생명과학 교과서는 살아있다

▣ 출판사서평

고등학교 생물교과서와 생명공학을 연계한 참신한 기획! 국가대표급 생물공학 교수들이 안내하는 생물공학의 놀라운 신세계

주목나무의 탁솔을 이용해 항암치료제를 만든 유영제 교수(서울대학교), 후각수용체와 나노센서를 융합해 인간의 후각과 유사한 기능을 하는 바이오 전자코를 개발 중인 박태현 교수(서울대학교), 세계 최초로 홍합접착단백질을 비밀을 캐내어 의료용 세포접착제의 대량생산에 성공한 차형준 교수(포항공과대학교), 바다에서 얻을 수 있는 미세조류(클로렐라 등)와 미역, 파래 등을 자원으로 지속가능한 바이오에너지를 개발하기 위해 연구 중인 이철균 교수(인하대학교) 등 직접 연구실과 현장에서 생명공학 기술을 연구, 개발하고 있는 공학교수들이 당최 생물학 지식이 어디에 쓰이는지 모르겠는 독자들을 위해 ‘재밌는 생명과학, 창의적인 생명공학’을 표방하고 나섰다. 자칫 어렵게만 느껴질 수 있는 TCA 회로를 박카스, 물질대사를 레고 블록과 연결시키고, 먹이연쇄에서 당랑규선(螳螂窺蟬)이라는 사자성어 이야기를 이끌어내는 등 생명과학 교과서의 내용이 마냥 줄줄이 외어야 할 것이 아니라 재미있는 이야기의 연속이라는 것을 알게 해준다. 뿐만 아니라 인공장기와 생체 모방 기술, 바이오칩 등 생물공학의 최신 내용을 소개하여 교과서에서 배우는 내용들이 실생활에서 어떻게 응용될 수 있는지를 친절하게 가르쳐주고, 바이오에너지와 화석연료, 생명윤리법, 물의 정화 문제 등 학생들이 한 번쯤 고민해볼 만한 내용들까지 쉽게 접근할 수 있도록 풀어놓았다.

21세기, 바이오테크놀로지(biotechnology)의 시대 국가와 민족의 미래는 생명공학에 달려있다!

연일 기름값이 최고가를 경신하고 있다. 세계 석유 매장량이 얼마나 지속될지, 또 미래에 어느 나라가 에너지를 독점하게 될지 거론하지 않더라도 지구의 미래를 위해, 혹은 원유가 나지 않는 나라에서 대체 에너지를 마련하는 것이 얼마나 시급하고 중요한지를 매일 온몸으로 실감하고 있다. 불과 몇 년 전만 해도 우리는 새로운 생명공학 기술이 가져올 도덕적, 윤리적 문제를 우려했다. 비단 모든 우려가 사라진 것은 아니지만 그동안 많은 과학적 연구를 통해 유전자재조합식물이 생태계와 인간에게 우려했던 것과 같은 해가 없음이 입증되었고, 어느새 유전자변형농산물(GMO)는 우리 식탁의 주인으로 자리 잡았다. 이제 윤리적 문제를 넘어서 인류가 당면한 식량 부족 문제와 환경오염, 에너지 문제를 해결하기 위해 바로 지금, 세계는 지구촌이 당면한 다양한 문제들의 대안으로 바이오테크놀로지에 주목하고 있다.

지금 세계의 화두는 바이오테크놀로지, 즉 생물공학(생명공학)이다. 현재 인류가 안고 있는 숙제들, 식량문제, 환경오염, 질병, 지속가능한 에너지 및 자원 문제 등을 해결할 수 있는 유일한 대안이 생물공학 기술에서 비롯하기 때문이다. 즉, IT가 컴퓨터, 통신 기술 등을 통해 인류에게 편리함을 제공하였다면, BT(생물공학)는 질병의 예방과 치료, 부족한 식량과 한정된 에너지 자원 문제, 석유화학 연료에서 비롯한 지구온난화 문제의 해결책까지 제공할 수 있는, 인류의 생존과 직결되는 기술이라 할 수 있다. 하지만 이러한 BT 기술의 개발은 생물학, 생물공학, 의학, 약학 등 많은 분야의 연구와 협력을 통해서만 가능하다고 저자들은 입을 모은다.

세 가지 색깔의 바이오테크놀로지로 세상을 구한다! 의료의 Red, 식량과 식품의 Green, 환경의 White

현재 연구되는 생물공학은 크게 세 가지로 나뉜다. 적십자를 상징하는 붉은색의 의료 바이오테크놀로지는 ‘레드 BT’라 하고, 식량과 식품 등을 나타내는 푸른색의 농업 바이오테크놀로지는 ‘그린 BT’, 공해가 없음을 상징적으로 나타내는 흰색의 산업 바이오테크놀로지는 ‘화이트 BT’이다.
인류와 함께 질병도 함께 시작되었다고 할 만큼 질병의 역사는 뿌리깊다. ‘레드 BT’는 인류의 영원한 꿈인 질병 없는 사회를 이루기 위한 새로운 단백질 의약품, 항체 치료제, 세포 치료제 등의 개발을 위한 연구를 뜻한다. 1973년 유전자재조합 기술이 소개된 이후 수많은 벤처 회사들에 의해 빈혈 치료제를 포함해 인슐린, 인간성장호르몬, 인터페론 같은 단백질 치료제가 개발되었고, 이후 줄기세포를 이용한 치료기술과 인공장기, 인공피부 등이 선보여 이제 우리에게 친숙한 단어가 되었다. 미래에는 병원에 가지 않고도 언제 어디서든 질병의 진단과 치료가 가능한 유비쿼터스 의료 기술의 개발까지 진행되고 있다.

또 세계 인구는 계속 증가하고 있지만, 식량 생산량은 증가하는 인구수를 따라가기에 역부족이다. 세계에는 여전히 기아로 고통받는 이들이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 것이 바로 ‘그린 BT’이다. 부족한 식량 문제를 해결하기 위해 농수산물 생산량을 증가시키고, 안전한 먹을거리를 얻기 위해 친환경 비료 등을 연구하는 것이다. 예전에는 농업 생산성을 향상시키기 위한 화학비료, 제초제 등의 사용으로 토양의 산성화, 식품에 남아 있는 농약 잔류물 등이 문제가 되었으나, 이제는 그 새로운 대안을 찾는 것 역시 생물공학기술의 몫이 되고 있다.

석유자원의 고갈에 대비해 지 가능한 에너지 자원과 소재를 얻기 위한 친환경적인 연구는 ‘화이트 BT’에 의해 진행되고 있다. 우리가 사용하는 모든 물품의 재료가 되는 것이 소재이고, 그 동력을 제공하는 것이 에너지다. 현재는 주로 석유에서 에너지와 소재를 얻고 있지만, 석유에서 만들어지는 가솔린, 디젤 등의 에너지를 사용할 때나 석유화학 제품을 만드는 과정이나 사용 후에도 이산화탄소가 배출되어 지구온난화의 주범으로 꼽힌다. 그래서 등장한 것이 바이오매스(biomass)다. 식물자원을 이용해 에너지와 소재를 만들면 이산화탄소가 배출되더라도 그 양을 무시할 수 있기 때문이다. 식물 자체를 광합성에 의해 대기중의 이산화탄소를 고정화한 것으로 볼 수 있기 때문이다.

세계 최고의 공과대학 MIT에서 전공을 막론하고 생물학이 필수인 이유

세계 최고의 공과대학인 미국 MIT에서는 오래전부터 학생들에게 꼭 생물학을 배우도록 하고 있다. 전자공학, 기계공학, 재료공학, 화학공학 등 모든 공학 분야가 생물공학과 접목되어 있고, 미래의 핵심 기술인 생물공학의 기초가 바로 생물학이기 때문이다. 반면에 우리나라에서는 겨우 최근에 들어서야 공과 대학생들을 대상으로 생물학 강의가 이루어지고 있다. 학교에서 ‘생물’ 과목을 배우는 학생들도 단순히 암기 과목으로 생각하는 경향이 짙다. 과학은 자연 현상을 탐구하는 학문이다. 과학의 한 영역인 생물학은 특히 자연 현상 중에서 살아있는 생명체를 대상으로 한다. 물리와 화학은 비교적 쉬운 내용부터 어려운 내용까지 단계가 분명히 나뉘는 반면 생물학은 그 단계가 모호해서 단순히 암기 과목으로 착각하기 쉽다. 저자들이 뭉친 이유는 여기에 있다.

딱딱한 교과서 속 생물들에 생명을 불어넣다

저자들은 이러한 오해를 불식시키며 생명과학(생물학)이 우리 삶과 얼마나 밀착해 있는지 보여준다. 실생활 속에서 구체적인 예를 끄집어내어 교과서에 나오는 내용을 설명해줌으로써 생명 현상을 종합적으로 파악하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 서로 돕고 살아가는 생태계와 생명의 오묘한 신비를 자연스레 느끼게 해준다. 우리 삶과 아무런 관련이 없을 것 같은 작은 미생물(곰팡이)을 이용해 음료수를 만들어내는 기막힌 과정부터 인류의 생존에 치명적 해를 입히는 바이러스 퇴치제, 백신은 어떻게 만들어지는지, 시각과 후각, 청각기관은 어떻게 다르고 냄새를 발산하는 공감각 TV를 만드는 것은 왜 어려운지, 화석연료의 고갈과 지구온난화 문제를 해결하기 위한 바이오에너지의 개발은 현재 어디까지 와 있는지 등 교과서 안에 뿔뿔이 흩어져 있던 건조한 지식들을 실생활과 연관시켜 비로소 ‘살이 되고 피가 되는’ 지식으로 만들어준다. 또 도마뱀의 침으로 당뇨병 치료제를 만들고 식물의 씨앗, 홍합이 접착제의 비밀을 안고 있다면 어떤가. 생물학 지식이 응용되지 않는 곳은 없을까 싶을 만큼 우리 일상 곳곳에서 생물학과 생물공학의 지식이 어떻게 쓰이고 활용되는지를 생생히 보여준다.
각 주제별로 교과서의 어느 단원에 해당되지 표기하여 교과서 단원과 연계하여 읽어나갈 수 있도록 안내하였고, 이해하기 어려운 용어나 내용은 별도의 팁으로 설명하고 생활과 밀접한 관련이 내용이나 심화 내용은 JUMP IN LIFE를 통해 이해하기 쉽게 풀어써 독자들을 배려한 것은 덤이다.

▣ 작가 소개

저자 김은기 인하대학교 생물공학과 교수
서울대학교 화학공학과 졸업
삼성연구소 연구원, 두산연구소 연구원
조지아공과대학 공학박사
코넬대학교 박사후연수 및 연구교수
현 한국연구재단 피부바이오소재 국가지정연구실 단장
현 한국생물공학회장
연구 분야 : 기능성 피부 소재, 바이오 화장품, 친환경 소재, 고속 스크리닝, 단백질칩

저자 박태현 서울대학교 화학생물공학부 교수
서울대학교 화학공학과 졸업
KAIST 화학공학과 공학석사
퍼듀대학교 화학공학과 공학박사
어바인캘리포니아대학교, 코넬대학교 객원교수
현 서울대학교 생명공학공동연구원장
현 《엔자임 앤드 마이크로바이얼 테크놀로지Enzyme and Microbial Technology》 편집위원
연구 분야 : 세포공학, 바이오센서, 나노바이오공학

저자 오덕재 세종대학교 생명공학과 교수
서울대학교 화학공학과 졸업
한국과학기술원 화학공학과 공학박사
미시건대학교 화학공학과 박사후연구원
제일제당종합연구소 선임연구원
미국 UCSD 프로젝트 연구원
미국 셀제네시스(Cell Genesys) 사 연구원
연구 분야 : 동물세포배양을 통한 치료단백질 생산, 줄기세포 치료제, 유전자 치료제

저자 원종인 홍익대학교 화학공학과 교수
서울대학교 공업화학과 졸업
제일제당종합연구소 발효공정팀 연구원
노스웨스턴대학교 화학공학과 공학박사
노스웨스턴대학교 화학공학과 박사후연구원
연구 분야 : 모세관 전기영동 장치를 이용한 유전자 분석, ELP를 이용한 센서 및 약물전달 시스템 구축, 미생물에서의 바이오에너지 생산

저자 유영제 서울대학교 화학생물공학부 교수
서울대학교 화학공학과 졸업
메릴랜드대학교 공학박사
한국생물공학회장
한국공학교육학회장
현 국경없는과학기술연구회장
연구 분야 : 효소공학, 환경생물공학

저자 이철균 인하대학교 생명공학과 교수
서울대학교 공업화학과 졸업
미시건대학교 공학박사
미국 항공우주국(NASA) RRA 연구원
현 인하대학교 생물산업기술연구소장 / 리피도믹스연구센터장
현 국토해양부 해양바이오에너지 생산기술개발연구단장
연구 분야 : 미세조류 대량배양, 유용물질 생산, 해양바이오에너지 생산, 이산화탄소 저감, 시스템생물학, 광합성

저자 차형준 포항공과대학교 화학공학과 교수
서울대학교 화학공학과 및 공학박사 졸업
메릴랜드대학교 박사후연구원 및 연구교수
현 한국연구재단 분자생명공학 국가지정연구실 단장
현 국토해양부 해양바이오산업신소재연구단장
연구 분야 : 해양생명체 유래 의료용 생체소재 개발, 병원균 검출용 바이오칩 개발, 산소내성 바이오수소 생산 연구, 이산화탄소의 자원화

▣ 주요 목차

여는 글 : 생물과 생물공학 사이

제1장 놀라운 생명의 세계
생명체는 조용히 살고 싶다?
조용한 세포의 혁명
쫓고 쫓기는 생물의 세계
바이러스, 인류의 피할 수 없는 적
JUMP IN LIFE 효소공학 이야기

제2장 생물과 에너지
세상에서 가장 오래된 에너지 공장
바이오에너지, 식물에서 에너지를 만들다
고분자화합물, 생물의 에너지 축적을 이용하다
JUMP IN LIFE 단것을 먹어도 살이 찌지 않는 법
섬유소 분해의 비밀
야구르트는식품일까, 약일까
배설의 즐거움과 괴로움
호흡과 발효와 부패는 같다?
JUMP IN LIFE 산에 올라가면 숨이 찬 이유

제3장 의학과 생물공학의 만남
인공시각과 인공 청각
신비에 싸인 감각, 후각
뇌를 이해하다
신장 없이도 살 수 있을까?
인공혈액으로 생명을 구하다
JUMP IN LIFE 선탠의 과학

제4장 유전과 생명의 연속성
염색체로 남자와 여자를 구분한다?
정자은행, 난자은행
줄기세포와 생명윤리
제한효소, 유전공학 기술의 탄생
JUMP IN LIFE 항체, 진단과 치료의 팔방미인
RNA 넥타이 클럽 : DNA에서 RNA로, RNA에서 단백질로
DNA지문, 범죄 수사의 과학
JUMP IN LIFE 유전자 결함의 빛과 그림자

제5장 맹물의 다양성과 환경
생물 자원과 인류의 생활
JUMP IN LIFE 페니실린 이야기
자연에서 아이디어를 줍다
도마뱀의 침이 당뇨병을 삼키다
바다에서 새로운 물질을 얻다
생물 다양성을 지키는 길

제6장 새로운 세기의 생명공학
인류의 꿈과 미래의 치료기술
바이오칩의 세계
불멸의 과학, 생체조직공학
JUMP IN LIFE 우주에서 살아남는 방법