사이언스 선정 '2021년 예상 과학 헤드라인 뉴스'

저명 과학학술지 <사이언스 Science>에서도 <네이처>에 이어 2020년 12월 31일 '2021년  머리 기사(헤드라인 headline)로 선정이 예상되는 과학 이야기 The science stories likely to make headlines in 2021'란 뉴스를 발표했다.

 

<사이언스>에서는 해마다 10대 헤드라인 뉴스 외에 3개를 추가 선정하곤 했었는데, 올해는 10대 헤드라인을 구분하지 않고 13개를 한꺼번에 선정한 것이 색다르다.

 

13개 과학 분야별로 1개씩 모두 13개의 머리 기사로 구성되어 있으며,

이 가운데 4개는 <네이처> 선정 '2021년 주목해야 할 10대 과학 중대 사건'[새샘블로그 2021. 1. 9]에도 포함되어 있다.

 

1) 기후변화 심화 Climate change sized up

2) WHO의 코로나19 바이러스 기원 규명 WHO probes coronavirus origin

3) 무너진 미국-중국 관계 회복 Repairing frayed U.S.-Chinese ties

4) 코로나19 맞춤형 치료제 Drugs tailored for COVID-19

5) 새 화성 탐사선 New rovers for Red Planet

6) 더 선명해진 단백질 관찰 A sharper view of proteins

7) 웹 우주망원경 발사 임박 Webb telescope nears launch

8) 핵융합로 에너지 획득 Reactor aims for energy gain

9) 영양실조 아동을 위한 창자 영양제 Gut health for malnourished kids

10) UN의 공해 보호 강화 U.N. to protect high seas

11) 새로운 단서를 이용한 고대 사회 연구 New clues to ancient societies

12) 부족한 백신 부작용 보상금 Stingier vaccine injury payments

13) 항암제 승인 임박 Cancer drug nears approval

 

 

1. 기후변화 심화[지구 온난화 분야, 네이처도 선정]

 

<기후 변화로 인해 가뭄이 잦아지면서 2020년 캘리포니아주 실버라도 Siverado 화재 때와 같은 불길이 강렬하게 번지는 자연 화재가 더 많이 발생할 것으로 예상된다.> 

인간이 일으키고 있는 지구 온난화를 1990년부터 기록하고 있는 유명 자원봉사 기후 과학자들로 구성된 유엔 산하 '정부 간 기후 변화 협의체 Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)'의 5차 평가 보고서가 발간된 지 거의 8년이 지났다.

700명 이상의 과학자들이 작성한 6차 보고서는 팬데믹으로 지연되어 올해와 내년으로 나뉘어 발간될 예정이며,

인간이 기후에 가하고 있는 충격의 실상을 보다 예리하게 분석한 내용들이 담길 것이다.

보고서에 실린 새로운 발견 내용은 지구 변화가 없을 경우를 기준으로 하고 새로운 세대의 기후 모델과 시나리오를 사용하여 보강될 예정인데, 입력 자료는 가속화되고 있는 해수면 상승, 빠르게 녹고 있는 양극 지방 빙하, 극심한 더위, 가뭄, 화재 등이다.

올 11월 세계 각국 정상들은 스코틀랜드 글래스고 Glasogow에서 열리는 유엔 기후정상회의 UN Climate Summit에서 만나

이미 약속한 온실기체 감축량을 늘리면서 파리협정 Paris Agreement 이행에 필요한 모든 규칙에 합의할 것으로 예상된다.

이 기후정상회의에는 파리협정 재가입을 밝힌 조 바이든 Joe Biden 미국 대통령 당선자도 참석할 것이다.

 

2. WHO의 코로나19 바이러스 기원 규명[공중 보건 분야, 네이처도 선정]

 

예방접종을 시작한 나라가 많아지면서 코로나19 범유행병(팬데믹) pandemic이 종식될 수 있다는 희망이 생기고 있다.

그러나 코로나19가 정확히 어떻게 시작되었는지는 여전히 불분명한 상태이기 때문에

올해 10명으로 구성된 세계보건기구(WHO) 국제팀이 중국을 몇 차례 방문하여 코로나19 바이러스의 기원 규명을 위한 조사를 시작할 예정인데[1월 14일 중국 입국], 이 조사는 미국과 중국이 서로 팬데믹의 책임이 누구인지에 대해 논쟁을 벌여왔기 때문에 정치적으로 민감한 임무이다.

조사팀은 박쥐에서 코로나19 바이러스와 가장 가까운 바이러스를 발견하기를 기대하고 있고, 어디에서 어떻게 박쥐에서 사람으로 퍼졌는지와 중간숙주 역할을 하는 다른 동물이 있는지를 조사하며, 가장 중요한 임무는 신종 팬데믹 바이러스 출현을 예방할 수 있는 방법을 찾아내는 것이다.

 

3. 무너진 미국-중국 관계 회복[국가 안보 분야]

 

미-중 간 과학 협력의 정상 회복이야말로 무역, 이민 및 안보 문제에 대한 아시아 강대국과의 협상에서 조 바이든 미 대통령 당선자의 성공 여부를 가름하게 될 것이다.

미국 정부가 후원하며 새로 조직되는 과학, 기술 및 국가 안보 포럼 forum[토론회]은 새 정부에 대해 신기술 개방과 유출 방지 사이의 적절한 균형을 맞추는 방법을 조언할 것이다.

새로운 미국 법률에는 모든 자금 출처가 공개되지 않은 제안서를 제출한 연방 보조금 신청자를 엄하게 처벌하도록 되어 있는데, 이는 자금 출처의 투명성을 높이는 것이 중국 및 미국 안보에 잠재적인 위협이 되는 다른 기관을 감시하는 가장 좋은 방법이라는 가정에 근거하여 제정된 것이다. 

대학 지도자들은 바이든이 트럼프 대통령의 제한적 이민 정책을 뒤집고 경제적 및 정치적 긴장을 고조시키지 않도록 기대하고 있다.

하지만 저명한 공화당 의원들은 중국에 대한 더 많은 징벌적 조치를 취하도록 위협하고 있다.

 

4. 코로나19 맞춤형 치료제[감염병 분야]

 

코로나19를 예방하는 대량 백신접종을 보완하기 위해 제약사들은 올해 코로나19 범유행병을 차단하고 증상을 치료하는 맞춤약 개발에 박차를 가할 것이다.

최근 몇 주 동안 비록 많은 사람들이 규제 당국이 승인한 효과가 아주 좋은 신약 백신을 맞고 있기는 하지만 전문가들은 바이러스가 사라지지 않고 풍토병으로 전환될 것으로 예상하고 있다.

2020년에는 원래 다른 바이러스병을 치료하기 위해 개발된 렘데시비르 remdesivir 등 소수의 약물만이 코로나19 치료에 어느 정도 효과가 있었을 뿐이었다.

앞서가는 제약사 정보에 따르면 연구원들이 인공지능과 슈퍼컴퓨터으로 탐색한 590종류 이상의 코로나19 신약 후보물질을 시험하고 있다고 한다.

이 후보물질 가운데 연구원들은 코로나19 바이러스가 가진 2개의 단백분해효소 protease 중 하나를 억제함으로써 바이러스 증식을 막는 화합물인 단백분해효소 억제제 protease inhibitor에 큰 기대를 걸고 있다.

이 화합물과 다른 화합물을 병용하는 칵테일 요법으로 에이즈 AIDS 바이러스인 HIV 치료에 이미 성공했기 때문에 코로나19 바이러스 역시 치료할 수 있을 것으로 기대하는 것이다.

단백분해효소 억제제 및 다른 화합물은 세포 및 동물 시험에서 가망성을 보이고 있다.

그러나 사람 대상 임상시험은 이제 막 시작 단계에 불과하여 안전성과 효능 심사를 통과하려면 앞으로 몇 년이 걸릴 수도 있다.

 

5. 새 화성 탐사선[행성 과학 분야, 네이처도 선정]

 

<NASA에서 제작한 1톤 무게 탐사장비를 화성 표면에 안전하게 착륙시키는 기기인 공중 크레인>

화성은 대기층이 얇아 탐사장비를 공중에서 지표면에 천천히 안전하게 내려놓기 어렵다.

지난 50년 동안 화성 표면에 착륙하도록 발사된 18개의 로봇 탐사장비 가운데 8개는 화성 표면에 추락했다.

올 2월 18일 발사될 NASA의 SUV급 표면 탐사선 '인내 Perseverance'호는 화성 하늘에 떠 있는 역추진 로켓과 낙하산이 달린 '공중 크레인 sky crane 플랫폼'을 이용하여 탐사선의 하강 속도를 느리게 하여 안전하게 내려놓을 것이다.

화성의 화석화된 강 삼각주 부근에 있는 제제로 크레이터 Jezero crater에 착륙하게 되는 탐사선은 암석 시료를 채취한 다음 지구로 다시 귀환할 예정이다.

이와 비슷한 시기에 중국의 화성 탐사 우주선인 화성-1[티안웬-1] Tianwen-1호도 궤도비행선 orbiter, 착륙용 플랫폼, 그리고 골프 카트 크기의 표면 탐사선을 싣고 화성에 도착할 예정이다.

화성-1호의 착륙 장소는 미국 착륙지인 제제로 크레이터와 멀지 않은 곳으로, 고대에 형성된 진흙이 흘러들어 표면이 뒤덮혔을 것로 추정되는 광활한 평원인 유토피아 플래니셔 Utopia Planitia의 남부 변두리 지역을 선정했다고 중국 관리들이 발표했다.

성공한다면 화성-1호는 중국 최초의 화성 중국 탐사선이 된다.

 

6. 더 선명해진 단백질 관찰[현미경 분야]

 

연구진들은 올해 해상력이 더욱 높아진 저온전자현미경 cryo-electron microscope(cryo-EM) 개발을 목표로 하고 있는데, 이것은 건강 유지와 질병 원인 규명에 있어 새로운 통찰력을 제공하게 될 단백질 구조를 연구하는 기술이다.

지금까지는 단백질의 3차원(3D) 구조 안에서 개별 원자들의 위치 지도를 작성[매핍 mapping]하는 X-선 결정학 X-ray crystallography을 오랫동안 단백질 구조 분석법으로 사용하고 있다.

하지만 X-선 결정학 기술은 결정으로 만들 수 있는 단백질에 대해서만 분석이 가능하다는 단점이 있다.

이와는 달리 cryo-EM 기술은 결정으로 만들지 않고도 지난 10년 동안 단백질 구조 해상력을 꾸준히 향상시켜 왔다.

2020년에 들어서서 연구진들은 기능이 개선된 전자탐지기와 철-결합 단백질인 아포페리틴 apoferritin 구조를 매핑하는 소프트웨어가 장착된 cryo-EM을 개발함으로써 원자 해상력의 한계를 극복하게 되었다.

저온에서 단백질은 비정상적으로 단단해지기 때문에 cryo-EM 매핑 과정에서 단백질 구조가 안정적으로 유지되는 것이다.

다음 단계로서 연구자들은 강도가 낮은 단백질 구조를 관찰하고 싶어 한다.

이것이 가능해진다면 구조 생물학자는 결정화가 불가능한 크기가 큰 거대 단백질 및 복잡한 구조를 가진 복합 단백질에 대한 상세한 구조를 그린 지도까지 만들 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

7. 웹 우주망원경 발사 임박[천문학 분야, 네이처도 선정] 

 

오랫동안의 기다림이 곧 마침표를 찍을 전망이다.

장기간 지연되어 왔던 NASA의 주력 우주 관측 장비인 제임스 웹 우주망원경 James Webb Space Telescope(JWST)이 드디어 올 10월 31일 하늘로 날아오르는 것으로 결정되었기 때문이다.

웹 우주망원경(JWST)은 기존의 허블 우주망원경 Hubble Space Telescope을 대체하는 우주망원경으로서, 빛을 모으는 집광력集光力이 허블망원경의 6배가 되는 6.5 미터 너비의 거울 mirror이 장착되어 있다.

금 도금된 벌집 모양 거울에는 냉각 장치가 있어 우주 팽창에 의한 적색편이 red shift 결과 발생되는 먼 곳의 물체에서 나오는 적외선을 수집할 수 있다.

웹 우주망원경의 임무는 생명의 징후를 찾기 위해 인근 외계 행성의 대기를 면밀히 조사하고, 우주 최초의 별과 은하에서 나오는 빛을 모으는 것이다.

계획보다 몇십억 달러가 더 들었으며 발사 또한 몇 년 더 지연되었던 88억 달러짜리 우주선은 최근 발사 때 생기는 격렬한 진동을 견디는 최종 시험을 통과했다.

이번 1월 기술진은 거울을 펼치고 마지막으로 여러 겹의 태양 차단막을 펼쳐서 모든 것이 잘 작동되는 지를 확인하게 된다.

올해 중반까지 웹 우주망원경은 모든 짐을 꾸려 프랑스령 기아나 French Guiana로 운송되며, 그곳에서 유럽 아리안 European Ariane 5호 로켓에 실릴 예정이다.

다음 정거장은 바로 깊은 우주 공간!

 

8.  핵융합로 에너지 획득[에너지 분야]

 

세계 최대 핵융합로인 유럽 공동 핵융합 실험장치 Joint European Torus(JET)는 올 들어 상당한 양의 핵융합 발전을 위한 가동에 착수할 예정으로 있다.

영국에 있는 JET는 강력한 자석으로 뜨거운 플라스마 plasma를 제어함으로써 원자핵들이 서로 충돌하고 융합하면서 에너지를 방출하는 핵융합 플라스마 발생장치 즉 토카막 tokamak이다.

성능이 개선된 JET는 새로운 금속 라이닝 lining과 여분의 가열 능력을 갖게 되었으며,

올해 시험에서는 세심한 취급과 청소가 필요한 방사성 삼중수소를 사용해야 하기 때문에 거의 사용하지 않는

수소 동위원소인 중수소 duterium(D)와 삼중수소 tritium(T)가 혼합된 D-T를 연료로 주입하게 된다.

이 D-T 연료를 사용했던 것은 1997년이 마지막이었으며, 당시 JET는 몇 초 동안 16 메가 와트 megawatt의 전력을 생산했었는데, 이정도 생산량은 소비 전력량을 훨씬 밑도는 수준이었다. 

JET의 새로운 가동 목표는 우선 지난 번과 비슷한 발전량 수준을 유지하되 발전 시간을 더 늘리는 것이다.

올해 실시되는 JET가 시험 가동되면, 프랑스에서 건설 중이며 JET와 비슷한 형태와 라이닝을 가진 거대 핵융합로인 ITER 원자로에 도움이 될 것으로 기대된다.

ITER 원자로는 2025년 가동을 목표로 하고 있지만, 2030년대 중반까지는 D-T 연료를 사용하지 않을 것이다.

 

9. 영양실조 아동을 위한 창자 영양제[영양학 분야]

 

<새로운 영양 처방은 영양실조로 고통을 받고 있는 방글라데시 로힝야 난민촌Rohingya refugees in Bangladesh 어린이들에게 도움일 될 수 있을 것이다.>

영양 부족에 대해 적절한 영양분을 공급하면서 치료를 했음에도 여전히 병들고 완전히 회복 못한 수백만 명의 영양실조 아동들에 대한 구원의 손길이 올해는 미칠 것으로 보인다.

코로나19 팬데믹에 따른 혼란과 실직 때문에 영양실조 아동의 수는 급증할 것으로 예상된다.

영양부족 어린이의 문제점은 창자 미생물체 gut microbiome의 파괴로 인해 미성숙된 비효율적 소화계를 가짐으로써 발육이 저해된다는 것이다.

건강 전문가들은 창자 미생물체를 회복하기 위한 방안으로서 방글라데시에서 실시한 값싼 영양 보충제 –병아리콩 chickpea, 바나나, 콩가루, 땅콩가루 등–를 평가한 연구 결과에 기대를 걸고 있다.

2019년 이 연구팀은 생쥐와 돼지 대상 실험에 이어 아동 60명을 대상으로 한  1달에 걸친 시험(파일럿) pilot 실험 결과  이 영양 보충제가 창자 미생물체를 회복시켰음을 혈액 표지자 blood markers의 변화로서 확인했다고 보고했다.

이 연구는 영양 보충제가 아동의 성장에 미치는 효과를 확인하는 후속 실험으로 이어지진 못했다.

하지만 이 연구팀은 영양실조 아동을 대상으로 하여 3개월간 더 큰 규모의 실험에서 기존 영양 보충제와의 혼합 사용 효과에 대한 연구를 계속하고 있다.

 

10. UN의 공해 보호 강화[환경보전 분야]

 

해양의 3분의 2를 차지하는 국가의 주권 수역 바깥 해역 즉 공해公海 open seas의 생물 다양성 biodiversity을 보호하는 규칙은 거의 없는 실정이다.

그래서 국제연합 United Nations(유엔 UN)은 올해 공해 생물다양성 보호를 위한 첫 번째 특정 조약을 마무리할 것으로 예상된다.

이 조약은 공해상에 해양보호지역 marine protected areas(MPAs)을 지정하는 길을 여는 계기가 될 것으로 예상되는데, 연구자들은 지금 후보지역 및 그 근거 목록을 만들고 있다.

또한 조약 초안에는 모든 나라가 해양생물에게 해를 끼칠 수 있는 상업 활동을 시작하기 전에 실시해야 하는 환경영양평가에 대한 최소 기준이 설정된다.

남극 주변의 해양생물을 관리하는 기구와 비슷한 새로운 국제 과학기술기구에서 이 MPA 제안서를 검토할 것이다.

이 밖에 조약 초안에 포함될 내용은 공해에 서식하는 해양생물에서 채취한  유전자 서열의 관리 체계다.

 

11. 새로운 단서를 이용한 고대 사회 연구[고고학 분야]

 

과학자들이 고대 인류 사회의 유대관계와 이동을 확인하기 위하여 고대 인류의 DNA 분석과 다른 분자 및 미생물 단서를 결합하는 방법을 사용함에 따라, 올해 고대 인류에 대한 연구 방법에서 새로운 지평이 열릴 것으로 예상된다.  

과학자들은 DNA 증거에다 단백질 및 방사성 동위원소에서 나온 자료는 물론 뼈에서 나온 미세화석과 병원체, 치태 dental plaque, 화석화된 분비물 자료까지도 포함시켜 병합 분석하게 될 것이다.

올해 이 연구를 통해 초기 켈트족 Celtic family 중 어느 가족이 부를 상속받았는지 알아내는데 도움이 될 것이다.

성경에 나오는 블레셋(필리스틴) 사람 Philistines들의 고향을 알아내고, 유럽의 초기 앵글로-색슨족 Anglo-Saxons 및 그리스인, 그리고 중국과 이집트의 미라 정체를 밝히는데도 도움이 될 것으로 기대된다.

 

12. 부족한 백신 부작용 보상금[공중보건 분야]

 

백신 접종에 따른 부작용을 보상하는 불분명한 미국 정부 기금 40억 달러가 1월부터 벌써 긴축 운용될 것으로 보인다.

트럼프 행정부가 제안한 변경 조치로 인해 1월 중순에야 기금이 집행될 가능성이 높은 데다, 인플루엔자(플루, 독감) influenza(flu)와 파상풍과 같은 다른 백신 접종에 따른 어깨 부상 부작용에 대한 보상금 지급은 더 복잡하고 시간도 많이 걸릴 것이다.

새 규칙은 코로나19 백신 부작용에 대해서는 적용되지 않지만, 다른 정부 보상 프로그램에 신청해야 한다.

그러나 인플루엔자 예방접종 확대와 정부 과학자들이 '백신 접종과 관련된 어깨 부상'을 처음으로 기술한 2010년 논문이 발표되면서부터 백신 접종으로 인해 어깨 부상을 당했다는 주장이 늘어났다.

 

13. 항암제 승인 임박[의생명과학 분야]

 

과학자들은 많은 종류의 암 cancer 유발 신호인 KRAS(K-Ras)[Kirsten Rat  Sarcoma virus) 단백질[키르스텐 쥐에 기생하는 육종 유발 바이러스가 만드는 암 단백질]을 차단하면 암 발생을 줄일 것이라는 꿈을 30년 이상 꾸고 있다.

KRAS 단백질은 항암제의 표적이 되는 부분이 명확하지 않다는 측면에서 항암제의 영향을 받지 않는 것으로 여겨졌다.

하지만 이제 여러 제약사들이 암을 촉진하는 돌연변이 KRAS 단백질의 홈 groove에 꼭 들어맞는 화합물을 개발하고 있다.

개발중인 항암제를 먼저 설치류 대상 실험에서는 성공적이었으며, 지금은 암 환자를 대상으로 시험하고 있다.

작년 12월 암젠 Amgen사는 이런 종류의 신약으로는 첫 번째인 KRAS 억제 약물 '소토라십 sotorasib'에 대한 사용 허가 신청을 했다.

이 약물은 먼저 특정 폐암 환자에 대해 사용 허가가 날 것으로 예상된다.

다른 제약사에서도 올해 KRAS 억제 약물의 승인 신청을 할 것으로 보인다.

 

※출처

1. Science News, Dec. 31, 2020, 'The science stories likely to make headlines in 2021'.

www.sciencemag.org/news/2020/12/science-stories-likely-make-headlines-2021.

2. 생명공학정책연구센터, '사이언스, 2021년 헤드라인을 장식한 과학기사 전망', BioINwatch: 21-3, '21. 1. 12.

 

2021. 1. 16 새샘