60년 생물학 난제 수학으로 생명을 구한다 카이스트 김재경 교수

오늘은 유퀴즈 268회 편을 수학으로 생명을 구한다 수명 계산 월요병 암치료까지 카이스트 수리과학과 교수 김재견님편을 가지고 왔습니다.

 

“김재경 교수, ‘60년 생물학 난제‘ 생체 시계 작동 원리 풀었다”

“수학 모델로 불안정한 수면 원인 밝혀내”

생체 시계 뿐만 아니라

암 환자 치료 시기

인간의 수명 계산

다양한 생명의 비밀을 푸는 수학자를 찾아서

 

수학으로 생명을 구한다!

카이스트 수리과학과 교수 김재경

 

▶ 첫 번째 유퀴저 : 김재경

 

 

▣ 연구하고 계신 수리생물학은 무엇인가요?

허준이 교수님이 수학을 통해 난제를 해결한다면 저는 수학으로 생명을 연구하는 사람!

의학 문제를 풀고 있습니다.

 

▣ 한 눈에 수리생물학을 이해할 수 있는 수학 법칙?

‘피보나치수열’

 

 

▣ ‘피보나치수열‘이 생명과 어떤 관련이?

새끼 토끼 암, 수 한 쌍이 있을 때

 

 

토끼로 보면 어려운데 숫자로 보면 훨씬 쉽게 규칙들이 보이는 거죠.

생물적 현상을 숫자로 표현한 것이 ‘수리생물학’

특히, 생명과 밀접하게 맞닿아 있는 ‘피보나치수열’

 

 

그러나 숫자가 높아질수록 어려워지는 예측

하지만 컴퓨터를 이용하면 쉽게 계산 할 수 있고 어떻게 증가할지 예측도 가능

 

▣ 최근 수리생물학에서 화두가 되고 있는 것?

요즘 연구하고 있는 분야가 ‘생체 시계’

보통 몇 시에 주무시고 일어나시나요?

12시안에는 무조건 자고 보통 일어나는 시간이 6시~7시

만약 시계가 없는 깜깜한 동굴에 갇혔다고 한다면 어제 잤던 시간이랑 비슷하게 주무실 거예요. 한 달동안 그게 유지가 돼요.

수면을 유도하는 ‘멜라토닌’이 일정한 시각에 분비가 됩니다.

그런데 ‘멜라토닌’은 어떻게 시각을 알고 분비될까?

뇌 안에 시계가 있습니다.

시교차 상핵에 있는 ‘생체 시계’

생체 시계를 통해 일정한 시간에 멜라토닌을 분비

사람마다 좀 다른데 생체 시계가 빠르면 아침형 인간, 생체 시계가 느리면 저녁형 인간

아침형 인간과 저녁형 인간이 평생 고정 되는 것은 아니고 나이에 따라서 바뀝니다.

모든 포유류가 다 그런데 사춘기가 되는 순간 저녁형으로 바뀌어요.

 

 

▣ 월요일이 유독 피곤한 이유?

생체 시계를 건강하게 유지할 수 있는 원리는 간단합니다.

해가 떠 있을 땐, 빛을 보고 해가 없을 땐, 빛을 안 보기

눈으로 들어온 빛 정보가 생체 시계로 들어가는데 들어오는 빛 패턴이 바뀌면 생체 시계 조절 버튼이 움직이고 그렇게 시차가 생깁니다.

평일에는 어절 수 없이 규칙적으로 생활하는데 금요일 밤이 되는 순간 늦게 자고 늦잠을 자고

생각을 해보면 평소 보다 3~4시간 늦게 자고 늦게 일어나는 게 어떤 행위냐면 북경에 간 거랑 똑같아요. 주말 동안 몸에 시차를 만든 셈

억지로 바뀐 시차 때문에 월요일은 힘들다.

(불규칙함에서 오는 피곤함)

주말에도 규칙적으로 살면 월요병이 덜하다

 

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▣ 낮밤이 바뀌면 생체 리듬에 영향을 클 거 같은데?

시차는 몸에 안 좋은 거거든요.

교대 근무하는 사람들은 시차가 매주 발생해서 일상적으로 사는 분들은 어떻게 자면 컨디션 좋은지 알아요. 그런데 교대 근무 하시는 분들은 몰라요.

교대 근무를 하는 분은 매일 필요로 하는 수면량이 달라요.

보통 6~7시간인데 교대근무하시는 분들은 잠드는 시간도 매번 다르고 수면했던 기록들이 복잡하기 때문에 4~5시간 자도 충분한 날도 있고 어떤 날은 8~9시간 자야 되는 날이 있는데 그걸 알 수가 없으니까 저희가 지금 수학적으로 하는 일이 뭐냐 하면 수면 패턴을 매일 분석해서 얼마나 자면 되는지 연구를 해서 몇시간 주무시면 되는지 이야기해주는 앱 개발을 마쳤습니다. 학교 이름으로 나오는 무료 앱!

 

▣ 2017년 노벨생리의학상 수상자도 풀지 못한 60년 난제를 해결했다고?

 

 

뇌에는 생체 시계가 있다고 했잖아요.

거의 모든 생명체에 있는 생체 시계

온도가 변하면 분자 활동 속도가 바뀌어요.

온도가 오르면 빨라지는데 생체 시계는 온도가 변해도 안 빨라져요.

 

60년 난제 생체 시계는 왜 온도에 영향을 받지 않는가?

1950년에 이미 알려졌었는데 왜 그런지는 몰랐어요.

수학을 이용해서 예측을 했고 몇 년간 실험을 통해 밝혀냈어요.

 

 

▣ 수학으로 인간의 수명을 알 수 있다?

아마존 창립자 베이조스가 연구소를 만들었는데 알토스 랩이라고 그 연구소에서 저 같은 수학자를 많이 고용했어요.

 

 

제 친구들이 많이 있는데 그 친구한테 뭐 연구하는지 물어봤는데 기밀이라고 안 가르쳐줘요 작년에 첫 연구가 나왔는데 어떻게 하면 사람의 수명을 예측하고 지금 수명이 몇 년 남았는지 확인 할 수 있는지

이걸 관리를 하느냐에 따라서 실시간으로 수명이 바뀌기도

 

▣ 오전, 우후에 복용 시간에 따라서 약 효과가 다르다?

아침, 저녁 복용에 따라서 3배까지 차이 나기도

생체 리듬이 24시간 주기로 바뀌다 보니까

지금 어떤 상태냐에 따라 약 효과가 다른 거예요.

많은 약에 이런 원리들이 있더라고요

그래서 최근에 서울대병원하고 항암치료와 생체 시계 사이의 인과 관계를 밝혀내기도

 

▣ 독심 백신 맞을 때

예방접종은 몸에 항체를 만들기 위해 하는데

오전에는 항체가 많이 증가하고 오후에는 항체가 적게 증가합니다.

그래서 독감 백신은 오전에 맞는 게 효과가 더 좋다

그 차이는 나이가 많아질수록 늘어납니다.

나이가 어리면 언제 맞아도 큰 상관이 없고 나이가 있는 사람은 오전에 백신 맞는 게 조금 더 좋다

 

이것도 일반화 할 수 없고 연령대에 따라서 다르다

 

 

▣ 생명과 관련된 다양한 연구를 하고 있는 교수님

수학은 거의 모든 분야에 들어가 있습니다.

서울에 몇 시에 도착할지 예측해주는 것, 주식을 어떻게 투자해야 수익률이 더 높을지 예측해주는 것. 이런 모든 예측에 고등학교 때 배운 미적분학이 있는 겁니다.

대부분 사람들이 고통 받았던 수학 공부가 쓸모 있는 일이라는 걸 얘기하고 싶었고요.

특히 수리생물학은 인간이 꿈꾸는 최종 행복에 관한 것!

어떻게 하면 건강하게 잘 살 수 있는지 도와주는 학문

 

 

◉ [유퀴즈 문제1]

이것은 원래 두 나무를 자른 뒤 연결해 하나의 나무로 만드는 기술입니다. 흔히 서로 다른 현상을 연결시킬 때 이것에 비유하는데, 이것은 무엇일까요?

 

[정답] 접목

 

지금까지 읽어주셔서 감사합니다.

다음에도 재미있는 포스팅으로 돌아오겠습니다.

좋은 하루 보내세요.