세계적 과학학술지 '사이언스 Science'가 예측한 2020년 미국 10대 과학 헤드라인 뉴스

세계적 과학학술지《사이언스 Science》는 2020년 헤드라인을 장식할 미국의 과학 정책 및 연구 항목 10대 뉴스와 추가 뉴스 3개를 선정하여 2020년 1월 2일 발표하였다.  

 

1. 자연 보호 Conservation

 

생물다양성 보존을 위한 새로운 목표 New goals for saving biodiversity

 

<생물다양성 보존 계획이 오랫동안 계속되어왔음에도 불구하고, 아프리카 코끼리와 아프리카 야생개 African wild dog는 멸종 위기에 처해 았다. TONY HEALD/MINDEN PICTURES>

 

올해는 일본 아이치현 나고야에서 열렸던 2010년「생물다양성협약(CBD, Convention on Biological Diversity)」총회에서 합의된 <나고야의정서>에서 야심차게 채택되었던 <아이치 생물다양성 목표 Aichi Biodiversity Targets>를 부활시키려는 노력이 가시화되고 있다.

 

지난 10년 동안 채택된 멸종위기종의 개체수 감소 방지 등 20개 목표는 거의 진전을 보이지 못하고 있다.

지난해「유엔 생물다양성과학기구(UN IPBES, United Nations Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services)」에서 실시된 주요 과학 평가에서는 생물다양성 위기를 알리는 상황이 부각되기도 했다.

 

그렇지만 올 10월 세계 여러나라들은 중국 쿤밍(곤명昆明)에 모여 범세계적인 보전 약속인 생물다양성협약을 검토·개정하여 보다 효과적인 추진 방안을 마련할 기회를 가질 것으로 기대되고 있다.

 

2. 과학 정책 Policy

 

기후 변화 정책의 중차대한 시기 Crunch time for climate policy

 

올해가 기후 변화 정책의 결정적인 순간이 될 전망이다. 트럼프 행정부의 화석연료 감축 규제 반대가 민주당 대선 주자들의 1차 화두로 떠올랐다.  온실가스 배출량이 세계에서 두 번째로 많은 미국은 미 대통령 선거일인 11월 3일 다음날 파리기후변화협약 Paris Climate Change Accord에서 탈퇴할 예정이지만, 만약 민주당 후보가 당선된다면 바로 다음해인 2021년에 재가입할 수 있을 것이다.

 

미국 대선 1주일이 채 지나지않아 '2020 유엔기후변화회의 United Nations Climate Chage Conference(COP26, the 26th session of the Conference of the Parties)' 가 영국 글래스고 Glasgow에서 2015년 이후 가장 중요한 기후정상회의 climate summit가 열리게 된다. 이 회의에서 각국 정상들은 온실가스 배출량 감축 목표를 상향 조정할 것으로 예상되기는 하지만 기존에 약속했던 감축 목표량에는 미치지 못할 것이다.

 

만약 배출량 감축 목표량이 상향 조정되지 않는다면, 과학자들이 인류 공동체와 생태계에 치명적 피해의 기준이 되는 미래 온난화 기온 2℃ 이하로 유지할 수 있다는 희망은 거의 사라져 버릴 것이다.

 

3. 인구통계학 정책 Demorgraphics

 

인구 조사 신뢰성 Counting on the census

 

미국 정부는 1790년부터 10년 주기의 인구 조사 decennial census를 실시해 오고 있다. 그러나 올 4월 1일에 시작되는 2020년 인구 조사는 전례없는 정치적 도전을 받고 있다. 시민인권단체들은 트럼프 행정부가 추가하려는 '시민권 citizenship' 항목을 반대하는 싸움에서 승리하기는 했지만, 대신 트럼프는 인구조사국 Census Bureau에 기존 정부 기록을 이용하여 추가하지 못했던 시민권에 상응하는 자료를 인구 조사에 포함시키도록 명령함으로써 연방 및 주 선거에 필요한 경계를 재획정할 때 해당 정보를 활용할 수 있게 되었다.

 

이에 대해 연구원들은 그 행정 명령의 실효성이 의문시될 뿐만 아니라 원래 조사가 어려웠던 항목이 정치적 논쟁으로 인해 더욱 어려워졌다고 우려하고 있다. 또한 인구통계학자들도 응답자의 프라이버시privacy를 보호하기 위한 새로운 방식을 인구 조사에 적용하는 것은 인구통계 경향 분석이 왜곡될 수 있음을 우려하고 한다.   

 

현재 위기에 처한 것은 해마다 1조 5천억 달러 이상의 연방 기금을 어떻게 배분할 것인가와 함께 미국 최대 통계 기관의 진실성을 어떻게 유지할 것인가이다.

 

4. 생체의학 Biomedicone

 

대규모 크리스퍼 임상시험 CRISPR's big clinical tests

 

우리말로 유전자 가위라고 불리는 유전자 편집 도구인 크리스퍼 CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)는 올해 암과 유전병의 치료 가능성을 확인하는 중요한 임상시험을 앞두고 있다. 미국에서 시행되고 있는 이 소규모 임상시험은 크리스퍼를 이용하여 T 세포의 유전자 3개를 불활성화시킨 다음 암 환자 몸에 주입하는 것인데, 이 면역요법은 악성세포의 성장을 막아 환자의 삶을 연장시켜 줄 것으로 기대하고 있다. 한편 중국에서 별도로 시행되고 있는 크리스퍼 임상시험에서 더 많은 결과가 나올 지도 모른다.

 

다른 연구자들은 DNA 편집기를 이용하여 낫적혈구병 sickle cell disorder 환자와 지중해빈혈 thalassemia 환자를 치료하는 임상시험을 하고 있는데, 이 시험은 환자의 태아판 fatal version 혈색소(헤모글로빈 hemoglobin) 유전자를 크리스퍼로 작동시켜서 산소 운반 단백질이 결손된 성인판 adult version 혈색소를 보완하는 것이다. 지난 가을 이 요법을 시행했던 과학자들은 두 명의 환자 치료가 성공했음을 발표했고, 2020년에는 더 많은 환자를 대상으로 한 장기간 시험 결과를 보고하게 될 것이다.

 

미국의 또 다른 임상시험에서는 크리스퍼가 진행시각상실(진행실명 progressive blindness)이란 유전장애를 앓고 있는 사람들의 시력 향상 가능성을 보여줄 것이다.

 

5. 고고학 Archaeology

 

단백질이 들려주는 태곳적 이야기 Protein tell ancient tales

 

<캐나다 이로쿠아 Iroquois 주거지에서 출토된 400년 전 뼛조각에서 추출한 단백질을 분석하여 동물뼈인지 사람뼈인지 밝혔다. K. MCGRATH ET AL., SCIENTIFIC REPORTS 9, 11027 (2019)>

 

올해는 100만 년 전에 살았던 인간과 다른 동물의 정체성과 행동을 밝히는 물질로서 고대 단백질 ancient protein이 빛을 발하게 될 것이다. DNA보다 더 안정적인 단백질에 대한 분석 기술의 향상에 힙입어 연구자들은 DNA가 없는 고대 화석에서 단백질을 분석함으로써 수수께끼였던 태곳적 호미닌 hominin[현대인류, 멸종 인류, 그리고 인류의 모든 직계 조상(호모 Homo 속, 오스트랄로피테쿠스 Australopithecus 속, 파란트로푸스 Paranthropus 속, 아디피테쿠스 Ardipithecus 속)을 포함한 인류를 말함] 유골의 성별과 나이 등 고대 화석을 더 많이 이해할 수 있게 되었다.

 

대부분의 호미닌은 뼈와 이(치아)로서만 그 정체를 파악해 왔는데, 이제는 단백질을 이용하여 호미닌 가계도를 만들고 너무 작아서 검출하지 못했던 조각까지도 식별할 수 있게 됨으로써 단백질이 호미닌 분석의 새로운 도구가 되었다. 이의 사기질(에나멜 enamel)이 가장 좋은 고대 단백질이기는 하지만, 연구자들은 뼈와 털에서도 단백질을 추출한다. 게다가 단백질은 식물성 및 동물성 물질로 만들어진 인공물에 대한 새로운 정보도 제공해 주기 때문에, 연구자들은 문서 봉인에 사용되었던 양피지 원고와 밀랍을 올해 분석해 내기를 희망하고 있다.

 

과학자들은 또한 몽골 초원지대에서 초기 목회자들이 낙타와 염소 우유 중 어느 것을 먼저 마셨는지와 로마제국 변경이었던 영국에 살았던 사람들이 무엇을 먹었는지에 대한 더 많은 단서를 얻기 위해 현재 항아리에 남아 있는 잔류물을 분석하고 있다.

 

6. 국가안보 National Security

 

'외국 영향력'에 대한 우려 증가 'Foreign influence' worries grow

 

올해는 중국이 과학 초강대국 scientific superpower으로서 부상하는데 따른 대응책 마련을 위한 정치적 논쟁이 가열될 것으로 보인다. 미국의 일부 연방기관들은 미국 국가안보와 경제 경쟁력에 피해를 줄 수 있는 정보 유출을 막기 위해 외국인 영재 영입 프로그램―이 프로그램이 중국이 수천 명의 과학자들을 미국 연방기관과 연결시켜온 접근 방법이었다―에 중국인 참여를 금지해 왔다.

 

미국 의회가 새로 만든 기관 두 곳은 연방기관 사이의 관행을 조율하고, 개방성과 안보의 균형을 가장 잘 유지할 수 있는 방안을 모색하기 위해 노력할 것이다. 미국 학계 지도자들은 정책입안자들을 대상으로 미국의 혁신을 저해할 수 있는 특정 유형의 연구를 차단하지 말라고 설득하고 있다. 미국과학재단 National Science Foundation에 새롭게 제출된 한 보고서에 따르면 학생과 교수진들에게 받아들일 수 있는 행동과 받아들일 수 없는 행동에 대해 가르치는 것이 국가안보를 지키는 보다 나은 접근법이라고 한다.

 

7.입자물리학 Particle physics

 

일본의 중성미자 연구 강화 Japan boosts neutrino efforts

 

일본은 유령입자 phatom particles의 성질과 이들이우주에서 생성되는 과정을 보다 더 이해하기 위하여 중성미자 neutrino 연구에 박차를 가하고 있다. 올 봄 과학자들은 22년 된 슈퍼-카미오칸데 Super-Kamiokande 중성미자 관측소의 감도를 향상시키기 위해 관측실의 물에 희토류 금속 가돌리늄 gadolinium을 첨가할 예정이다. 이렇게 하여 중성미자 탐지기가 초신성에서 방출되는 중성미자가 물과 부딪칠 때 생기는 신호를 탐지한다면 폭발하는 별 안에서 일어나는 역학 dynamics에 대한 단서를 찾을 수 있을 것이다.

 

일본 의회는 훨씬 더 거대한 중성미자 과제에 기금을 지원할 것으로 예상되는데, 그것은 720억 엔(미화 6억 6천만 달러) 규모의 하이퍼-카미오칸데 Hyper-Kamiokande 건설이다.  슈퍼-의 10배 규모인 하이퍼-카미오칸데는 태양, 지구와 멀리 떨어진 별, 초신성 등에서 나오는 중성미자에 대한 자료를 훨씬 더 많이 포착하게 될 것이다.

 

8. 천체물리학 Astrophysics

 

암흑물질 사냥꾼의 결투 Dueling dark matter detectors

 

<룩스-제플린 LUX-ZEPLIN 암흑물질 검출기는 사우스다코다 South Dakoda 주의 지하실험실에서 자료를 기록할 준비가 되었다.   MATTHEW KAPUST/SANFORD UNDERGROUND RESEARCH FACILITY>

 

자체 중력으로 은하와 결합되는 보이지 않는 물질 즉 암흑물질 dark matter의 가상 입자를 탐지하려는 경쟁은 올해  2개의 강력한 지하 탐지기가 가동되면서 새로운 국면에 접어 들었다. 1980년대 이후 물리학자들은 소위 약한 상호작용을 하는 거대입자 weak interacting massive particles(WIMPs)를 찾기 위해 더 크면서 감도가 높은 탐지기를 사용해 왔는데, 이론적으로 WIMPs는 양성자보다 100배 더 무거우면서 미약한 핵력으로만 다른 물질과 상호작용을 일으킨다.

 

올해 이탈리아 지하의 그란사소국립연구소 Gran Sasso National Laboratory에서는 8톤 짜리 차가운 액체 제논(크세논) xenon이 든 제논-엔티 XENON-NT 탐지기가 가동될 예정이다. 미국 사우스다코다 주의 샌포드 지하연구시설 Sanford Underground Research Facility에서는 액체 제논 10톤이 든 룩스-제플린 LUX-ZEPLIN(LZ) 탐지기가 가동될 것이다.

 

만약 XENON-NT와 LZ가 앞으로 몇년 이내에 아무 것도 탐지하지 못한다면, 암흑물질 사냥꾼들은 더 큰 WIMP 탐지기를 제작하거나 아니면 암흑물질의 다른 가상 형태를 목표로 할 수도 있다. 이탈리아 연구소의 미래도 불투명한데, 그 이유는 현지 먹는물을 오염시킨 혐의로 연구소 전임 관리들이 기소될 위기에 처했기 때문이다.

 

 

9. 생체의학 Biomedicine

 

이종이식 장기 살리기  Making xenotransplants survive

 

유전자 편집기 크리스퍼 CRISPR는 현재 사면초가에 몰린 이종이식 xenotransplantation 분야에 새로운 활기를 불어넣고 있는데, 이는 크리스퍼 기술을 이용하여 인간 장기나 조직을 외과수술로서 돼지와 같은 동물 장기나 조직으로 대체하는 것을 목표로 하기 때문이다. 이런 목표에 대한 새로운 임상시험이 올해 시작될 것이다.

 

이종이식은 오래 전부터 사람의 간, 심장 및 다른 장기의  만성적인 부족사태를 완화시킬 수 있는 방안으로 믿고 있다. 또한 실명 치료에 필요한 각막과 당뇨병으로 파괴된 세포를 대체하는 인슐린 생성 섬세포 islet cells 역시 이종이식이 가능하다.

 

그러나 여러 번의 선행시험에서 사람의 면역체계가 이종이식물을 빨리 파괴하는 것으로 나타났다. 그래서 최근 크리스퍼을 이용한 실험에서는 돼지 유전자를 변형시켜 이종이식 장기에 대한 사람의 면역반응을 차단하거나 약화시켰으며,  돼지 유전체 가운데 사람에게 잠재적인 위험이 되는 바이러스 DNA를 제거하는데 성공하였다.

 

유전자 편집 돼지 장기를 원숭이에게 이종이식하는 시험은 사람 대상의 이종이식 시험 이전에 안전성과 효능을 확인하는 선행되어야 할 핵심 시험인데, 이 선행 핵심 시험에서 새로운 숙주인 원숭이 체내로 이식된 돼지 장기가 장기간 생존하였음이 입증되었다.

 

10. 컴퓨터 과학 Computer science

 

엑사급 컴퓨터 등장  Exascale computer to debut

 

올해 중국은 엑사플롭 exaflop으로도 알려진 1초에 1천경(1018) 번의 연산을 수행할 수 있는 세계 최초의 엑사급 exascale 컴퓨터 구축 경쟁에서 승리할 것으로 예상된다. 중국의 어떤 슈퍼컴퓨터가 세계 최초가 될 지는 미지수인데, 그 이유는 중국 정부가 다음 3개의 기관을 서로 경쟁시키고 있기 때문이다. 즉 텐진(천진天津) 국립슈퍼컴퓨팅센터 National Supercomputing Center of Tianjin, 지난(제남濟南) 국립슈퍼컴퓨팅센터, 수곤(曙光) 정보산업유한공사 Dawning Information Industry Co. in Sugon이다.

 

중국의 신형 슈퍼컴퓨터를 필두로 하여 유럽연합, 일본, 미국 등의 슈퍼컴퓨터는 천문학 및 유전학 연구에서 나오는 방대한 자료 분석과 더불어 인공지능의 성능을 지속적으로 향상시키는데 사용될 것이다.

일부 컴퓨터 과학자들은 엑사급 컴퓨터가 더 일찍 등장할 수도 있었지만 에너지 효율이 우수한 컴퓨터칩 개발 필요성 때문에 늦어졌다고 말한다.

 

위의 10대 헤드라인 뉴스와 더불어 다음 3개를 추가했다.

 

알츠하이머 치료제  Alzheimer's drug

 

미국식품의약국 FDA은 아두카누맙 aducanumab 승인 여부를 결정하게 될 것이다. 이 약은 알츠하이머 환자의 뇌에 쌓인 아밀로이드 플라크 amyloid plaque를 파괴하도록 설계된 항체 약물 antibodu drug이다. 이 약은 임상시험에서 실시된 실험 치료에서 성공과 실패가 엇갈리는 결과가 나왔다.

 

해양보전 Ocean conservation

 

UN은 2021년에 시작되는 '해양과학 10개년 계획 Decade of Ocean Science'을 마무리할 계획이다. 이 계획의 목표는 전 세계 과학자들의 연구를 조정함으로써 해양 건강을 향상시키는 것이다. 예상되는 한 가지 주된 계획은 전 세계의 취약한 해양생태계 및 생물다양성 핫스폿 hot spot 지도와 해저 지도를 보다 많이 작성하는 것으로, 현재 해당 해역의 불과 4% 정도에 대해서만 고해상도 지도가 만들어져 있다.

 

줄기세포 기금 Stem cell funding

 

캘리포니아 유권자들은 올 11월 캘리포니아 재생의학연구소 California Institute for Regenerative Medicine를 회생시키는데 필요한 55억 달러의 채권 발행 여부를 결정하게 된다. 이 연구소는 줄기세포 치료를 새로운 치료법으로 전환시키기 위해 2004년 주민 투표로 30억 달러 채권이 발행됨으로써 설립되었다.

 

※출처

 ·Science https://www.sciencemag.org/news/2020/01/science-stories-likely-make-headlines-2020

 ·BRIC 동향 [바이오토픽](신년특집) 2020년 헤드라인을 장식할 과학 이야기들

 

2020. 1. 10 새샘