유전자 편집
크리스퍼(CRISPR-Cas9)는 가장 널리 사용되는 유전자 편집 기술로, 특정 유전자를 정밀하게 자르거나 교체할 수 있는 도구입니다. 박테리아의 면역 시스템에서 유래한 이 기술은 특정 DNA 서열을 인식하고 절단할 수 있어, 질병 유전자 제거, 작물 개량, 실험동물 모델 제작 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 특히 기존 유전자 조작보다 빠르고 정확하며 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다.
세포 분열
유사 분열(Mitosis)은 체세포가 두 개의 동일한 딸세포로 분열하는 과정입니다. DNA 복제 후, 염색체는 분열을 위해 응축되며, 핵막이 사라지고 방추사가 형성됩니다. 염색체는 세포 중앙에 정렬된 후 양극으로 이동하고, 새로운 핵막이 형성됩니다. 마지막으로 세포질이 나뉘며 두 개의 동일한 유전 정보를 가진 딸세포가 만들어집니다. 유사 분열은 생장, 조직 복구, 무성 생식 등에 중요한 역할을 합니다.
DNA 구조
DNA는 두 개의 뉴클레오타이드 사슬이 서로 꼬여 형성된 이중나선 구조입니다. 이 구조는 1953년 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 밝혔으며, 중심에는 염기쌍이 수소결합으로 연결되어 사다리꼴 형태를 유지합니다. 이중나선은 회전하면서 꼬인 형태로 안정성을 높이며, 유전정보의 정확한 복제를 가능하게 합니다.
단백질 합성
전사는 DNA의 유전 정보를 RNA로 복사하는 과정입니다. 이 과정은 세포핵 내에서 일어나며, RNA 중에서도 메신저 RNA(mRNA)가 생성됩니다. 전사는 RNA 중합효소라는 효소가 DNA의 특정 부위(프로모터)를 인식하고 결합하여 시작됩니다. 이후 DNA 이중나선이 풀리면서 하나의 가닥이 주형(template)이 되어 상보적인 RNA 뉴클레오타이드가 연결되며 mRNA가 형성됩니다. 이 과정은 전사 종결 신호가 나타날 때까지 지속됩니다.
면역 체계
선천면역은 우리 몸이 처음부터 가지고 태어나는 방어 체계로, 감염 초기에 즉각적으로 반응합니다. 피부, 점막, 위산, 눈물 등 물리적·화학적 방어선과 함께 백혈구의 일부(호중구, 대식세포 등)가 병원체를 인식해 제거합니다. 이 반응은 비특이적이며, 특정 병원체에 대해서 기억하거나 특화된 반응을 보이지는 않습니다.
바이오테크놀로지
유전자편집 기술은 특정 유전자를 정밀하게 수정하거나 제거할 수 있는 생명공학 기술로, CRISPR-Cas9이 대표적이다. 이 기술은 희귀 유전 질환의 치료, 작물의 내병성 강화, 동물 모델 개발 등 다양한 분야에서 활용된다. 특히 인간의 질병을 사전에 예방하거나 치료하는 데 있어서 획기적인 도약을 가능케 하고 있다.
줄기세포 연구
줄기세포는 인체의 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포로, 자가 복제 및 다분화 능력을 가진 것이 특징이다. 크게 배아줄기세포(embryonic stem cell)와 성체줄기세포(adult stem cell), 유도만능줄기세포(iPSC)로 나눌 수 있으며, 각기 다른 연구 및 치료 목적으로 사용된다. 줄기세포의 이런 특성은 손상된 조직을 재생하거나, 다양한 질환의 치료 가능성을 제시하며 미래 의학의 핵심 기술로 주목받고 있다.
생명윤리
생명권은 인간이 태어나면서부터 자연스럽게 가지는 기본적인 권리로, 누구든지 자신의 생명을 부당하게 침해받지 않을 권리를 의미한다. 이 권리는 국가나 타인에 의해서도 함부로 침해받을 수 없으며, 의료 윤리와도 깊이 연결되어 있다. 안락사나 낙태, 사형제도 같은 이슈에서 생명권은 윤리적 판단의 핵심 기준이 된다.
인간 게놈 프로젝트
인간 게놈 프로젝트(HGP)는 인간의 모든 유전정보를 해독하고 이를 지도로 만드는 것을 목표로 한 국제적인 생명과학 프로젝트입니다. 1990년에 시작되어 2003년에 완료되었으며, 미국 국립보건원(NIH), 영국 웰컴 트러스트(Wellcome Trust) 등 주요 국가의 연구기관이 참여했습니다. 이 프로젝트는 약 30억 개의 염기쌍으로 이루어진 인간 유전체(DNA)를 정확히 해독하고 분석하여, 유전병, 생명현상, 진화 등을 이해하는 데 중요한 기초 자료를 제공했습니다.
백신 개발 과정
백신 개발의 첫 단계는 병원체(바이러스나 박테리아 등)의 구조와 감염 메커니즘을 분석하는 기초 연구입니다. 어떤 항원이 면역 반응을 유도할 수 있는지 확인하고, 동물 실험 등으로 효과적인 후보 항원을 찾아냅니다. 이 과정은 실험실에서 이뤄지며 수년이 걸릴 수 있습니다.
신경과학
뇌는 대뇌, 소뇌, 뇌간으로 구성되며, 각 부위는 인지, 운동, 생명 유지 등 중요한 기능을 담당합니다. 대뇌는 사고와 감정, 기억 등을 처리하고, 소뇌는 균형과 운동 조절을 맡습니다. 뇌간은 호흡과 심박수 같은 자동 반응을 관장하는 중추로, 이 구조들의 상호작용은 인간의 복잡한 행동을 가능하게 합니다.
생물 다양성
생물 다양성은 인간이 의존하는 다양한 생태계 서비스를 제공합니다. 예를 들어, 숲은 공기 정화와 수자원 보호, 토양 유지를 돕고, 곤충과 조류는 농작물의 수분과 해충 조절에 중요한 역할을 합니다. 해양 생물들은 탄소 흡수와 해양 생태계의 건강 유지에 필수적입니다. 이처럼 생물 다양성은 자연이 제공하는 다양한 혜택의 기반입니다.
병원체와 감염
바이러스는 살아있는 세포 안에서만 증식할 수 있는 미생물입니다. 스스로 생존이나 복제를 하지 못하고, 숙주 세포에 침투해 세포 기구를 이용해 복제됩니다. 감기, 독감, HIV, 간염 등 다양한 질환의 원인이며, 백신이나 항바이러스제로 예방 또는 억제가 가능합니다. 바이러스는 변이가 잦아 치료 및 예방이 어려운 경우가 많습니다.
생물학적 진화
자연선택은 찰스 다윈이 제안한 이론으로, 생물들이 환경에 더 잘 적응하는 유전형질을 갖고 있을 때 생존과 번식의 확률이 높아져 해당 형질이 다음 세대로 전달되는 과정을 의미합니다. 시간이 지남에 따라 개체군 전체의 유전적 특성이 바뀌게 되며, 이것이 생물의 진화를 이끌게 됩니다.
환경 유전체학
환경 유전체학은 생물체의 유전체(Genome)가 환경 요인과 어떻게 상호작용하는지를 연구하는 학문이다. 유전체 정보는 고정되어 있지만, 유전자의 발현은 온도, 식이, 독성물질, 병원체 등 외부 환경에 따라 달라질 수 있다. 이 분야는 환경 변화가 유전자 기능에 어떤 영향을 미치는지, 나아가 질병 발생과 어떤 연관이 있는지를 파악하는 데 중요한 역할을 한다.