지문해설 | 2020학년도 고3 수능 "장기 이식과 레트로바이러스" 과학지문 Q26~29

2020학년도 고3 수능 속 장기 이식, 동종 이식, 이종 이식, 면역적 거부 반응, 레트로바이러스, 내인성 레트로바이러스를 설명합니다. 잘 와닿지 않아 어려웠던 과학기술을 쉽게 이해해 보세요 :) 

목차

2020학년도(2019년 시행) 고3 수능 Q26~29 장기 이식과 레트로바이러스

< 요약 >

 

손상된 신체의 장기를 대체하기 위해 실시하는 장기 이식에는 다양한 방법이 있으며 이상적인 이식편을 개발하기 위한 연구가 수행되고 있습니다.

 

¹ 자신이나 일란성 쌍둥이의 이식편을 이용

 

² 동종 이식: 다른 사람의 이식편을 이용

• 면역적 거부 반응이 일어남, 많은 비용이 소요됨, 이식 가능한 동종 이식편의 수가 매우 부족함

³ 전자 기기 인공 장기를 이용

• 장기의 기능을 일시적으로 대체함, 추가 전력 공급 및 정기적 부품 교체가 요구됨, 인간의 장기를 완전히 대체하지 못함

⁴ 이종 이식: 다른 동물의 이식편을 이용

• 면역적 거부 반응이 심함, 초급성 거부 반응 및 급성 혈관성 거부 반응이 일어남
• 내인성 레트로바이러스로 인해 세포가 감염될 수 있음
  ※ 내인성 레트로바이러스: 레트로바이러스로부터 유래된 DNA의 일부분으로, 다른 종의 세포 속에 주입되면 레트로바이러스로 변환됨
  ※ 레트로바이러스: 다른 생명체의 세포의 DNA에 자신의 유전 정보를 끼워 숙주 세포를 감염·파괴시킴

 

1문단

 

'신체의 세포, 조직, 장기가 손상'되면 '이를 대체하기 위해 이식을 실시'하며, '이때 이식으로 옮겨 붙이는 세포, 조직, 장기를 이식편'이라 합니다.

이식을 할 때에는 가장 먼저 ¹ 자신이나 일란성 쌍둥이의 이식편을 이용할 수 있는지 확인합니다.

자신이나 일란성 쌍둥이의 이식편을 이용할 수 없다면 ² 동종 이식을 실시하여 다른 사람의 이식편을 이용합니다.

그런데 우리의 몸은 '유전적으로 동일하지 않은 이식편'에 대해 면역적 거부 반응을 일으킵니다. 개체 간의 '유전적 거리가 멀수록' 면역 세포가 발현하는 주조직적합복합체(MHC, Major Histocompatibility Complex)의 차이가 커져 '거부 반응이 강해집니다.'

 

2문단

 

² 동종 이식은 많은 비용이 소요되고, 이식 가능한 동종 이식편의 수가 매우 부족하다는 단점이 있습니다.

그래서 ³ 전자 기기 인공 장기를 이용하거나 ⁴ 이종 이식을 실시하여 다른 동물의 이식편을 이용하는 등 대체할 수 있는 방법이 개발되고 있습니다.

 

아쉽지만 ³ 전자 기기 인공 장기를 이용하는 방법은 장기의 기능을 일시적으로 대체할 뿐, '추가 전력 공급 및 정기적 부품 교체 등이 요구'되고 '아직 인간의 장기를 완전히 대체하지 못한다'는 한계가 있습니다.

 

그렇다면 ⁴ 이종 이식은 어떨까요?

이종 이식 기술과 이상적인 이식편을 개발하기 위해 고려해야 하는 사항을 이어지는 내용에서 확인해봅시다.

 

3문단

 

⁴ 이종 이식은 '사람의 조직 및 장기와 유사한 다른 동물의 이식편을 인간에게 이식'하는 기술입니다.

 

이종 이식 기술에서 해결해야 할 첫번째 문제는 '이종 이식은 동종 이식보다 거부 반응이 훨씬 심하게 일어난다'는 점입니다.

(사람끼리의 이식에서도 면역적 거부 반응이 일어나는데, 사람과 다른 동물(예: 돼지) 사이의 이식에서는 더욱 심한 거부 반응이 일어나는 것이 당연하겠죠?)

• 사람이 가진 자연항체가 다른 종의 세포에서 발현되는 항원에 반응 → 초급성 거부 반응 및 급성 혈관성 거부 반응 유발

 

이 문제를 해결하기 위해서 '이런 거부 반응을 일으키는 유전자를 제거한 형질 전환 미니돼지'에서 얻은 이식편으로 이식에 성공한 연구가 있습니다.

 

4문단

 

이종 이식 기술에서 해결해야 할 두번째 문제는 '내인성 레트로바이러스'입니다.

내인성 레트로바이러스

• 생명체의 DNA의 일부분으로, 레트로바이러스로부터 유래됨
• 바이러스 활성 X, 사람을 포함한 모든 포유류에 존재함

레트로바이러스

• 특정한 종류의 세포를 감염시키는 바이러스
• 레트로바이러스에 의해 감염된 생식세포로 태어난 자손의 모든 세포에는 내인성 레트로바이러스가 있음
• 자신의 유전 정보를 RNA에 담고 있고 역전사 효소를 가짐

 

레트로바이러스가 숙주 세포를 감염시키는 과정은 다음과 같습니다:

1. 레트로바이러스가 숙주 세포에 들어감
2. 역전사 과정을 통해 자신의 유전 정보를 담은 RNA를 DNA로 바꿈
   (※ 전사는 DNA의 유전 정보를 RNA로 옮겨 적는 과정이며, 역전사는 반대로 RNA의 유전 정보를 DNA로 바꾸는 과정임)
3. 숙주 세포의 DNA에 끼어듦

 

이렇게 세포를 감염시킨 레트로바이러스는 '자신이 속해 있는 생명체를 숙주로 삼아 복제, 증식하고 일정한 조건이 되면 숙주 세포를 파괴'합니다.

 

5문단

 

4문단에서 언급된 것처럼, 레트로바이러스에 의해 감염된 세포는 파괴되는 것이 일반적이지만, '정자, 난자와 같은 생식 세포가 레트로바이러스에 감염되고도 살아남는 경우'가 있습니다. 이 경우 태어난 자손의 모든 세포가 내인성 레트로바이러스를 갖게 됩니다.

 

내인성 레트로바이러스가 다른 종의 세포에 주입되는 경우, 그 세포는 다음의 과정에 따라 결국 감염됩니다.

1. 내인성 레트로바이러스가 레트로바이러스로 변환됨
2. 레트로바이러스가 그 세포를 감염시킴(구체적인 과정은 4문단에서 다룸)

앞서 이종 이식 기술에서 해결해야 할 두번째 문제가 '내인성 레트로바이러스'라고 했었는데, 4~5문단의 내용을 기반으로 하여 다음과 같이 이해해볼 수 있겠습니다:

• 미니돼지(포유류)의 DNA에는 내인성 레트로바이러스가 있음
• 이종 이식을 위해 미니돼지의 DNA에 포함된 내인성 레트로바이러스가 사람의 세포에 주입되는 경우,
  • 내인성 레트로바이러스가 레트로바이러스로 변환되며,
  • 변환된 레트로바이러스는 사람의 세포를 감염·파괴시킴

 

즉, 이상적인 이식편을 개발하기 위해서는 '미니돼지의 DNA에 포함된 내인성 레트로바이러스를 효과적으로 제거하는 기술'이 필요합니다.

 

26번 문제 풀이

 

• ① 이종 간의 유전적 거리가 더 멀기 때문에 '이종 간의 MHC 분자의 차이가 더 큼' (→ 1문단)
• ② 다른 종의 물질이 체내로 유입되면 '면역 세포의 작용으로 인해 장기 이식의 거부 반응이 일어남' (→ 1문단)
• ③ '이종 이식을 하면' 다른 종의 세포에 포함된 내인성 레트로바이러스에 의해 세포가 '감염될 수 있음' (→ 4, 5문단)
• ④ 모든 포유류가 내인성 레트로바이러스를 가진다는 것은 '과거에 어느 조상이 레트로바이러스에 의해 감염'된 후 살아남은 생식 세포에 의해 번식이 이루어진 것으로 이해할 수 있음 (→ 4, 5문단)
• ⑤ '레트로바이러스(숙주 세포 X)가 가진 역전사 효소를 이용하여 RNA를 DNA로 바꿈' (→ 4문단)

 

29번 문제 풀이

 

㉠은 내인성 레트로바이러스를, ㉡은 레트로바이러스를 가리킵니다.

①에서 ㉠ 내인성 레트로바이러스는 레트로바이러스에 감염된 후 살아남은 생식 세포로 태어난 자손의 모든 세포의 DNA에 존재합니다. 반면, ㉡ 레트로바이러스는 다른 생명체의 세포에 들어가 감염시키는 바이러스로, 자신이 속해 있는 생명체의 모든 세포의 DNA에 존재하지 않습니다.

• ② 레트로바이러스는 자신의 유전 정보가 담긴 RNA를 DNA로 역전사하기 때문에 자신의 유전 정보를 DNA에 담을 수 있음
• ③ 내인성 레트로바이러스는 자신이 속해 있는 세포 안에서 바이러스로 활동하지 않으므로(바이러스 활성 X), 자신이 속해 있는 생명체에 면역 반응을 일으키지 않음
• ④ 레트로바이러스는 자신의 유전 정보를 가지고 있으며, 다른 생명체의 DNA에 자신의 유전 정보를 끼움
• ⑤ 내인성 레트로바이러스는 자신이 속해 있는 세포 안에서 바이러스로 활동하지 않으므로(바이러스 활성 X), 자신이 속해 있는 생명체의 세포를 감염시키지 않음

	㉠ 내인성 레트로바이러스	㉡ 레트로바이러스
①	자신이 속해 있는 생명체의 모든 세포의 DNA에 존재	다른 생명체의 세포에 들어가 감염시킴
②	자신의 유전 정보를 DNA에 저장되어 있음	역전사 과정을 통해 RNA를 DNA로 바꾸어 자신의 유전 정보를 DNA에 담을 수 있음
③	자신이 속해 있는 세포 안에서 바이러스로 활동하지 않음	다른 생명체의 세포에 들어가 감염시킴
④	자신이 속해 있는 생명체의 유전 정보를 가짐	레트로바이러스 자신의 유전 정보를 가지고, 다른 생명체의 DNA에 자신의 유전 정보를 끼움
⑤	자신이 속해 있는 세포 안에서 바이러스로 활동하지 않으므로 자신이 속해 있는 생명체의 세포를 감염시키지 않음	다른 생명체의 세포에 주입되어 감염시킴