2023년 노벨상 수상 연구 내용 요약! 분야를 넘어 널리 실용화되는 연구들
10월 2일부터 2023년 노벨상 수상자 발표가 시작되었습니다.
올해는 화학상에서 발표 전에 수상자의 정보가 유출되는 등 파란이 일었던 노벨상인데, 과학 분야에서는 어떤 연구가 수상했을까?
이 기사에서는 2023년 생리학·의학상, 물리학상, 화학상 수상 연구에 대해 간단히 요약해 소개합니다.
◆ 생리·의학상 코로나19 mRNA 백신 개발 기여
생리학·의학상은 코로나19 mRNA 백신 개발에 크게 기여한 미국 펜실베이니아대 연구자 카탈린 칼리코와 드류 와이스만 두 명이 수상했습니다.
이들은 의료용으로 만들어진 인공적인 mRNA가 체내에 들어갔을 때 면역에 공격받지 않는 구조를 만들어낸 연구자입니다.
mRNA(메신저 RNA)는 단백질 설계도와 같은 역할을 하고 있어 필요한 단백질이 형성되도록 인공적으로 설계한 mRNA를 체내로 보내면 질병 치료에 사용할 수 있지 않을까 생각해 왔습니다.
그런데 우리 몸에는 바이러스 같은 이물질이 들어왔을 때 그 RNA를 감지하고 공격하는 면역기능이 있습니다.
이 때문에 인공적으로 만든 mRNA를 체내에 투여하면 이물질로 인식돼 면역세포에 공격을 받게 되는 것입니다.
그렇게 되면 강한 염증을 일으켜 충분한 단백질 생성을 할 수 없습니다.
이들은 mRNA가 체내 RNA 센서에 걸리지 않도록 구성하는 물질을 천연 mRNA에는 포함되지 않는 물질로 대체하는 염기변형을 했습니다.
염기 변형된 mRNA는 체내에 들어가도 면역세포로부터 공격받기 어려워 안정적인 단백질 생성을 유지할 수 있습니다.
수정염기를 가진 modRNA(왼쪽)는 면역 활성화를 일으키지 않는다.
이 기법을 통해 mRNA를 의약품으로 사용할 수 있게 되었습니다.
코로나19 백신도 이 기법을 이용해 만들어진 mRNA 백신입니다.
일반 백신과 달리 mRNA 백신은 바이러스 유전정보만 있으면 바로 작성할 수 있고 코로나19에 대해서도 팬데믹 이후 불과 1년여 만에 백신이 완성됐습니다.
이 연구는 다른 질병에 대한 빠른 백신 개발로 이어지는 것은 물론 암 치료 등에도 응용될 것으로 기대되고 있습니다.
◆ 물리학상: 전자의 움직임을 기록하는 아토초(Attosecond) 펄스의 빛
물리학상을 수상한 것은 미국 오하이오주립대학의 피에르 아고스티니와 독일, 루트비히 막시밀리안대학의 페렌츠 크라우츠 및 스웨덴, 룬드대학의 안느 루예 3명입니다.
이들은 매우 짧은 시간 동안 빛을 내는 기법을 확립하고, 이를 통해 전자의 운동이나 에너지를 측정하고 기록할 수 있는 새로운 방법을 만들어냈다고 합니다.
이 연구는 1987년 루이에가 희가스(稀gas. 공기에 들어 있는 양이 희박한, 아르곤ㆍ헬륨ㆍ네온ㆍ크립톤ㆍ제논ㆍ라돈의 여섯 가지 기체 원소를 통틀어 이르는 말. 화학적으로 비활성이고 보통의 조건에서는 화합물을 만들지 않는다)에 적외선 레이저를 쬐면서 극히 짧은 파장의 빛이 발생한다는 것을 발견하면서 시작되었습니다.
2001년에 아고스티니가 이 기법을 이용하여 아토초(秒)라고 하는 매우 짧은 시간만 빛을 내는 방법을 확립합니다.
아토초는 100경분의 1초라는 매우 짧은 시간입니다.
아고스티니의 연구에서는 이 빛을 연속적으로 내는 것밖에 할 수 없었지만 클라우스는 이 빛을 한 번만 발생시키는 기법을 확립했습니다.
이 빛을 카메라 플래시처럼 이용하면 빠르게 움직이는 전자와 같은 물체도 그 운동을 정확하게 측정하고 기록할 수 있습니다.
전자의 움직임을 알 수 있다면 전자제어의 발전으로 이어지는 것은 물론 분자의 움직임을 알음으로써 분자를 식별하고 의학적 분야에서도 질환 진단 등으로 이어질 것으로 기대되고 있습니다.
◆ 화학상 나노기술 발전으로 이어지는 '양자점'
화학상은 '퀀텀닷'이라고 하는 매우 미세한 결정 연구에 대해 수여하였으며, 미국 매사추세츠공대의 문지 버웬디, 컬럼비아대의 루이스 브루스, 옛 소련 출신 알렉세이 에키모프가 수상했습니다.
양자점은 1mm의 100만분의 1이라는 작은 크기의 미세한 결정으로, 작은 크기의 차이로 발하는 빛의 색이 변하는 것 등을 알려져 있습니다.
양자점과 축구공의 축척은 지구와 축구공의 축척만큼
양자점 연구는 색유리에서 시작되었습니다.
색유리는 유리에 다양한 금속화합물을 맞춰 만드는데, 같은 화합물을 합쳤을 경우에도 녹이는 온도나 가열시간 등에 따라 색이 달라질 수 있었던 것입니다.
이 현상을 에키모프는 「유리에 녹아 있는 미세한 화합물의 결정의 크기가 다르기 때문이 아닐까」라고 생각했습니다.
1979년 실제로 같은 화합물이 녹아든 색이 다른 유리에 대해 화합물 결정의 크기를 측정해보니 결정의 크기가 작아질수록 흡수되는 빛의 파장이 짧아지는 것을 발견한 것입니다.
이 시점에서 에키모프는 양자역학의 영향을 받는 미세한 결정, 즉 양자점을 발견한 셈인데, 이 시점에서는 양자점을 유리 속에서 꺼낼 수 없었습니다.
그로부터 몇 년이 지난 1983년, 브루스가 에키모프와 같은 현상을 용액 내에서 실증합니다.
그러나 당시는 때마침 미소 냉전시대로 브루스와 에키모프의 연구가 포괄적으로 거론되는 일은 없이 정체되어 있었습니다.
양자점 연구가 단번에 실용화를 향해 진행된 것은 버웬디가 양자점의 안정적인 제조법을 확립한 1993년의 일입니다.
버웬디는 양자점의 근원이 되는 금속 화합물을 고온의 용매에 한꺼번에 주입하고 용매가 식음으로써 작은 양자점을 제조했습니다.
더욱이 용매를 다시 가열함으로써 그 양자점을 크게 변화시켜 나감으로써 다양한 크기의 양자점을 안정적으로 만들어내는 데 성공한 것입니다.
빛을 흡수해 다른 파장의 빛을 방출하는 양자점은 선명한 디스플레이나 식물의 성장을 촉진하는 빛을 강화하는 필름 등 다양한 분야에서 실용화되고 있습니다.
또 의료 분야에서도 활약이 기대되고 있어 양자점을 형광 시약으로 한 암의 초조기 발견 등도 실용화를 향해 진행되고 있습니다.
◆ 연구분야의 범위를 초월한 실용화
분야를 초월하여 손을 맞잡고 있습니다
이번에 생리학·의학상은 mRNA 백신에 관한 연구가 수상했는데 물리학상이나 화학상도 의료와 관련된 실용화로 이어지고 있어 다양한 연구가 분야를 넘어 실용화되고 있습니다.
이번에 화학상을 받은 양자점에 대해서도 원래 양자역학은 물리학에 가까운 분야입니다.
과학의 세계는 여러 분야로 나뉘어져 있는데, 그것은 단절되는 것이 아니라 서로의 지식이 얽혀 새로운 기술로 이어지고 있습니다.
향후 연구에서도 각 분야의 전문가 손을 맞잡음으로써 새로운 분야의 발견이 진행될 것으로 기대하게 됩니다.
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Nobel Prize
https://www.nobelprize.org/
Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The Impact of Nucleoside Modification and the Evolutionary Origin of RNA
https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(05)00211-6
The physics of attosecond light pulses
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/67/6/R01
Synthesis and Characterization of Monodisperse Nanocrystals and Close-Packed Nanocrystal Assemblies
https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.matsci.30.1.545
The official website of the Nobel Prize - NobelPrize.org
Narges Mohammadi is a woman, a human rights advocate, and a freedom fighter. Her brave struggle for freedom of expression and the right of independence has come with tremendous personal costs. Altogether, the regime in Iran has arrested her 13 times, convi
www.nobelprize.org
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