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나노 기술, 모든 이에게 안전하고 균등하게

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04 나노 기술, 모든 이에게 안전하고 균등하게

05 나노입자가 암을 진단한다고 치료한다고?

09 나노 기술은 모든 사람들의 삶의 질을 향상시킨다?

16 나노 기술, 안전하게 함께 나눌 순 없을까?

항암 전달체, DNA 빌딩 블록 구조체

항암 전달체, DNA 빌딩 블록 구조체 30 우리가 먹는 약은 물에 잘 녹을까? 31 DNA, 항암제를 담아내다. 35

나노 DNA 항암 구조체 만들기 43

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융 합 인 재 교 육 ( S T E A M ) 프 로 그 램

3 진단한다고

치료한다고

․나노 기술은 모든 사람들의 삶의 질을 향상시킨다

․나노 기술 안전하게 함께 나눌 순 없을까

나노 기술, 모든 이에게 안전하고 균등하게

나노 기술의 발달로 생활이 편리해 지고 삶의 질이 향상되었지만, 이러한 이면에는 첨단 기술인 나노 기술의 혜택 뿐 아니라 기초적인 의료 서비스 조차 누리지 못한 건강, 위생 상태가 매우 열악한 국가 및 계층이 있 다. 나노 기술로 인한 혜택은 무궁무진하여 ‘나노 불평등’이라는 용어가 등장할 만큼 나노 기술의 혜택을 누 릴 수 있느냐 없느냐는 중요한 문제가 되었다. 또한 나노 물질이 인간에게 미치는 잠재적 독성에 대한 문제 가 대두되고 있으므로 나노 기술에 대한 입체적인 이해가 필요하게 되었다. 첨단 과학기술이 갖는 혜택이 무 엇인지 알아보고 이러한 기술의 혜택을 어떻게 하면 세상 사람들과 공평하게 나누어 가질 수 있는 방안을 찾아보자.

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나노입자가 암을 진단한다고 치료한다고?

학습 목표 암을 진단하고 치료하는 나노 기술의 발달로 인한 장점을 이해하고, 나노 바이오 기술이 우리 삶의 질을 향상시킬 수 있음을 느낄 수 있다.

나노 바이오 기술에 대한 최신 기술을 소개하는 포럼이 열리고 있는 어느 날, 포럼 장소 밖에서는 나노 바이 오 기술에 대한 예산 집행을 줄이도록 요구하는 집회가 열렸다. 나노 기술로부터 소외되는 사람들이 생기고, 나노 기술이 인간에게 미치는 잠재적 위험성이 있지만 나노 바이오 기술의 발달로 질병의 진단, 수술 등이 간편해지고, 저렴해지는 등 생활이 편리해지고 있으므로 나노 바이오 기술의 발전도 필요하다. 이 상황을 해 결하고 포럼을 성공적으로 마칠 수 있는 방법은 없을까?

활동1 암의 진단 및 치료와 나노 기술

암을 치료하고 진단하는 나노 물질에 대한 자료를 보고 활동을 해보자.

[자료1] 박테리오봇

박테리오봇은 치료 약물을 담은 마이크로미터(μm, 1μm = 100만 분의 1m) 크기의 작은 물체에 수많은 박테리아를 붙여 몸속을 돌아다니게 하는 로봇이다.

박테리아는 독성이 제거된 상태로 편모를 움직여 혈액 속을 떠다닌다.

암세포에서 분비하는 특정한 물질 이 있는 곳을 찾아간다.

암세포에 도착하면 로봇구조체가 터 지면서 암 표면에 항암제가 뿌려진다.

박 테 리 오 봇

출처: 암치료용 박테리아 나노 로봇 개발, 국가산업융합지원센터박테리오봇 융합연구단, 제 39호

[자료2] 나노 미사일

연구팀은 간암의 종양 조직은 정상 조직보다 산성이고, 특정 수용체가 간암 세포에 많이 발현된다는 것 을 이용하여 나노 미사일을 제작하였다. 중성에서는 그대로지만 산성인 간암 조직에서만 터지는 고분자 에 치료제를 넣은 후, 마치 미사일 유도 장치와 같이 간암 세포 표면에 있는 특정 수용체에 결합하는 엽산을 붙여 간암 조직에 선택적으로 간암 치료제를 전달하기 때문에 나노 미사일이라는 이름이 붙여 졌다.

미역 순나무에서 추출한

트립톨리드를 넣음 간암 세포에 있는

수용체에 결합하는 엽산

산성 환경에서 터지는 고분자 출처: 미래창조학부 보도자료 2014.08.22.(금) 조간 [자료3] 나노 수류탄

나노 수류탄은 산화철 나노입자와 광감각제(빛과 산소를 접하면 특정 작용을 하는 물질)가 담긴 복합나 노구조물로써, pH가 7.0이상인 정상 세포에서는 터지지 않고 pH 6.5이하인 암세포를 만나면 터지도록 되어 있다. 나노 수류탄이 터지면 형광 빛과 함께 MRI 시그널이 나와 MRI 영상을 통해 진단할 수 있 고, 나노 수류탄과 함께 나오는 광감각제에 레이저를 쏘아주면 화학 반응이 일어나 암세포가 죽게 된다.

출처: 미래창조학부 보도자료 2014.04.07.(금) 조간

1.

그림은 암세포, 박테리오봇, 정상세포, 나노미사일, 나노수류탄을 나타낸 자료이다. 자료를 읽고 빈 칸을 채 워 보자.

7

활동2 기존 항암제의 문제점

다음은 항암제의 문제점에 대한 설명이다.

현재 암치료에 사용되고 있는 항암제의 대부분은 화학요법제로 이들은 암의 완치보다는 증상완화의 방 법으로 사용되고 있어서, 암의 증상과 증후를 일시적으로 제거해주고 수명을 연장시켜 주는 수준이다.

화학요법제는 세포독성 약물로서, 암세포 뿐만 아니라, 정상세포에도 독성을 가지고 있다. 정상 세포 중 세포 증식이 왕성하게 일어나는 골수, 모낭, 위장관 내피세포 등은 화학요법제에 영향을 많이 받는다.

특히 골수에서는 면역에 관계되는 세포가 만들어지므로 약물 치료를 받는 환자들은 세균 감염, 자연 출 혈, 탈모, 메스꺼움 및 구토 등의 부작용을 겪게 된다.

화학요법제의 또다른 문제점으로는 약제에 대한 내성(drug resistance)이다. 약제에 대한 내성은 항암 약 물치료를 할 때, 처음에는 항암효과를 나타냈다가 점차 효과가 줄어드는 현상이다.

1.

항암제로 인한 2가지 문제점을 정리해 보자.

▪

▪

2.

박테리오봇, 나노 미사일, 나노 수류탄의 장점을 항암제의 부작용과 관련지어 간단히 서술하여 보자.

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나노 기술은 모든 사람들의 삶의 질을 향상시킨다?

나노 기술은 모든 사람들의 삶의 질을 향상시킨다?

나노 기술은 모든 사람들의 삶의 질을 향상시킨다?

학습 목표 나노 기술이 발달해도 경제적, 사회적인 이유로 혜택을 받지 못하는 국가, 계층이 있을 수 있음을 이해하고, 나노 불평등 문제에 관심을 가질 수 있다.

MDGs는 Millennium Development Goals의 줄 임 말로 새천년개발목표라고 불린다. 크게 8 가지 항목으로 이루어져 있으며, 이 중 4번째 아동 사망률 감소 항목은 낮은 진척도를 보 이고 있어, 2015년까지 목표 달성이 불가능할 것으로 예상되고 있다. 의학 기술이 발달한 요즈음 아동 사망률 감소라는 목표 달성이 어려운 이유는 무엇 때문인지 생각하여 보자.

활동1 나노 기술이 아동 사망률을 낮출 수 있을까?

다음은 국가별 아동 사망률을 나타낸 지도와 몇몇 나라의 국민 총 생산 자료이다.

[자료1]

출처: 써빙프렌즈 공식블로그

국가 GDP (US dollars, billions) 국가 GDP (US dollars, billions)

미국 15,609.697 차드 9.892

독일 3,478.772 콩고 17.305

러시아 2,021.896 앙골라 121.466

중국 7,991.738 말리 11.065

일본 5,980.997 나이지리아 273.032

한국 1,163.532 우간다 19.399

[자료2]

출처: IMF

1.

[자료1]에서 아동 사망률이 높은 국가가 많은 지역이 어디인지 지도에 표시해 보자.

11

2.

다음 세계 지도를 OHP 용지에 프린트한 후, 각 나라의 GDP 규모에 따라 서로 다른 색으로 빗 금을 쳐 보자.

10000$ 이상 3000$ ~ 10000$

1000$ ~ 3000$ 1000$ 이하

콩고 나이지리아

콩고 독일

러시아

차드

콩고 앙골라 말리

우간다

미국 중국 일본

우리나라

3.

2번에서 색칠한 세계지도(OHP)를 [자료1]의 세계 지도 위에 올려 놓아보다. 아동 사망률과 GDP는 어떤 관계가 있는가?

4.

다음은 아동 사망 원인(2013년)과 유니세프에서 제시한 아동 사망률을 낮추는 방법을 나타낸 것이다.

[자료1] [자료2] 1. 아기에게 모유만을 먹이는 완전모유수

유 2. 예방접종

3. 말라리아 예방을 위한 살충처리모기장 보급

4. 비타민 A 보충제 보급

특정 국가에서 아동 사망률이 높은 이유를 GDP와 관련지어 서술하여 보자.

5.

‘나노 기술의 발달이 아동 사망률의 높은 지역에 도입되어 이들의 삶이 개선될 수 있을까?’에 대해 자신의 생각을 서술하고, 발표하여 보자.

13

활동2 나노 불평등이 뭘까?

1.

다음은 과학기술정책과 불평등에 대한 다음 자료이다.

[자료1]

공공자금지원은 건강보건의 개선이나 더 깨끗한 환경과 같은 공동의 목표를 지향하지만, 부 유층과 저소득층이 이러한 R&D의 이득을 공유할 수 있도록 해주는 명시적인 메커니즘이나 기준이 대부분의 과학기술 프로그램에는 전혀 포함되어 있지 않다. 예컨대, 대부분의 제약회 사들은 의료보장 시스템이 잘 갖추어진 부유한 국가들에 판매됨으로써 큰 이윤을 가져다 줄 제품을 생산하려한다. 생명공학기술은 지난 30여 년동안 OECD 국가들의 과학기술정책의 중 심이었으며, 자금지원과 기술이전정책에 있어서 강력한 시장지향을 추구하여 왔다. 그 결과 대부분의 생명공학기술 약품은 부유한 국가들의 의료문제와 질병을 대상으로 하고 있다.

사실 생물의학연구의 우선순위는 오랫동안 빈곤국의 최빈곤층의 가장 시급한 필요에서 벗어 나 풍요로운 계층의 덜 긴급한 건강문제를 지향해왔다. 이것은 ‘10-90 문제’로 정의되며, 세계 보건 연구의 10% 미만이 세계질병부담의 90% 이상을 발생시키는 문제들에 투입되고 있다는 것을 뜻한다.

출처: 장영배(2009), 과학기술정책과 사회적 불평등, 과학기술정책연구원, 정책자료 2009-3

‘10-90 문제’란 무엇인가?

2.

나노 기술로 인해 발생하는 불평등을 ‘나노 불평등’이라고 한다. 다음은 ‘나노 불평등’에 대한 글 이다.

[자료2] 나노 불평등 문제가 중요한 이유

심각한 경제적 불평등은 오늘날 자본주의 사회가 해결해야 할 가장 시급한 문제 가운데 하나 이다. 만일 어떤 기술이 분배 문제를 크게 개선할 수 있다고 하면, 아마 사람들은 그 기술에 열광할 것이다. 반대로 어떤 기술이 분배 불평등을 심화시킬 가능성이 있다면, 그 기술은 사 람들로부터 환영받기 어려울 것이다. 나노 기술은 바로 이런 기술일 가능성이 높다는 우려의 목소리가 있다. 아마 나노 기술의 성공으로 인해 발생하는 이득과 혜택이 너무 크기 때문인 듯하다. 나노 기술로 인해 야기되는 분배의 불평등을 나노 불평등(nano-divide)이라고 부른다.

나노불평등은 한 사회의 계층들 사이에서도 발생할 뿐만 아니라 국가 간에도 발생할 것이다.

나노 기술로 탄생한 혁신적 제품과 나노의학에 대한 접근성에 있어서 계층별 차이가 생기게 되면 계층 간 나노불평등이 발생할 것이다. 기술의 발전에 대한 사람들의 기대는 기술 발전 으로 발생하는 혜택이 모두에게 비교적 동등하게 분배될 것이라는 희망에 기초하고 있다. 하 지만 나노 기술은 기술발전의 혜택의 계층적 편향성과 그로 인한 사회 계층의 경직화를 불러 올 가능성이 있다.

나노의학의 정밀 진단 및 치료 기술은 의료 서비스의 등급화를 불러올지 모른다. 나노의료 서비스는 의료 비용을 크게 상승시킬 것이다. 특정한 나노의료 서비스가 특정 계층의 전유물 이 되는 바람직하지 않은 상황이 도래할 가능성도 있다. 특히, 나노의학이 치료 영역이 아니 라 향상(enhancement)의 영역으로 확대될 때 그런 일이 발생할 가능성이 있다. 신체적, 정신 적 향상의 수단으로 활용되는 나노의학은 해당 시점에서 개인의 경제적 수준이 추후의 사회 적 계층을 결정하는 중대 요인으로 작용할 가능성이 있다. 이런 상황은 경제력과 기술이 인 간의 삶을 지배하고, 전통적인 가치와 미덕을 압도하는 전도된 상황을 초래할 것이다.

나노 기술을 활용할 수 있는 소수의 기술선진국들과 그렇지 못한 다수의 개발도상국 사이의 간격은 나노 기술의 발전 과정에서 점점 더 심화될 것이다. 그런데 국가 간의 기술력의 차이, 국가 간의 경제적 불평등은 언제나 존재하는 것이 아닌가? 나노 기술이 종래의 국가 간 불평 등을 심화시킬 것이라고 하지만 다른 기술들도 마찬가지가 아닌가? 나노 기술이 더욱 문제가 된다면 그것은 나노 기술의 이득이 다른 기술들보다 더 크다는 정도가 아닐까? 그 이상으로 나노 기술이 분배 불평등 문제와 관련해 더 크게 문제될 것이 있어 보이지 않는다.

그런데도 국가 간 나노불평등을 주장하는 사람들은 무엇을 말하려는 것일까? 아마, 모든 나 라가 기술로 인해 평등해져야 한다고 주장하지는 않을 것이 분명하다. 그런 사람들의 마음 속에 있는 생각은 아마도 나노 기술의 혜택을 국가 간에 공정하게 나누는 일이 필요하다 생 각일 듯하다. 그런 생각의 근거는 몇 가지로 생각해 볼 수 있다. 자연은 인류 공동의 유산이 라는 믿음을 바탕으로 나노 기술의 혜택을 소수 국가가 독점하는 것은 공정하지 않다는 주장 이 있을 수 있다. 이런 주장은 기술 발전으로 발생한 이득을 누가 가져야 하는가 하는 물음 에 대해 발생의 전환을 요구한다. 나노 기술의 혜택 독점을 불공정하게 보는 또 다른 측면은 그 기술의 위험이 국지적이지 않고 훨씬 광범위한 영역, 심지어 지구 전체를 영향권을 할 수 있다는 생각에 있다.

15 나노불평등을 문제 삼는 사람들의 또 다른 생각은 나노 기술에 대한 기대에 기초한다. 나노 기술은 빈곤과 질병 퇴치에 크게 기여할 것으로 기대되는 영역을 포함하고 있으며, 이런 기 술들이 개발도상국 국민들의 삶을 개선시키고 부국과 빈국 사이의 격차를 줄이는데 도움이 될 것이라는 희망을 사람들은 가지고 있다. 이런 희망을 가진 사람들은 나노 기술의 혜택이 소수 국가에 의해 독점되지 않기를 바라며, 나아가 그래야 한다고 말한다.

출처: 나노 기술, 우리에게 윤리적 철학적 질문을 던지다( 이상헌의 과학기술 속에서 윤리 읽 기) 발췌

나노 불평등에 대한 인식은 사람마다 달라서, 나노 기술의 성공으로 인해 발생하는 이득이 너무 커서 기술 분배 불평등을 심화시킬 것으로 생각하는 사람도 있고, 현재 경제적 불평등 이상으로 심화되지 않을 것이라고 생각하는 사람도 있다. 위의 글을 토대로 자신의 입장을 정하고, 그렇게 생각한 이유를 논리적으로 서술하여 보자.

나노 기술, 안전하게 함께 나눌 순 없을까?

나노 기술, 안전하게 함께 나눌 순 없을까?

나노 기술, 안전하게 함께 나눌 순 없을까?

학습 목표 나노 기술이 가지는 잠재적 위험성에 대해 인식하고, 이를 개선해 가는 제도적 노 력의 필요성을 인식할 수 있다. 나노 기술에 반대하는 사람들의 입장을 이해하고 이들을 설득하는 연설문을 작성할 수 있다.

다음은 황희 정승의 일화이다.

황희정승의 하녀 둘이 싸우다가 황희정승에게 와서 하소연하였다. 한 하녀가 자기의 사정 을 이야기 하자 황희 정승이 말하였다.

“네 말이 옳다.”

그러자 다른 하녀가 자기가 옳다고 주장하였다. 황희정승이 말하였다.

“네 말도 옮다.”

그 광경을 보고 있던 부인이 말했다.

“두 사람이 서로 반대의 이야기를 하는데 둘이 다 옳다고 하시면 어떻게 합니까? 한 사람 은 틀려야지요.”

그러자 황희정승은 말했다.

“당신 말도 옳소”

일화를 통해 다른 주장을 하는 사람들과 갈등 상황이 생겼을 때 대처하고, 해결하는 방법을 생각 하여 보자.

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활동1 나노 기술은 안전할까?

1.

다음은 나노 기술의 잠재적 유해성에 대한 자료이다.

대기 중 극미세먼지로 인한 인체영향 가능성이 밝혀지면서 제조된 나노물질의 안전성에 대한 의심이 증대되고 있다. 물론 오염물질이 복합적으로 흡착된 극미세먼지와는 다르게 제조나노 물질은 일정한 성분 구성과 구조를 유지해야 하는 고순도의 정밀물질이다. 때문에 안전성이 입증된 성분의 나노물질의 경우 예상되는 독성이 낮은 수준일 수도 있다.

그러나 인체 안전성이 입증된 은도 나노크기로 작아질 경우, 흡입 독성 가능성에 의문이 제 기되고 있는 것을 보면, 그 크기가 무한히 작아지면서 기존의 물성이 변형돼 새로운 독성이 나타날 수 있다는 점이 제조나노물질 독성의 특징이자 두려운 점이다.

제조나노물질의 유해영향은 작은 입자크기로 인한 세포막 투과능력 증가와 큰 표면적으로 인 한 높은 생체 반응력 뿐만 아니라 변화된 표면특성에 의한 생체 반응성 증가에 의해서도 유 발될 수 있다. 동물실험을 통해 탄소나노튜브의 폐, 소화기관 및 뇌로까지의 침입과 금나노입 자의 태반장벽 이동에 대한 가능성이 관찰됐다. 더 나아가 석면처럼 생체에 축적될 개연성마 저 제기되고 있다. 따라서 나노물질의 독성은 노출량과 성분도 중요하지만 입자의 크기, 모 양, 표면적, 표면활성 및 구조가 더욱 중요한 요소로 지적되고 있다.

제조나노물질로 인한 유해성은 독성과 더불어 제품생산 및 사용 후 환경에 배출됨에 따른 영 향도 고려해야 한다. 나노물질이 인체나 생태계 등 생명을 지닌 유기체에 미칠 수 있는 잠재 적인 영향과 폐기 후 공기, 물, 토양 등의 환경계에 미치는 영향은 아직 알려진 바가 거의 없 다. 제조나노물질은 크기가 작고 구조가 안정적이어서 환경 속에 오래 존재할 수 있고, 장거 리 이동 또한 가능하다. 수용성의 물질은 수서생물과의 반응이 유발될 수도 있을 것이며, 매 립이나 소각 시 토양이나 대기로 재배출 돼 또 다른 문제를 야기할 수 있다. 이러한 의혹들 은 앞으로 반드시 해결해야 할 중요한 부분이다.

출처: 신동천, 나노물질이 인체에 유해한 까닭

나노 물질의 유해성에 대한 글쓴이의 입장에 대해 간단히 서술하여 보자.

활동2 나노 기술의 잠재적 유해성

1.

나노입자의 크기로 인한 특성을 알기 위해 불용성인 나노 크기 ¹⁹²Ir을 서로 다른 크기(80nm, 15nm)로 랫트의 폐에 주입하였을 때 간으로 이동되는 비율을 나타낸 그래프이다.

간 에 있 는

192Ir

의 비 율

유지 일수

출처: 윤충식(2007), 나노입자에 의한 잠재된 건강상 위험과 보건학적 논점들

(1) 입자 크기와 간으로 이동한 비율은 어떤 관계가 있는 지 적어 보자.

(2) 공기 중의 나노입자가 신체 내부의 다른 기관까지 이동할 수 있을 지에 대해 서술하여 보자.

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2.

이산화티타늄을 다른 크기로 랫트에 노출시켰을 때 입자 질량에 따른 염증 발생 비율과 입자 표면적에 따른 염증 발생 비율을 나타낸 것이다.

염 증 발 생 비 율 (%)

염 증 발 생 비 율 (%)

입자 질량(㎍) 입자 질량(㎍) 입자 표면적(m²/m³) 출처: 윤충식(2007), 나노입자에 의한 잠재된 건강상 위험과 보건학적 논점들

나노입자의 독성을 나타낼 때 질량 기준, 표면적 기준 중 더 적절한 것이 무엇인지 자료를 근거로 서술하여 보자.

3.

미국의 독성물질규제법(Toxic Substances Control Act, 이하 TSCA)은 미국 환경보호국(EPA)에 화 학 물질 혹은 그 혼합물과 관련된 자료, 문서의 보존, 시험조건, 제한 등을 요구할 권한을 주는 법령이다. 현재 TSCA에서는 취급하는 나노물질이 기존화학물질과 화학구조나 조성이 같을 경 우 동일한 물질로 취급하기 있기 때문에 대한 많은 우려들이 있다. TSCA의 나노 물질에 대한 규제에 대해 우려하는 이유는 무엇인지 적어보자.

활동3 연설문 쓰기

나노 바이오 기술에 대한 최신 기술을 소개하는 포럼이 열리고 있는 어느 날, 포럼 장소 밖에서는 나노 바이 오 기술에 대한 예산 집행을 줄이도록 요구하는 집회가 열렸다. 나노 기술로부터 소외되는 사람들이 생기고, 나노 기술이 인간에게 미치는 잠재적 위험성이 있지만 나노 바이오 기술의 발달로 질병의 진단, 수술 등이 간편해지고, 저렴해지는 등 생활이 편리해지고 있으므로 나노 바이오 기술의 발전도 필요하다. 이 상황을 해 결하고 포럼을 성공적으로 마치기 위해 나노 바이오 기술의 발전에 대한 연설문을 발표하기로 하였다. 나노 바이오 기술의 순기능을 드러낼 뿐 아니라 나노 기술을 반대하는 사람들의 마음을 돌려 세울 수 있는 정책 을 포함하고 있는 연설문을 작성하여 발표해 보자.

다음은 흑인 인권 운동을 하던 마틴루터킹 목사가 1963년 8월 28일 링컨 기념관에서 한 연설문이다. 연설문 을 읽고, 내가 작성할 연설문에 대해 생각하여 보자.

언젠가는 불의와 억압의 열기에 신음하던 저 황폐한 미시시피주가 자유와 평등의 오아시스가 될 것이라는 꿈입니다. 나의 네 자녀들이 피부색이 아니라 인격에 따라 평가 받는 그런 나라 에 살게 되는 날이 오리라는 꿈입니다. 오늘 저에게는 꿈이 있습니다. 주지사와 인종차별주의 자들이 늘 연방 정부의 조처에 반대할 수 있다느니, 연방법의 실시를 거부한다느니 하는 말 만 하는 알라바마주가 변해서, 흑인 소년 소녀들이 백인 소년 소녀들과 손을 잡고 형제 자매 처럼 함께 걸어갈 수 있는 날이 오는 꿈입니다.

오늘 저에게는 꿈이 있습니다. 어느 날 모든 계곡이 높이 솟아오르고, 모든 언덕과 산은 낮아 지고, 거친 곳은 평평해지고, 굽은 곳은 곧게 펴지고, 하느님의 영광이 나타나 모든 사람들이 함께 그 광경을 지켜보는 꿈입니다. 이것이 우리의 희망입니다. 이것이 제가 남부로 돌아갈 때 가지고 가는 신념입니다.

1963년 8월 28일 링컨 기념관에서 마틴루터 킹 목사

연설문 작성 유의사항

1. 서론, 본론, 결론의 구조를 맞춘다.

(1) 서론: 얘기하고자 하는 내용과 배경 등을 설명하고 문제를 제기한다.

(2) 본론: 예시, 인용, 수치, 기대효과 등 모든 것을 총동원하여 자기가 전하고 싶은 메시지를 전달한다.

(3) 결론: 글 전체의 요점을 정리하거나 본론의 주장을 다시 강조한다.

2. 한 문장에는 한 가지 개념, 한 가지 사실만을 언급한다.

3. 지나친 수식어는 과감히 삭제하고, 최대한 단문으로 쓴다.

4. 접속사는 되도록 절제한다.

5. 근거를 제시한다.

6. 논박을 할 때는 상대방의 주장을 요약한 후, 그에 대한 반박을 하도록 한다.

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읽 을 거 리 1

나노 과학이란 무엇일까?

나노 기술(Nano Technology, NT)은 원자나 분자 정도의 작은 크기 단위에서 물질을 합성하고, 조 립, 제어하며 그 물질의 성질을 측정, 규명하는 기술을 말한다. 나노는 난쟁이를 뜻하는 고대 그 리스어 나노스(nanos)에서 유래한 말로 10억분의 1을 의미하는 단위에 해당한다. 물질의 크기가 나노미터 스케일로 작아짐에 따라 해당 물질이 벌크(bulk)한 크기에서 보이는 특성과는 다른 방향 으로 우수한 특성을 가지는 성질을 이용하여 여러 방면에 걸쳐 유용한 응용방법의 개발이 가능하 다. 나노의학이란 나노 기술을 활용하여 100nm 크기 이하의 다기능성 나노입자의 물적 특성을 의 학에 이용하는 것을 말한다. 미국, 유럽 등에서는 2000년대부터 나노 기술의 중요성을 인식하고, 나노연관기술 분야에서의 미래 산업 경쟁력의 우위확보 및 부가가치 극대화를 위해 장기적인 국 가종합계획을 마련하여 기술개발을 추진하고 있다. 국내의 경우 2001년부터 나노 기술 종합발전 계획과 나노 기술 개발촉진시행 법안을 수립하여 국가 차원에서 나노 기술의 연구개발을 육성할 수 있는 틀을 마련하였다. 이 중, 의학 및 생물학적인 관점에서 활용 될 수 있는 나노입자의 종류 는 매우 다양하게 존재하며, 나노입자의 크기 및 물적특성, 표면 처리 등에 따른 세포내 분포의 차이 등을 이용하여 다양한 분야로 개발이 가능하다. 그러므로 의료기술이나 연구방법의 개발에 나노 기술을 활용하기 위해서는 나노입자의 물리 화학적 특성을 정확히 파악하고, 적절한 입자를 선택하는 것이 필수적이다(Figure 1).

크기를 비롯하여, 표면의 성질 등 나노입자의 물리적인 특징은 결국 생화학적, 생리학적, 약리학적 용도에 따라 다양한 적용에 대한 기본적인 개념이 되기 때문에 나노입자를 응용하여 새로운 기술을 연구하기 위해 서는 입자의 물성에 대한 연구 또한 지속적으로 수행되어야하는 부분이다.

23 나노의학 기술을 실현함에 있어서 연구개발의 순서는, 우선 나노미터 수준의 물질이 가지는 여러 가지 화학적, 물리적, 생물학적 특성에 관한 복합적이고 심도 깊은 연구가 선행되어야 하고, 그 다음으로는 보다 효과적인 특성을 가지는 나노물질을 개발해야하며, 마지막으로 임상에 유용한 기술로 개발하기 위해서는 생화학적, 생리학적, 의학적인 연구가 복합적이고 다각적으로 진행되어 야 한다. 이러한 나노 기술이 의학적으로 응용되는 예로는 진단 및 치료용 등으로 약물이나 유전 자 등을 전달하는 기술이 대표적이며, 병원체를 탐지하거나 질환 특이적 마커의 표적화 기술에도 다양하게 접목시켜 볼 수 있다. 또한 나노물질의 물적 특징을 이용한 재생공학 및 조영제 등으로 의 활용도 가능하다(Figure 2). 보다 다양한 분류가 가능하겠지만 현재 중점적으로 연구되고 있는 나노의학기술은 주로 약물전달, 정밀탐지, 분자영상 및 재생공학 등으로 분류될 수 있으며, 각각 의 분야에서 상당한 수준의 기술향상을 이루어 영상이나 약물전달 등은 임상에 접근하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있으며, 재생의학이나 정밀탐지 분야도 최근 많은 관심을 받으며 급속히 연구가 진전되고 있다.

출처: 김영화, 홍기종, 나노 의학의 현황과 미래

읽 을 거 리 2

나노 불평등

심각한 경제적 불평등은 오늘날 자본주의 사회가 해결해야 할 가장 시급한 문제 가운데 하나이다.

만일 어떤 기술이 분배 문제를 크게 개선할 수 있다고 하면, 아마 사람들은 그 기술에 열광할 것 이다. 반대로 어떤 기술이 분배 불평등을 심화시킬 가능성이 있다면, 그 기술은 사람들로부터 환 영받기 어려울 것이다. 나노 기술은 바로 이런 기술일 가능성이 높다는 우려의 목소리가 있다. 아 마 나노 기술의 성공으로 인해 발생하는 이득과 혜택이 너무 크기 때문인 듯하다. 나노 기술로 인 해 야기되는 분배의 불평등을 나노 불평등(nano-divide)이라고 부른다.

나노불평등은 한 사회의 계층들 사이에서도 발생할 뿐만 아니라 국가 간에도 발생할 것이다. 나노 기술로 탄생한 혁신적 제품과 나노의학에 대한 접근성에 있어서 계층별 차이가 생기게 되면 계층 간 나노불평등이 발생할 것이다. 기술의 발전에 대한 사람들의 기대는 기술 발전으로 발생하는 혜 택이 모두에게 비교적 동등하게 분배될 것이라는 희망에 기초하고 있다. 하지만 나노 기술은 기술 발전의 혜택의 계층적 편향성과 그로 인한 사회 계층의 경직화를 불러올 가능성이 있다.

나노의학의 정밀 진단 및 치료 기술은 의료 서비스의 등급화를 불러올지 모른다. 나노의료 서비스 는 의료 비용을 크게 상승시킬 것이다. 특정한 나노의료 서비스가 특정 계층의 전유물이 되는 바 람직하지 않은 상황이 도래할 가능성도 있다. 특히, 나노의학이 치료 영역이 아니라 향상 (enhancement)의 영역으로 확대될 때 그런 일이 발생할 가능성이 있다. 신체적, 정신적 향상의 수 단으로 활용되는 나노의학은 해당 시점에서 개인의 경제적 수준이 추후의 사회적 계층을 결정하 는 중대 요인으로 작용할 가능성이 있다. 이런 상황은 경제력과 기술이 인간의 삶을 지배하고, 전 통적인 가치와 미덕을 압도하는 전도된 상황을 초래할 것이다.

나노 기술을 활용할 수 있는 소수의 기술선진국들과 그렇지 못한 다수의 개발도상국 사이의 간격 은 나노 기술의 발전 과정에서 점점 더 심화될 것이다. 그런데 국가 간의 기술력의 차이, 국가 간 의 경제적 불평등은 언제나 존재하는 것이 아닌가? 나노 기술이 종래의 국가 간 불평등을 심화시 킬 것이라고 하지만 다른 기술들도 마찬가지가 아닌가? 나노 기술이 더욱 문제가 된다면 그것은 나노 기술의 이득이 다른 기술들보다 더 크다는 정도가 아닐까? 그 이상으로 나노 기술이 분배 불평등 문제와 관련해 더 크게 문제될 것이 있어 보이지 않는다.

그런데도 국가 간 나노불평등을 주장하는 사람들은 무엇을 말하려는 것일까? 아마, 모든 나라가 기술로 인해 평등해져야 한다고 주장하지는 않을 것이 분명하다. 그런 사람들의 마음 속에 있는 생각은 아마도 나노 기술의 혜택을 국가 간에 공정하게 나누는 일이 필요하다 생각일 듯하다. 그 런 생각의 근거는 몇 가지로 생각해 볼 수 있다. 자연은 인류 공동의 유산이라는 믿음을 바탕으로 나노 기술의 혜택을 소수 국가가 독점하는 것은 공정하지 않다는 주장이 있을 수 있다. 이런 주장 은 기술 발전으로 발생한 이득을 누가 가져야 하는가 하는 물음에 대해 발생의 전환을 요구한다.

나노 기술의 혜택 독점을 불공정하게 보는 또 다른 측면은 그 기술의 위험이 국지적이지 않고 훨 씬 광범위한 영역, 심지어 지구 전체를 영향권을 할 수 있다는 생각에 있다.

나노불평등을 문제삼는 사람들의 또 다른 생각은 나노 기술에 대한 기대에 기초한다. 나노 기술은 빈곤과 질병 퇴치에 크게 기여할 것으로 기대되는 영역을 포함하고 있으며, 이런 기술들이 개발도 상국 국민들의 삶을 개선시키고 부국과 빈국 사이의 격차를 줄이는데 도움이 될 것이라는 희망을 사람들은 가지고 있다. 이런 희망을 가진 사람들은 나노 기술의 혜택이 소수 국가에 의해 독점되

25 나노 기술은 치료라는 의학적 목적을 넘어 인간의 신체적, 정신적 능력의 향상으로까지 목적이 확 대될 수 있다. 이 쟁점은 생명공학이나 신경과학 등의 분야에서도 제기되고 있지만 나노 기술은 이런 분야들과 결합하여 인간이 인간 자신의 몸에 적극적으로 개입하는 시대의 도래를 알릴 것이 다. 근대인의 자연지배의 열망이 이제 인간 자신에 대한 지배로까지 확대되는 시대를 기다리고 있 다.

자연지배의 맹목적 열망이 오늘날의 환경 파괴와 위기를 불러왔듯이, 인간성에 대한 지배욕은 또 다른 심각한 국면을 초래할 가능성이 있다. 인간 사회와 인류 문화를 발전시키고 유지해왔던 전통 적인 가치와 도덕은 인간 지식의 확장과 그로 인해 등장한 새로운 기술도 전면적인 반성의 요구 에 직면하고 있다. 인간의 본성, 개인의 정체성, 인간적 미덕, 숭고한 가치 등에 대한 관념은 변화 와 조정 과정 없이 전승되어 수용되지 않을 것이다. 나노 기술로 새롭게 무장한 몸과 마음 지닌 존재를 우리는 어떻게 이해해야 할까? 그들은 여전히 인간인가. 아니면 인간 이후의 새로운 종(a posthuman species)인가? 도덕성, 자율성, 미적 감각, 온갖 미덕 등 인간을 인간답게 만드는 것이 라고 여겨졌던 인간적 가치들은 언제나 가치 있는 것일까, 아니면 시대적인 한계를 지니는 것일 까? 나노 기술에 대한 미래 전망은 궁극적으로 ‘인간이란 도대체 무엇인가?’ 라는 심각한 철학적 질문은 우리에게 던져준다.

출처: 나노 기술, 우리에게 윤리적 철학적 질문을 던지다( 이상헌의 과학기술 속에서 윤리 읽기) 발췌

볼 거 리

과학기술의 양면성을 소재로 다룬 영화 모음

앤드류 니콜 감독의 1998년 개봉작, 가타카는 유전자 조작 기술의 발달로 유전적으로 완벽한 아이를 출산 할 수 있는 미래의 순간을 배경으로 한다.

정해진 유전 인자로 모든 가능성을 재단하고 인간의 가치를 결정짓는 사회. 그 속에서 영화는 자연 출생 으로 태어난, 유전적 결함을 지닌 주인공 빈센트를 통해 유전자 조작이라는 과학의 발전이 가져올 미래 에 대해 상상하고 고민하게 한다.

‘차이나 신드롬’은 원자력 발전소에서 일어날 수 있는 끔찍한 사고의 가능성을 경고하는 상징적인 표현이다. 원자로의 냉각장 치가 고장날 경우, 과열되면서 원자로 자체는 물론 원자로가 위 치한 땅까지 녹아내리게 된다. 이때, 서양 사람들의 입장에서 원자로의 열이 지구를 뚫고 지구 반대편에 위치한 중국에까지 전달될 것이라는 생각에서 나온 표현이다.

1979년 발표된 제임스 브리지스 감독의 이 영화는 제목처럼 원 자력 발전소의 사고 가능성을 다룬다. 원자로의 결함이 발견되 었는데도, 이를 은폐하고 증거를 조작하기에 급급한 기업의 모 습을 보여주면서 우리가 사용하는 과학 기술의 가져올 수 있는 재앙에 대해 경고하고 있다.

인간의 두뇌가 컴퓨터에 업로드될 수 있다면, 어떤 일이 벌어질 까? 월리 피스터 감독의 영화, ‘트랜센던스’는 이런 상상을 바탕 으로 한다.

주인공인 천재 과학자 윌은 인류가 출현한 이래 쌓아왔던 모든 지적 능력을 초월하고 자각 능력까지 갖춘 수퍼 컴퓨터인 트랜 센던스의 완성을 눈앞에 두고, 과학 기술의 발전에 반대하는 단 체의 공격으로 목숨을 잃는다. 윌의 연인, 에블린은 윌의 뇌를 컴퓨터에 업로드하여 그의 두뇌를 살리는 데 성공하게 된다. 인 간을 초월한 지능을 가진 그는 과연 행복한 삶을 살 수 있을 까? 영화는 감정을 잃은 천재 과학자 윌의 모습을 통해, 우리가 살아가는 세계와 인간다움에 대한 고찰을 시도하고 있다.

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친환경 나노 기술이란?

나노 기술이 발전함에 따라 나노 기술을 이용하여 공해를 줄이고, 자원을 보존하여 친환경적이며 지속가능한 사회를 만드는 데 관심이 모아지고 있다. 최근 미국이 발표한 보고서에 따르면, 나노 기술과 녹색 화학(Green Chemistry) 및 녹색 공학(Green Engineering)간의 결합이 21세기에 환경적 으로 지속 가능한 사회를 구축하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대했다. 이 보고서는 나노 기술 개발과정에서 자원을 보존하고 폐기물을 줄이면서 환경에 대한 영향을 최소화 할 수 있는 방법을 다루고 있다.

예를 들어 이산화규소와 철 산화물로 된 나노입자가 포함된 시멘트는 기존의 시멘트를 더 단단하게 만들 어 주고, 빠르게 굳게 해 준다. 때문에 같은 건물을 지을 때 적은 양의 시멘트로 건축이 가능하며, 시멘 트를 제조할 때 사용되는 막대한 에너지를 줄이는 효과가 있다.

머리카락 1만분의 1 굵기인 얇은 이산화규소 5% 와 95%의 공기로 이루어진 에어로젤은 일 반 단열재로 보다 훨씬 효율적이며 반투명하다.

에어로젤로 벽이나 창을 만들 경우 태양복사에 너지는 흡수하면서 실내의 열이 외부로 나가지 않도록 차단하는 하기 때문에 난방에 소모되는 에너지를 크게 줄일 수 있을 것으로 예상한다.

건물일체형 태양광 모듈(BIPV)과 에너지 생산 건물일체형 태양광 모듈(BIPV)은 건축물 외벽에 태 양에너지로 전기를 생산하는 장치를 말한다. BPIV는 별도의 설치공간이 필요하지 않고, 전기를 생산하는 곳과 소비하는 곳이 동일하기 때문에 전기를 송전 할 때 발생하는 전력손실이 적은 장점이 있다. 기존 의 태양전지는 매우 고가였기 때문에 큰 규모의 건 축물에 적용하기에는 비효율적이었지만 나노 물질 을 이용하면 태양전지의 비용을 줄일 수 있으며 투 명한 재질로 만들어 창문을 커버할 수도 있을 것이 다.

융 합 인 재 교 육 ( S T E A M ) 프 로 그 램

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․DNA 항암제를담아내다

․나노 DNA 항암 구조체 만들기

항암제 전달체, DNA 빌딩 블록 구조체

약물이 체내에 투여되면 혈액과 림프계의 운반 경로로 아픈 부위에 도달하고, 특정 수용체와 결합 하여 치료효과를 나타낸다. 자연에 존재하는 약효가 높은 약물은 생리활성은 높으나, 물에 대한 용해성이 낮아 바로 복용하기 어렵고, 원하는 부위에서의 흡수량은 극히 적다. 물에 잘 녹지 않는 고분자 물질을 물에 녹을 수 있는 구조체로 바꿔 약물의 흡수율을 높일 수 있는 것을 가용화기술 이라 한다. 이 가용화 기술에 이용되는 물질 중 하나가 DNA이다. 생체 내에 존재하는 DNA는 생 체 적합성이 높고 주변 환경에 대한 안정성 높아 물에 안 녹는 약물을 담을 수 있는 전달체로 주 목받고 있다. 또한 DNA에 있는 네 개의 염기는 상보적으로 결합하고, 그 결합이 정확해 한쪽 염 기만 주어져도 반대편에 있어야하는 염기를 예측할 수 있어 프로그래밍이 가능해 많이 연구되고 있다. 이번 활동에서는 DNA가 난용성 물질을 저장할 수 있는 이유를 구조적으로 이해하고, DNA 염기의 상보성을 이용하여 항암제를 담을 수 있는 나노 DNA 항암 구조체를 설계해보도록 하자.

DNA 나노필름 한 장으로 '암 꼼짝마’

출처 : http://www.dongascience.com/news/view/3793

31 학습 목표 혈액에 잘 녹는 약물의 구조를 이해하고, 혈액에 녹지 않는 약물을 혈액에 녹이기

위해 사용할 수 있는 방법을 고안할 수 있다.

“항암제가 몸에 들어가는 순간, 갑자기 머리가 너무 무겁다는 생각이 들었다. 귀가 멍멍해졌다. 머 리를 도저히 가눌 수가 없었고, 일어나려고 하자 온몸을 가눌 수가 없었다. 곁에 있던 어머니는 당황했다. 병원 간호사와 종양내과 의사에게 문의했지만 별다른 수가 없다고 했다.

항암부작용이 줄어든다는 믹싱을 하고, 진통제를 주사로도 맞고, 약으로 먹었다. 항암치료를 받는 기간에는 후각이 극도로 예민해졌다.“(출처 조선닷컴 건강한 생활)

항암제의 부작용으로 고통 받는 사람들이 많지만 항암제는 대부분 물에 잘 안 녹아 암세포를 죽 이기 위해서는 독성이 강한 항암제를 많이 먹어야 한다. 항암제를 적게 먹더라도 암세포를 줄일 수 있는 고효율의 항암제를 만들 수 없을까? DNA를 이용하여 항암효과가 클 수 있는 고효율 항 암 구조체를 만들어보자.

활동1 우리가 먹는 약은 물에 잘 녹을까?

1.

몸이 아플 때 치료하기 위해서 약을 먹거나 주사를 맞는다. 약을 먹거나 주사를 맞으면 약물은 혈액을 통해 특정 위치에 도달하여 특정한 수용기와 결합하여 우리 몸의 질병을 치료하게 된 다. 그런데, 먹거나 주사로 맞은 약물이 물에 잘 녹지 않는다면 어떤 일이 발생될까?

2.

우리가 자주 먹는 약은 물에 얼마나 녹을까?

1) 타이레놀, 소화제(훼스탈), 비타민 C 를 각각 막자사발에 넣고 갈아 가루 상태로 만든다.

(단, 막자사발은 각각 다른 것을 사용하거나 사용한 후에는 잘 씻어 약들이 섞이지 않게 준비한다.)

2) 6홈판을 글자가 쓰여진 A4 용지 위에 올려놓는다.

가 가 가

가

3) 가루 상태의 타이레놀, 소화제(훼스탈), 비타민 C를 6홈판의 윗줄에 각각 넣고 따뜻한 물을 넣는다.

4) 이쑤시개로 가루약을 저어 녹인다. 글씨가 보이는 정도를 비교하여 가루약이 녹는 상태를 확인한다.

타이레놀 소화제(훼스탈) 비타민 C

물에 녹였을 때

33

활동2 약을 물에 잘 녹게 하려면?

1.

물에 잘 녹지 않는(난용성) 약을 물에 녹게 하려면 어떻게 해야 할까? 물에 잘 녹지 않는(난용성) 약을 물 에 녹일 수 있는 방법을 고안해보자.

2.

약의 용해도를 높여보자.

1) <활동1>에서 가루약을 녹인 곳에 중성 세제를 10방울씩 떨어뜨리고 이쑤시개로 가루약을 저어 녹인다.

중성세제를 넣어 섞었을 때 더 잘 녹는가?

2) 다른 6홈판을 글자가 쓰여진 A4 용지 위에 올려놓는다.

3) 가루 상태의 타이레놀, 소화제(훼스탈), 비타민 C를 6홈판의 윗줄에 각각 넣고 올리브유를 넣어 녹인다.

타이레놀 소화제(훼스탈) 비타민 C

물에 중성 세제를 넣었을 때 올리브유에 녹였을

때

활동3 물에 잘 녹는 약의 구조는?

1.

타이레놀, 소화제(훼스탈), 비타민 C의 주성분과 각각의 구조를 조사해 용해도 실험에 대한 이유 를 알아보자.

타이레놀 소화제(훼스탈) 비타민 C

주성분

주성분의 구조

물에 대한 용해도를 구조로

설명하기

2.

혈액의 대부분은 물로 되어 있다. 약을 혈액에 잘 녹게 하려면 약은 어떤 구조를 가져야 할까?

3.

생리 활성이 높아 약효가 높을 것이라 예상되는 신약도 물에 대한 용해도가 낮아 이용하기 어 렵다. 난용성인 신약을 물에 잘 녹이기 위해 약을 어떤 구조로 만들어야 할까?

35 학습 목표 DNA의 빌딩 블록을 이루는 기본 분자들의 종류를 알고, 항암제를 만드는데 DNA

가 이용될 수 있는 이유를 DNA의 구조로 설명할 수 있다.

오른쪽 그림은 모자를 쓴 사람 블록이다. 모자를 쓴 사람을 만드는데 사 용한 조각 블록은 몇 종류인가? 블록의 종류가 많지 않아도 다양한 모양 을 만들 수 있는 이유는 무엇일까?(단, 모양이 같은 것이면 색이 다르더 라도 같은 종류의 블록으로 가정한다.)

활동1 DNA 빌딩 블록

다음은 DNA 이중나선 구조를 나타낸 것이다.

유전정보를 담은 DNA는 생체 안에서 보통 이중나선을 이루고 있다. 나선의 등뼈는 인산과 당이고, 나선 안쪽으로 4가지 염기(아데닌, 구아닌, 시토신, 티민)가 달려 있다. 이 염기의 순 서가 바로 생명체의 유전 정보다. 한쪽 가닥에 달린 염기가 다른 쪽 가닥에서 나온 염기와 수소결합을 통해 손을 잡듯 결합한다. 이것이 염기쌍이다. DNA 1g에는 염기(A, T, G, C)가 1021개 들어 있다. 이를 메모리로 환산하면 10억테라비트(Tb, 1Tb=10¹²b)에 해당하는 엄청난 정보량이다. DNA가 모여서 유전자를 만들고, 이 유전자가 우리 몸 속에서 필요한 명령을 내 린다.

<DNA 구조> <DNA의 화학적 구조>

그림 출처: http://libpdf.knue.ac.kr/

1.

DNA 빌딩 블록은 몇 종류의 분자들에 의해 이루어진다. DNA 빌딩 블록을 이루는 기본 분자들 은 무엇인가?

37

2.

뉴클레오티드의 사슬도 친수성기와 소수성기를 가진 일종의 계면 활성제라 할 수 있다. 뉴클레 오티드 사슬에 친수성기와 소수성기를 표시해보자.

< > < >

활동2 DNA 구조의 발견

다음은 DNA의 구조를 밝혀내는 과정에 대한 글이다.

DNA 구조 발견의 주요 인물은 총 5명으로 3팀으로 나누어진다. 첫 번째 연구팀은 캐번디쉬 연구소에 있었던 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이다. 시카고대학에서 생물학을 전공한 왓슨(J.

D. Watson)은 한 학회에서 윌킨스가 보여준 DNA의 X선 회절사진에 매료되어 X선 사진 해독 법을 배우고자 영국으로 가게 되었다. 영국 케임브리지 대학의 연구소에서 만난 연구자가 바 로 크릭(F. H. C. Crick)이다. 왓슨보다 12살 위인 크릭은 물리학을 전공한 후, 생물학으로 전 공을 바꿔 케임브리지 대학의 박사과정에 있었다. 크릭은 DNA의 구조 해명의 우선성을 아는 몇 안 되는 사람 중의 하나였다. 같은 연구실에 있게 된 왓슨과 크릭은 DNA 구조를 알아내 는데 의기투합하였지만 DNA 구조연구를 공식적인 자신들의 연구 과제로서 수행할 수 없었 다. 하지만 두 사람은 DNA 구조 파악은 유전학의 핵심 과제라고 공감했기 때문에 거의 매일 이 문제에 대해 자유롭게 토론했다.

두 번째 그룹은 킹스 칼리지에서 일찍부터 X선 회절 사진을 통해 DNA를 연구하던 모리스 윌킨스와 로잘린드 프랭클린이다. DNA 구조를 설명하기 위해서는 실제 세포의 핵 속에 DNA 가 어떤 모양으로 들어 있는지를 알아야 하므로 일찍부터 X선 회절 사진을 찍으며 DNA를 연구했던 윌킨스와 프랭클린은 DNA 구조를 규명하는데 가장 선두에 선 과학자라 할 수 있었 다. 하지만, 프랭클린은 윌킨스가 자신을 동료 연구자가 아니라 조수로 쓰고 싶어 하는 것으 로 오해를 했다. 프랭클린의 신중한 성격과 윌킨스의 소극적 연구 자세는 이 오해를 증폭시 켰고, 프랭클린은 X선으로 사진을 찍는 것과 해석하는 것에 윌킨스의 도움을 받을 수 없었 다. 또한 윌킨스는 공동연구자인 프랭클린의 사전 허락 없이 프랭클린이 찍은 회절사진을 왓 슨에게 보여주고, 논문으로 출판되지 않은 데이터들을 제공했다.

마지막 그룹은 당대 최고의 과학자로 칭송받던 미국의 물리학자 라이너스 폴링이다. 미국의 폴링과 코오리는 단백질의 알파 나선구조를 공동으로 해명했던 베테랑들로서 DNA구조도 공 동으로 연구하고 있었다. 코오리는 주로 X선 회절사진을 찍고 그것을 해석하는 일을 했으며 폴링은 화학적 결합을 염두에 두고 실제로 모형을 만들어 보았다. 이들은 언뜻 보면 환상적 인 공동연구로 보인다. 하지만 폴링은 코오리가 원자 간의 거리를 측정하기도 전에 삼중 나 선 가설을 서둘러 발표하였다. 폴링은 DNA의 염기를 중심으로부터 바깥쪽에 배치시켰고 인 산기를 안쪽에 배치시켜 서로 결합한다고 주장하였다. 결국 DNA 삼중나선 구조는 두 달도 못돼 폐기되었다.

왓슨과 크릭이 폴링의 DNA 삼중나선 구조에 대한 이야기를 들었을 때, DNA 삼중나선 구조 가 옳다고 생각하였다. 그러나 왓슨이 DNA 삼중나선 구조에 대한 생각을 프랭클린과 윌킨스 에 전했을 때, 프랭클린은 음전하를 가진 인산기들이 DNA 분자 중심에 위치하는 것과 분자 가 너무 촘촘하게 되어 있는 것을 문제점으로 지적하였다.

39 자신의 X선 회절사진과 일치하지 않는 점을 지적한 것이다. 이때 왓슨은 윌킨스로부터 프랭 클린이 찍은 X선 회절사진을 얻게 되었다. 이 사진에서 결정적 단서를 얻은 왓슨은 DNA 이 중나선 모형을 만들었다. 이것이 바로 1953년 왓슨이 과학저널 <네이처> 논문을 통해 밝힌 DNA 이중나선이다.

<네이처> 논문을 통해 밝힌 DNA 이중나선 모형은 과학자 공동체에 어떻게 수용되었을까?

왓슨과 크릭은 이중나선 모형을 프랭클린과 윌킨스에게 검증을 받는다. 그리고 프랭클린과 고슬링, 윌킨스와 스톡스는 1953년 4월 25일자 ‘네이처’에 왓슨과 크릭의 논문에 이어 이중 나선 모형을 지지하는 논문들을 함께 실었다. 또한 폴링은 밀도 데이터를 잘못 해석하였고 좋은 품질의 X-ray 회절 사진을 얻지 못하는 등 DNA 구조를 밝히는 과정에서 실수한 부분들 을 인정했다. 이런 수용 과정에서 캘리포니아 공대의 물리학자 델브뤽(M. Delbruck)의 배려는 매우 중요한 역할을 했다. 그는 왓슨과 크릭의 논문 세 편을 콜드 스프링스 하버 심포지엄에 서 270명의 학자들에게 회람 시켰으며 왓슨이 그들 앞에서 강의를 할 수 있도록 주선 해주었 다. 이런 배려로 인해 왓슨과 크릭 모형은 공개적으로 전문가들 사이에서 급속히 확산될 수 있었다.

1.

폴링이 제시한 DNA 구조와 왓슨과 크릭이 제시한 DNA 구조의 차이를 간단히 비교해 보자.

전체 모양 인산기와 당으로

이루어진 골격의 위치 염기의 위치 폴링

왓슨과 크릭

2.

DNA 구조를 연구했던 세 개의 연구실 중 한 연구실을 만평으로 나타내보자.

★ 만평이란? 일정한 주의나 체계없이 생각나는 대로 만화의 형식으로 비평함

출처 : 네이버 국어사전

☞ 만평 그리는 법

나타내고자 하는 글의 주장을 생각한다.

글의 내용과 어울리는 그림을 그린다.

일반적으로 1컷으로 나타내되, 필요하다면 여러 컷으로 나타낼 수 있다.

41 미시적 환경이 다르기 때문이다. 공동연구를 할 때 공동 연구자들이 우선적으로 가져야할 품성 이 무엇일지 모둠원과 토의해서 적어보자.

경계심 공 경 경 청 환 대 진실성 감 사 지 혜

유용성 겸 손 자 선 솔 선 검 약 후 함 포용력

담대함 기 쁨 조심성 정 의 믿 음 성 실 성 융통성

자 비 충 성 만 족 온 유 끈 기 절 제 열 심

창의성 순 종 과단성 정 돈 분별력 책 임 감 신중함

존경심 인 내 믿음직함 설 득 자원력 안 정 민감성

결단력 시간엄수 근 면 용 서 온순 덕 성 철저함

49 품성의 정의 출처 : http://kr.iblp.org

활동3 항암제를 담은 DNA

1.

다음은 DNA 필름에 항암제를 접목시킨 기술에 대한 내용이다.

최근 항암치료는 암의 진행과정이나 치료과정에 따라 항암제의 양과 속도를 조절함으로써 환 자의 고통을 최소화하는데 초점이 맞춰지고 있다. 이에 따라 많은 연구자들이 환자 맞춤형

‘스마트 항암제 전달체’ 개발에 집중하고 있는 추세다.

중앙대 화학신소재공학부 홍진기 교수팀은 DNA를 이용해 항암제의 방출양과 속도를 제어할 수 있는 나노필름을 만드는 데 성공했다. 연구팀은 이전까지 구형 구조체로만 만들어졌던 항 암제 전달체를 DNA를 이용해 평면형태의 나노필름으로 만들었다. 평면인 만큼 입체 형태인 구체보다 대량 제조가 훨씬 쉬워졌다. 이와 함께 알파벳 X, Y자 등 DNA 가닥 형태를 달리해 그 안에 담은 항암제 방출 양과 속도를 조절하는 데도 성공했다.

DNA 나노필름 한 장으로 '암 꼼짝마’

출처 : http://www.dongascience.com/news/view/3793

1) DNA에 항암제를 담은 있는 원리는 무엇인가?

2) 항암제를 담은 DNA 구조체에서 DNA는 어떤 역할을 하고 있는가?

3) DNA 항암 구조체의 장점은 무엇일까?

43 학습 목표 상보적 결합을 이해하여 난용성 약인 항암제를 저장할 수 있는 DNA 구조체를 만

들 수 있다.

활동1 DNA 빌딩 블록으로 만든 기호

1.

하버드 연구팀은 DNA 외가닥을 이용해 대략 100 나노 미터 크기의 다양한 나노 글씨들을 만들 어 발표하였다.

합성DNA 조립해 글자와 이모티콘을 그리다

출처 : http://scienceon.hani.co.kr/33001

위에서 만든 나노글씨들은 DNA를로 기본 블록을 설계하여 각 구조체들을 연결을 한 것이다.

아래의 4가지 다양한 도형들은 4가지 기본 블록들을 이용해 만들 것이다. 이처럼 기본이 되는 블록을 만들어 연결하면 다양한 글씨와 도형을 만들 수 있다는 것이 기본 원리라 할 수 있다.

1) DNA로 기본 도형이 되는 기호를 만들어보자.

표 왼쪽의 간단한 구조를 만들려고 할 때, 골격에 있어야하는 염기의 종류는 무엇일까? 골격에 해당하는 염기를 그려 넣어 기호를 완성해보자.

기호 DNA로 만든 기호 DNA 설계도

ATCGATCG T

2) 모둠원들과 협력하여 아래와 같은 구조를 만들고, 네모 안쪽에는 어떤 물질이 들어갈 수 있 을지 예상해보자.

구조 DNA 염기 설계도 네모 안쪽에 들어갈 수 있는 물질은?

45

활동2 나노 DNA 항암 구조체를 설계해보자.

“항암제가 몸에 들어가는 순간, 갑자기 머리가 너무 무겁다는 생각이 들었다. 귀가 멍멍해졌다. 머 리를 도저히 가눌 수가 없었고, 일어나려고 하자 온몸을 가눌 수가 없었다. 곁에 있던 어머니는 당황했다. 병원 간호사와 종양내과 의사에게 문의했지만 별다른 수가 없다고 했다.

항암부작용이 줄어든다는 믹싱을 하고, 진통제를 주사로도 맞고, 약으로 먹었다. 항암치료를 받는 기간에는 후각이 극도로 예민해졌다.“(출처 조선닷컴 건강한 생활)

항암제의 부작용으로 고통 받는 사람들이 많지만 항암제는 대부분 물에 잘 안 녹아 암세포를 죽 이기 위해서는 독성이 강한 항암제를 많이 먹어야 한다. 항암제를 적게 먹더라도 암세포를 줄일 수 있는 고효율의 항암제를 만들 수 없을까? DNA를 이용하여 항암효과가 클 수 있는 고효율 항 암 구조체를 만들어보자.

1.

항암제를 적게 먹으려고 한다. 그때 어떤 문제가 발생할까?

2.

고효율 항암제가 갖추어야 할 조건은 무엇일까?

3.

DNA는 주변 환경(pH, 온도 및 빛)의 변화로 DNA의 가닥이 풀려 약물을 방출시키는 성질로 항암 구조체로 개발되고 있다.

1) 항암제를 DNA 염기 사이에 넣기 위해서 항암제를 어떤 크기로 만들어야 할까?

2) 나노 DNA 항암 구조체의 장점은 무엇일까?

3) 나노 DNA 항암 구조체를 설계해보자.

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DNA 오리가미

(1) DNA 나노기술 : DNA를 생명활동에서 유전적 정보를 전달하는 전달자로서의 역할이 아닌 하나 의 물리적 재료서 사용하는 기술 분야, 좁은 의미에서 DNA를 다루지만 넓게는 이와 동일한 원 리를 이용하여 RNA나 PNA를 다루어 핵산 나노기술(nucleic acid nanotechnology)라고 불리기도 한다.

- 목표 : DNA가 가지고 있는 주요 특성인 분자인식(molecular recognition)과 핵산의 특징을 이용 하여 새로운 물질을 만드는 것

(2) DNA 오리가미

- 개요 : 오리가미는 종이접기란 뜻으로 7000여개의 염기 길이의 DNA 단일가닥으로 된 한 바이 러스의 게놈을 주재료로 원하는 모양의 면을 한 줄로 채우게 한 후, 그 상태를 고정하기 위해 상보적 결합을 할 수 있는 짧은 DNA 가닥을 넣어 이중가닥을 형성하게 하여 나노 구조물의 형상을 만드는 것

- 2006년에는 Caltech의 Rothemund가 M13 박테리오파지에서 추출한 M13mp18 (7249 NT) 이라는 환형 단일가닥 (single-stranded, ss) DNA 를 scaffold로 이용, 단순히 수백 개의 짧은 올리고 스 테이플 (staples)들과 섞어 가열했다가 천천히 식혀줌으로써 (thermal annealing) scaffold를 프로 그래밍한 대로 접어 정밀한 구조를 만드는 DNA origami를 발표하여 기존의 디자인 이론과 구 분되는 커다란 변화를 이끌어 냈다 (그림 1)

<그림 1> DNA 나노구조의 자기조립의 대표적인 방법과 그 예. (A) 일반적으로 DNA origami 기 술은 길다란 환형 ssDNA scaffold와 상보적인 다수의 올리고를 섞어 20 nm 이상의 구조체를 조립한다. 그림: http://cadnano.org (B) 그 밖에 DNA 나노기술은 올리고들을 사용하여 상대적으 로 작은 20 nm 이하 구조체나, 반복적인 구조 (periodic structure) 를 만드는데 유리하다.

<출처 곽민석, DNA 나노기술 및 소재의 기초와 생물리학적, 생의학적 응용, BRIC View 동향리포트>

읽 을 거 리 2

약물 흡수 촉진 기술

(1) 약물전달시스템 (DDS; Drug Delivery System): 전달 약물을 효율적으로 전달함으로써 부작용을 줄이고 효능 효과를 극대화시켜 필요한 양의 약물을 효율적으로 전달할 수 있도록 제형을 설 계하고 약물치료를 최적화 하는 기술

(2) 약물흡수촉진 기술 ; 약물의 흡수를 진하고 투여경로의 다양화를 통해 생체이용률을 향상시키 는 기술

- 위장관내 안정화/흡수능 향상기술: 위장관내 안정성 및 흡수증대 기술, 소장 점막 중 약물대사 효소 활성 조절, 장관내 microflora에 의한 약물대사 조절을 통하여 약물의 흡수를 촉진하는 기 술

- Transporter 이용기술: 약물 수송계를 목적에 맞게 이용함으로써 원하는 흡수율과 체내 동태를 가지는 약물을 선택하는 기술

- Nano/micro 입자이용 흡수촉진기술: 약물의 미세분말화 또는 약물을 함유하는 nano 또는 micro 크기의 수송체를 제조하여 약물의 흡수를 촉진시키는 기술

- 난용성 약물 가용화 기술: 계면활성제 또는 고분자 물질들을 사용하여 난용성 약물의 용해도를 향상시켜 흡수 및 생체이용률을 증대시키는 기술

- 단백성 약물 흡수촉진기술: 단백성 약물의 Pegylation에 의한 안정화 개선, 생체반감기 증가, immunogenecity 감소, 경구용 펩타이드 제형 개발 등을 통한 흡수 촉진에 따라 생체이용률을 증대 시키려는 기술

출처 : 손은수, 난용성 약물제어 약물전달시스템의 개발동향, KISTI 한국과학기술정보연구원 이지은(2011), 약물 전달 시스템-소아내분비 영역과 관련하여, 대한소아내분비학회지,16(1)

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DNA에 관련된 영상 자료 모음

1. DNA에 숨은 여성과학자

http://clipbank.ebs.co.kr/clip/detl/selectClipDetail;jses sionid=rgWHYhjCJip4aPgLsvl5WmR8uCxVJyxf8702a WTD4ohSwt8zOYF2vkn2RQbtXNPD.eemwas02_ser vlet_engine4?subType=50000002&subMenu=500004 44&subList=50000794&typeId=1&clipId=VOD_201404 23_A0013

영상 시간: 3분 56초

로잘린드 프랭클린이 DNA 이중나선 구조를 알아내는데 결정적 영향을 준 X선 회절 사 진을 찍는 과정을 알려주는 간단한 영상이 다.

2. 공감의 시대, 왜 다윈인가-1강 소통 #3

https://www.youtube.com/watch?v=jwpZMXm1pIQ

영상 시간: 9분 3초

1962년 노벨 생리의학상을 수상한 제임스 왓슨과 프란시스 크릭, 모리스 윌킨스의 숨 겨진 일화를 통해 소통의 중요성에 대해 알 아본 최재천 교수님의 강의이다.

3. DNA 이중 나선 구조

http://clipbank.ebs.co.kr/clip/detl/selectClipDetail?sub Type=50000002&subMenu=50000003&subList=50000 215&typeId=1&clipId=VOD_20111030_00106

영상 시간: 5분 44초

DNA 구조를 영상으로 DNA의 구조를 보이 기 위한 도입자료로 유용하다.

또한 DNA 나선 구조를 알아내는데 결정적 역할을 한 프랭클린의 X선 회절 사진을 얻 어내는 과정을 보여준다.

행 복 거 리

신약개발연구원

1. 관련 학과 : 생명공학과 , 생명과학과 , 생화학과 , 유전공학과 , 화학공학과

2. 하는 일

새로운 의약품을 개발하기 위하여 생명체에 특별한 작용을 가지는 화합물(두 가지 이상의 원소가 화학 변화를 통하여 만들어진 물질)을 발견하고, 원리에 기초하여 후보 화합물을 설계하고, 실제로 합성하여 화합물의 생리활성(생체기능이나 활동)을 확인한다.

항바이러스계 신약, 화학요법제 및 의약품 원료, 중간체합성(복잡한 화학구조를 갖고 있는 합성 의 약품의 주성분 제조) 등에 관하여 연구·개발한다.

항생물질(미생물에 의해 만들어진 물질로서, 세균이나 기타 미생물을 파괴하거나 발육을 억제하는 물질), 생리활성물질(생물이 삶을 영위함에 있어서 생체의 기능을 증진시키거나 억제시키는 물질), 생화학제제(강력하게 면역계의 작용을 억제시키는 물질), 화학요법제(병원미생물이나 새로운 생물 에 선택적으로 직접 작용해 효과를 나타내는 약물) 등을 분석하여 새로운 의약품을 연구·개발한다.

3. 적성과 흥미

생물학 및 자연과학 전반에 대한 지식을 가지고 있어야 하며 자연법칙과 과학적 연구방법을 이해 하고 적용할 수 있는 논리력, 추리력, 관찰력 등이 요구된다.

새로운 것에 대한 탐구정신과 호기심이 요구되며 장시간의 실험과 분석을 견뎌낼 수 있는 인내심 과 꼼꼼함, 세밀함이 요구된다.

생명체와 생명현상에 관심과 열정을 가지고 있어야 한다.

탐구형과 현실형의 흥미를 가진 사람에게 적합하다.

참조: 커리어 넷

51 프로그램 개발진

연 구 원 전경아 영림중학교

연 구 원 성혜숙 연북중학교

연 구 원 김동건 선린중학교

연 구 원 박명순 태릉고등학교

연 구 원 지재화 청담고등학교

연 구 원 김태은 세종과학고등학교 보 조 연 구 원 이성균 서울대학교

편 집 조은화

주관연구기관명 서울대학교

주 소 서울 관악구 관악로 1

서울대학교 사범대학 13동 204호 물리화학연구실

대 표 전 화 02-880-9258