구글 사이언스 페어에서 수상한 십대 과학자들의 실천하는 과학

로렌 하지: 레스토랑에 갔을 때 웰빙옵션을 선택한다면 어떤 걸 고르시겠어요, 구이 치킨, 아니면 프라이드치킨? 요즘에는 대부분의 사람들이 구이치킨이라고 대답합니다. 구운 닭은 지방과 열량이 낮은 것이 사실입니다. 하지만 구이는 숨겨진 위험이 있습니다. 그 숨겨진 위험은 헤테로사이클릭 아민 류인데요 구체적으로는 phenomethylimidazopyridine 또는 PhlP라고 합니다 (웃음) 면역상 문제나 암을 유발하는 화합물입니다.

발암물질은 세포의 비정상적 성장을 유발시키고 전이나 확산을 일으킬 수가 있습니다. 이것들은 또한 유기 화합물인데 암모니아속에 있는 하나 이상의 암모니아가 더 복잡한 그룹으로 바뀌는 겁니다. 연구에 의하면 산화방지제는 헤테로사이클릭 아민류를 감소시키는 것으로 알려져 있습니다. 하지만 어떤 연구도 아직 어떻게 그리고 왜 그런지 밝혀 내지 못했습니다. 여기 발암물질을 분류하는 다섯가지 구조가 있습니다. 보시다시피, 어떤 것도 그 화합물들이 안전하다고 하지 않습니다, 그래서 우리의 먹거리에서 그것들을 줄일 필요가 있는거죠.

아마 여러분들은 어떻게 13살짜리 여자애가 이런 생각을 하게 되었는지 궁금하실텐데요. 몇가지 사건으로 인해 이런 걸 하게 되었습니다. 처음으로 이것에 대해 알게 된 것은 제 의사선생님 사무실에서 읽었던 소송을 통해서인데요 (웃음) 그 소송은 책임있는 의사회와 다른 7개의 패스트푸드 레스토랑 사이에서 벌어지고 있던 거였어요. 소송은 닭고기에 발암물질이 있어서가 아니고, 캘리포니아 법안 65호 때문이었어요, 그건 제품에 어떤 위험한 것이 있다면 회사가 이에 관한 분명한 주의권고를 주어야한다는 조항입니다.

이것에 대해 저는 매우 놀랐습니다. 그리곤 왜 아무도 보기에는 아주 위험하지 않지만, 이렇게 위험한 구운 닭고기에 대해 아는 사람이 아무도 없는지 궁금했습니다. 그러다 어느 날 밤, 저희 엄마가 저녁으로 구운 닭을 만들고 계셨는데, 레몬 주스로 양념한 닭고기의 가장자리가 하얗게 변하는 것을 보았습니다. 나중에 생물시간에 배운건데 그건 변성때문이었어요, 단백질이 형상을 바꾸고 화학적 기능을 못하게 되는 거예요. 그래서 저는 이 두개의 아이디어를 합쳐서 가설을 하나 만들어 냈는데요, 어떤거냐 하면, 발암물질들은 양념 때문에 감소되고 그건 산성도의 차이때문에 그런게 아닐까?

아이디어가 만들어졌고, 프로젝트를 만들었고, 그리고 가설을 수립했습니다, 그 다음은 뭐가 필요했을까요? 음 저한테는 연구에 필요한 실험실이 필요했는데요 왜냐하면 저희 학교에는 그런 장비가 없었거든요. 저는 쉽게 찾을 수 있을 거라 생각했지만, 제가 사는 반경 5시간 내에 있는 거의 200명이 되는 사람들에게 이메일을 보내야 했습니다. 그 중에서 단 한 군데만이 저와 같이 일하고 싶다고 대답했습니다. 대부분의 사람들은 아예 회신을 하지 않거나, 시간이 없다고 하거나, 장비가 없다고 하거나, 저를 도와 줄 수 없다고 했습니다. 여러번의 실험을 하기 위해서 실험실까지 운전해서 가는 것은 큰 일이었습니다. 하지만 진짜 실험실에서 작업해 보는 것은 훌륭한 기회였습니다 결국에는 저는 제 프로젝트를 실행할 수 있었습니다.

첫번째 단계는 집에서 완료했는데요, 닭을 양념하고 굽고, 모으고, 실험실로 가져갈 수 있도록 준비하는 절차였죠. 두번째 단계는 펜실베니아 주립대학교 본교 실험실에서 끝났는데, 화학성분을 추출해서, 산성도를 바꿔 실험장비에 넣어 남아 있는 닭고기에서 제가 필요한 복합물을 추출해내는 과정이었어요. 마지막 단계는 이 샘플들을 고압 액체 크로마토그래피 질량분석기로 분석하는 것이었습니다, 이 과정은 복합물을 분리하고 화학성분을 분석해서 닭고기 안에 발암물질이 얼마나 들어 있는지 정확히 보여주는 것이었습니다.

나온 데이터를 검토한 결과를 보고 깜짝 놀랐는데요, 왜냐하면 5가지의 양념 성분중 4개가 발암물질 형성을 억제한다는 것을 발견했기 때문이죠. 양념을 하지 않은 닭고기와 비교해보면, 그러니까 이것을 대조그룹으로 사용한 것입니다. 레몬 주스가 제일 효과적이었는데요 발암물질을 거의 98퍼센트나 감소시켰습니다. 소금물로 양념한 것이나 흑설탕 양념도 아주 효과적이어서 발암물질을 약 60%나 감소시켰습니다. 올리브 오일도 PhlP 생성을 약간 감소시키기는 했는데, 거의 미미한 수준이었습니다. 간장의 결과는 결말이 나지 않았는데요, 데이터 범위가 너무 넓었기 때문입니다, 하지만 아마 간장은 잠재적인 발암물질을 증가시키는 것으로 보입니다.

제가 처음에 고려하지 않았던 중요한 요인은 조리 시간입니다. 조리 시간이 더 늘어나면 발암물질의 양이 더 빨리 증가한다는 사실을 발견했습니다. 따라서 이 연구에 의하면, 양념닭고기의 최고요리법은 덜 익히는 것이 아니고, 오래 굽지 않고 태우지 않고, 레몬주스나 흑설탕이나 소금물로 양념을 해야 한다는 것입니다.

(박수)

이 결과를 바탕으로 이제 여러분에게 질문을 하겠습니다 여러분의 생명을 구할지도 모르는 이 방법으로 식생활을 약간 바꿔 보시겠어요? 여러분이 양념되지 않은 구운 닭고기를 드시면 암에 걸리거나 죽을거라고 말씀드리는 게 아닙니다. 하지만 여러분이 잠재적인 발암물질의 위험을 줄이기 위해서 하는 모든 것들이 분명히 삶의 질을 향상시킬 수 있다는 것입니다.

이게 여러분에게 가치 있을까요? 자 이제 여러분은 닭고기를 어떻게 요리하시겠어요?

(박수)

쉬리 보스: 안녕하세요. 전 쉬리 보스입니다. 저는 17~18세 그룹 우승자이고 대상을 수상했습니다. 여러분 작은 소녀 하나가 죽어버린 파란 시금치를 가지고 있다고 생각해 보세요. 그리고 그 어린이들이 여러분 앞에 서서 이 야채를 먹을 거라고 이야기하는 겁니다. 색깔이 다르다면 이상하게 들리죠, 그렇죠 그런데 몇년전에 저한테 그런 일이 있었습니다. 제 첫번째 과학 프로젝트였는데요. 이제부터 좀 복잡해집니다. 제 오빠인 파나키 보스는 저한테 원자에 대해 몇시간 동안이나 설명을 했어요, 그때 저는 기본적인 대수학도 잘 모를때였어요. 저희 부모님은 저의 여러 과학 프로젝트 때문에 고생하고 계셨는데요, 원격조종 쓰레기통도 포함되어 있었죠.

(웃음)

1학년이 되던 해 여름 때였습니다, 할아버지께서 암 때문에 돌아 가셨죠. 저는 가족들이 그 일을 겪는 것을 보며 다른 가족들은 절대 그런 아픔을 느끼지 않아야 겠다고 생각했습니다. 그래서 1학년 생물학에서 배운 모든 지식으로, 암에 관한 연구를 하기로 마음 먹었죠, 15살에 말이죠. 좋은 계획이었죠. 그래서 저희 지역에 있는 모든 교수님들께 실험실에서 당신의 지도하에 연구할 수 있도록 요청하는 이메일을 보내기 시작했어요. 모두 거절당했는데 하나만 빼놓구요. 그래서 다음 여름에 바수 박사님 밑에서 일을 하였습니다. 박사님은 텍사스 포트 워스에 있는 UNT 헬스 센터에 계신 분이었어요. 여기서 제 연구를 시작하게 되었습니다.

난소암은 대부분의 사람들이 잘 모르거나 적어도 별로 관심을 두지 않는 암입니다. 하지만 미국 여성중 암으로 인해 사망하는 경우의 다섯번 째 이유입니다. 사실 70명의 여성중 1명이 난소암 진단을 받습니다. 100명중 한명이 이 때문에 목숨을 잃죠. 화학요법은 현재 암을 치료하는 가장 효과적인 방법중 하나인데요, 암세포를 죽이려고 환자에게 많은 양의 화학물을 투여합니다.

시스플라틴이 보편적인 난소암 치료제인데요 연구실에서 만들어진 비교적 간단한 분자로서 암세포의 DNA와 작용해서 스스로 죽게 만듭니다. 훌륭한 방법처럼 들리죠, 그쵸? 하지만 문제가 있습니다 때때로 환자들이 그 약에 내성이 생기고 몇년 후엔 암이 없어졌다고 진단을 받습니다, 그리고는 재발하죠. 이번에는 약에 반응하지 않습니다. 아주 큰 문제죠. 사실 이것은 오늘날 화학요법에 있어 가장 큰 문제 중 하나입니다.

그래서 저희는 어떻게 난소암 세포가 시스플라틴이라는 약물에 저항력을 가지게 되는지 알아 내고 싶었습니다. 만일 우리가 이런 내성이 왜 생기는지를 알게 된다면 그 저항이 생기지 않도록도 막을 수 있을 것이기 때문에 연구를 하고 싶었습니다. 그래서 연구에 착수했죠. 저희는 AMP 키나아제라고 하는 단백질과 무슨 연관이 있을거라고, 생각했는데요, 이는 에너지 단백질입니다. 그래서 그 단백질을 차단하는 이런 실험들을 수행했고 이런 커다란 변화를 보게 되었습니다. 이 슬라이드에서 여러분은 우리의 반응 측면에서, 이 세포들이 이 약물에 반응하는 걸 보실 수 있는데요 이 단백질을 차단하자 색까로 표시된 사멸세포의 숫자가 줄어드는 것을 보실 수 있습니다. 하지만 이쪽 측면에서는 같은 치료를 했지만 흥미롭게도 숫자가 증가하고 있습니다.

그런데 여러분들이 보시는 스크린 위에 이 점들은 정확하게 무얼 뜻하는 것일까요? 기본적으로 이건 이 단백질이 감수성 세포에서 내성세포로 변한다는 것 의미합니다. 그리고 실제로 세포들 자신이 내성을 가지도록 변하는 것일지도 모릅니다. 그건 엄청난 일이죠. 그건 환자들이 들어와서 이 약물에 내성이 생기는 경우 이 단백질을 차단하는 약물을 처방하고 그 환자들을 같은 약품으로 다시 치료할 수 있다는 것입니다. 그것은 화학요법의 효과 측면에서 엄청난 일입니다 아마 다른 여러 암에도 적용이 될 수도 있습니다. 이게 제 작업이었구요, 이 단백질이 정확히 무엇을 하는지 알게 됨으로써, 향후 연구를 위한 미래를 재구축하는 방법이었습니다, 이것은 화학요법 효과의 미래를 위한 것이기도 했습니다 따라서 암에 걸린 할아버지들은 손자들과 좀 더 많은 시간을 보낼 수 도 있겠지요.

하지만 제 작업은 이 연구에만 관련된 것이 아닙니다. 제 열정를 찾기 위한 것도 있습니다. 그래서 구글 글로벌 사이언스 페어에서 대상을 받은 것입니다. 귀엽게 나왔죠, 그죠 진짜 신나는 일이었고 엄청난 영예였죠. 그때 이후로 정말 멋있는 일들이 생겼는데요 대통령을 뵙게 되고 여러분들께 이 무대에서 말씀드릴 수 있는 기회를 가지게 되었습니다.

하지만 제가 말씀드렸듯이, 저의 여정은 단지 연구에만 관련된 것이 아니고 저의 열정을 찾는 것이었으며 제가 무얼 하고 있는지 모를 때 제 자신의 기회를 만들어 내는 것이었습니다. 그것은 영감과 결심 그리고 과학에 대한 저의 관심과 배움과 성장을 절대 포기하지 않는 것이었습니다. 어쨌던, 제 이야기는 말라 비틀어진 시금치로 시작해서 거기서 발전하는 것이었습니다.

감사합니다.

(박수)

나오미 샤: 안녕하세요. 저는 나오미 샤입니다, 오늘 저는 제 연구에 대해 얘기해볼텐데요 실내 공기질과 천식환자에 관한 것입니다. 전세계적으로 해마다 일백 육십만명이 이로 인해 사망합니다. 20초당 한명입니다. 사람들은 생애 90% 이상을 실내에서 보냅니다. 천식의 경제적 부담은 HIV와 결핵을 합친 것보다 더 큽니다. 이 통계는 제게는 커다란 충격이었어요, 하지만 제 연구에 흥미를 정말 불러 일으킨 것은 제 아빠와 오빠였는데 둘 다 일년 내내 만성 알러지를 겪고 있었거든요. 저는 혼란스러웠습니다 왜 이 알러지 증상은 꽃가루 시기가 한참 지나도 계속 되는지?

이 질문을 마음에 두고, 연구를 시작했습니다, 그리곤 곧 실내 공기 오염물질이 원인이라는 것을 찾아 내었죠. 이걸 알아 내자 마자, 저는 근본적인 관계를 조사했습니다 네개의 일반적인 공기 오염물질과 천식환자들의 폐건강에 대한 영향 사이의 관계말이죠. 먼저 저는 이 네 가지 오염원 중 어떤 것이 천식 환자의 폐건강에 가장 부정적인 영향을 미치는지 알고 싶었습니다. 하지만 금방 저는 새로운 수학적 모델을 개발했는데요 이걸로 천식환자들의 폐건강에 대한 환경 오염물질의 영향을 계량화할 수 있었습니다. 제가 놀랐던 것은 현재 인간의 폐건강에 대한 환경 인자들의 영향을 계량화하는 모델이 전혀 존재하지 않는다는 것이었습니다 그 상관관계를 알아내는 것이 매우 중요한데도 말이죠.

그래서 이걸 염두에 두고 더더욱 연구와 조사를 하게 되었고, 저는 더 열정적이 되었습니다. 만일 목표하는 치료법을 찾게 된다면, 우리는 천식환자를 더 효과적으로 치료할 수 있는 방법을 찾을 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 예를 들면, 휘발성 유기 화합물은 우리 학교, 가정, 직장에서 발견되는 화학적 오염물입니다. 이것들은 어디에나 있습니다. 이 화학 화합물은 현재 미국 대기 오염 방지법에서 대기 오염물로 정의되지 않고 있습니다. 놀라운 것은 제 연구를 통해서 보여 드린 것처럼, 이런 화학적 오염물들이 천식 환자들의 폐건강에 아주 아주 부정적인 영향을 미쳐왔기 때문에 마땅히 규제되어야 한다는 것입니다.

그래서 오늘 여러분께 제가 만든 양방향 소프트웨어 모델을 보여 드리고 싶어요. 제 노트북에서 보여 드릴건데요. 오늘 이곳에 계신 청중 가운데 실험 대상 자원자가 있는데요, 줄리입니다. 줄리의 모든 데이터는 제 양방향 소프트웨어에 미리 입력해두었습니다. 이건 누구나 사용할 수 있습니다. 여러분이 줄리나 여러분께 매우 가까운 사람의 입장에 처해 있다고 생각해 보세요, 천식이나 폐질환을 겪고 있는 사람들말이에요. 줄리는 의사에게 가서 천식 치료를 받을 것입니다. 의사는 줄리를 앉힌 후에, 최대 호기량을 측정하겠죠 호기량이기도 하고 한번 숨쉴때 내뱉는 공기의 양이기도 하죠.

최대 호기량을 이 양방향 소프트웨어 모델에 입력했습니다. 나이와 성과 신장도 입력했습니다. 줄리가 통상적인 대기 오염수준의 보통 가정에서 산다고 가정했습니다. 아무나 여기와서 "폐기능 리포트"를 클릭하면 제가 만든 리포트가 나오게 됩니다. 이 리포트는 제 연구의 가장 중요한 부분을 이해하게 만들어줍니다

여기 보이는 것은, 오른쪽 구석에 있는 위쪽 그래프를 보세요, 줄리의 실제 최대 호기량을 노란 막대로 보여 줍니다. 이것은 병원에서 측정한 수치입니다. 이 그래프 아래 파란 막대는 최대 호기량과 호기량, 또는 폐건강이 나이, 성, 신장을 감안할 때, 어느 수준이 되어야 하는지 보여주죠. 그러면 의사는 노란 막대와 파란 막대 사이의 차이를 알게 되고 "이런, 스테로이드와 약물과 흡입기를 처방해야겠군"이라고 말하게 됩니다.

하지만 저는 여기 계신 여러분들이 세상이 스테로이드와, 흡입기, 약물을 처방하는 것이 아니라 의사가 줄리에게 "집에 가서 공기 필터를 청소하고, 가정과 직장과 학교에 있는 통풍관을 청소하세요"라고 말하는 세상으로 바뀌는 것을 생각해 보셨으면 합니다. 향과 양초를 그만 사용하세요. 여러분 집을 리모델링 하신다면, 카페트를 전부 들어 내시고 원목 바닥을 까세요. 이런 방법들은 자연 친화적이기 때문에, 지속가능한 해결책이고 장기적 투자이며 이 투자는 우리 세대와 미래 세대를 위한 투자인 것입니다. 이렇게 줄리가 집이나, 직장, 학교에서 만드는 환경적 해결책은 그녀 주위의 모든 사람들에게 영향을 미칩니다.

그래서 저는 매우 열정적으로 이 연구를 하고 있고 정말 계속하고 싶으며 천식외에 다른 질병들과 더 많은 호흡기 질환 및 오염원으로 확장해 보고 싶습니다. 오늘 발표를 마치기 전에 한가지 말씀을 드리고 싶어요. 여러분의 유전자는 총을 장전하는 것이지만, 실제로 방아쇠를 당기는 것은 환경이라는 겁니다. 그건 제가 이 연구를 할 때, 아주 큰 의미가 있었습니다. 왜나하면 제가 느끼기에 많은 사람들이 환경은 거시적인 수준의 것이어서 대기의 질을 바꾸거나 기후나 그런 것들을 바꾸기 위해 우리가 할 수 있는게 없다고 생각하고 있습니다.

하지만 우리 각자가 자기의 가정에서 학교에서 직장에서 시작한다면 우리는 대기의 질에 큰 변화를 가져올 수 있습니다. 왜냐하면 기억하세요, 우리는 우리 삶의 90퍼센트를 실내에서 보냅니다. 대기의 질과 오염물질은 천식환자와 호흡기 질환을 가진 사람들 모두, 그리고 우리 모두의 폐 건강에 커다란 영향을 미칩니다.

여러분이 세계를 더 나은 대기 질, 더 나은 삶의 질 미래 세대를 포함한 모두의 삶의 질을 제공하는 세상으로 재구축하도록 기대합니다.

감사합니다.

(박수)

리사 링: 좋아요 쉬리와 로렌 빨리 좀 올라 주실래요? 여러분의 구글 사이언스 페어 챔피언들입니다. 여러분의 수상자들입니다

(박수)