생명과학, 공학을 만나다

미래사회에서 바이오 분야가 중요한 역할을 할 것이라고 한다. 4차 산업혁명시대에 접어든 오늘, 인공지능(IT)과 함께 바이오 기술이 사회 전반에 이용되는 바이오 사회(bio society)가 시작되었다. 다가올 인공지능과 바이오 시대에는 과학에 흥미가 있고 학문적 기초가 단단해야 한다. 그래야 새로운 것을 찾아내고 만들 수 있으며 융합적사고를 할 수 있기 때문이다.

미래사회를 이끌어갈 우리 청소년에게 과학공부는 필수다. 제대로 된 과학 교육, 특별히 생명과학 교육을 제대로 받도록 해야 한다. 실험에 관련된 내용을 쉽게 학습할 수는 없지만, '왜 그럴까?'라는 질문을 하면서 호기심을 충족시키는 것은 의미 있는 공부가 된다. 또 여기서부터 과학기술 발전이 시작된다고 볼 수 있다. 그 다음에는 '이것을 어떻게 활용할 수 있을까'를 생각해 봐야 한다. 어려운 공학의 내용을 학습하는 것이 아니라 '어떻게 활용할까'를 생각해 보는 것이다.

이런 생각 훈련을 잘 할 수 있도록 책을 배경- 과학(심화내용 포함) - 공학(응용 포함) - 열린 질문(open question) 순으로 구성하였다.

생명과학의 모든 내용을 다 알 필요는 없다. 하나를 제대로 이해하고 깊이 파고들며 생각해 보자. 그러한 자세와 사고방식이 되어 있다면, 나머지는 필요할 때 그렇게 하면 된다.

그래서 생명과학 분야에서 중요하다고 생각되는 소주제를 50가지만 택하여 기술하였다.

많은 이들이 4지 선다형 문제에서 답을 고르는 데 익숙해져 있을 것이다. 논리적으로 가장 적합한 것을 고르는 것은 의미가 있지만, 더 중요한 것은 어떤 주제나 질문에 대하여 나름대로 설명하는 것이다.

'왜 그럴까', '어떻게 응용할까' 라고 기본적인 질문을 하는 습관을 가져야 한다.

본문에 나온 열린 질문을 따라 자유로운 생각을 해보자. 답은 하나만 있는 것이 아니다. 여러 개의 답이 있거나 답이 없는 경우도 있을 것이다. 자유로운 사고, 비판적인 사고가 창조의 시작이다. 주어진 질문에 답하기보다 더 중요한 것은 질문을 만들고 스스로 그 답을 찾아가는 것이다. 이 책에서는 한 이슈에 대하여 몇 개의 질문을 하였다. 이 책에 나와 있는 질문에 답하는 것도 중요하지만 저자와는 다른, 새로운 질문을 하고 이에 답하려고 노력하는 것도 필요하고 바람직한 활동이다. 더 많은 이슈에 대하여, 더 많이 질문하고, 더 많이 생각하는 것이 스스로는 물론이고 우리 사회를 발전시키는 출발점이 된다.

청소년에게 생명과학/생명공학의 주요 개념과 관련 이슈를 소개하는 데 1차적인 목표를 두고 『공통과학』, 『생명과학 1』, 『생명과학 2』 등의 교과서를 참고하였다. 그러나 실제 이 책의 내용과 범위는 독자의 호기심을 고려하여 한계를 두지 않았다. 최근의 관심사와 생활 관련 이슈를 포함시켰다. 실험의 경우 이 책에서는 몇몇 이슈만 제기하는 정도로 하고, 최근 많이 보급된 STEAM(Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics) 개념과 내용을 포함시키고자 하였다. 그런만큼 이 책은 일반독자에게도 생명과학과 공학을 이해하고, 과학적 사고를 갖도록 하는 데 도움을 줄 것이다. 책을 읽다가 어렵거나 잘 모르는 용어가 나오면 인터넷이나 관련 자료를 찾아보면 좋겠다. 개념을 확실하게 하는 것이 중요하기 때문이다.

생명과학은 생명 현상을 설명하는 학문으로서 왜 그럴까, 어떤 과정으로 그렇게 되는가를 탐구한다. 생명공학은 생명과학으로 알아낸 사실을 인류를 위해 어떻게 활용할 것인가를 연구하는 학문이다. 질병, 식량, 환경과 에너지, 소재 생산 등에 관한 탐구내용의 활용에 초점을 두다 보면 계속하여 과학적 호기심이 새롭게 생긴다. 이러한 과정을 거치면서 과학과 공학은 같이 발전할 수 있다. 어떤 현상에 대하여 '왜'라는 질문을 하다 보면 어떤 아이디어(가설이라고 한다.)가 떠오를 때가 있다. 그 아이디어에 관한 실험방법을 생각하며 테스트하다 보면 자연의 현상을 과학적으로 설명하게 된다. 예를 들면 '물고기의 등은 왜 미끄러울까?'를 생각하다 보면 물리적인 현상과 연계하여 생각하게 된다. 그 다음 단계로 물속에서 물의 저항을 줄일 수 있는 원리를 응용하는 아이디어도 떠올릴 수 있다.

이렇게 과학과 공학을 연계시켜서 공부하고 생각하면, 호기심은 발견과 발명의 원동력이 되어줄 것이다. 이제부터라도 이 책을 읽으며 호기심을 억누르지 말고 마음껏 상상하고 연구하도록 하자. 이런 과정에서 논리적으로 생각하고, 문제를 해결하는 능력을 기를 수 있다. 이러한 훈련은 우리 사회에서 살아갈 수 있는 지혜를 터득하고 우리 사회를 건전하게 발전시키는 원동력의 역할을 할 것이다. 따라서 오늘날 우리에게 필요한 것은 과학적 사고다.

독자들이 이 책을 읽는 동안 어떤 주제에 대하여 묻고 그 답을 생각하면서 생명과학과 공학에 대한 관심을 키우고 비전을 만들어 갈 수 있다.

1. 머리말



1 생명 활동과 영양소

1. 단것이 당긴다 : 감미료 14

2. 탄수화물의 이해 20

3. 에너지 원 : 지방 26

4. 호흡과 에너지 대사 32

5. 에너지 생합성 : 광합성 39

6. 단백질의 역할 44

7. 효소의 이해 49

8. 소화의 이해 56

9. 효소의 응용 : 소화 효소, 세제용 효소 61



2 미생물의 세계

1. 유산균 제품 : 김치와 요구르트 68

2. 미생물의 세계 : 미생물의 종류와 증식 73

3. 대사 작용과 바이오화학 79

4. 미생물의 이용 : 바이오에너지, 알코올 85

5. 미생물의 이용 : 페니실린 항생제 90

6. 발효식품 : 된장과 치즈 96



3 생명체의 자기 보호

1. 스트레스 이겨내기 102

2. 식물의 자기 보호 : 대사산물 107

3. 식물의 자기 보호 : 고분자 보호막 113

4. 미생물 자기 보호 : 다당류 118

5. 동물의 자기 보호 : 항체 122

6. 해양생물의 자기 보호 : 홍합접착제 128



4 인체의 이해

1. 당뇨의 이해와 치료 134

2. 포도당 센서 142

3. 우리 몸의 이해 : 간 148

4. 우리 몸의 이해 : 신장 153

5. 혈액의 조성과 기능 158

6. 줄기세포 163

7. 사이보그 인간과 뇌과학 168

8. 치매와 알츠하이머병 174



5 생명과학과 유전

1. 돌연변이 178

?2. 암의 발병과 치료 183

3. 멘델의 유전법칙 189

4. 유전 : DNA? 197

5. 유전자 검사 203

6. 단백질 합성 207

7. 단백질 치료제?: 인슐린 213

8. 유전자 치료 218

9. 유전자변형 식물 224



6 환경 그리고 생태계

1. 썩는 플라스틱 232

2. 환경과 생태계 238

3. 깨끗한 물 243

4. 적조와 부영양화 248

5. 먹이사슬과 중금속 제거 252

6. 스마트 농업 258

7. 진화와 생물의 다양성 262



7 생명공학과 우리 사회

1. 바이오 시대의 도래 270

2. 바이오 산업과 경제 276

3. 바이오 사회의 이슈 282

4. 생명과학과 노벨상 연구 290

5. 생명과학과 직업 298



참고문헌 301

찾아보기 302

유영제 서울대 공대 화공과 (현재, 화학생물공학부)를 졸업한 후 LG화학 기획실과 생산과(생산과장)에서 근무했다.

미국 메릴랜드대학교 대학원에서 공학박사 학위를 받은 후 서울대 화학생물공학부 교수로 2017년 8월까지 재직하고 지금은 명예교수로 있다.

대학에서 교무부처장, 입학처장을 지냈으며, 생명공학공동연구원 원장을 지내고 현재는 자문위원으로 있다. 한국생물공학회 회장, 한국공학교육학회 회장, KOREA바이오경제포럼 회장을 역임했으며, 중앙공무원교육원(현, 국가공무원인재개발원) 원장으로서 공무원교육에도 헌신했다. (사)국경없는과학기술자회를 창립하고 초대회장을 지냈으며. 서울대 사회공헌교수협의회 초대회장을 역임했다.

지금까지 300여 편의 학술논문을 학술지에 게재했으며, 저서로는 『21세기 인간과 공학』 (공저), 『위대한 생명이 이끄는 세상', 『이공계 연구실 이야기』,

『교육이 바로 서야 우리가 산다』, 『생각하는 생물학 강의』, 『Enzyme Engineering』, 『바이오산업혁명』, 『적정기술이 만드는 아름다운 세상』 등이 있다.