내 맘대로 읽는 Nature [2015.02.05] (1) Nature News

네이처 2015년 2월 5일 판, 내맘대로 읽기! (1)

*오바마 R&D 예산 *중력파 사냥 시즌 2 *Python for Scientist *빛을 이용한 세포 소기관 이동 조절 *3D 프린터를 이용한 QD-LED 제작 *GMO의 생화학적 봉쇄


News

Obama budget seeks big boost for science

오바마 대통령이 2월 4일, 2016년 예산안을 발표하였습니다. 총 4조 달러에 달하는 예산 중 1460억 달러가 과학연구 및 개발 쪽에 할당되어 미국의 과학자들과 공학자들을 설레게 했다는데요, 현재 공화당이 장악하고 있는 국회에서 이게 온전히 통과될지는 미지수랍니다. 그래도 과학 진흥을 향한 정부의 의지가 부럽네요.


Gravitational-wave hunt enters next phase

작년 3월, 남극에 위치한 전파망원경인 BICEP2를 운영하는 과학자들이 우주배경복사(cosmic microwave background)의 편광을 발견하였다고 발표하였습니다. 이는 천체물리학자들에게는 슬램덩크(*Nature의 표현에 의하면)와 같은 사건이었는데, BICEP2의 과학자들이 그들이 발견한 우주배경복사의 비발산편광(divergence-free polarization, B-mode)이 인플레이션에 의해 발생했을 것으로 여겨지는 시공간의 파동인 '중력파에 의한 것'으로 추정했기 때문입니다. 이 "인플레이션에 의한 중력파"는 빅뱅 이론을 지지해 줄 중요한 단서로 여겨지고 있습니다.

하지만 작년 11월, European Space Agency의 Planck 우주망원경 연구단은 BICEP2가 검출한 이 편광이 우주먼지에 의한 것일 수 있음을 밝혔습니다. 그리고 지난 주, BICEP2 전파망원경 및 Planck 우주망원경의 연구단은 많은 이들이 학수고대해 오던 공동연구결과를 발표하였습니다. 이 발표에 따르면 BICEP2에 의해 잡힌 신호들은 Plank 우주망원경이 검출한, 우주먼지에 의해 주로 발생하는 것으로 알려진 고주파 영역의 신호들과 많은 부분에서 일치하며, 우주먼지에 의해 발생한 것으로 여겨지는 부분들을 제외하고 나면 통계학적으로 신뢰할만한 분석이 불가능한, 매우 작은 양의 신호만이 남음이 밝혀졌습니다.

매우 실망스러운 결과이긴 하지만, 동시에 값진 경험이기도 합니다. 다섯개의 망원경이 한 몸을 이루는 것으로 유명한 Keck 망원경이 '더욱 정밀한 우주먼지 관측'이란 역할을 부여받고 '중력파 사냥'을 위한 다음 여정에 참여합니다. BICEP2도 더욱 성능이 향상된 BICEP3로 대체될 예정입니다. BICEP3는 BICEP2와 마찬가지로 비발산편광을 잡아낼 예정이지만 더욱 높은 감도와 정확도를 선보일 것입니다. 중력파 사냥 시즌 2! 기대해 봅시다.


Toolbox

Programming: Pick up Python

소위 '빅데이터'의 시대입니다. 물론 대부분의 경우 '빅데이터'라 하면 개인정보를 잔뜩 먹어치운 거대 IT 기업이 프로모션의 목적으로 개인 및 대중들의 취향을 분석하거나 몇 십년치 주식거래 데이터들을 대상으로 돈벌이가 되는 거래패턴을 찾아내는 일들이 먼저 떠오르겠지만, 다양한 관측장비와 실험기법들로부터 엄청난 양의 데이터들이 쏟아져 나오는 요즘 시대에는 기초과학들에서도 빅데이터는 주요 화두 중 하나라 하겠습니다. 많은 양의 데이터를 다루기 위해서는 컴퓨터 프로그래밍이 필수적이죠.

Python은 1991년 독일의 프로그래머 Guido van Rossum에 의해 무료로 공개된 프로그래밍 언어입니다. 간단한 문법(syntax)에 많은 온라인 자료들, 그리고 과학의 각 분야별 전문 툴킷(toolkit)들을 개발, 제공하는 풍부한 생태계가 가장 큰 장점이라 하겠습니다. 특히 명령줄을 통해 명령을 내리고 바로 결과를 볼 수 있는, 별도의 컴파일이 필요없는 '인터프리터 언어'이기에 여타 언어들에 비해 진입장벽이 낮은 편이고요, 특히 변수 선언에 있어서 타입(*문자냐, 문자열이냐 아니면 숫자인데 그 숫자가 기냐 짧으냐 혹은 음수나 실수로 처리해야하느냐... 등등등으로 사람을 미치게 만드는)에 신경쓸 필요가 없다는 점도 크나큰 위안이라 하겠습니다.

생물정보학(Bioinformatics)를 접하면서 Python을 접해본 바가 있었지만 환경과학이나 심리학 등에도 쓰이고 있는지는 이 기사를 보고 처음 알았네요. 이제 과학자들도 프로그램 하나 쯤은 기본으로 다뤄야 하는 시대가 오는 모양입니다.


News & Views


Cell biology: Organelles under light control

세포 내 소기관(organelle)들이 상황에 따라 적절한 위치로 이동한다는 것, 그리고 이러한 이동이 소기관의 제대로된 기능을 위해 중요하다는 것은 세포생물학자들이게는 거의 상식에 가깝습니다. 하지만 그간의 실험기술들은 소기관들을 실시간으로 조작하여 그 움직임에 따른 기능을 보여주기에는 부족함이 많았습니다. Nature 이번호(111쪽)에 발표된 논문에서 저자들은 빛을 이용하여 소기관들의 움직임을 정확하고 빠르게 조작함으로써 그 동안 포착할 수 없었던 소기관들의 움직임에 따른 기능 변화를 생생하게 보여주였습니다.

이들은 LOV-ePDZb1 기반의 실험기법을 사용하였습니다. Light-oxygen-voltage(LOV)라 불리는 단백질 도메인(domain)은 새포 내에서 ePDZb1이라는 이름의 단백질 도메인과 보통 결합한 상태로 존재하는데 파란빛이 쪼여지면 구조적인 변화가 일어나 ePDZb1으로부터 떨어지게 됩니다. 저자들은 과산화소체(peroxisome)이라 불리는 세포 내 소기관을 연구하기 위해 이 소기관에 LOV를 인위적으로 붙혔습니다. 그리고 세포 내를 활발하게 돌아다니는 단백질에 ePDZb1을 붙여놓으면 과산화소체가 세포 내를 여기저기 돌아다님을 볼 수 있었습니다. 이 때 파란빛을 세포에 쪼여주면 과산화소체의 움직임이 멈춥니다. 반대로 비교적 제 위치를 지키는 것으로 알려진 단백질에 ePDZb1를 붙이면 과산화소체의 움직임이 감소하며, 빛을 쪼일 경우 다시 움직임이 원상태로 회복됨을 확인하였습니다.

레이저를 이용한 이 실험은 250 나노미터 수준의 미세 조절이 가능하며 분 단위의 즉각적인 조작(*세포의 시계는 좀 더디게 가는 편이죠)이 가능하다고 합니다. 저자들은 이를 통해 신경세포의 축삭돌기(axon) 신장에 소기관의 이동이 중요함을 보여주었습니다.


Device fabrication: Three-dimensional printed electronics

3D 프린터 기술은 날로 그 응용범위를 넓혀가고 있습니다. Nano Letters에 발표된 이 논문은 3D 프린팅을 이용한 양자점(quantum dot) 기반의 LED(QD-LED) 생산 기술을 선보이고 있습니다. 양자점은 나노결정 반도체(semiconducting nanocrystals)로써 매우 좁은 영역에 걸친 강한 형광을 내며 결정크기의 조절만으로 형광의 색을 임의로 조절할 수 있어 최근 매우 널리 쓰이고 있는 형광물질입니다. 물론 이전에도 여러 성공사례들이 발표된 바 있습니다만, 이 논문에서 저자들은 흔히 쓰이는 잉크젯 방식보다 다양한 재료의 활용이 가능한 압출가공(extrusion) 기반의 3D 프린팅과 비교적 저렴한 생산비용으로 인해 각광받고 있는 QD-LED 생산방식인 용액기반 생산공정을 결합하여 각기 다른 재료로 이뤄진 5층 짜리 QD-LED를 만들었습니다 (총 높이: ~2mm). 이를 통해 만들어진 QD-LED들은 용액기반 생산공정으로 만들어진 기존의 QD-LED들보다 10배에서 100배 정도 더 밝은 것으로 나타났다는군요.


Articles


Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design

생화학적 봉쇄(Biocontainment)란 유전자 변형개체(GMO)들이 의도치 않게 퍼져 생태계를 교란시키는 것을 막는 기술로 유전자 변형개체의 활용이 급속하게 늘고 있는 현 상황에서 매우 중요한 기술이라 하겠습니다. 대부분의 생화학적 봉쇄는 유전자 변형개체를 영양요구변이주(auxotrophs)로 만듬으로써 이뤄집니다. 살아가는데 중요한 몇몇 영양분들을 스스로 공급하지 못하도록 만들어 버리는 거지요. 하지만 기존의 생화학적 봉쇄 기술들은 자연적인 돌연변이나 평형적 유전자 도입(horizontal gene transfer) 등에 의해 무력화 될 수 있으며, 종종은 유전자 변형개체가 자연환경에서 대체자원을 찾아냄으로써 봉쇄를 우회하기도 합니다.

Nature 이번호에 발표된 이 논문에서 저자들은 대장균의 필수적인 효소들을 컴퓨터를 이용한 다시 디자인하고 이를 바탕으로 유전적 변형을 가함으로써 자연계에는 존재하지 않는 형태의 아미노산이 없으면 살지 못하는 형태로 개량하였습니다. 저자들은 이 GMO 대장균은 알려진 자연의 어떤 물질도 대체물로 활용하지 못하며 유전자 변형에 의한 진화적인 탈피에도 성공하지 못함을 보여주었습니다.


** 정작 커버스토리는 소개를 못했네요. 관심있는 기사들을 간략하게 소개하는게 목적이었는데, 이건 뭐 직업병인지 갈수록 설명이 늘어나서... (1)이라 붙인 건 (2)도 염두해 둔 바긴 하지만 모르겠습니다. 주 단위로 발행해 볼 예정이었는데 과연 이걸 계속하는게 가능할까...ㄷㄷ


SpaceX, Falcon 9 착지 장면 공개! [The New York Times] Nature News

출처: Elon Musk/Twitter

엘런 머스크가 반쪽의 성공이라 불렀던, Falcon 9의 바지선 착륙 장면이 찍힌 영상이 공개되었습니다. 로켓의 재사용은 아직 불가능했지만 170 x 300 피트 되는 바지선 위에 로켓을 정확히 떨군 것만 해도 큰 진전이라 하겠죠. (그것도 전자동으로!!)

머스크에 따르면 바지선 갑판에 45도 경사로 입사한 로켓은 남은 산소와 연료에 의한 폭발로 full RUD (rapid unscheduled disassembly; 계획되지 않은 급속 해체?!) 되었답니다. 다음 시도는 2주 내지 3주 후에 있을 예정이라네요!

*Vino 영상인데 영 올라가질 않네요. 혹시 아래 영상이 안보이시면 https://vine.co/v/OjqeYWWpVWK로 들어가 보세요!








2014년, 기록상 가장 더웠던 해로 꼽혀 [the Verge] Nature News

2014 was the warmest year in modern record, NASA says.

By Arielle Duhaime-Ross
on January 16, 2015 12:35 pm

2014년은 기온에 대한 근대적인 기록이 시작된 이래 가장 더운 해였다. NASA와 NOAA (National Ocean Atmospheric Administration)의 과학자들이 각기 독립적으로 분석한 결과 이러한 사실이 드러났다. 평균 기온이 높은 순으로 10위 안에 들었던 해 중 1998년을 제외한 9개의 해가 모두 21세기에 속한다. NASA에 따르면 이 결과는 대기 중으로의 이산화탄소 및 사람의 활동에 의한 다른 부산물들의 배출 증가로 인한 장기적인 온난화 경향의 일부이다.

"지구 온난화는 백년 전부터, 혹은 적어도 5천년 전부터 시작되었습니다." 기후학자인 Jennifer Francis (Rutgers University)는 Associated Press와의 인터뷰에서 이와같이 말했다. "이제 지구 온난화의 주범이 사람이라는 사실에는 털끝만큼도 의심의 여지가 없습니다."

NASA와 NOAA는 지구 기온에 대한 자료들을 분석하여 이러한 결론에 이르렀다. 분석의 결과는 지구 표면의 평균 기온이 1880년 이래로 섭씨 0.8도 증가하였음을 보여준다. NASA는 이러한 변화가 주로 지난 30년 간 일어났다고 설명한다.


NASA Goddard Institute for Space Studies의 책임자인 Gavin Schmidt는 보도자료를 통해 다음과 같이 말했다. "십년 평균 기온이 지난 몇 십년 동안 연속하여 상승하였고 최근 몇 년간은 연평균 기온이 연속하여 올랐습니다. 개별 연평균 기온은 기후의 카오스적인 패턴의 영향으로 오르락 내리락 할 수 있습니다. 하지만 장기적인 경향은 기후변화의 근본적인 동인에 의해 나타나는데, 현재 그 주요 동인은 인간에 의한 온실가스 배출입니다."

NASA와 NOAA의 결과가 기온이 매년 꾸준하게 오를 것이라는 것을 의미하는 건 아니다. 열대지역 부근의 태평양을 덥히거나 식히는, 엘니뇨나 라니나 같은 현상들로 인해 해마다 기온의 요동이 일어난다. 그러나 2014년의 기록적인 고온현상이 엘리뇨의 결과가 아니라는 점은 주목할만 하다. 지난 해에는 엘리뇨에 의한 날씨의 변동이 관찰된 바 없다.

2014년이 오기 전에 가장 더웠던 해는 2005년과 2010년이었다. NBC의 보고에 따르면 지난 해 연평균이 높았던 주 원인은 12월이 따뜻했기 때문이었다.






윈도우폰 Lumia, 새 firmware 데모영상 SmartER Phone

윈도우폰 Lumia의 새 firmware인 Denim의 데모영상입니다! Nokia에서 만드는 윈도우폰 Lumia는 그간 Amber, Black, Cyan이라는 코드네임들로 firmware를 공개해왔고, 이번에는 네번째 판인 Denim을 공개하였습니다.



데모영상을 보면 denim(청자켓에 청치마)으로 무장한 아가씨(?)가 왠지 좀 어색하게 Denim을 시연합니다. (...) 카메라에 많은 개선이 있었다고요. 그간 Lumia 카메라는 성능은 좋지만 반응속도가 너무 느리다는 지적을 받아왔는데요, 이번 판올림으로 '그나마 좀 나아졌다'고 합니다. (...) 하지만 이 어색한 와중에도 Metro UI는 블링블링합니다. MS가 UI 하나는 잘 뽑았어요!





미국의 첫 바이오시밀러 약, 출격 대기 [Nature News] Nature News

First biosimilar drug set to enter US market

그러나 여전히 효능의 과학적인 증명과 규제 및 특허권 등의 문제에 직면해 있다.


2015. 1. 13

몇 년의 논쟁 끝에 FDA는 암이나 자가면역질환 등의 치료에 쓰이는 복잡하고 비싼 생물학적 제제의 값싼 복제품인 바이오시밀러의 시판을 허가할 태세를 갖췄다. 1월 7일, FDA의 자문단은 만장일치로 Sandoz (스위스의 거대 제약사 Novartis의 복제약 사업부)가 개발한 바이오복제약이 Amgen (캘리포니아, Thousand Oaks에 위치)이 개발한 면역증강 항암제인 필그라스팀(뉴포젠)의 대체재가 될 수 있다고 결정하였다.

필그라스팀의 구조 (출처: Nature)

이와같은 '모조품'은 바이오시밀러라 불린다. 살아있는 세포에서 만들어진, 정확한 복제가 불가능한 복잡한 분자들로 이뤄진 생물학적 제제를 모방하기 때문이다. Sandoz의 복제약은 허가를 받을 것으로 보이지만, 생물학적 제제를 복제하는 것은 완벽한 복제를 목표로 하지 않는다 하더라도 결코 쉬운 일이 아니다. 바이오시밀러는 개발 과정이 어려울 뿐더러 그 효과를 증명하는 일 조차 쉽지 않아 시장으로의 진입이 어렵다. 또한 이 분야는 특허 소송들, 특히 약품의 생산기법에 대한 특허 소송들로 얼룩져 있다. 게다가 필그라스팀의 경우 Sandoz는 최종 허가를 위해 필요한 몇몇 법적 요건들을 때문에 고전하고 있다.

"우리는 밑바닥부터 시작했습니다." 과학기술법(technology law)의 전문가인 Jordan Paradise (뉴저지의 Seton Hall University in Newark 소속)의 말이다. "여전히 과학적으로 불명확한 부분들도 많습니다."

기존의 약들이 유기화학 공정을 통해 만들어지는 저분자화합물들임에 반해 생물학적 제제들은 유전적으로 조작된 생명체들로부터 생산된 큰 분자량을 가진 단백질들이다. 살아있는 세포들은 보통 그들이 생산한 단백질의 특정 부위에 복잡한 형태의 당이나 다른 화합물들을 덧붙히는 변형을 가한다. 세포가 자라는 환경의 차이가 이러한 변형 패턴에 변화를 줄 수 있으며, 이는 단백질의 구조와 작용을 바꿔놓을 수 있다. 그 결과로 얻어진 약품은 매우 복잡해서 완전한 성격 규명이 불가능하지는 않더라도 매우 어렵다.

바이오시밀러는 완벽한 복제가 아니기에 보통의 복제약보다 더 많은 검증을 요한다. 유럽연합은 지난 십년 동안 바이오시밀러를 평가하고 허가해 왔지만 2010년에 규제법안을 통과시킨 미국은 그러지 못했다. 생명공학 회사들은 FDA가 바이오시밀러들을 어떤 식으로 평가할지 알기 위해 기다려왔다.

환우회의 대변인들은 바이오시밀러가 경쟁을 유도하여 약가를 낮추기를 기대한다고 말한다. 생물학적 제제들은 비싸다. 연구자들에 따르면 생물학적 제제의 하나인 베바시주맙(아바스틴)을 이용해 전이성 대장암 환자의 생명을 1년 연장하려면 7만 5천달러(US)가 든다(V. Shankaran et al. Oncologist 19, 892–899; 2014).  RAND Corporation (캘리포니아, Santa Monica에 위치)가 작년 발표한 보고서에 따르면 바이오시밀러 등장에 의해 환자들이 아낄 수 있는 돈이 2024년에는 4백 4십 2억달러(US)에 이를 것으로 추정했다.

필그라스팀은 당 수식이 없는 상대적으로 간단한 단백질이다. 그럼에도 불구하고 Sandoz는 그들이 개발한 바이오시밀러가 체내에서 원본약과 같이 분해되고 면역반응을 유발하지 않음을 증명하기 위해 388명의 유방암 환자와 174명의 건강한 사람들을 대상으로 한 임상시험 결과를 FDA에 제출하였다.

FDA는 5월 경 최종결정을 내릴 것으로 보인다. 그러나 Sandoz가 미국에 그들의 약품을 팔 준비가 되었다 하더라도 곧 Amgen과의 특허 분쟁에 휘말릴 가능성이 높다. 미국의 법에 따르면 Sandoz는 자세한 생산방법을 Amgen에 제공하여 Amgen이 자신들의 특허가 침해받지 않았는지를 확인할 수 있게 해줘야 한다. 이는 유럽에서는 없던 절차이다. Sandoz는 이를 거부하였다. Paradise는 '이는 실망스러운 선례'라 말한다. "우리는 여기 미국에서 첫 번째로 바이오시밀러 판매를 신청한 회사입니다. 그런데 벌써부터 이 일에 함께 할 수 없다는 제조사들이 나오기 시작했어요."

특허법 전문가인 Nicholson Price (the University of New Hampshire School of Law in Concord 소속)는 생산방법 공개에 대한 염려가 제조사들 사이에 불거지고 있다고 말한다. 제약사들은 보통 그들의 생산방법을 비밀로 유지한다. 복잡한 약의 생산과정 상의 많은 부분이 향후 제조기법이나 분자의 성격규명에 관한 특허로 출원될 가능성이 높기 때문이다. "바이오시밀러를 판매하고자 하는 다음 기업이 첫 번째 기업이 겪은 선례 때문에 상황을 부정적으로 볼 가능성이 높습니다. 특정한 특허들이나 그들이 알지 못하는 숨어있는 특허들에 대한 걱정으로 바이오시밀러를 단념하는 일이 있을까 걱정스럽습니다." Price의 말이다.

바이오시밀러가 이 난관들을 극복하더라도 환자들이 정확히는 아니지만 거의 원본에 가까운 이 복제품에 어떻게 반응할지도 불분명하다. 자문위원회 회의에서 몇몇 환우회들이 바이오시밀러에 대한 지지와 높은 약가로부터의 해방에 대한 희망을 표명하였다. 그러나 환우회들은 바이오시밀러가 원래 약과 같은 이름을 쓰게 되면 환자들이 원본을 사용했는지 혹은 복제본을 사용했는지를 모르게 될 것이라고 우려했다. 많은 이들이 FDA가 Sandoz의 복제약을 필그라스팀이라 명명하도록 허락할지에 대해 예의주시하고 있다.

자문위원회의 일원이자 종양학자인 James Liebmann (the University of Massachusetts in Worcester 소속)는 이러한 우려가 놀랍다는 반응을 보였다. "이 복제약은 분명히 필그라스팀입니다. 다른 이름을 부여하는 건 명백한 잘못이죠." END



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