기사를 읽어드립니다Your browser does not support theaudio element.0:00클립아트코리아 광고 강석기 | 과학칼럼니스트광고 인공지능(AI) 시대가 되면서 에너지의 중요성을 실감하고 있다. 그래서인지 그동안 찬반이 팽팽했던 원자력발전 확대에 대해서도 불가피한 게 아니냐는 게 요즘 분위기다. 반도체 강국이라 인공지능 기반 체계로 전환하는 건 별문제가 없겠지만 이를 제대로 운영할 에너지가 부족할 수 있기 때문이다. 흥미롭게도 생물학 분야 역시 에너지를 주목하고 있다. 그동안 게놈이나 단백질체 같은 생명정보 분야만 중시하다 보니 생명 현상 전반에 대해 제대로 이해하지 못하고 있다는 것이다. 생명 현상에는 정보보다 에너지의 관점에서 들여다봐야 답이 나오는 경우가 많다.광고광고 예를 들어 ‘동물은 왜 광합성을 하지 않는가?’라는 물음에 유전 정보의 관점으로는 마땅한 대답이 떠오르지 않는다. 그런데 에너지 관점에서 명쾌하게 설명할 수 있다. 동물 피부 표면적에서 일어나는 광합성으로 얻는 에너지는 미미한 수준으로 별 도움이 되지 않기 때문이다. 최근 학술지 ‘셀’에는 동물의 눈에 식물 엽록체의 조직을 넣어 광합성이 일어나게 만든 싱가포르와 중국 공동연구자들의 연구 결과가 실렸다. 에너지의 관점에서 동물의 광합성은 의미가 없는데 하물며 눈에서만 광합성을 하는 게 무슨 소용이 있을까.광고식물의 세포소기관인 엽록체(chloroplast)에서 일어나는 광합성은 빛의 필요 여부에 따라 두 단계로 나뉜다. 먼저 빛 에너지가 필요한 명반응은 틸라코이드(thylakoid)에서 일어나고 환원제(항산화제)인 NADPH와 연료(에너지)인 ATP를 만든다. 빛이 필요 없는 암반응은 스트로마(stroma)에서 일어나 이산화탄소(CO₂)로 포도당(glucose)을 만든다.(오른쪽) 싱가포르와 중국 공동연구자들은 시금치 엽록체에서 틸라코이드를 추출해 만든 나노입자 리프(LEAF)를 각막(cornea) 상피세포에 넣어 명반응으로 NADPH를 만들어 쥐의 안구건조증을 치료하는 데 성공했다.(왼쪽) ‘셀’ 제공 광합성은 두 단계로 이뤄진다. 먼저 명반응으로, 빛 에너지가 물분자를 쪼개 전자와 양성자로 바꾸고 부산물로 산소가 나온다. 이때 NADP+라는 분자가 전자를 받아 NADPH로 환원되고 양성자의 에너지로 ATP(아데노신3인산)라는 생체연료분자가 만들어진다. 다음은 빛이 필요 없는 암반응으로, NADPH와 ATP가 작용해 이산화탄소를 환원시켜 포도당을 만든다. 엽록체에서 명반응은 틸라코이드라는 조직에서 일어나고 암반응은 스트로마에서 일어난다. 연구자들은 시금치의 엽록체를 조심스럽게 깨서 틸라코이드만 분리해 나노입자로 만들었다. 이들의 관심은 광합성 명반응의 산물인 NADPH이기 때문이다. 영어 잎과 같은 철자의 약자인 ‘리프’(LEAF)라고 명명한 나노입자를 담은 안약을 눈에 넣으면 리프가 각막상피세포 안으로 들어가고 빛이 있으면 광합성 명반응이 일어나 NADPH가 만들어진다. 물론 동물세포에서 광합성 명반응이 일어나는 걸 보여주기 위해 이 실험을 한 건 아니다. 스마트폰이 보급되면서 오늘날 지구촌 인구의 20%인 15억명이 넘는 사람이 안구건조증으로 고생하고 있다. 안구건조증은 눈물샘이 제대로 기능하지 못해 생기는 증상인데, 산화 스트레스로 인한 만성 염증이 원인이다. 이를 분자 차원에서 들여다보니 각막상피세포가 항산화제인 NADPH를 제대로 만들지 못한 결과였다. 이때 리프 안약을 넣어주자 광합성으로 NADPH가 만들어지면서 활성산소종의 농도가 떨어지고 염증이 완화됐는데 그 효과가 기존 안구건조증 치료제보다 컸다. 게다가 동물 실험에서 특별한 부작용도 없었다. 리프 안약은 영하 80도에서는 1년 이상, 상온에서도 2주 이상 안정한 상태를 유지하고 세포 안으로 들어간 리프 나노입자도 8시간 이상 광합성 능력을 잃지 않아 하루 두번 넣는 안약으로 쓸 수 있다는 것이다. ‘그러면 눈이 초록색이 되나?’ 이런 의문이 드는 독자도 있을 텐데 어차피 각막 아래에는 홍채가 있어 영향이 제한적이다. 특히 홍채가 짙은 갈색인 동아시아인들에게는 차이가 나지 않을 것이다.