3'20" 읽기
- Science 선정 올해의 과학적 돌파구는 "AI 시스템으로 단백질 3차원 구조 해독"
- 핵융합과 편향된 뮤온, 원시 DNA와 화성의 내부 작용, 코로나 치료법
- 유전자가위로 유전자 치료법 의학에 활용; 간 손상, 안과 질환 유발유전자 결함 복구
- 정신질환에 환각물질 사용

단백질 코드, 핵융합 및 화성의 내부 작용
"Science" 매거진은 올해의 과학적 하이라이트를 선정했다.

원자핵에서 화성까지:
전문지 "사이언스"는 2021년의 하이라이트로 10가지 과학적 성과를 선정했다.
여기에는 새로운 의학적 치료법뿐만 아니라 핵융합의 발전과 역사에 대한 유전적 통찰이 포함됐다. "Science"는 올해 가장 중요한 돌파구를 AI 시스템의 도움으로 단백질 구조를 해독하는 것으로 보고 있다. 이는 거의 모든 의학 분야를 크게 발전시킬 수 있다. 

▲ 2021년의 돌파구는 적응형 AI 시스템을 사용해 단백질 구조를 해독하는 것이다. © theasis/ Getty images

매년 크리스마스 직전에 전문 잡지 "Science"는 올해의 하이라이트를 선택하고 과학 연도를 다시 검토할 수 있도록 한다. 상위 10개에는 해당 분야에서 특히 선구적이고 중요한 연구 결과 및 발견이 포함된다. 한 가지 성과는 올해의 돌파구로 꼽힌다. 2020년에는 코로나-19 백신 개발, 2019년에는 블랙홀의 첫 번째 사진이었다.

단백질 3차원 구조 해독

올해 "Science" 편집자들은 AI 시스템에 의한 단백질 코드 해독을 2021년의 돌파구로 선정했다. 두 가지 적응 알고리즘이 이전에는 거의 불가능하다고 여겨졌던 아미노산 서열만을 기반으로 단백질의 3차원 구조를 예측하는 데 성공했다. 이론적으로 우주에 있는 별보다 긴 아미노산 사슬이 접힐 가능성이 더 많기 때문이다.

동시에 단백질의 3차원 구조는 너무 복잡하여 가장 현대적인 실험실 기술로 매핑하는 것조차 수년이 걸릴 수 있다. 이것이 지금까지 모든 단백질의 약 1%만이 해독된 이유다.
지금은 바뀌었다. Google 연구 센터 DeepMind의 두 가지 적응형 AI 시스템 AlphaFold와 메릴랜드 대학 연구원의 RoseTTAFold가 단백질 접힘의 숨겨진 법칙을 인식하는 데 성공했기 때문이다.

두 개의 "단백질 크래커"는 그 이후로 인체에 있는 35만 개의 단백질과 수천 개의 다른 단백질의 구조를 해독했다. 과학 편집장인 홀든 소프(Holden Thorp)는 "이것은 2배의 돌파구"라고 말했다. “첫째, 거의 50년 동안 해야 할 일 목록에 있던 문제를 해결한다. 과학적 진보를 엄청나게 가속화할 획기적인 기술”이라고 말했다.

▲ 단백질의 아미노산 사슬은 여러 수준에서 복잡하게 접혀 있고 얽혀 있다. © ttsz / 게티 이미지

핵융합과 편향된 뮤온

물리학에서도 2021년에는 두 가지 "과학" 하이라이트가 있었다.
지난 8월 미국 국립점화시설(National Ignition Facility)에서 핵융합 실험이 사상 처음으로 발전 사상 최고치를 경신했다. 중수소-삼중수소 혼합물이 1.35메가줄의 에너지를 방출하고 "손익분기점"에 극도로 근접한 레이저 빔으로 충격을 받았을 때 달성된 핵융합이다. 이것은 핵융합이 사용하는 데 필요한 것보다 더 많은 에너지를 생성하는 지점을 설명한다.

두 번째 물리학 하이라이트는 물리적 표준 모델을 넘어서는 입자 또는 힘에 대한 가능한 참조에 관한 것이다. 미국의 뮤온 g2 실험은 뮤온의 변칙적 자기 모멘트에서 상당한 편차를 측정했다. 이 무거운 전자 "사촌"은 자기장을 통과할 때와 다르게 행동한다. 이것은 뮤온이 이전에 알려지지 않은 물리적 영향에 반응하고 있음을 나타낼 수 있다.

원시 DNA와 화성의 내부 작용

DNA 분석의 하이라이트는 과거로 거슬러 올라간다.
올해 여러 연구팀이 수천 년 된 동굴 퇴적물에서 네안데르탈인 또는 우리 조상의 유전 물질을 분리하는 데 성공했다. 이 선사 시대 DNA는 우리 조상의 기원, 관계 및 생활 방식에 대한 귀중한 정보를 제공한다.

다른 한편으로, 행성 연구의 연례 하이라이트는 외계인이다.
NASA의 Mars InSight 우주 탐사선은 지진 측정을 기반으로 붉은 행성의 내부 작동에 대한 자세한 정보를 처음으로 제공했다. 그들은 우리 이웃 행성이 비정상적으로 얇고 여러 부분으로 구성된 지각을 가지고 있지만, 하부 맨틀은 없다는 것을 보여준다. 또한 행성의 핵은 이전에 생각했던 것보다 더 크고 가벼워 보인다.

▲ Mars InSight 탐사선의 지진 데이터는 이웃 행성의 내부 작동에 대한 초기 정보를 제공했다. © Chris Bickel, Science / AAAS, Mars InSight SEIS

코로나 치료법, 유전자 가위, 마법 버섯

2021년의 하이라이트 중 몇 가지 의학적 성과가 있다.
여기에는 Covid-19 및 기타 전염병에 대한 항체 제제와 코로나바이러스에 대한 정제로 투여할 수 있는 최초의 약물이 포함된다. 머크(Merck)의 항바이러스제 몰누피라비르(Molnupiravir)와 화이자(Pfizer)의 팍슬로비드(Paxlovid)는 임상 시험에서 코로나19의 사망률과 심각한 과정의 위험을 크게 줄였다.

"Science" 편집자들은 CRISPR/Cas 유전자 가위의 도움을 받아 환자의 몸에서 직접 첫 번째 유전자 치료법을 의학적으로 적용한 것을 획기적인 것으로 평가했다. 이 방법은 안과 질환과 간 손상을 유발하는 유전적 결함을 복구했다.

또 다른 하이라이트는 다양한 정신 질환에 대한 환각 물질의 사용이다.
연구원들은 "마법의 버섯"에 함유된 활성 성분 실로시빈을 사용하여 중증의 치료 저항성 우울증 환자를 돕는 데 성공했다. 다른 팀은 외상 후 스트레스 장애에 엑스터시로 알려진 약물 MDMA를 성공적으로 사용했다.

인간 배아 발달의 초기 단계가 실험실의 세포에서 성장할 수 있는 기술의 개발은 기초 연구에 더 많이 사용된다. 이 배반포는 실행 가능하지 않지만, 실제 배아 없이도 배아 발달의 중요한 단계를 탐색할 수 있다.
(Science, doi: 10.1126 / science.abn5795)
출처: American Association for the Advancement of Science (AAAS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]