미리가는 LMO 교실에 가다 (1부 : 이론편)

 

# 지난 7월 26일(금) 한국생명공학연구원 오창분원에서 ‘2024년 미리가는 LMO 교실’ 진행

# LMO에 높은 관심을 가진 전국의 고등학생들이 모여 강연, 실습, 탐방 진행해

# 오가노이드, AI를 적용한 생명공학, LMO 안전관리, DNA 추출 실험 등 풍성한 프로그램

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안녕하세요, 제5기 과학기술정보통신부 LMO Safety 기자단 남혁진입니다. 국가연구안전관리본부는 LMO와 LMO 안전에 관심이 높은 중・고등학생을 대상으로 ‘미리가는 LMO 교실’을 운영하고 있습니다.

 

이에 제5기 LMO Safety 기자단으로서 미리가는 LMO 교실에 동참해 유익한 강의를 듣고, 참여한 학생들의 이야기도 들어보는 시간을 가졌습니다. 학생들의 놀라운 학구열로 가득했던 미리가는 LMO 교실 현장을 함께 보시죠!

 

두근거리는 시간, 미리가는 LMO 교실 시작!

 

지난 7월 26일 한국생명공학연구원 오창분원에서 2024년 미리가는 LMO 교실이 진행됐습니다. 7월 25일부터 이틀간 진행된 이번 미리가는 LMO 교실은 25일은 중학생 대상, 26일에는 고등학생을 대상으로 교육을 진행했습니다.

 

 

행사가 시작되고 국가연구안전관리본부 노영희 본부장의 인사말이 이어졌습니다. 노영희 본부장은 “국가연구안전관리본부는 온・오프라인을 통해 1년에 약 7만 명 정도 교육을 하고 있습니다. 미리가는 LMO 교실은 저희가 여러 콘텐츠와 교수 기법을 다양화시켜서 학생들이 스스로 참여하도록 만드는 1년 중 가장 기다리는 교육 프로그램입니다.”라고 말했습니다.

 

 

이어 노영희 본부장은 “오늘 강의를 맡아주시는 이만열 박사님이나 대웅제약의 박준석 센터장님 같은 분들은 저희도 늘 강의를 듣고 싶어하는 분들이기에 여러분의 눈높이에 맟줘서 알찬 강의를 해주실 것으로 믿습니다. 좋은 시간 되시기 바랍니다.”라고 갈음했습니다.

 

[강연1] 줄기세포 Hot Issue, 오가노이드란 무엇인가?

 

인사말이 끝나고 본격적인 강의가 시작됐습니다. 첫 번째 강의는 순천향의생명연구원 이만열 박사가 ‘줄기세포 Hot Issue, 오가노이드란 무엇인가?’를 주제로 진행했습니다. 이만열 박사는 학생들에게 오가노이드를 설명하기 위해 줄기세포의 특징부터 자세히 설명했는데요.

 

줄기세포는 우리가 알고 있는 세포랑 다른 특징을 가지고 있어야 합니다. 줄기세포의 첫 번째 특징은 ‘무한 증식’입니다. 예를 들어 우리가 알고 있는 신경세포, 피부 세포들은 태어나서 몇 번의 증식을 하면 늙어서 죽게 됩니다. 그런데 줄기세포는 무한 증식 능력을 가지고 있어서 몇 번의 증식을 해도 죽지 않고 오래도록 증식하는 능력을 가지고 있니다.

 

 

줄기세포의 두 번째 특징은 ‘분화’인데요. 우리의 신경세포나 피부세포들 처럼 보통의 세포들은 태어나서 몇 번의 증식을 하고 늙어 죽을 때까지 신경세포는 신경세포이고, 피부 세포는 피부 세포입니다. 그런데 이 줄기세포라고 하는 녀석은 어떠한 조건과 환경이 갖춰지면 다른 종류의 세포로 바뀐다는 겁니다.

 

이런 두 가지 특징을 가지고 있는 세포를 줄기세포라 할 수 있는데요. 줄기세포는 성인의 몸속에 아주 미량으로 존재하고 있는 ‘성체 줄기세포(Adule Stem Cells)’와 다양한 분화 능력을 가진 ‘전분화능 줄기세포(Pluripotent Stem Cells)’로 나뉩니다.

 

 

이 중 다양한 연구에 활용되는 전분화능 줄기세포의 대표적인 예가 바로 ‘배아 줄기세포’입니다. 아빠의 정자와 엄마의 난자에서 만난 수정란으로부터 추출한 줄기세포인 배아 줄기세포는 연구가 시작된 지 약 25년 정도밖에 되지 않은 비교적 최신의 연구 분야입니다.

 

생물학계에서는 이러한 배아 줄기세포를 활용해 다양한 연구를 진행하고 있습니다. 강의에서는 혈관 내피 세포 연구, 심근경색 모델 회복, 척추 손상 돼지의 운동 능력 회복, 망막변성증 할머니의 시력 회복 등 여러 사례를 볼 수 있었습니다.

 

 

이만열 박사는 오가노이드에 대한 설명도 이어갔는데요. 오가노이드는 줄기세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합해 만든 장기유사체로 '미니 장기', '유사 장기'라고도 불립니다. 신약개발 및 질병 치료, 인공장기 개발 등의 목적으로 활용이 가능한데요.

 

우리 몸속에 있는 장기나 세포들이 복잡해서 치료나 이식과정에서 예상치 못한 문제와 부작용이 발생하기에 다양한 세포를 함께 만들어 이식하면 좋을 것 같다는 생각에 따라 연구된 것이라고 합니다.

 

 

강의를 통해서 오가노이드는 평소 2차원에서 하는 세포 배양을 넘어서 3차원 세포 구조체를 하이드로겔 안에서 배양하는 것이 특징이라는 것을 배웠는데요. 아직은 갈 길이 멀지만 오가노이드가 연구되면 신약개발 시 이를 실험하거나, 질병을 치료하는 것에 있어서 인체에 부작용이 없는지 테스트할 때 등 여러 분야에서 유용하게 사용될 수 있음을 배웠습니다.

 

[강연2] 인공지능을 적용한 생명공학

 

두 번째 강의는 대웅제약의 박준석 센터장이 ‘인공지능(AI)를 적용한 생명공학’ 이라는 주제로 진행했습니다. 최근 생명공학과 AI의 융합이 신약개발의 패러다임을 크게 변화시키고 있습니다.

 

박준석 센터장은 신약 개발의 복잡한 과정을 설명하는 것으로 강의의 문을 열었는데요. 신약 개발은 말 그대로 인간에게 도움이 되는 새로운 약물을 개발하고 이를 환자들에게 제공하는 과정입니다.

 

 

하지만 이 과정은 그리 단순하지 않은데요. 보통 하나의 신약이 개발되기까지는 10년에서 15년이 걸리고, 최소 1조 원 이상의 비용이 소요됩니다. 이는 다양한 단계를 거쳐야 하는데, 첫 단계는 질병의 원인을 밝히고 이를 타겟팅할 단백질을 선정하는 것부터 시작합니다.

 

타겟이 선정되면, 이를 억제하거나 활성화할 수 있는 화학 물질 또는 유전자 치료제를 개발합니다. 개발된 물질이 효과가 있는지 확인하기 위해 실험실의 세포 실험에서부터 시작해, 쥐나 원숭이 같은 동물 실험을 거쳐야 합니다. 모든 단계에서 안전성과 효과가 입증되어야 비로소 인간을 대상으로 한 임상시험에 들어갈 수 있습니다.

 

 

이렇게 전통적인 신약 개발은 비용과 시간이 많이 들고 성공 확률도 높지 않습니다. 박준석 센터장은 최근 AI가 신약 개발 과정에 도입되면서 많은 변화가 일어나고 있다고 설명했는데요.

 

AI는 신약 개발 과정에서 특히 초기 단계인 타겟 단백질 선정과 약물 후보 물질 발굴에서 중요한 역할을 합니다. 박준석 센터장은 ‘알파폴드3’라는 AI 도구를 예로 들며, 이 도구가 단백질 구조 예측에서 높은 정확도를 보이고 있다고 설명했습니다.

 

 

단백질 구조를 예측하는 것은 신약 개발에서 매우 중요한 과정 중 하나입니다. 과거에는 이 과정을 위해 오랜 시간과 비용이 필요했지만, 이제는 AI를 통해 단시간에 정확한 예측이 가능해졌습니다.

 

AI는 또한 신약 후보 물질을 발굴하는 데도 사용됩니다. 강의에서는 중국의 한 바이오텍 회사가 AI를 이용해 단 46일 만에 신약 후보 물질을 개발해낸 사례를 소개했습니다. 사례를 통해 AI가 신약 개발의 효율성을 극대화할 수 있음을 알 수 있었습니다.

 

 

강의의 말미에서 박준석 센터장은 AI는 신약 개발의 시간과 비용을 크게 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, AI만으로 모든 문제를 해결할 수는 없다고 강조했는데요. 여전히 인간의 지식과 경험이 필요하며 AI와의 협업이 중요하다는 것을 피력했습니다.

 

또한, 그는 AI의 중요성은 앞으로 더욱 커질 것이기에 자라나는 고등학생들이 생물학과 함께 AI를 공부하는 것이 좋겠다는 조언도 빼놓지 않았는데요. 박준석 센터장은 학생들에게 신약 개발과 AI에 대한 깊은 이해가 미래의 성공적인 연구자와 기업가를 만들 것이라며 강의를 마무리 했습니다. AI의 역할과 신약 개발까지 최신 트렌드에 맞는 알찬 강의를 들을 수 있어 만족스러웠습니다.

 

[강연3] 실험 전 알아야 하는 LMO 안전관리

 

두 강연이 끝나고 맛있는 도시락으로 식사를 할 수 있었습니다. 점심시간이 끝나고 바로 이어서 세 번째 강연이 진행됐는데요. 세 번째 강연은 국가연구안전관리본부 이선화 팀장이 ‘실험 전 알아야 하는 LMO 안전관리’를 주제로 진행했습니다.

 

LMO에 대한 연구가 활발해지면서 이를 다루는 실험의 안전관리가 더욱 중요해지고 있는데요. 이에 따라 미리가는 LMO 교실에서는 중・고등학생에게 LMO 안전의 중요성을 교육하고 있습니다. 이는 이후 진행될 실습에 대한 안배이기도 합니다.

 

 

강의의 시작은 LMO의 정의에 대한 내용이었는데요. LMO는 인위적으로 유전자를 변형한 생명체를 의미하며 GMO보다 좀 더 세부적인 개념입니다. 예를 들어, 특정 식물에 해충 저항성을 가지도록 유전자를 삽입하거나, 잡초를 죽이는 제초제에 저항성을 가지는 식물을 만들어내는 경우를 들 수 있습니다.

 

이어 이선화 팀장은 LMO 연구의 필요성과 위험성에 대해서도 강의했습니다. LMO 연구는 현대 생명공학의 중요한 축을 담당하고 있으며, 질병 치료나 농업 생산성 향상에 큰 기여를 하고 있습니다.

 

 

그러나 인위적으로 유전자를 변형하는 과정에서 예기치 못한 부작용이나 환경적 위험이 발생할 수 있는데요. 예를 들어 유전자 변형 식물을 재배할 때 주변 생태계나 인근 식물들에게 영향이 갈 수 있으며 인체에 미치는 잠재적 영향도 우려됩니다.

 

이러한 위험을 최소화하기 위해 우리나라에서는 ‘유전자변형생물체의 국가관리법’을 통해 LMO 연구와 실험을 엄격히 규제하고 있습니다. 모든 LMO 실험은 사전에 신고를 해야 하며, 연구 장소와 절차도 엄격하게 관리됩니다.

 

 

학생들의 경각심을 일깨워 주기 위해 LMO 실험 중 발생한 사고 사례도 들을 수 있었습니다. 이를 통해 LMO 연구자들이 실험 중 발생할 수 있는 위험을 인식하고, 안전 수칙의 중요성을 다시금 각인할 수 있었는데요.

 

알코올 램프를 사용하던 중 불이 손에 옮겨붙어 화상을 입은 사고나, 바이러스 실험을 진행하던 중 바이러스가 얼굴에 튀어 연구자가 감염된 사례, UV 램프를 장시간 사용하던 연구자가 눈과 피부에 화상을 입는 사고, 화학 시약을 옮기던 중 용기가 깨져 폭발이 일어나 화학 물질이 손에 튀어 심각한 부상을 입은 사례 등을 들을 수 있었습니다.

 

 

마지막으로 강의의 핵심이라 할 수 있었던 실험 전 알아야 하는 LMO 안전 관리 수칙에 대해 배웠는데요. LMO 실험을 안전하게 진행하기 위해서는 몇 가지 중요한 수칙을 반드시 준수해야 합니다. 이러한 수칙을 따르는 것은 연구자의 안전뿐 아니라 실험의 신뢰성을 확보하는 데도 필수적입니다.

 

우선 개인 보호구 착용이 필수입니다. 실험복, 보안경, 마스크, 장갑은 기본 중의 기본입니다. 실험복은 화학 물질이 피부에 닿는 것을 방지하고, 보안경은 눈을 보호하며, 마스크는 유해 입자의 흡입을 막아줍니다. 장갑은 손을 보호하는 역할을 합니다.

 

 

추가로 실험실 안전 수칙을 철저히 준수해야 합니다. 실험실 내에서는 절대로 장난을 치거나 불필요한 행동을 해서는 안 됩니다. 실험 기구는 대부분 유리로 되어 있어 파손 시 위험할 수 있으며 특히 화학 물질을 다룰 때는 더욱 조심해야 합니다. 긴 머리카락은 묶어야 하며 실험실에서는 반드시 앞뒤가 막힌 신발을 착용해야 합니다.

 

마지막으로 비상 행동 요령 숙지입니다. 실험 중 시약병이 깨지거나 화학 물질이 피부에 닿았을 때는 즉시 물로 씻어내야 합니다. 그러나 화학 물질에 따라 물과 반응하는 경우도 있으므로 실험 전 해당 물질의 특성을 반드시 숙지해야 합니다. 화재 발생 시에는 주변에 즉시 알리고, 큰불이 난 경우 신속히 대피해야 합니다.

 

 

이렇게 세 가지 강연을 끝으로 2024년 미리가는 LMO 교실의 이론 수업이 모두 끝났습니다. 개인적으로 궁금했던 내용들을 배울 수 있어 좋았고, 최신 이슈인 AI를 활용한 신약 개발에 대한 강의도 인상적이었는데요.

 

미리가는 LMO 교실에 참여한 학생들도 흥미로운 눈빛, 진지한 필기로 강의에 집중하는 모습을 볼 수 있었습니다. 오랜 이론 수업이 끝나고 학생들은 DNA 추출 실습 및 한국생명공학연구원 탐방을 하기 위해 장소를 이동했습니다.

 

 

알찬 강의를 소개하다 보니 기사의 분량이 5,000자가 넘어가는 관계로 바로 2부 기사를 마련해 실습과 탐방 현장을 생생히 소개해 드리겠습니다. 지금까지 제5기 과학기술정보통신부 LMO Safety 기자단 남혁진이었습니다.