계 Ⅱ는 적색광을 흡수해 안테나 색소가 반응 중심의 엽록소 a를 들뜨게 하고 여기서 방출된 전자는 1차 전자수용체로 전달된다. 이 과정에서 손실된 전자를 다시 채워주기 위해 물의 광분해가 일어나고 산소 기체와 수소 이온이 생성된다. 전자는 전자전달계를 따라 이동하며 틸라코이드 내부에 수소 이온 농도가 높아져서 ATP합성효소를 통해 수소이온을 막 외부로 내보낸다. 여기서 ADP와 Pi가 결합해 ATP가 합성된다. 다시 전자는 광계 Ⅰ으로 전달되고 원적색광을 흡수해 들뜬 엽록소 a에서 전자가 방출되고 이 전자는 NADP⁺를 NADPH로 환원시키는 데 사용된다. 이 전자 흐름은 순환하지 않기 때문에 비순환적 전자 흐름이라 한다.

이 기사를 읽으며 이 기술이 식물의 광합성 과정을 모방한 것이라면 생명체의 생존 환경 조성에도 활용될 수 있을지 궁금증이 생겨서 이에 관한 추가탐구를 했다. 그치만 아직까지는 산소 발생이나 유기물 합성보다는 연료 생산에 초점이 맞춰져 있어 생태계 조성에 바로 활용되기에는 한계가 있다. 하지만 미생물 대사 시스템과 융합한다면 유기 탄소원으로 전환하여 생태계에 활용가능한 기술로 발전시킬 수 있을 거라 생각했다.

조사를 진행하면서 위고비의 작용기전은 단순한 체중 감소가 아니라, 식욕 억제, 위 배출 지연, 인슐린 분비 촉진 등 다양한 생리 작용이 복합적으로 작동함을 알게 되었다. 뿐만 아니라, 아미노산 치환을 통한 DPP-4 효소 회피, 지방산 부착을 통한 알부민 결합 유도, 반감기 조절 등 복잡한 분자 생물학적 설계가 약물에 적용되어 있다는 점에서 현대 약물 개발의 정교함과 융합적인 과학성을 실감할 수 있었다.

또한 위고비가 매우 강력한 효과를 가진 만큼, 구역, 구토, 췌장염 등의 부작용이 존재하며, 이런 점까지 고려하여 설계하고 분석하는 과학자들의 태도 역시 중요하다는 것을 느꼈다. 단순히 질병을 치료하는 것뿐만 아니라, 부작용과 윤리적 영향까지 포괄적으로 고민하는 책임 있는 연구 자세가 필요하다는 점에서 깊은 인상을 받았다.

평상시에 급식을 먹고 배가 불러도 아이스크림이 먹고 싶고, 친구들이랑 맛있는 저녁을 먹고 나서 배가 불러도 카페를  꼭 가는 게 단순한 습관인줄 알았는데 최근에 ‘후식배‘와 관련된 기사를 접하게 되면서 뇌와 관련돼있다는 점에서 흥미를 느꼈고 마침 생명과학 시간에 뇌와 호르몬에 대해서 배우고 있기 때문에 이 주제를 선정하게 되었다. 그리고 희망학과가 간호학과인데 비만과 관련된 치료에도 어떤 영향을 미칠 수 있는지 궁금하여 선정하게 되었다.

기사내용요약

최근 연구에 따르면, 우리가 흔히 "밥 배 따로, 디저트 배 따로 있다"라고 말하는 현상은 실제로 뇌의 작용에 의해 나타난 다는 과학적 근거가 밝혀졌다. 식사를 충분히 해서 포만감을 느낀 상태에서도, 설탕 등 단 음식을 보면 뇌의 시상하부에 위치한 POMC(프로오피오멜라노코르틴) 신경세포가 활성화되어 마약성 호르몬인 B-엔도르핀을 분비한다. 이 호르몬 은 뇌의 아편 수용체에 작용해 보상감을 유발하고, 결과적으로 포만감이 있음에도 불구하고 디저트를 더 먹고 싶게 만든 다. 이 현상은 설탕 등 단 음식에만 특이적으로 나타나며, 지방이나 일반 음식에는 해당되지 않는다.

과학원리-그렐린

그렐린은 주로 위에서 합성되어 분비되는 단백질 호르몬으로 배고픔에 반응하는 대표적인 식욕촉진 호르몬이다. 그렐린의 표적 세포는 주로 뇌 시상하부의 궁상핵과 뇌하수체 전엽에 존재한다. 음식이 소화되어 당분이 뇌에 도달하기까지는 평균 20분이 소요된다. 당분이 도달해야 식욕 유발 호르몬인 그렐린이 감소하며 식사를 멈춘다. 그런데, 이 그렐린은 단순한 식사 외에도 여러 행동에 영향을 미친다. ‘당이 당긴다’는 말이 있듯, 몸이 피곤하거나 스트레스를 받으면 그렐린 수치가 증가해 쉽게 허기를 느끼고, 과식과 체중 증가로 이어진다. 또, 술을 먹고 싶은 갈망에도 그렐린이 관여하며, 심지어 식사 비용 지불 의지도 높인다.

과학원리-POMC 뉴런

POMC 뉴런은 시상하부에 여러 핵 중에 특정한 하나의 핵을 이룬다. 시상하부는 신체의 에너지 항상성과 관련되는 식욕 및 생식과 같이 생명체의 생존에 필수적인 기능을 조절하기 때문에 진화학적으로 잘 보존되어 있다. POMC 뉴런은 그간 포만감을 느껴 음식 섭취를 멈추게 한다고 알려져 있었다. 그런데 연구진은 POMC 뉴런의 새로운 역할을 밝혀냈다. POMC 뉴런이 흔히 행복 호르몬이라고 알려진 ‘베타-엔도르핀(ß-엔돌핀)’을 분비한다는 것. 지금껏 알려지지 않았던 POMC 뉴런의 ‘이중성’을 밝혀낸 것이다. 베타-엔도르핀은 다른 신경세포의 아편 수용체에 작용해 보상감을 유발하여 실험에서 쥐가 배불러도 계속 설탕을 섭취하게 만든다.

추가탐구-뇌 오피오이드 경로

뇌에서 내인성 아편유사물질(엔도르핀 등)이 아편수용체에 작용하는 신경 회로를 의미한다. 이 경로는 통증 조절, 보상, 쾌락, 식욕 등 다양한 생리적·행동적 반응을 조절한다. 오피오이드 경로의 주요 구성으로는 POMC 신경세포, β-엔도르핀, 아편수용체가 있다. POMC 뉴런은 오피오이드 경로의 일부(생산자)이자 출발점이고, 뇌 오피오이드 경로는 이 펩타이드들이 수용체에 작용해 신경계에 영향을 미치는 전체적인 경로(작용자)라고 볼 수 있다. 기사의 실험에서 뇌 오피오이드 경로는 설탕을 추가로 섭취했을 때는 활성화됐지만, 다른 음식이나 지방이 많은 음식을 먹었을 때는 활성화되지 않았다. 이 경로를 차단한 쥐는 추가로 설탕을 섭취하지 않았다. 이 경로는 배부른 쥐에서만 관찰됐고, 배고픈 쥐에게서는 관찰되지 않았다. 포만감을 조절하는 뇌 신경세포가 마약성 호르몬을 분비해 식욕을 더 촉진시켜 디저트를 먹고 싶어지게 한다는 것이다.

소감

이번 '후식배' 관련 기사를 통해, 우리가 일상적으로 경험하는 식욕과 식습관이 단순히 의지나 습관의 문제가 아니라 뇌 의 정교한 신경회로와 호르몬 작용에 의해 조절된다는 사실이 매우 흥미로웠다.  생명과학1에서 배운 뇌의 구조와 호르몬, 항상성 유지의 원리가 실제 생활 속 행동에 구체적으로 적용되는 원리와 사례를 알게 되어서 의미있는 조사였다. 특히, 비만이나 당뇨 등 만성질환 환자들이 식욕 조절에 어려움을 겪는 원인을 단순히 의지 부족으로만 치부하는 것이 아 니라, 뇌의 생리적 메커니즘을 이해하고 접근하는 것이 중요하다는 점을 다시 한 번 깨달았다. 희망 진로 학과가 간호학과인데 만약 간호학과를 진학 후 간호사가 된다면 간호사로서 환자의 행동을 이해하고 교육할 때, 이러한 신경과학적·생명과학적 근거를 바탕으로 더 설득력 있게 설명하고, 환자 맞춤형 간호를 실천해야겠다는 다짐을 하게 되었다.

1.(뉴런은 전기 신호를 통해 정보를 전달하는 세포다. 뉴런의 세포막에는 나트륨(Na⁺)과 칼륨(K⁺) 이온 통로가 있어서, 이들이 열리면 막전위가 -70mV에서 +30mV로 급격히 변화하는 탈분극이 일어난다.)

이 활동전위가 축삭돌기 말단에 도달하면, 전압의존성 칼슘 통로가 열려 Ca²⁺ 이온이 세포 안으로 들어온다. 이 칼슘 이온은 시냅스 소포와 세포막의 융합을 유도하여 신경전달물질(도파민, 글루타메이트, 아세틸콜린 등)이 시냅스 틈으로 방출한다.

방출된 신경전달물질은 시냅스 이후 뉴런의 세포막에 위치한 리간드-의존성 이온 통로를 열어 막전위 변화를 일으켜 신호가 다음 뉴런으로 전달된다.

뇌 안에서는 수많은 뉴런들이 동시에 작동하면서 전기 신호를 만들어낸다는 점이다. 글루타메이트를 분비하는 흥분성 뉴런과 GABA(감마 아미노 부티르산)이 분비되는 억제성 뉴런으로 뇌파가 생성된다.

이런 뇌파는 아주 미세한 전기 신호인데, 비침습식 EEG로 측정할 수 있다. EEG는 대뇌피질의 가지돌기에서 발생하는 전류를 감지한다. 그러나 이 신호는 너무 약하기 때문에, 신호를 크게만드는 장치인 앰프를 통해 생체 전기 저항을 고려하여 증폭해야하며 이온의 움직임때문에 신호왜곡이 일어날 수 있기때문에, 젤 형태의 전해질을 사용해 저항을 낮춘다.

추가탐구로는 BCI기술을 이용한 의족 제어를 가져왔는데 BCI를 통한 의족은 사용자의 뇌 신호를 감지하여 의도를 해석하고 해석된 신호를 바탕으로 의족이 움직이는 원리입니다 (여기서 침습식과 비침습식으로 나눌 수 있는데 침습식은 뇌에 직접 삽입하여 정밀도가 높지만 감염위험이 높고, 비침습식은 안전하지만 정밀도가 낮다. )

그리고 이 기사를 읽고 어린 뇌에는 아데노신이 시냅스를 안정화 시키는데 어린 나이부터 카페인을 섭취해도 되는 걸까? 라는 의문점이 생겼고 카페인은 신경퇴행성 질환을 예방하는 긍정적인 작용도 있지만, 부작용이나 중독, 그리고 심한 경우 사망에 이를 수도 있다는 사례들을 보니 피곤할 때마다 무심코 카페인을 섭취하는 우리 학교 친구(청소년)들이 카페인의 부작용과 중독에 대한 심각성과 대응에 대해 알아야 한다고 생각해 친구들 카페인의 부작용과 중독에 대한 대응에 대해 알려주고자 추가 탐구 주제를 카페인의 부작용과 중독에 대한 대응으로 선정하게 됐다.

카페인의 부작용에는 불면증, 불안감, 심박수 증가, 메스꺼움, 위산과다 등을 일으킬 수 있고 또한 카페인 내성이 생길 수도 있는데 그 중 카페인 내성은 섭취한 카페인으로 인해 수용체와 결합하지 못한 아데노신을 수용하기 위해 인체는 더 많은 아데노신 수용체를 생성한다. 그래서 아데노신 수용체를 막기 위해 우리는 더 많은 카페인이 필요해지게 되고 카페인에 내성이 생기게 된다. 그래서 카페인 내성에 대한 대응에는 커피냅이라는 방법을 사용해야한다.  커피냅은 커피를 마시고 2-30분동안 낮잠을 자는 것인데, 이 대응법에 대한 원리는 카페인이 인체에 들어오고 효과가 나타나기까지 걸리는 시간이 2-30분이다. 그 시간 동안 낮잠을 자면 피로가 해소되면서 아데노신이 감소하고 아데노신 수용체도 증가되지 않는다. 그리고 낮잠을 잔 후에 카페인이 아데노신 수용체에 결합하며 우리는 피로감 대신 활력을 느끼게 된다. (카페인 내성 방지) 이 내용을 탐구하며 커피냅이라는 이런 독특한 대응 방법이 있다는 것이 놀라웠다. 카페인이 몸에 흡수되어 효과를 내기까지 걸리는 약 20~30분의 시간을 이용해 낮잠을 자면, 그 사이 피로가 해소되어 아데노신이 감소하고 아데노신 수용체의 증가도 막으며 카페인이 아데노신 수용체에 대신 결합하는 원리를 활용하여 카페인 내성을 방지하는 점이 정말 신기하고 인상 깊었다. 그리고 앞으로는 이렇게 몸의 원리를 이해하고 똑똑하게 활용할 수 있는 식품과 습관들이 더 많아졌으면 좋겠다는 생각이 들었고 기대가 되었다.

또한 카페인 중독 증상에는 현기증, 짜증, 분노, 불안감, 긴장, 혈압 증가 등이 있다 이에 따른 대응은

1.하루에 섭취하는 카페인의 양을 제한하기

세계보건기구(WHO)나 식약처에서는 하루 카페인 섭취 권장량을 400mg 밀리그램 이하로제한  음료별 함량을 제대로 확인하며 섭취량을 조절하는 습관 필요

2.점진적으로 줄이기

카페인을 갑자기 끊을 경우에는 두통, 무기력, 집중력 저하 같은 금단 증상이 나타날 수 있기 때문에 천천히 줄여나가는 것을 권장

3. 디카페인 음료로 대체하기

디카페인 커피로 대체하면 심리적 안정감을 얻을 수 있고 카페인으로 인한 수면 장애도 예방할 수 있음.

4.스트레스 관리 및 취미 생활 병행하기

스트레스를 해소하지 못하면 카페인에 의존하게 될 가능성도 높아지므로 산책, 운동, 음악 감상 등 취미 생활을 통해 스트레스를 건강하게 해소하며 카페인 의존을 줄이는 게 좋다.

나도 카페인 내성이 생겨 카페인을 마셔도 피곤함이 해소 되지 않았던 경험이 있어 의문이 생기곤 했는데 수용체와 결합하지 못한 아데노신을 수용하기 위해 인체가 더 많은 아데노신 수용체를 생성하여 더 많은 카페인이 필요해져 카페인 내성이 생긴 것이란 걸 알게 됐고 지금껏 피로를 이겨내기 위해 건강을 무시하고 카페인에 의존하면서 내 생활을 돌아보게 되었고, 다시 한 번 스스로를 반성하게 되었다. 앞으로는 카페인을 무분별하게 섭취하기보다는 내 몸의 신호를 먼저 살피고 건강한 방법으로 피로를 관리하는 습관을 길러야겠다는 생각이 들었다. 그리고 카페인의 유익한 점뿐만 아니라 부작용과 중독 가능성, 그리고 커피냅이라는 방법으로 건강하게 카페인을 섭취하는 방법을 배우게 돼서 유익했다. 또한 식품을 다룰 때 맛과 영양을 넘어서 인체와의 상호작용까지 고려할 수 있어 의미 있었다.

앞으로도 이런 과학적 원리를 바탕으로, 건강과 맛을 모두 잡을 수 있는 식품 개발을 하고 싶다는 의지가 더 커지게 되었다. 그리고 잠에 쫓겨 카페인에 의존하거나 부작용을 겪는 친구들이 내 발표를 듣고 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠다.

기존 플라스틱 문제를 해결할 수 있는 방법에 관심이 많아서 박테리아를 이용한 바이오플라스틱 생산에 대한 내용을 조사했는데, 단순히 박테리아가 자연에서 분해되는 물질을 만들어준다는 점만이 아니라 그 안에서 작용하는 생명과학적인 원리가 굉장히 흥미로웠다. 박테리아는 원래 나일론과 같은 합성 고분자를 만들 수 없지만, 연구팀은 대장균에 플라스미드 형태로 유전자를 삽입해서 자연에는 존재하지 않는 효소를 만들어내게 했고, 이 효소가 아미노산-CoA와 하이드록시산-CoA를 연결해서 새로운 고분자 물질인 PEA를 합성할 수 있도록 설계했다. 이 과정이 단순한 화학 반응이 아니라 생명체 안에서 일어나는 복잡한 효소 반응과 유전자 조절로 이루어졌다는 점이 특히 기억에 남았다. 그리고 어떤 아미노산을 투입하느냐에 따라 만들어지는 고분자의 유연성이나 강도, 열적 안정성 같은 성질이 달라진다는 것도 신기했다. 이런 부분은 생물 내부의 대사 경로가 얼마나 정밀하게 조절되는지를 보여주는 사례라고 생각한다. 원래는 유전자 조작이 대부분 의학 분야나 유전병 연구에 쓰이는 줄로만 알았는데, 이런 기술이 플라스틱 대체 물질을 만드는 데 쓰인다는 점에서 생명공학의 범위가 훨씬 넓다는 걸 느꼈고, 생명과학 지식이 실제 사회 문제 해결과도 연결될 수 있다는 점에서 더 의미 있게 다가왔다. 이 기술이 더 발전하면 환경문제 해결에 아주 중요한 역할을 할 수 있을 것 같아 앞으로 어떤 연구들이 이어질지 더 궁금해졌다.

"기사제목: 무궁화꽃 추출물에 스트레스.수면장애 개선 효능

주제선정 동기

한의학에서는 많은 식물들이 약재로 쓰이고 있다. 과제탐구를 위해 기사를 조사하던 중 무궁화꽃 추출물이 스트레스와 수면장애 개선에 효능이 있다는 제목의 특이한 기사가 굉장히 눈에 띄었고, 이 연구를 한의학을 연구하는 한국한의학연구원의 연구팀에서 찾아냈다는 사실도 나의 진로를 위해 많은 도움이 된다고 생각되어 주제로 선정하게 되었다. 그리고 대부분 한의학 하면 환자를 치료하는 한의사들을 떠올리는데, 본 탐구를 통해 한약재를 통한 약재 연구도 한의학의 중요한 분야로서 탐구할 만한 가치가 있다고 생각되었기 때문이다.

기사내용 요약

무궁화의 전통 효능

* 꽃(목근화): 두통, 피부질환 항염

* 줄기, 뿌리껍질(목근피): 이뇨, 해열

연구목적

* 무궁화의 수면 장애 개선 가능성 과학적 검증

1) 연구배경

2018년 고대 문헌조사 -> 뿌리껍질에서 신경보호. 스트레스 개선 효과 발견

이후 무궁화꽃 중심으로 연구 확장

2) 연구 진행 경과

대상: 스트레스 유발 동물모델

처리물질: 무궁화꽃 추출물 + 사포나린

측정 항목: 불안행동, 수면 유도 및 유지시간

3) 주요 실험 결과

불안감소: 대조군 대비 60% 개선

수면유지 시간: 20% 증가

작용효과: 대뇌피질 신호경로 활성화

4) 활용 가능성

기존 수면제 대체 가능성

부작용 우려 적음

천연물 기반 건강기능 식품 개발 추진 중

5) 결론

무궁화꽃의 전통적 효능을 넘어 과학적 효능 입증

사포나린 기반 수면 개선 효과 확인

자연친화적 대체 치료제로서 가능성 제시

2. 과학용어. 과학원리 – 무궁화꽃 추출물의 스트레스 · 수면장애 완화 원리

<HPA 축 조절 및 항산화 작용>

무궁화꽃 추출물은 HPA축 억제 + 항산화 작용을 통해 스트레스 완화 및 수면개선에 기여

기사 내용에 따르면 최근 기억은 NREM 수면 상태에 저장되고 이때 샤프웨이브 리플(SWR)현상이 발생한다는 내용이다.

NREM 수면상태란 비급속 안구운동이라고도 말하며, 뇌가 깊은 휴식괴 복구 작업을 수행하는 상태로 동공이 수축된 상태를 말한다. 이때 해마의 CA3,CA1 영역에서 샤프웨이브 리플 현상이 일어난다 해마의 CA3영역은 과거 학습정보와 새로운 정보를 비교해서 어떤 정보가 기억과 일치하는지 판단하고 CA1영역으로 정보를 전달하고 CA1 영역은 CA3영역에서 받은 정보들로 기억의 구체적 내용이나 전체적인 장면을 완성하는 역할을 한다. 샤프웨이브 리플이란 특정뇌파로 해마의 CA3 영역에서 다수의 뉴런이 동시에 활성화되면서 나타나는 큰 전기 신호인 샤프웨이브(Sharp Wave)와 고주파의 빠른 진동이 CA1영역에서 일어나는 현상인 리플(Ripple)이 동시에 일어나는 것을 뜻한다.

이 동공크기가 기억형성에 관련되어있는 것인지 증명하기위해

쥐를 통해 실험한 결과 NREM 수면상태일 때, SWR발생 시

새로운 기억이 대뇌 피질로 이전하면서 단기 기억이 장기기억으로 변환되는 반면 오래된 기억은 동공이 확장된 하위 상태에서 더 활발히 일어난다는 것을 알게되었다.

이를 통해 코넬대 교수는 NREM 수면의 미세구조는 기억 재생 과정을 조직화하며, 새로운 기억과 오래된 기억이 서로 다른 하위 상태에서 시간적으로 분리되어 활성화된다고 밝혔다.

그리고 뇌의 메커니즘과 유사한 기술에 대해서 추가탐구를 해보았는데 수면•단기기억력을 조절하는 초소형 시스템이 개발되었다는 사실을 알게 되었다. 쥐가 NREM에 들어가는 시기를 포착해 REM 사이클과 연관된 부위인 전전두엽 피질에 초음파 자극을 주었더니 REM 수면이 증가하고 단기 기억력까지 유지되는 결과가 나타났다. 이 기술이 더 발전한다면 더 세밀한 수면구조를 조절할 수 있다고 하였다.

평소에 궁금했던 기억의 재생에 대해 자세히 탐구해볼 수 있었고 동공의 크기가 기억에 영향을 미친다는 사실을 알게되어

놀라웠다. 또한 뇌의 메커니즘과 유사한 기계를 통해 기억력을

조절할 수 있다는 점이 놀라웠지만 그에따른 부작용도 무시할 수는 없었다. 이런 문제점들을 극복한 기술이 발전되어야겠다는 생각을 할 수 있었던 유익한 시간이 되었다.

산업화가 진행되면서 합성염료나 폐플라스틱과 같은 오염물질이 많이 배출되기 시작했다. 자연에서 잘 분해가 되지 않아 난분해성 오염물질로 분류되는데 양이 점점 많아지면서 환경오염 및 건강 문제를 유발하게 된다.

이 문제를 친환경적으로 해결하기 위해 기존에는 박테리아 배양액에 오염물질을 넣어 박테리아가 생성한 락카아제 효소가 분해하는 원리를 사용해 락카아제 효소의 기능을 직접 개량하려는 방식을 사용했었다. 하지만 이 방식은 시간이 오래걸리고 설계가 까다로운 단점이 있었다.

한국 원자력 연구원 연구팀의 연구에서는 구리이온 농도를 조절해 락카아제 효소의 합성을 높이는 새로운 방식을 사용했다.일반적인 균주는 구리이온을 많이 주입하면 독성이 생겨 생장에 어려움을 겪게 된다. 이때 방사선 공학 기술을 사용해 균주의 여러 유전자를 한번에 개량하였다. 방사선 조사 기술은 한번에 여러 유전자에 돌연변이를 유도할 수 있어 더 빠르고 효율적인 개량이 가능해진다. 방사선을 조사해 구리이온의 농도가 높아도 살 수 있는 균주의 유전자를 만들고 구리이온이 많아지면서 락카아제 활성도를 높이기 때문에 이로 인해 기존 균주보다 2.6배 더 높은 효소 활성을 가진 미생물을 개발할 수 있었고 실제로 합성 염료 분해 속도가 개선된 것을 알 수 있다.

이러한 기술의 개발로 난분해성 오염물질(합성염료, 폐플라스틱 등)의 생물학적 처리가 가능해졌고 화학약품 사용의 최소화로 2차 오염의 우려가 감소하였다. 균주의 기질 특이성을 활용해 정수처리, 하수정화, 산업폐수처리 등 다양한 분야에 적용이 가능해지고 방사선 기술과 생물학의 융합으로 효율성과 친환경성을 동시에 확보했다는 점도 알 수 있다.

이번 조사를 통해 과학이 실제로 환경을 어떻게 도울 수 있는지 알게 되었다. 방사선이라고 하면 병원에서 암치료로 사용되거나 위험한 물질이라는 이미지가 먼저 떠올랐는데 기사를 읽게 되면서 미생물의 유전자를 바꾸고 오염물질을 분해하는데 활용될 수 있다는 것을 알게 되어 새로웠다. 더 많은 기술 개발을 하기 위해 많은 사람들의 노력이 있다는 것을 실감하는 계기가 되었고 나도 사회에 도움되는 일을 하고 싶다는 동기부여를 가질 수 있게 되었다. 다양한 연구를 통해 더 향상된 결과를 만들어가려고 하는 연구원들의 끈기와 창의성을 본받고 싶었다. 앞으로 개발될 수 있는 여러 과학 분야들에 관심 더 커지게 되었다. 이런 기술이 점점 더 개발되면 환경 문제 해결에도 더 도움이 되고 건강이나 생태계에도 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것이라고 느꼈다.

우선 이 기술의 핵심은 화학적으로 설계된 두 분자인 압타머와 디옥시옥사노신의 정밀한 결합에 있는데 압타머는 특정 단백질에 선택적으로 결합할 수 있도록 염기서열이 정밀하게 조합된 핵산(DNA)으로 이 자체도 분자 인식이라는 화학적 특성을 잘 보여주는 예라고 생각하였다. 그런데 여기에 디옥시옥사노신을 도입하면 단백질의 특정 아미노산, 특히 라이신이나 시스테인과 선택적으로 공유결합을 형성할 수 있게 된다. 이것은 일반적인 수소결합이나 반데르발스 힘보다 훨씬 강한 화학 결합을 이루기 때문에, 단백질 변형이 안정적으로 유지될 수 있다는 점에서 중요한 의미를 가진다. 또한 암세포 치료에 활용되는 원리를 확인하고 이해하면서 화학적으로 설계된 단일 분자가 진단과 치료를 동시에 수행하는 치료와 진단이 융합된 기술로 나아가고 있는 것으로 보였다.

여기서 특히 압타머는 DNA나 RNA 조각인데도 특정 단백질만 골라서 결합할 수 있다는 게 신기했고, 디옥시옥사노신은 그런 단백질을 안정적으로 변형시킬 수 있는 화학물질이라는 점에서 흥미로웠다. 암세포에 많은 PTK7 단백질을 찾아내고, 그것만 선택적으로 변형하거나 표시할 수 있다는 원리를 보며, 화학으로 생명을 조절할 수 있는 시대가 정말 오고 있다는 걸 실감할 수 있었다. 즉, 우리가 생명체 내부를 단순히 관찰하는 것을 넘어서 정밀하게 조작하고 설계할 수 있는 시대에 접어들었다는 사실이 신기했다. 단백질 하나, 세포 하나를 정확히 겨누어 작용하게 한다는 것은 마치 몸속에 고도로 정비된 내비게이션이나 주소지가 있는 것처럼 느껴졌다. 더 나아가, 생명이라는 복잡하고 정교한 시스템을 조작하는 데 따르는 윤리적 책임도 함께 생각하게 되었다. 기술은 점점 더 정밀해지지만, 그만큼 인간이 다루는 생명의 무게도 더 커졌다는 사실을 절감했다.

먼저 대표적인 전이금속 기반 항암제인 시스플라틴에 대해 조사했다. 이 약물이 DNA 이중나선에 결합하면 세포 복제가 제대로 일어나지 않아 결국 세포가 죽는다는 점에서, 교과서에서 배운 세포 주기와 세포사멸이 실제 약물 작용과 연결된다는 사실을 알게 되었다. 단순히 내용을 정리하는 데 그치지 않고, 왜 금속이 이런 작용을 하는지, 또 어떻게 암세포에서만 작동할 수 있을지 스스로 생각해보며 탐구 방향을 넓혀 나갔다.

그러던 중 코발트 같은 전이금속은 전자 상태에 따라 반응 정도가 달라질 수 있다는 논문 내용을 접하게 되었고, 이게 실제로 약물의 작동 방식에 영향을 줄 수 있다는 점이 새로웠다. 고등학교에서 배우는 생명과학 수준을 넘어서서, 약물이 작용하는 환경 조건에 따라 반응 여부를 조절할 수 있다는 생각이 들었고, 이게 앞으로 더 정교한 항암 치료에 쓰일 수도 있겠다고 느꼈다.

이 과정을 통해 단순히 자료를 찾아보는 데서 끝내지 않고, 생명과학 개념을 실제 사례에 적용하면서 나만의 관점을 만들어갈 수 있었다. 약물의 작용 원리를 생물학적으로 분석해보고, 그 안에서 전이금속의 역할을 생각해보는 과정이 특히 인상 깊었다. 내가 관심 있는 신약 개발 분야에서 생명과학이 어떤 역할을 하는지 스스로 확인해볼 수 있었고, 배운 내용을 바탕으로 더 깊게 생각해본 활동이었다.

노화와의 관계

나이가 들면 그렐린의 분비량 자체가 줄어드는 경향이 있고 그 결과, 식사 시간이 되어도 공복감을 덜 느끼게 되어 자연스럽게 식욕이 감소한다

과학적 원리

그렐린은 뇌의 시상하부에 존재하는 NPY/AgRP 뉴런을 자극하여 식욕을 유도합니다. 그러나 노화가 진행되면 이 경로의 민감도가 떨어지거나, 그렐린 자체의 분비가 감소하면서 이러한 신호 전달이 약해집니다. 즉, ‘배고프다’는 신호가 뇌에 덜 전달되게 된다

렙틴(Leptin): 식욕을 억제하는 호르몬

역할

렙틴은 지방세포에서 분비되며, 체내 지방량이 많을수록 렙틴 농도도 높아집니다. 이 호르몬은 시상하부의 POMC 뉴런을 자극하여 포만감을 느끼게 하고, 음식 섭취를 억제합니다. 일종의 ‘에너지 상태 보고’ 역할을 한다

노화와의 관계

나이가 들어도 렙틴 분비량 자체는 크게 줄어들지 않지만 렙틴 신호를 처리하는 뇌의 능력이 약화된다 이를 렙틴 저항성이라고 하며,뇌가 렙틴의 신호를 제대로 받아들이지 못해 포만감을 잘 느끼지 못하거나,에너지의 균형을 유지하는데 혼란이 생긴다

과학적 원리

렙틴은 시상하부에 작용하여 식욕을 억제하고, 에너지 소비를 촉진합니다. 하지만 노화로 인해 시상하부의 렙틴 수용체가 민감도를 잃거나, 염증이나 산화 스트레스 같은 세포 노화가 렙틴 경로를 방해할 수 있습니다. 그 결과로 식욕 조절 기능이 저하되고, 식사에 대한 흥미가 줄어들게 된다

노화가 진행되면서, 식욕을 자극하는 호르몬인 그렐린은 감소하고, 식욕을 억제하는 렙틴은 정상적으로 분비되지만 그 효과가 떨어지게 됩니다. 이처럼 호르몬 분비의 변화와 신경계 반응의 저하가 복합적으로 작용하면서, 나이가 들수록 식욕이 줄어들게 되는 것이다

조사 과정에서 가장 흥미로웠던 점은 바이러스성 뇌수막염의 주요 원인균인 콕사키바이러스와 에코바이러스가 일반적인 감기와 유사한 증상을 보이지만, 외부 환경에 대한 저항성이 높아 소독 및 예방에 각별한 주의가 필요하다는 것이었다. 또한 뇌척수액 검사를 통해 뇌수막염을 진단하는 과정에서 요추부에 바늘을 삽입해 뇌수막액을 채취하는 ‘요추천자’라는 방법을 알게 되었는데, 이 검사는 CT로 보이지 않는 미세한 출혈까지도 진단할 수 있어 매우 정밀한 검사임을 깨달았다.

이 활동을 하면서 감기와 비슷한 증상으로 시작되더라도 심각한 질병일 수 있다는 사실을 체감하였고, 질병을 미리 예방하기 위한 생활 속 위생 관리가 얼마나 중요한지도 다시금 깨닫게 되었다.

또한 조사하는 과정에서 바이러스성 뇌수막염의 원인균이 RNA 바이러스라는 점을 접하며, 생명과학1 시간에 배운 바이러스의 구조 및 단백질 합성 과정이 자연스럽게 떠올랐다. 특히 외막이 없는 바이러스가 화학적 소독에 강한 이유나, RNA 바이러스가 숙주 세포 내에서 직접 단백질을 합성한다는 내용을 생명과학 1과 연관지어 생각할 수 있었다.

물리치료에 대해 조사하던 중, 그동안 신기술과 관련된 내용을 다룬 적이 없다는 점이 떠올랐습니다.

그러던 중 예전에 살펴보았던 4차 산업혁명 관련 자료가 생각났고, 이를 바탕으로 '4차 산업과 물리치료의 접점'에 대해 검색을 시작하게 되었습니다.

그 과정에서 '3D프린터로 인공근육 만들다'라는 흥미로운 뉴스를 발견하게 되었고, 3D 프린팅 기술을 활용해 실제 근육을 만든다는 점이 매우 신기하게 느껴져 자연스럽게 큰 관심을 갖게 되었습니다.

이 기사를 깊이 있게 이해하기 위해 개념과 동영상을 찾아보았으며, 이해가 어려운 부분은 AI 도구를 활용해 설명을 시각화하거나 그림으로 변환하여 학습하였습니다.

이러한 과정을 통해 지방줄기세포는 ‘씨앗’, 금 나노와이어는 ‘지지대’, 콜라겐은 ‘흙’에 비유할 수 있다는 점을 발견하게 되었고, 이를 통해 해당 기술의 원리를 훨씬 더 쉽게 이해할 수 있었습니다.

또한, ‘3D프린터로 인공근육을 만들다’라는 기술의 원리를 이해하기 위해, 사용된 각 재료들의 역할과 그 이유를 하나하나 분석하였습니다.

우선, 콜라겐을 기반으로 한 바이오잉크가 사용된 이유는 콜라겐이 실제 근육 조직에 가장 적합한 환경을 제공하기 때문이라는 점을 알게 되었습니다.

또한, 바이오잉크에 포함된 금 나노와이어는 근육세포의 분화를 유도하는 데 중요한 역할을 하는 지지대이며, 지방줄기세포는 근육세포로 분화되기에 가장 적합한 세포라는 사실도 함께 파악하였습니다.

이러한 분석을 통해 각 구성 요소의 기능과 필요성을 명확히 이해할 수 있었고, 인공근육 제작 기술에 대한 전반적인 원리를 보다 체계적으로 습득할 수 있었습니다.

이 기사에서는 실험용 쥐의 손상된 턱 근육에 인공근육을 이식해 성공했다는 내용이 소개되었지만, 실제로 관련 자료를 찾아본 결과, 근육 괴사 등 다양한 문제로 인해 아직 실용적인 단계에는 이르지 못했다는 점을 확인할 수 있었습니다. 그럼에도 불구하고, 만약 이 기술이 더욱 발전하여 실제에 적용될 수 있는 수준에 도달한다면, 인공근육을 활용한 전용 치료법이 개발되는 등 치료 범위가 확대될 것으로 생각이됩니다.

이는 기존의 재활 치료 한계를 넘어서는 새로운 가능성을 제시할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다고 생각합니다.

그리고 발표하다가 실수 했던점이 있는데 이로인해 발표를 하면서 몇 가지 중요한 점을 배울 수 있었습니다.

첫 번째는 발표 도중 말을 더듬거나 잠시 멈추는 일이 있더라도, 침착하게 대처하기만 하면 듣는 사람 입장에서는 크게 문제가 되지 않는다는 점이었습니다.

오히려 당황하지 않고 자연스럽게 넘어가는 태도가 발표 전체의 흐름을 안정적으로 유지해주는 것을 느꼈습니다.

두 번째는 원리를 설명할 때 단순히 생소한 개념의 사진만을 보여주는 것보다, 앞서 설명한 것처럼 개념을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 ‘비유’를 활용하고, 그 비유 대상의 사진까지 함께 제시하면 청중의 이해도를 훨씬 높일 수 있다는 사실이었습니다.

이러한 경험을 통해 앞으로 발표나 설명을 할 때 어떻게 하면 더 효과적으로 내용을 전달할 수 있을지에 대한 방향을 배울 수 있었습니다.

요즘 관심이 있었던 질병과 질환에 대해 관련된 기사가 없을까 하다가 찾게 된 기사로 선정하게 되었으며 이 기사는 대상포진과 치매사이의 관계성에 관한 연구를 중점으로 한 기사인데

대상포진 바이러스가 뇌의 염증을 유발하고 인지 기능에 영향을 줄 수 있으며 백신이 이러한 염증을 예방함으로써 치매를 막을 수 있다는 내용이 있었으며 남성보다 여성에게서 결과가 더 효과적으로 나타난다는 내용 또한 흥미로웠고 주요 발견으로는 백신 접종 그룹이 미접종 그룹보다 치매 발병률이 20% 낮았으며 이번 연구에서는 생백신인 조스타박스를 사용하였으며, 사백신인 싱그릭스의 효과에 대한 연구는 아직 진행중이라고 기사에 나와있었으며 위의 생백신인 조스타박스를 사용하면

백신이 대상포진 바이러스의 재활성화를 억제하여 신경 염증을 줄이고, 면역 체계를 강화하여 인지 기능 저하를 방지할 수 있다는 점이 나와있어 이 내용을 보고 백신 하나만으로 치매 즉 인지 기능 저하를 막고 방지할 수 있다는 점에서 놀랐고 대상포진 백신 접종이 치매 예방에 기여할 수 있으며, 이로써 요즘 같은 고령화 시대에 나이가 들수록 대상포진 백신을 맞아 백신접종률도 높이고 치매 예방도 같이 하면 일석이조라는 생각이 들게 한 활동이었다 그리고 바이러스성 질환 예방 백신이 치매 예방에 기여할 수 있다는 연구 기사를 기반으로, 신경계와 면역계 간의 연관성을 생명과학과 연관시켜 탐구하였다

그리고 또한 여러 대학의 교수들의 연구를 통해 여러 결과들을 얻게 되고 지식을 쌓게 되며 이와 관련된 논문과 교수들의 또다른 연구에 대해 알고 싶어지게 된 활동이었다

이로써 점점 더 사회가 발전하면서 여러 백신과 연구 결과들이 다양하게 나와 치매와 대상포진 둘다 해결 할 수 있는 사회와 세상이 왔으면 좋겠고, 치매와 대상포진 관의 관계와 신경계에 미치는 영향 등 생명과학에서 배웠던 부분을 통해 더 심화적으로 탐구하고 이해하게 되었으며 스스로 정리하고 학습하는 과정을 기르게 되었다

기계연구원과 생명공학연구원이 공동으로 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 NK세포를 하이드로젤에 담아 암세포를 효과적으로 제거하는 방법을 개발함.

이 기술은 기존 NK세포 치료법에서 문제였던 세포 손실을 줄이고, 암세포 주변에 정확하게 면역세포를 전달할 수 있도록 도와줌.

또한 3차원 환경에서 세포를 배양함으로써 NK세포의 생존력과 기능을 높였고, 향후 임상 적용 가능성도 기대되고 있음.

느낀점

이번 기사를 통해 단순한 기계 설계뿐 아니라, 기계공학이 생명과학과 융합되어 실제 사람을 살리는 기술에 쓰일 수 있다는 걸 알게 됐습니다.

정밀한 프린팅, 재료 제어, 구조 설계 등 핵심에 기계공학이 녹아 있다는 점이 인상 깊었고,

기계공학을 전공하더라도 의료나 생명 분야에서 사람을 돕는 기술을 만들 수 있다는 걸 꼭 보여주고 싶었습니다.

기계연구원과 생명공학연구원이 공동으로 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 NK세포를 하이드로젤에 담아 암세포를 효과적으로 제거하는 방법을 개발함.

이 기술은 기존 NK세포 치료법에서 문제였던 세포 손실을 줄이고, 암세포 주변에 정확하게 면역세포를 전달할 수 있도록 도와줌.

또한 3차원 환경에서 세포를 배양함으로써 NK세포의 생존력과 기능을 높였고, 향후 임상 적용 가능성도 기대되고 있음.

느낀점

이번 기사를 통해 단순한 기계 설계뿐 아니라, 기계공학이 생명과학과 융합되어 실제 사람을 살리는 기술에 쓰일 수 있다는 걸 알게 됐습니다.

정밀한 프린팅, 재료 제어, 구조 설계 등 핵심에 기계공학이 녹아 있다는 점이 인상 깊었고,

기계공학을 전공하더라도 의료나 생명 분야에서 사람을 돕는 기술을 만들 수 있다는 걸 꼭 보여주고 싶었습니다.

gmo는 다음과 같은 과정을 통해 만들어진다. 먼저, 특정 생물에서 원하는 형질을 가진 유전자를 선택한다. 그런 다음, 이를 유전자 운반체(벡터)나 유전자 총 등을 이용해 목표 생물의 유전체에 삽입한다. 삽입된 유전자가 제대로 작동하도록 배양한 후, 유전자가 안정적으로 유지되고 원하는 형질을 나타내는지를 검증한다. 마지막으로, 환경과 인체에 대한 안전성 평가를 거쳐 사용 여부를 결정한다.

GMO의 장점은 매우 다양하다. 병충해에 강한 작물을 만들어 수확량을 늘릴 수 있으며, 농약 사용을 줄여 환경 오염을 감소시킬 수 있다. 또한 저장성과 운반성을 높인 작물을 개발하거나, 비타민 A와 같은 영양소를 강화한 식품을 생산할 수도 있다. 의약품 분야에서는 유전자 조작 미생물을 이용해 인슐린과 같은 약물을 대량 생산하기도 한다.

하지만 GMO에는 단점과 논란도 존재한다. 유전자가 자연 생태계로 퍼질 경우 생태계 교란이 일어날 수 있으며, 유전적 다양성이 줄어들 가능성도 있다. 일부에서는 알레르기 유발 가능성이나 독성 문제를 우려하기도 하며, 다국적 기업이 GMO 종자를 독점할 경우 농업의 자율성이 침해될 수 있다는 비판도 있다. 무엇보다도 장기적인 인체 및 환경에 대한 영향이 아직 충분히 밝혀지지 않았다는 점에서 지속적인 연구와 논의가 필요하다.

결론적으로, GMO는 인류의 식량 문제 해결과 의약품 생산에 있어 매우 유용한 기술이지만, 그 사용은 신중하게 이루어져야 하며, 과학적 검증과 사회적 합의가 함께 따라야 한다.

이번 발표를 준비하면서 GMO 기술이 농업과 의학에 미치는 중요한 영향을 알게 되었다. 병충해에 강한 작물이나 영양소가 강화된 식품 등이 우리의 식생활에 많은 변화를 가져올 수 있다는 점을 실감했다. 또한, 의약품 생산에 활용되는 GMO의 사례를 통해 생명공학이 실생활에 큰 영향을 미친다는 것을 느꼈다.

그러나 발표를 준비하면서 GMO가 환경과 윤리적인 문제를 일으킬 수 있다는 점도 깨달았다. GMO가 자연 생태계에 미칠 영향이나 유전자 다양성 감소 문제 등은 여전히 논의가 필요하다는 생각이 들었다. 이러한 문제를 해결하려면 더 많은 연구와 안전성 평가가 필요하다는 점도 알게 되었다.

이번 발표를 통해 GMO 기술의 긍정적인 면과 부정적인 면을 균형 있게 바라볼 필요가 있다는 생각이 들었다. 앞으로도 이 기술이 인류에게 이로운 영향을 미칠 수 있도록 지속적인 연구와 사회적 논의가 이루어져야 한다고 느꼈다.

먼저 인공 감미료는 코로나 19 이후 많은 사람들이 건강과 자기 관리를 중요시하며 하나의 트렌드가 된 헬시플레져에서 많은 관심을 차지한 것이며 인공 감미료의 정의는 설탕과 같은 단맛을 내지만 칼로리는 거의 없거나 없는 화학적으로 합성된 물질이며 대표적으로 아스파탐과 스테비아가 있다는 것을 알게 되었다

뉴스 기사에 실린 쥐 실험을 통해 인공 감미료는 인슐린 수치를 급상승 시키며 많이 먹을시에 심할 경우 뇌졸중 심장마비 등 심혈관질환 발병을 한다는 것을 알게 되었다.

아스파탐이 단맛 감지 수용체를 속여 더 많은 인슐린을 분비하게 유도함 인슐린 수치 상승은 혈관 내벽의 면역 신호 단백질(CX3CL1)을 활성화해 동 맥 내 플라크 축적을 촉진하는 것으로 밝혀졌기에 인공 감미료가 어떻게 혈관질환을 일으키는지 확인할 수 있었다

이러한 인공 감미료를 잘 이용하려면 인공 감미료는 거의 모든 종류의 식품에 침투해 있기 때문에 장기적 안전성 을 고려해 과도하게 먹지 않아야 한다

마무리로 이번 생명과학 발표를 준비하며 '제로 슈거'라는 익숙한 단어 속에 숨어 있는 과학적 진실과 건강 문 제를 깊이 있게 탐구할 수 있었다. 특히 우리가 일상적으로 접하는 인공 감미료가 우리 몸에 어떤 영향을 미치는지 알아보는 과정에서 흥미와 더불어 경각심도 들게 했다. 연구 결과들을 통해 인공 감미료가 칼로리는 낮지만 인슐린 분비를 자극하고, 장기적으로는 혈관 염증이나 만성질환을 유발할 수 있다는 가능성을 보면서, 인공 감미료가 마냥 좋은 것만은 아니라는 것 을 알게 되었으며 특히 간호학을 전공하고자 하는 입장에서, 이러한 음식에 대한 지식은 환자의 식습관 교육이나 예방 간호에 꼭 필요한 지식이라는 생각이 들었다

이번 발표를 통해 한 사람의 식습관이 결국 건강을 바꾸고, 그 건강을 지키는 일이 간호의 본질과도 연결되어 있다는 것을 체감했다. 앞으로도 과학적 호기심을 바탕으로, 더 깊이 있는 배움을 통해 사람들의 건강한 삶을 도울 수 있는 간호사가 되고 싶다.

이번 조사를 통해 국내에서 처음 개발된 CAR-T 치료제인 림카토에 대해 알게 되었다. 림카토는 환자의 T세포에 암세포를 인식하는 유전자를 넣고 다시 몸에 주입해 암을 치료하는 방식인데, 그 과정에서 유전자를 넣기 위한 바이러스를 만들거나, 조작된 세포를 수십억 개 이상 증식시키는 과정이 포함된다. 이 부분이 특히 흥미로웠다. 단순히 생명과학 지식만으로 되는 게 아니라, 세포를 대량으로 키우고 오염 없이 일정하게 만들기 위해선 정밀한 조건 조절과 생산 공정 설계가 필요한데, 이런 기술이 바로 화학공학에서 배우는 반응 조건 설정이나 바이오 공정 설계와 관련된다는 것을 알게 됐다. 앞으로 CAR-T 치료제처럼 생명과학과 공정 기술이 결합되는 분야에서 화학공학 지식을 어떻게 적용할 수 있을지 더 깊이 탐구해보고 싶다.

생체모방 건축의 특징은 네 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 지속 가능성과 에너지 절약을 중요하게 생각한다. 둘째, 주변 환경에 적응하고 유연하게 바뀔 수 있는 구조를 만든다. 셋째, ‘형태는 기능을 따른다’는 원리에 따라 자연의 구조를 기능적으로 활용한다. 마지막으로, 재료나 시스템도 자연스럽게 순환될 수 있도록 설계해 환경을 해치지 않도록 한다.

실제 사례로는 짐바브웨의 ‘이스트 게이트 빌딩’과 영국 런던의 ‘더 거킨’ 빌딩이 있다. 이스트 게이트 빌딩은 흰개미집 구조를 참고해서 별도의 에어컨 없이도 건물 안 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 했다. 덕분에 전기 사용을 엄청나게 줄일 수 있었다. 또 ‘더 거킨’은 유선형 구조로 바람이 잘 통하게 만들었고, 자연 채광과 환기를 활용해 에너지를 아끼는 건축물이다.

운동을 하면 골격근이 수축하면서 움직임이 생기는데, 이때 근육세포 내부의 가는 필라멘트와 굵은 필라멘트가 서로 겹쳐 들어가며 수축이 일어납니다. 이 과정에는 에너지가 필요하고, 근육세포는 영양소를 분해하여 에너지를 만듭니다. 그런데 이 에너지를 만들어내는 방식은 근육세포의 종류에 따라 달라집니다.

느리게 수축하는 근육세포는 산소를 이용한 대사 경로를 사용하여 에너지를 천천히 많이 만들어냅니다. 이런 세포는 주로 다리처럼 오랫동안 움직이는 근육에 많이 들어 있으며, 쉽게 지치지 않습니다. 반면 빠르게 수축하는 근육세포는 산소 없이 빠르게 에너지를 만드는 방식으로 움직이기 때문에 순간적인 힘에는 강하지만, 금방 피로해지고 통증도 쉽게 느낍니다.

하지만 운동을 꾸준히 반복하면 근육세포가 사용하는 대사 경로가 바뀔 수 있습니다. 원래는 빠르게 수축하던 근육세포도 점차 산소를 이용해 에너지를 많이 만드는 방식으로 전환되면서 피로를 덜 느끼게 됩니다. 즉, 지속적인 운동은 근육세포 자체의 에너지 대사 방식을 바꿔서 근지구력을 높이고, 근육통도 줄이는 효과를 가져오는 것입니다.

또한, 운동 중에는 혈액 순환이 활발해지고, 엔도르핀 같은 진통 작용을 하는 호르몬이 분비되기 때문에 운동 후 통증이 일시적으로 완화되기도 합니다. 이처럼 운동은 단순히 체력을 기르는 것이 아니라, 근육세포의 기능과 구조를 변화시키며 몸을 더 효율적으로 만드는 생물학적인 과정임을 알 수 있습니다. 이 기사를 통해 운동의 효과가 단순히 눈에 보이는 변화뿐 아니라, 세포 수준에서도 중요한 변화를 이끈다는 사실을 이해할 수 있습니다.

최근 우리나라 뿐만아니라 세계적으로 마약류 약물중독과

그 사망자수가 증가하는 추세라서 사회적으로 이슈가 되고 있습니다.

이에 저는 공학도를 꿈꾸는 사람으로써,

공학의 목적인 '사람과 사회를 위한 발명을 하자’ 라는 생각으로 마약류를 직접 조사하고,

그 마약류에 대한 중독을 완화하거나 없애는 방법은 무엇이 있을지 알아보기 위해 이 주제를 선정 했습니다.

마약 개념 정리

마약(표) 「명사」 「약학』 마취 작용을 하며, 습관성이 있어서 장복(토제)하면 중독 증상을 나타내는 물질을 통틀어 이르는 말

오피오이드 - 아편유사제(opioid)

일종의 정신활성물질로 약리학적인 면에서 모르핀 또는 아편과 비슷한 화학물질입니다.

오피오이드 수용체

뇌, 척수, 피부 및 위장관에 분포하는 G 단백질 결합 수용체

뮤, 카파, 델타 수용체 등 17개 수용체가 발견됨

기제

1) G 단백질 = ‘구아노신 뉴클레오타이드(Guanosine Nucleotide)'에 결합하는 단백질이라서 붙여진 이름

2) 수용체에 기질(물질)이 붙으면, G 단백질도 수용체에 붙게되고 GDP가 GTP로 치환된다.

3) 이후 GTP를 가진 알파 유닛(Gα) 은 효소로 가서 붙게 되고, 나머지 유닛들은 이온채널을 활성화시킨다.

4) 물질이 G단백질 연결 수용체에 결합

5)분화되어 아까 Gα 가 아데닐산고리화효소에 붙는다. (아데닐산고리화효소(adenylyl cyclase) 

≒ 신호 증폭기)

6) 효소가 ATP -> cAMP

7)cAMP -> 단백질 인산화 효소 활성화

8)인산화된 단백질 -> 多 세포 반응 유도

추가탐구 1. 마약에 해독제는 없을까?

->오피오이드 길항제 (중추 작용 오피오이드 수용체 길항제)

• 중추 신경계 또는 말초 신경계의 오피오이드 수용체 중 하나 이상을 차단

ㄱ. 날록손(긴급)(C19H21NO4)

과다복용으로 호흡이 멈춘 사람에게 코 스프레이 또는 주사로 주입시켜 1~2분 내로 효과

펜타닐과 같은 강력한 오피오이드의 경우 날록손 투여가 여러 번 필요할 수 있다.

벤조디아제핀(자낙스 등), 흥분제, 사이키델릭 등 오피오이드 이외의 약물

복용자에게는 효과 X (당연히 정상인도 효과 X)

제품 

Emergent BioSolutions - NARCAN NASAL SPRAY(코 스프레이 형식)

<미국의 대중화 정도>

로스엔젤레스 공중보건원 왈 : 로스앤젤레스 카운티 거주민들은

의료 서비스 제공자에게 날록손 처방전을 요청할 수 있다

+ 무료 자판기도 존재

+ 주사형 날록손 키트도 판매

ㄴ. 날트렉손(C20H23NO4)

오피오이드 의존증 + 알코올 의존증에서도 쓰이는 물질

알코올, 오피오이드계 약물과 같이 복용하면 신체에 치명적임

이유 : 오피오이드 수용체를 갑자기 차단해서 심한 금단 증상이 생길 수 있다.

          오피오이드 효과가 차단되니 더 많이 복용하려다 과다복용 위험이 생길 수 있다.

우리나라 : 

환인제약 - 날트렉손염산염

명인제약 - 트락손

미국 : 

알약 형식, 주입 형식 등등 종류가 매우 많음.

추가탐구 2. 한국의 마약 상황 (강조하고 싶습니다.)

ㄱ. 마약류에 대한 우리나라 실태조사 ( 대검찰청 - 마약류 범죄백서 참고)

검찰은 국내 마약류 범죄 확산 원인을

1. 해외직구, 다크웹 등을 이용한 비대면 마약거래의 활성화

2. 국제 마약조직 및 외국인을 통한 해외 마약류의 국내 유입 증가

3. 의료용 마약류의 불법유통 등으로 분석, 각 분야별 전문인력을 투입하여 마약류 범죄 대응 추진

+ 텔레그램, X(구 트위터)

우리나라 마약류 사건 중 가장 많은 사람이 관여한 유통 조직 사건 소개

A, B, C가 대량의 마약류를 밀수, 판매목적으로 소지

->D, E, I는 판매목적으로 소유

+ F, G, H는 도매상 역할 - 마약류 판매 조직에 판매 목적으로 소지

이후 J, K, L, M (전부 10대 청소년) (판매인) - 총책지시에 의해 합성 대마 수수

+ 다양한 마약류를 판매 목적으로 소지

(I, J, K, L, M)- 마약류 판매 및 투기 혐의로 구속

추가탐구 3. 마약은 얼마나 구하기 쉬울까 (강조하고 싶습니다.)

1)마약은 은어로 통함(ㅇXX, ㅈXX, ㅋX, ㅎX etc.)(마약 은어는 매체에서 알기 쉬우나 가림)

2)마약 확산 루트(추정) - 수많은 사이트 게시판에 스팸성으로 게시글을 올린다.

이때, 텔레그램 주소를 남겨 접근성을 확보한다. -> 텔레그램을 통해 투기, 판매 -> 중독자 (장기고객화)

3)페이스북의 음지화, X(트위터)로 인해 접근성이 너무 높아져버림

이들 또한 텔레그램으로 넘어가서 거래하는 것으로 추정

이를 통해 내려본 추정 : 이렇게 구하기 쉽다는 것은 이미 우리나라도 많은 지역 많은 장소에

마약이 퍼져있으며, 결국 우리나라도 마약 청정국이 아니게 되었음으로 추정

우리도 충분히 주의를 가지고, 최대한 호기심과 관심을 가지지 않으며

권유하는 사람을 멀리하고, 마약과의 관계는 일절 없게 유지하는 것이

우리들의 최선이라고 생각했다.

느낀점 :

이번 탐구를 통해 나는 단순히 ‘위험한 약물’로만 알고 있던 마약이, 뇌와 신경계에 어떤 방식으로 작용하고, 사회 전반에 어떤 파장을 일으키는지 보다 깊이 이해할 수 있었다. 그리고 그에 대응하는 길항제를 알아봄으로써 생명의 끝자락에 있는 사람을 구하는 방법도 있음을 원리와 함께 알 수 있었다. 우리나라가 더 이상 마약 청정국이 아니라는 사실은 충격이었고, 마약이 생각보다 가까이 퍼져 있다는 현실은 또 다른 세상을 마주한 듯한 느낌을 주었다. 뉴스나 드라마 속 이야기로만 여겼던 마약 문제가 우리 사회 속 일상적인 위협으로 존재한다는 것을 알게 되면서, 나 자신도 누군가의 권유나 호기심에 흔들리지 않도록 경계심을 가져야겠다는 생각이 들었다. 무엇보다 이번 조사는 마약과 관련한 단순한 생물학적 지식을 넘어서, 현 세대에서의 마약 중독의 가능성은 누구에게나 얼마든지 열려있어 너무나 주의를 해야함을 깨닫게 해주었고,

세상을 바라보는 시야를 더 넓혀주는 계기가 되었다.

또한 발표 과정에서 본인은 추가 탐구를 통해 생분해성 고분자인 PLA와 PCL의 분해 속도와 조건에 대해서도 심층적으로 조사하였다. PLA는 58도에서 약 60일 이내에 절반 정도가 분해되고, PCL은 50도에서 약 90일 후 완전 분해되는 특성을 지니지만, 체내 환경(온도, 습도, pH, 체액 등)에 따라 속도는 다르게 나타날 수 있다. 이처럼 재료 특성과 생체 내 환경 간의 상호작용을 분석함으로써, 기술이 실제 임상 적용에 이르기까지 고려해야 할 요인들이 매우 다양하다는 것을 실감하게 되었다.

SH-BVS 기술이 단순 삽입 기기를 넘어, AI 기반 웨어러블 기기와 연계된 정밀 모니터링 시스템으로 발전할 수 있다는 생각을 했다. 압력 외에도 염증 수치, 산소 농도 등을 통합 감지하는 시스템이 개발된다면, 향후에는 개인 맞춤형 치료를 넘어 삶의 질을 예측하고 관리하는 의료기술로까지 발전할 수 있겠다는 생각을 하게 되었다. 이번 발표를 통해 단순한 지식 전달을 넘어, 생명과학과 의공학이 융합된 기술을 비판적으로 분석하고, 그 미래 방향까지 고민해보는 경험을 할 수 있었다.

후성유전학의 개념: DNA 염기서열 변화 없이 발현을 조절하는 메틸화, 히스톤 변형, miRNA 기작 정리

DNA 메틸화, 히스톤 변형 등 주요 후성유전 기작과 함께 온도 변화, 대기오염, 식습관 등 환경 요인이 유전자 발현에 미치는 영향을 파악,도시 청소년의 만성 스트레스에 따른 신경계 유전자 조절 사례, 가축의 기온 변화에 따른 유전자 발현 변화 사례를 분석하며 생체 반응의 유전적 적응에 대한 내용.특히 전통 한의학의 체질의학이 개인의 감정, 환경, 생활 습관을 모두 고려한다는 점에서 후성유전학과 연결됨을 찾게되었다

2학년때 생명과학에서 했던 포스트잇 아트 활동을 통해 기후변화에 대한 내용과 연관되었으면 좋겠습니다!

주제2: 무궁화꽃의 한약재 활용 가능성(수행평가 내용 심화)

주요탐구내용:진정.항스트레스 성분(루페올, 캠페롤 등)이 수면장애 및 정서 안정 도움이 되는 것을 확인했다.무궁화 추출물이 GABA 수용체 조절이나 항산화 경로에 작용할 수 있다는 사실 알게되었고,이를근거로 후성유전적 스트레스 반응 조절과 한약 처방을 결합한 개인 맞춤형 진료 모델을 제안하여서 한의학이 기후위기와 도시화에 대응하는 미래 보건전략으로 확장될 수 있음을 알게되었다

생명과학, 의학, 전통지식 간 융합적 사고력과 실천적 진로탐색 태도에 관한 이야기가 들어갔으면 좋겠습니다

이번 발표를 준비하며 생명과학과 의약학이 융합된 실제 사례를 통해 생체 신호 조절, 호르몬 작용 메커니즘, 신약 개발의 원리 등 다양한 분야의 지식을 종합적으로 연결해볼 수 있었고, 이를 바탕으로 의생명공학에 대한 관심과 진로 의지가 더욱 확고해졌다. 또한 발표 자료를 구성하는 과정에서 과학적 근거에 기반한 논리적 흐름과 시각 자료 활용을 통해 청중에게 효과적으로 설명하는 능력을 기를 수 있었으며, 복잡한 내용을 쉽고 명확하게 전달하는 커뮤니케이션의 중요성도 체감했다. 이 탐구는 단순한 정보 수집에 그치지 않고, 비만과 당뇨병 치료의 최신 기술과 미래 의료 방향에 대한 통찰을 얻는 계기가 되었으며, 위고비의 기능이 단순 다이어트 약인줄 알았던 나에게 이는 향후 호르몬과 뇌신경계의 상호작용, 약물 작용의 세포·분자 수준 메커니즘 등 보다 심화된 분야로 학습을 확장해나갈 수 있는 엄청난 기능이라는 것을 알게되었다.

탐구주제

유전정보의 후성유전적 조절이 환경 스트레스에 미치는 영향 – 기후변화 시대의 개인맞춤형 한의학

의 가능성 탐색

탐구동기

생명과학 수업에서 다양한 유전 문제를 분석하며 유전형질의 발현이 단순한 염기서열에 의존하지 않

고, 환경과의 상호작용에 따라 후성유전적 변화가 나타날 수 있다는 점에 흥미를 느꼈다. 특히 지구

온난화로 인한 환경 스트레스가 생체 시스템에 주는 영향이 점차 커지고 있으며, 이를 전통 한의학

의 체질의학 관점에서 재해석해보면 어떨까 하는 궁금증에서 탐구를 기획하였다.

탐구과정

이론 조사

후성유전학의 개념: DNA 염기서열 변화 없이 발현을 조절하는 메틸화, 히스톤 변형, miRNA 기작

정리

환경 스트레스 요인(온도 변화, 대기오염, 식이습관 등)이 유전자 발현에 영향을 주는 사례 수집

한의학의 체질의학(태양인, 소음인 등)에서 환경 적응성과 체질적 민감성 개념 조사

사례 분석 및 연결 시도

후성유전 사례: 가축의 온도 변화에 따른 유전자 발현 변화, 도시 거주 청소년의 스트레스에 따른

신경계 유전자 조절 변화

현대 의학에서는 비만, 당뇨병, 불면증과 관련된 후성유전 표지가 존재하며, 이는 한의학에서 설명

하는 체질 민감성과 상통함

한의학 진료 시 체질, 생활환경, 감정 상태를 함께 고려하는 점은 후성유전 관점과 유사

한의학적 적용 가능성 정리환경적·사회적 스트레스 요인을 기반으로 한 맞춤형 처방의 과학적 정당성 확보 시도

후성유전 표지를 기반으로 진단-처방-예방을 통합하는 한의학 기반 개인맞춤 치료 전략 제안

탐구결과 및 의의

유전 형질 발현은 선천적 요인뿐 아니라 환경 변화에 따른 후성유전적 조절이 매우 큰 영향을 미침

을 확인

기후 변화 및 도시화 환경에서 후성유전 변동이 다양한 질환 발생과 연관되어 있음

전통 한의학의 체질 기반 접근이 이러한 후성유전 모델과 연결 가능성이 있다는 점을 발견

한의학이 기후 위기 시대의 예방 중심 보건 시스템으로 진화할 수 있는 방향성을 제시함

향후 의학과 생물학, 환경과학의 융합을 통해 개인맞춤형 건강관리 시스템을 구축하는 데 기여하고

자 함

탐구 요약

주제:기후변화 시대의 환경 스트레스와 후성유전 조절, 한의학적 대응 가능성

DNA 메틸화, 히스톤 변형 등 주요 후성유전 기작과 함께 온도 변화, 대기오염, 식습관 등 환경 요인이 유전자 발현에 미치는 영향을 파악하고, 도시 청소년의 만성 스트레스에 따른 신경계 유전자 조절 사례, 가축의 기온 변화에 따른 유전자 발현 변화 사례를 분석하며 생체 반응의 유전적 적응 탐구했다

전통 한의학의 체질의학이 개인의 감정, 환경, 생활 습관을 모두 고려한다는 점에서 후성유전학과 연결 가능성을 찾았다.

무궁화꽃의 한약재 활용 가능성을 조사하고, 진정.항스트레스 성분(루페올, 캠페롤 등)이 수면장애 및 정서 안정 도움이 되는 것을 확인했다

생명과학 이슈 따라잡기랑

심화탐구보고서가 생기부에 들어갔으면 좋겠습니다!

또한 이 과정에서 단순히 결과만 소비하는 것이 아니라 유전자를 정밀하게 조작할 수 있는 최신 기술인CRISPR 같은 유전자 가위 기술이 GMO 개발에 어떻게 응용되고 있는지도 함께 학습하였다. 이 기술을 통해 보다 정확하고 목적에 맞는 유전자가 삽입됨으로써, 생명공학의 정밀성과 효율성이 향상되고 있다는 점을 깊이 있게 이해할 수 있었다.

그리고 추가적으로 GMO에 대한 찬반 논쟁에 대해 탐색하였다. GMO 작물은 식량 문제 해결, 농업 생산성 증가 등 긍정적인 측면도 있지만, 생태계 교란, 알레르기 유발 가능성, 기업 독점 등의 문제도 존재한다. 따라서 과학기술의 발전을 무조건적으로 수용하는 것이 아니라, 기술의 이면에 존재하는 사회적, 윤리적 문제를 함께 고찰하는 균형 잡힌 관점의 중요성을 깨달았다.

이 탐구를 통해 과학적 지식을 단순히 암기하는 것을 넘어서 실제 사회 문제에 적용하고, 비판적으로 사고하며, 복합적인 요소를 고려해 판단하는 통합적 사고력을 기를 수 있었다. 앞으로의 탐구에서는 과학기술이 가진 양면성을 인식하고, 과학적 사실과 사회적 가치 판단 사이의 균형점을 찾는 태도를 지속적으로 유지하고자 한다.