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조광현 교수, 생명과학의 오랜 수수께끼에 대한 새로운 해답 제시
- 시스템 생물학 연구를 통한 생명과학의 한계 극복, 중요한 BIT연구사례
바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀(제1저자 김동산, 참여연구원 월터콜치)은 컴퓨터시뮬레이션을 통해 세포내 하나의 신호전달경로가 어떻게 다양한 세포반응을 유발하는지에 대한 새로운 해답을 제시했다.
이번 연구는 특히 BT에 IT를 접목시킨 시스템생물학(Systems Biology) 연구를 통해 기존 생명과학의 한계를 극복한 중요한 BIT 융합연구사례로 평가된다. 우선 기존의 다양한 실험조건 하에서 산발적으로 축적된 데이터를 IT를 이용해 효율적으로 집대성하였다. 그리고 이를 기반으로 대규모 컴퓨터시뮬레이션을 수행하고 시스템생물학 관점의 통합분석 작업을 시도함으로써 복잡한 생명현상 이면의 숨겨진 설계원리를 밝혀냈다.
NF-kB 신호전달경로는 세포의 성장, 분열, 사멸을 조절하고, 면역과 염증반응 등 매우 다양한 세포반응에 관여하는 것으로 알려져 있다. 그러나 하나의 NF-kB 신호전달경로를 통해 어떻게 다양한 세포반응이 유도되는지에 대한 핵심 메커니즘은 오랫동안 수수께끼로 남아있었다.그 원인은 NF-kB 신호전달경로가 매우 복잡한 조절관계에 얽혀 있어서 동역학적 특성을 직관적으로 이해하기 어려웠기 때문이다. 또한 많은 실험들이 특정 조건에서 관측된 단면만을 보여주기 때문이었다.
조광현교수 연구팀은 산발적 실험데이터를 집대성하여 확률모델을 개발했고, 대규모 컴퓨터시뮬레이션 작업을 반복 수행했다. 그 결과 NF-kB 신호전달네트워크의 IkB알파와 IkB엡실론이 기하학적으로 동일한 형태의 음성피드백회로를 형성하고 있음에도, IkB알파는 핵내 NF-kB 신호패턴의 주파수와 진폭을 조절하는 역할을 수행하는 반면, IkB엡실론은 이러한 NF-kB 신호의 무작위적 변화를 유발하는 특성이 있음을 알아냈다. 그리고 이러한 상동체(paralog)가 형성하는 중첩된 음성피드백회로의 복합적 작용이 결국 세포반응의 다양성을 유도하는 핵심 메커니즘이라는 것을 밝혀냈다.
이 연구는 교육과학기술부 지원 연구사업의 일환으로 수행됐고, 연구결과는 지난 7일, 실험생물학계 권위지 ‘파셉저널 (The FASEB Journal)’ 온라인판에 게재됐다. 전통적 실험생물학 저널에 컴퓨터시뮬레이션만으로 수행된 연구결과가 게재된 것은 매우 이례적인 일이다. 생명과학연구의 전통적인 방식을 벗어나 IT와의 융합연구를 통해 기존의 난제에 대한 새로운 해답을 찾을 수 있음을 보여주는 사례로 평가되고 있다.
조광현 교수는 전기전자공학을 전공하고 국내 최초로 IT의 BT응용으로서 시스템생물학 분야를 개척해오며 지금까지 95편의 국제저널논문을 발표했다.
2009.05.14
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교육혁신, 이제는 대학원 교육이다 !
- 시스템 디자인 중심교육 전환, 통합적 사고 인재양성 목적KAIST(총장 서남표)가 지난 2006년도부터 추진해온 학부과정의 교육혁신이 일정수준에 이르렀다고 판단하고, 이제 다시 대학원 교육 혁신에 나섰다.
KAIST는 석박사 졸업생들이 사회에서 리더로 성장하기 위해서는 “통합적 사고”를 하는 인재를 기르는 것이 필요하다는 인식하에, “시스템 디자인 중심교육”으로 전환키로 했다. 시스템 디자인 중심교육이란 사물을 낱개로 쪼개어 따져 보기도 하지만(분석), 동시에 이것을 통합하여 하나의 시스템(제품)으로 만들어 보는 것에 중점을 두는 교육이다. 그 동안 일반 기업이나 정부기관에서 이공계 석박사 인력에 대한 평가는 두 가지로 잘렸다. 하나는 깊이 있는 “분석적 사고”로 새로운 연구를 잘 한다는 것이고, 두 번째는 너무 좁은 것만 알아서 큰 것을 보는 “통합적 사고”가 부족하다는 지적이었다. “분석적 사고”란 사물을 하나씩 쪼개어 작은 단위를 대상으로 새로운 것을 찾아내는 사고를 말하고, “통합적 사고”란 여러 가지 요소를 종합하여 전체를 보는 사고를 말한다. 따라서 연구소나 대학에서 깊이 있는 연구를 하려면 “분석적 사고”가 더 필요하다고 볼 수 있지만, 회사나 연구소에서 새로운 제품을 만들려면 “통합적 사고”가 더욱 필요하다. 물론 두 가지 사고가 모두 필요함은 물론이다. 사물을 쪼개서 작은 단위로 보는 습관이 있으면, 일을 할 때도 개인적으로 일하는 경향이 있고, 협동정신이 부족한 경우가 많다. KAIST는 2006년 서남표 총장 부임후, 엔지니어들이 너무 사물을 잘게 본다는 단점을 보완하기 위해, 시스템 디자인 중심교육을 준비하였다. 2007년에 학부과정 1학년에 실험적으로 적용하다가(선택과목), 2008년에는 1학년 전교생에게 필수과목으로 교육(영어로 강의)하고 있다. 이것은 전 세계 최초의 시도로서, 외국 학자들로부터 공학교육의 좋은 혁신사례로 찬사를 받기도 했다. 이제 학부과정의 교육혁신이 자리를 잡았다고 판단한 KAIST는 이 경험을 대학원으로 확대하기 위하여 대학원 교육개혁의 깃발을 올린 것이다. KAIST는 이런 대학원 교육혁신과제를 “S” 프로젝트라 명명하고, 최근 이 프로젝트에 참여할 학과를 모집하였다. 전체 18개 학과 중에 8개 학과가 자발적으로 이 교육혁신에 참여키로 하고, 추진위원회를 구성하였다. 8개 학과 대표가 모여 구성된 “ S 프로젝트 추진위원회”가 오는 28일 15시에 정식으로 출범하여 교과목 개발을 시작한다. 위원장은 최근 3년간 LG 기술연구원장을 역임한 이귀로(李貴魯, 56) 전기전자공학과 교수가 맡았다. 李 교수는 2008년 가을학기에 시범적으로 과목을 개설한 후에, 2009년 봄학기부터 정식 교과목으로 발전시킬 계획이라고 말했다. 물론, 그 이후에는 전 학과에 확대될 것이라 전망했다. 李 교수는 석사과정에 입학하면 기존의 전공과목 외에, 첫 1년 동안 시스템 디자인 중심의 교과목을 수강하고, 2학년에는 제품설계 프로젝트를 수행할 것이라 말했다. 이와 같은 디자인 중심의 교과목을 개설하기 위해서는 현장 경험이 있는 교수진은 물론 실험실습장비와 재료비 등의 추가 비용이 필요하게 된다고 말했다. * S 프로젝트 추진위원회 참여 8개 학과: 전기전자, 전산, 기계공학, 생명화학공학, 화학, 신소재공학, 산업공학, 건설환경공학
2008.04.28
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