바이러스를 생체분자 컴퓨터로 프로그래밍 하기: Junghae Suh at TEDxRiceU

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아마 다들 동의하실 건데

병균은 정말 성가셔요.

제 말 믿으셔도 되요
이런 데엔 전문가거든요.

바이러스 연구로 먹고살아서
그런 것 뿐 아니라

그렇긴 하지만

집에 어린 아들 둘이
있어서 그렇죠.

4살이랑 2살인데

얘들은 정말 병균 공장이에요.

매주 돌아오면 무슨 병에
걸리는 것 같아요.

상기도 감염에 걸리고

하기도 감염, 설사, 구토

무슨 병이든 걸렸어요.

그 말은 저도
자주 앓았다는 거죠.

그러니까 병균은 아주 괴로워요.

다행히 세균성 감염이면

항생제로 치료하면 되지만

바이러스성 감염이면

낫기만 기다리잖아요?

다행히 대부분 감염은
그리 심각하지 않아요.

제 아이들도
몇주만에 나았어요.

하지만 또 다른
여러 바이러스는

심각한 증세를 보일 수 있어요.

만성으로 물집이
생기는 것부터 시작해서

심각해지면 퇴행성 질환이나
죽을 수도 있어요.

그러니까 원래 바이러스는

반갑지 않은 거예요.

지독해요.

이제 우리 엄마를 보여드릴께요

2008년 12월에 찍은 사진이예요.

오빠를 만나러

하와이 집에 갔었어요.

엄마는 골프를 좋아해요
또 가족이랑 따듯한 날씨

아마 그 순서일 꺼예요.

하와이는 엄마 낙원이었어요.

정말 좋은 시간이었고
재밌었어요.

불행히도 이 사진을 찍었을 때

엄마의 몸 상태를 몰랐어요

나빠지고 있었죠.

그러고 6달 만에
유방암 판정을 받아요.

판정 받을때

저는 첫째를 임신하고 있었어요.

저한테는 정말
심란한 때가 됐어요.

왜냐면 저는

몸 속에 생명을 키웠고

우리 엄마는

엄마를 죽일 수도 있는 걸

키웠으니까요.

더구나 제가 임신했을 때

여성의 가슴에 대해

감사함을 느끼고 있었어요

생명을 이어가게 하잖아요?

생명을 지탱해야 하는 거라고요.

하지만 엄마한테는
죽음의 원인이 돼버렸다고요.

정말 힘든 시간이었어요.

판정받고 몇달 뒤에

암 치료를 시작했어요.

약물, 수술, 방사선

아주 어려운 시간이었어요.

암 치료에 대해 들리는

모든 이야기들
특히 약물치료는 끔찍했는데

정말이에요 정말 끔찍해요.

여러분이나 여러분이
사랑하는 사람에게

필요한 게 아닌 이상
달갑지 않은 일이에요.

그래도 해냈어요.

길고 빡빡한 시간을 지나 보냈어요.

그리고 엄마 병원에

커다란 종이
벽에 메달려 있는데

마지막이 돼서
가서 종을 울리면

모두에게 말하는 거죠.
치료 끝났다고

암이랑은 끝났다고.

그래서 그날은 정말 행복했어요.

근데 그 행복함과 안도감은

지극히 짧았어요.

그리곤 다른 걱정이 스멀대기 시작했죠.

그 걱정은

이 한마디에서 왔는데

고작 한마디가 정말 커요.

전이.

전이는 원래

몸 한 곳에서 시작된 암이

몸의 다른 부위로
퍼져나가서

종양으로 자리잡는 것이에요.

미국 암 학회에 따르면

암세포가
유방에서만 발견되면

5년내 생존 확률이
99퍼센트예요.

굉장하죠.

하지만 암세포가

다른 전이 부위에서 발견되면

생존률이 24퍼센트로 떨어져요.

저게 무서운 거예요.

그러니까 우리는
현대 의학에서

가장 큰 도전을 만난 거예요.

어떻게 이 독한 약들을

이 죽음의 사자들을
만약 원한다면

어떻게 전이세포에만
전달할 것인가.

전달에 대해서 얘기해보자면

생각해야 될
두가지 요소가 있어요.

첫째는 효율성.

어떻게 이 약을
죽음의 사자를

암세포가 있는 곳으로 보낼까?

둘째는 특정성.

그곳이 여러분이 원했던

약을 암세포에 전달할 위치가 맞다면

혹은 전이 세포라면

다른 정상적인 조직은
내버려 둬야

그 끔찍한 부작용을
줄일 수 있어요.

문제는 방법이죠?

제 연구에선
답은 바이러스에 있어요.

바이러스는 자연의 나노 기계인데

유전자나 메세지를

세포로 전달하기 위해

진화됐어요.

그것들은 정말 잘 작동해요.

그래서 우리가 하려는 건

암을 치료하는 바이러스를 설계하는 거예요.

그럼 우리가 연구하고 있는

바이러스를 소개해 드릴게요.

이건 아데노 의존 바이러스라고 불리는데

친절한 바이러스예요.

어떤 질병으로도 연결되지 않고

사실 여기 앉아있는
대다수의 사람들 중에

80에서 90%는

이미 이 바이러스에 감염돼 있어요.

지금 보여드리는 것은
이 바이러스의 외피예요.

속이 비어있어서

메세지를 부호화한
작은 DNA 조각을

가져다가 암세포에
전달할 수도 있도록

담아갈 수 있어요.

제가 이런 바이러스의
이미지를 보게 됐을 때

대자연이 예술가라고
확신하게 됐어요.

그뿐 아니라
자연은 전문적인 디자이너예요.

단단히 맞물린
형태와 기능은

디자인의 기초예요.

이 바이러스는 지름이
고작 25나노미터예요.

머리카락보다
4000배 작은 너비죠.

이 작은 꾸러미 안에

자연은 그다지
중요하지 않은 것도

포함시킬 여유를 두지 않았어요.

세포를 감염시키는

바이러스의 최종적인 기능을 위해서요.

또 짚고 가고싶은 부분이

바이러스는 낡은 기술이란 거예요.

제말은 정말 정말
낡은 기술이에요.

10억년도 더 됐어요.

우리가 하려는 건

대자연의 작품에

간단히 업혀가는 거예요.

바이러스가 암을 죽이도록 짜는 것이요.

우리 연구실의 최종 전략은

바이러스 구조 안에

합성적인 알고리즘을 짜 넣어서

암세포를 골라내 파괴하도록

훈련시키는 거예요.

이미 밝혀진 바에 따르면

바이러스를 나노 크기의
컴퓨터로 생각할 수 있어요.

그것들은 환경 안에서

생체분자 신호를

감지하도록 진화했어요.

우리 몸 속의 생체분자 신호 또한

감지할 수 있어서

궁극적으로 자기 복제를 위해

감염시키는 데 쓸 수 있어요.

바이러스 감염이 진행되는
모든 순서에서

바이러스는 생체 신호를 감지하는데

그걸로 감염의 다음 단계로

나아갈 수 있어요.

이건 정말 환상적이에요.

왜냐면 생체 신호가

유전자 껍질(캡시드)에 작용하면서

구조를 바꾸는데 가끔은 조금만

가끔은 큰 변화를 준다고 밝혀졌거든요.

그래서 바이러스를

가장 원시적인 변신술사라고
볼 수 있어요.

우리 연구에서 우리는 말하자면

바이러스의 본질적인 기능에
영감을 받아

바이러스가 생체 신호에 따라

무엇을 감지하고 계산하는지

다시 쓰거나 다시 프로그래밍 하길
원해요.

이것들이 우리가 연구실에서

다시 프로그래밍한 바이러스예요.

그냥 봐서는 사실

우리가 설계한 바이러스와

자연에 있는 바이러스 사이의

차이점을 말할 수 없어요.

하지만 이것들은 달라요.

이것들은 구조 안에

프로그래밍된 알고리즘을 가지고 있어서

암 수색 암살자로 바뀌었어요.

설명해 드릴께요.

기본적인 아이디어는

바이러스가 비활성 상태로

몸을 떠돌아 다닐 수 있도록

만드는 거예요.

잠긴 배열로 둘 수도 있는데

잠긴 배열에선

바이러스는 가지고 있는

메세지를 전달하지 못해요.

어떤 생체 신호가 오기
날아오기 전까지는요.

여기 있는 키 같은 신호 말이예요.

키가 캡시드를 열면

열린 배열이 돼서

바이러스가 암세포로

메세지를 전달할 수 있어요.

우리 디자인 전략을 개념으로 나타낼 때

제가 좋아하는 방법은

우리가 바이러스 안에
암호 코드를 프로그래밍 해서

넣는다고 생각하는 거예요.

그러면 메세지는

알맞은 키로 해독되기 전까지
읽히지 않아요.

다음 질문은 무슨 키인가예요.

다행히 생물 의학 연구의 발전으로

우리 질문의 답이 나와있어요.

암세포 안에 세포질을 보면

생체 신호가 많이 있어서

많은 생체 신호가 암세포 바깥이나

암세포 자체의 속에

집중되어 있는 것으로

밝혀졌어요.

그래서 모든 신호가 키처럼 작동해서

우리 바이러스를 여는 것을

상상해 볼 수 있어요.

이건 우리 기계가 어떻게

작동하는지 보여주는 시험이에요.

검정 박스 안은 아무것도 보이지 않지만

세포의 모든 직물이 있어서

이 경우 여기 있는

이 직물에 바이러스를 넣었는데

바이러스는 아직 잠겨진 상태예요.

암호화된 상태예요.

그리고 시험으로
바이러스가 세포로부터

정확하게 읽어내면
세포가 초록으로 변하면서

메세지를 전달하는 거예요.

이건 초록색 메세지에요.

보면 초록색 메세지를 읽어낼 수 있는

세포가 그리 많지 않아요.

바이러스가 암호화되어 있어서
그런 것이죠.

반대로 바이러스가

이 생체신호를 볼 때

바이러스가 열려서

메세지가 해독되고

세포가 이제 초록 메세지를

읽을 수 있는 거예요.

여기서 도식으로 돌아가 봐요.

키가 많이 있다고 말씀 드렸죠.

종양질 안에요.

크게 집중된 곳이 종양이에요.

여러분이 아마 몸의 다른 곳에
적게 집중된 곳에도

키가 있는 걸

벌써 알아차렸을지도 모르겠네요.

그게 다시 문제를 만들어요.

그게 여러분이 피하고 싶은
의도치않은 부작용을

만들 수 있어요.

우리의 답은 이 바이러스가

빨간색, 초록색 두 가지 키를

발견했을 때만 열리도록

하려는 거예요.

여기 보이는 것 처럼요.

우리는 최근에 이런 기계를

성공적으로 만들어냈어요.

이걸 보는 다른 관점은

AND 논리 회로를 바이러스 구조에

짜넣는 거예요.

저는 바이러스 공학 단체와 우리가

같은 꿈을 꾸고 있다고 생각해요.

우리는 같은 비전을 가지고 있어요.

가까운 미래에는

바이러스를 프로그래밍하고 싶어요.

컴퓨터 프로그램같은
진짜 바이러스요.

또 이 디자인 과정을

일반화시키고 모듈화하고

예측가능한 결과물로 만들고 싶어요.

여러분께 열린 결말로 둘께요.

여럼풋한 거대한 질문은

이 장치가 인간 몸에서 어떻게
작동할 것인가?

정말 우리 생각대로 작동할까?

우린 아직 여기에
대한 답을 몰라요.

하지만 지금 정말
최고의 팀과 일하고 있어요.

이 연구에 아주 열심이고
열정이 넘치는

학생들이에요.

우리랑 같이 앞으로 몇년동안의

진행과정을 같이 보신다면

초대할께요 같이 바이러스로 가요.

감사합니다.

(박수)