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기저 질환이 없는 코로나19 환자의 중증 신규 유전적 위험 인자 규명
우리 대학 생명과학과 정인경 교수 연구팀이 서울대병원 강창경, 고영일, 분당서울대병원 송경호 교수, 경북대병원 문준호 교수, 국립중앙의료원 이지연 교수, 지놈오피니언 社로 이루어진 산·학·병 공동연구를 통해 기저 질환이 없는 저위험군의 신규 코로나19 중증 위험 인자를 발굴하고, 발굴된 인자의 과잉 염증반응에 대한 분자 메커니즘을 제시했다고 29일 밝혔다.
코로나19 바이러스(SARS-CoV2)는 지난 2년이 넘도록 확산하면서 전 세계적으로 6억 명 이상이 감염됐고, 이 중 6백만 명 이상이 사망했다. 이러한 심각성으로 인해 코로나19 바이러스의 병리에 관한 연구가 활발히 진행됐고, 단핵구(큰 크기의 백혈구, Monocyte)의 과잉 염증반응으로 인한 중증 진행 메커니즘 등이 밝혀졌다.
하지만 개별 코로나19 환자마다 면역 반응의 편차가 크게 나타나는 현상에 대해서는 앞서 찾은 연구 결과만으로는 전부 설명할 수 없다. 예를 들어 중증 코로나19 환자 중에서 당뇨병이나 고혈압 등의 기저 질환이 없는 경우도 빈번하기에 이들이 코로나19 감염 시 중증으로 진행될 수 있는 신규 위험 인자를 발굴하는 것은 환자 맞춤형 치료에 있어 매우 중요하다.
우리 대학 생명과학과 최백규, 박성완 석박사통합과정과 서울대병원 강창경 교수가 주도한 이번 연구에서는 기존의 기저 질환이 없는 중증 코로나19 환자의 중증 요인을 알아내기 위해, 국내 4개의 병원이 합동해 총 243명의 코로나19 환자의 임상 정보를 수집 및 분석했다. 연구팀은 그 집단의 임상적 특징을 밝히고, 단일세포 유전자 발현 분석과 후성유전학적 분석을 도입해 관찰된 임상적 특징과 중증 코로나19 내 과잉 염증반응 간의 유전자 발현 조절 메커니즘을 분석했다.
그 결과, 기저 질환이 없는 집단 내 중증 환자는 `클론성조혈증'이라는 특징을 가지고 있는 것을 관찰하였다. 이는 혈액 및 면역 세포를 형성하는 골수 줄기세포 중 후천적 유전자 변이가 있는 집단을 의미한다. 또한 단일세포 유전자 발현 분석을 통해 클론성조혈증을 가진 중증 환자의 경우 단핵구에서 특이적인 과잉 염증반응이 관찰되는 것을 확인했고, 클론성조혈증으로 인해 변화한 후성유전학적 특징이 단핵구 특이적인 과잉 염증반응을 일으키는 유전자 발현을 유도하는 것을 연구팀은 확인했다.
해외 연구단에서도 유사하게 클론성조혈증과 코로나19 간의 관련성에 주목한 연구들이 있었으나 코로나19와의 관련성을 명확히 밝히지 못했고, 과잉 염증반응으로 이어지는 분자 모델 역시 제시하지 못했다. 이에 반해 공동 연구팀은 생물정보학 기반 계층화된 환자 분류법과 환자 유래 다양한 면역 세포를 단 하나의 세포 수준에서 유전자 발현 패턴 및 조절 기전을 해석할 수 있는 단일세포 오믹스 생물학 기법을 적용해 클론성조혈증이 코로나19의 신규 중증 인자임을 명확하게 제시했다. 해당 연구 결과는 앞으로 기저질환이 없는 저위험군 환자라도 클론성조혈증을 갖는 경우 코로나19 감염 시 보다 체계적인 치료 및 관리가 필요함을 의미한다.
이번 연구 결과는 두 개의 국제 학술지, `헤마톨로지카(haematologica, IF=11.04)'에 9월 15일 字 (논문명: Clinical impact of clonal hematopoiesis on severe COVID-19 patients without canonical risk factors) 온라인 게재가 되었으며. ‘실험 및 분자 의학(Experimental & Molecular Medicine, IF=11.590)'에 지난 8월 1일 字 (논문명: Single-cell transcriptome analyses reveal distinct gene expression signatures of severe COVID-19 in the presence of clonal hematopoiesis) 게재 승인됐다.
이번 연구는 장기화된 코로나19 팬데믹 상황 속에서 연구계·의료계·산업계로 이루어진 연구팀 서로 간의 긴밀한 협력을 통해 코로나19 환자의 신규 중증 인자를 밝히고, 그에 대한 분자적 기전을 제시해 환자별 맞춤 치료전략을 제시한 연구로 중개 연구(translational research)의 좋은 예시로 평가받는다.
이번 연구를 수행한 우리 대학 최백규 석박사통합과정은 "최신의 분자실험 기법인 단일세포 오믹스 실험과 생물정보학 분석 기술의 융합이 신규 코로나19 중증 환자의 아형과 관련 유전자 조절 기전을 규명 가능케 하였다ˮ며, "다른 질환에도 바이오 데이터 기반 융합 연구 기법을 적용할 것이다ˮ고 말했다.
분당서울대병원 송경호 교수는 "이번 연구는 임상 현장에서 코로나 환자별 맞춤 치료 전략을 정립하는 데 있어서 중요한 정보를 제공한 연구ˮ라며 "앞으로도 중증 코로나19 환자의 생존율을 높이기 위해 임상 정보를 바탕으로 한 맞춤 치료전략 연구를 이어나가겠다ˮ라고 밝혔다.
지놈오피니언 대표를 겸임하고 있는 서울대병원 고영일 교수는 "회사에서 개발한 클론성조혈증 탐지 및 분석 기술이 코로나19 팬데믹 해결에 도움이 되어 보람차다ˮ면서 "앞으로도 새로운 바이오마커를 발굴 및 분석하는 기술을 개발해 인류의 건강한 삶에 지속적으로 기여하고 싶다ˮ고 말했다.
한편 이번 연구는 서경배과학재단과 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐다.
2022.09.29
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세계 최초 네트워크 기술이 적용된 SSD 시스템 반도체 개발
우리 대학 전기및전자공학부 김동준 교수 연구팀이 세계 최초로 `패킷 기반 네트워크' 기술이 적용된 SSD(Solid State Drive, 반도체 기억소자를 사용한 저장장치) 시스템 개발을 통해 차세대 SSD의 읽기/쓰기 성능을 비약적으로 높이는 시스템 반도체를 개발했다고 28일 밝혔다.
패킷이란 다양한 크기를 지닌 데이터를 일정한 크기로 분할한 후 제어 정보를 추가한 데이터 전송의 기본 단위를 말하며, 효율적이고 신뢰성 있게 데이터를 전송할 수 있다는 장점이 있어 주로 컴퓨터 네트워크 기반 정보 기술에서 사용되고 있다. 최근 시스템 반도체 분야에서는 다양한 계산 자원들을 칩 내부 네트워크로 연결하여 효율적으로 활용하는 기술이 적용되고 있다. 본 연구는 이러한 시스템 반도체 분야에서 효과적인 네트워크 연결 기술을 메모리 반도체에 적용하였다는 점에서 큰 의미를 가지고 있다.
SSD는 플래시메모리를 이용해 정보를 저장하는 장치로, 기존 자기디스크를 이용한 데이터 저장장치인 `하드디스크 드라이브(HDD)'에 비해 데이터 입출력(읽기/쓰기) 속도가 빠르고 발열과 소음이 적어 데이터 센터 및 클라우드 서비스를 위한 주요 저장장치로 활용되고 있다. 전 세계적으로 수십억 명이 사용하는 페이스북(Facebook), 트위터(Twitter) 등과 같은 SNS 서비스를 제공하는 기업들뿐만 아니라 구글, 마이크로소프트 등과 같이 수십억 명의 사용자 정보를 저장하고 이를 활용해 서비스를 제공하는 기업들은 더 많은 데이터를 저장하고 성능이 좋은 고용량/고성능 SSD 제품을 필요로 한다.
특히 인터넷 서비스 제공 기업들은 많은 양의 정보가 데이터 센터에서 저장되고 처리되면서 더 많은 데이터를 저장할 수 있고, 더 빠르게 데이터를 읽고 쓰는 것이 가능한 고성능 SSD 제품을 요구한다. 따라서 SSD는 지속해서 성능과 용량의 개선을 요구하는 상황에 놓이게 된다.
이에 삼성, SK 하이닉스, 등과 같은 SSD 및 메모리를 제공하는 기업에서는 고성능 SSD 기술에 크게 주목하고 있으며, 이는 많은 애플리케이션의 성능 향상에 도움이 될 뿐만 아니라 비용적인 측면에서도 효율적으로 서버 시스템을 확장하는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
하지만 이러한 장점에도 불구하고, 고용량 및 고성능 SSD를 위해 규모를 증가시키는 스케일 업(scale-up)은 하드웨어 패키징 한계에 제한돼 쉽게 확장하기 어렵다. 무엇보다도 기존 SSD 시스템은 사용 가능한 처리량 (bandwidth)이 있음에도 불구하고 효율적으로 사용하지 못하는 비효율적인 데이터 송수신 방식 채택해 사용하고 있다.
이에 김동준 교수 연구팀은 기존 SSD 시스템 설계를 분석해 CPU, GPU 등과 같은 비메모리 시스템 반도체 설계에서 주로 활용되는 네트워크 기술을 적용해 SSD 성능을 크게 높일 수 있는 `네트워크 기술이 적용된 SSD 시스템 반도체'를 개발했다. 김동준 교수팀이 개발한 SSD 시스템은 플래시 인터커넥트(interconnection network) 와 패킷 기반 플래시 컨트롤러 (packet-based flash controller) 등으로 구성되어 있으며, 현재 사용되는 기존 SSD 시스템 대비 2배 많은 처리량을 제공하고 응답시간을 약 10배 줄인 성능을 보인다고 연구팀 관계자는 설명했다.
또한 이번 개발을 통해서 기존 하드웨어의 한계를 비메모리 시스템 반도체에서 주로 사용되는 패킷(packet) 기반 송수신 기법의 사용으로 극복해 고성능 SSD 기술에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다고 연구팀 관계자는 설명했다.
전기및전자공학부 김지호 박사과정이 제1 저자로, 한양대학교 컴퓨터소프트웨어학과 강석원 박사과정, 박영준 연세대학교 컴퓨터과학과 교수가 공동 저자로 참여한 이번 연구는 미국 시카고에서 열리는 컴퓨터 구조 분야 최우수 국제 학술대회인 `55th IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture (MICRO 2022)'에서 오늘 10월 발표될 예정이다. (논문명 : Networked SSD: Flash Memory Interconnection Network for High-Bandwidth SSD)
연구를 주도한 김동준 교수는 "이번 연구는 지금까지는 없던 네트워크 패킷(packet)이 적용된 SSD 시스템 반도체를 세계 최초로 개발했다는 점에서 의의가 있으며, 데이터 센터 및 클라우드 서비스 시장에서 지속적으로 증가하는 고성능 SSD 요구에 발맞춰 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 보인다ˮ며, "SSD의 성능 향상은 인공지능 연구 및 빅데이터 분석 기술을 활용하는 다양한 알고리즘 성능 개선에도 기여할 것으로 보인다ˮ고 연구의 의의를 설명했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단과 정보통신기획평가원 차세대지능형반도체기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2022.09.28
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전자빔 활용해 탄소중립 시대를 향한 기체 분리막 개발
우리 대학 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀이 전자빔을 탄소 분리막에 쏘아 0.05nm(나노미터) 이하의 크기 차이를 갖는 기체 혼합물을 효율적으로 분리할 수 있는 기체 분리막을 개발했다고 27일 밝혔다.
탄소 분자체 분리막(carbon molecular sieve membrane)은 기존 고분자 분리막 대비 높은 선택도(selectivity)와 투과도(permeability)를 동시에 충족시켜 유망한 재료로 거론되고 있으나, 매우 작은 크기 차이를 지닌 분자쌍을 효율적으로 분리하는데 어려움을 겪고 있다. 이번 연구는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 탄소 분리막의 (초)미세다공성을 조절하는 새로운 방법으로 전자 조사(electron irradiation)를 제안하며, 연구팀이 개발한 기술은 조사량에 따라 목표 분자를 설정할 수 있는 기술이다.
생명화학공학과 오반석 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications)'에 온라인 게재됐다. (논문명 : Electron-mediated control of nanoporosity for targeted molecular separation in carbon membranes)
여러 화학종이 포함된 혼합물을 고순도로 분리하는 과정은 구성 분자의 끓는점 차이에 기인한 증류법을 활용하며, 이는 분리 공정에 막대한 열에너지 소비를 일으킨다. 특히, 경질 올레핀/파라핀 및 수소/이산화탄소 분리는 각각 고분자 합성 공정과 수소 생산에 핵심적 역할을 하며 사회경제 기반에 필수적이므로 이와 같은 기체 분자쌍을 고효율, 저탄소 분리 공정을 통해 이뤄내는 것이 필요하다.
이번 연구팀이 제안한 탄소 분리막의 전자 조사 조절은 탄소나노튜브 같은 탄소 입자(carbon particle)에 고에너지 전자빔을 조사할 때 독특한 구조가 형성되는 것에 착안해 진행됐다. 높은 에너지를 지닌 전자가 탄소 입자에 조사되면 입자 내에 빈자리(vacancy) 및 틈새(interstitial) 같은 탄소 결함(defects)이 생성되며, 이는 탄소 입자 간 또는 외부 분자와의 결합을 촉진시켜 기존 입자와 구분되는 독특한 탄소 구조가 생성된다.
탄소 분리막 또한 탄소 가닥(strand) 및 판(plate)으로 이뤄져 있기에 전자 조사를 통해 분리막 내의 미세구조를 변화시켜 기공 크기를 원하는 분리 기체쌍에 조절할 수 있다. 또한, 전자 조사는 이미 산업에서 오랫동안 상용화돼 온 기술로써 조사량 제어 및 대량화 용이성 등 여러 측면에서 장점을 지닌다.
이번 연구는 그동안 온도 및 대기 조성 등 열분해(pyrolysis) 조건에만 국한되어 있는 기존의 탄소 분리막 미세다공성 조절방식에서 벗어나 전자 조사를 새로운 조절방식으로 제안한다. 연구팀은 전자빔이 탄소 분리막에 조사되면 분리막 표면의 산소 기능화 및 초미세기공(ultramicropore) 수축이 일어남을 드러냈으며, 조사량 제어를 통해 기공 치수를 설정했다.
특히, 탄소 분리막 내 0.7nm 이하의 초미세기공은 전자 조사량에 따라 0.4nm 혹은 그 이하의 기공 크기 분포를 지니게 되었으며 이는 분리막의 확산 선택적 분리능을 높여 0.05nm 이하의 크기 차이를 지닌 분자쌍을 정밀하게 걸러낼 수 있게 한다. 예를 들어, 낮은 조사량 범위에서(~250kGy, 1kGy=1kJ/kg) 탄소 분리막의 에틸렌/에탄 분리능력이 3배 이상 향상됐고 높은 조사량에서(1000~2000kGy) 수소/이산화탄소 선택도가 80에 이르는 고성능 탄소 분리막이 제시됐다.
연구팀은 그동안 분리에 어려움을 겪었던 여러 기체 혼합물을 전자 조사된 탄소 분리막을 이용해 성공적으로 분리했으며, 분리막의 상용화와 더불어 분리막의 적용 범위를 획기적으로 확대할 가능성을 보였다. 경질 올레핀/파라핀 분리는 전 세계 에너지 소비의 약 0.3%를 차지할 만큼 많은 에너지가 소모되는 공정이지만 수많은 소재의 원료로 활용되므로 해당 공정을 저비용, 저에너지 공정으로 전환 시키는 것이 초미의 관심사다.
연구를 주도한 생명화학공학과 고동연 교수는 "2018년부터 시작된 수소 경제 도입 및 활성화에 따라 에너지 효율적인 수소 생산은 국가의 해외 의존도를 낮추고 에너지 안보 확보와 연관되어 중요성이 날로 커지고 있다ˮ며 "전자 조사를 통한 분리막 기반의 분리 공정을 확대 적용할 수 있다면 산업계의 글로벌 경쟁력 강화와 국가 에너지 안보 확립에 이바지할 수 있을 것으로 기대한다ˮ고 연구의 의의를 설명했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단 기초연구사업과 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행됐다. (No. NRF-2021R1C1C1012014, SRFC-MA1902-08)
2022.09.28
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뉴욕시와 협력 협정 체결 및 KAIST NYU Joint Campus 현판전달식 개최
우리 대학은 지난 9월 21일 16시(현지 시간) 미국 뉴욕시의 뉴욕대(NYU) 킴멜센터에서 에릭 애덤스 뉴욕시장, 이종호 과기정통부 장관, 윌리엄 버클리 NYU 이사회 의장, 앤드류 해밀턴 NYU 총장 등이 참석한 자리에서 뉴욕시와 협력 협정을 체결하고 아울러 KAIST NYU Joint Campus 현판전달식을 개최했다.
우리 대학은 글로벌 인재 양성을 위해 지난 6월 NYU와 공동캠퍼스 구축을 위한 협력협정을 체결했다. 그 후속조치로 NYU는 우리 대학과 공동 연구를 위한 캠퍼스 공간을 제공하기로 결정하고 KAIST NYU Joint Campus 현판전달식을 개최했다. 이와 관련하여 우리 대학은 행정당국인 뉴욕시와도 상호 협력을 위한 협정을 체결했다.
NYU는 미국 뉴욕 맨해튼에 자리잡은 명문대학으로, 38명의 노벨상 수상자와 5명의 필즈상 수상자, 26명의 퓰리처상 수상자, 38명의 아카데미상 수상자 등 과학기술과 인문과학, 예술 분야 등 우수한 인재를 배출하여 세계적인 명문대학으로 평가받는다.KAIST NYU Joint Campus는 NYU의 우수한 기초과학 및 융합연구 역량과 KAIST의 과학기술 역량을 결합하여 과학‧기술‧공학‧수학(STEM) 중심의 혁신적인 캠퍼스를 건설한다는 목표로 구상됐다. 이번 9월 현판전달식을 계기로, 2023년 상반기부터 본격적인 공동연구에 들어가며, 코로나 이후 인류의 난제를 해결하고 디지털 시대를 선도하기 위해 AI 사이언스센터, AI융합뇌과학, AI응용 사이버 보안, 디지털 정보보안, 지속가능한 첨단 스마트 도시/환경 등과 같은 핵심분야 연구에 중점을 둘 예정이다. 이와 더불어 Post AI시대를 대비하기 위하여 초융합 문제해결형(PBL, PSL)의 새로운 공학 학부(new Engineering) 교육 프로그램도 함께 운영하는 것에 대해 논의하고 있다.
< KAIST-뉴욕대 공동연구 가능 분야(안) >
▲ 바이오의료공학- IT, NT 등 신기술과 바이오 의료를 융합하여 신종 감염병(Disease X)에 대한 전 주기(예방-치료-진단-예측) 대응기술 연구 개발
▲ AI 융합 뇌과학- AI기술 융합으로 뇌-기계 상호작용, 뇌기반 기계학습 등 연구
▲ AI사이언스- Post AI 시대를 대비한 알고리즘 개발 및 심층연구
▲ 지속가능성 및 기후변화- 첨단 스마트 도시와 지구환경의 지속가능성, 탄소중립 연구
▲ 차세대 무선통신- ICT에서 A/T로 : 6G/7G 관련 연구, 새로운 통신 이론 등 연구
▲디지털 정보 보안- 디지털 정보 보호 및 안정성/신뢰도 관련 첨단 연구
앞으로 KAIST NYU Joint Campus는 뉴욕으로 몰리는 글로벌 인재를 흡인하기 위하여 양교 교수진 및 연구진 선정에 착수했으며, 공동연구과정 운영을 위한 본부로 기능한다. KAIST도 대전 본원 캠퍼스에 협업공간을 마련하여 뉴욕대 소속 교수진, 연구진이 KAIST 방문 시 제공할 계획이다.
이번에 조성된 협업공간으로 기본적인 모습을 갖춘 KAIST NYU Joint Campus는 향후 산업체와의 전략적인 협력을 추진하며 창업을 확대시키는 산학협력 캠퍼스로 업그레이드된 형태인 'KAIST New York Campus'로 발전시킬 구상을 가지고 있다. 이를 위해 사전 타당성 조사를 통한 계획의 구체화, 추진 여부를 결정하기 위한 이사회 심의 의결 등 관련 절차를 진행할 예정이다.
KAIST NYU Joint Campus는 KAIST의 우수한 인재들이 세계적인 연구 환경과 글로벌 시장에서 꿈을 펼치는 발판이 됨과 동시에 뉴욕으로 몰려드는 세계적인 인재를 흡인할 것으로 기대된다. 또한 NYU의 탄탄한 기초학문 역량과 강점과 결합하여 교육‧연구‧창업 등 다양한 분야에서 시너지를 창출함으로써 '글로벌 혁신'을 이루는 데 기여할 것으로 전망된다.한편 KAIST는 뉴욕시와 협력협정을 통해 KAIST의 우수한 과학기술 역량을 국제무대로 확장하고, KAIST 학생 및 교원, 창업기업이 미국에 진출하는 교두보를 마련하고자 한다. 향후 교육, 경제, 사회, 문화 등 분야별 협력 항목을 발굴하고, 세부 협력 방안을 마련‧이행할 예정이다.
< KAIST-뉴욕시 협력 가능항목(예시) >
▲ 교육: 뉴욕시 소재 대학과 공동학위 운영, 인공지능 분야 핵심인재 양성 등▲ 경제: 기술창업의 허브, 기술 분야(Tech Sector) 일자리 창출 등▲ 사회: 경제, 금융, 미디어 관련 공학 연구 등▲ 문화: 문화적 다양성 기반 문화·예술 기술(Art-tech) 연구 등▲ 기타: 인공지능 헬스케어 분야 공동연구 등
뉴욕시는 글로벌 시장의 중심지로서 세계적인 지경학적(Geoeconomics) 조건을 갖췄다. 세계적인 창업, 교육, 투자의 메카로, 문화적 다양성과 성공적 커리어 개발을 위한 글로벌 네크워크가 잘 발달되어 자금력과 인재 흡인력이 높다. 이를 바탕으로 최첨단 기술산업 분야에서도 글로벌 테크 기업과 세계적인 미디어그룹의 메카로 자리잡았고, '월스트리스' 신화에 더해 '실리콘 앨리(Silicon Alley)'의 명성을 쌓아가고 있다.
이번 현판전달식을 맞아 앤드류 해밀턴(Andrew Hamilton) NYU 총장은 "KAIST와 새로운 파트너십은 교육과정 협력을 통한 학위과정 개발, 첨단기술 개발을 통한 연구 수행, 창업 확대 및 기업체와의 파트너십 개발 등의 협력에 많은 잠재력을 가지고 있다”라며 “이번 협력을 통해 뉴욕의 과학기술이 진일보하고 뉴욕대학 또한 글로벌 협력에 적극적으로 일조해 서로의 목표를 이뤄나갈 수 있을 것”이라고 말했다.
에릭 애덤스(Eric Adams) 뉴욕 시장은 "뉴욕시는 비즈니스, 금융, 문화 및 기술의 선도적인 글로벌 중심지로서 과학기술의 발전을 위한 끝없는 도전정신과 진취적인 기업가 정신을 갖춘 KAIST와 함께 교육, 경제, 사회, 문화 및 기타 분야에서 기회와 가치를 창출하길 희망한다"라고 제안하며, "공동의 목표를 향한 뉴욕시와 KAIST의 파트너십을 바탕으로 뉴욕시민과 KAIST 구성원 사이의 우호, 협력 및 발전의 유대를 굳건히 할 것"이라며 말했다.
에릭 애덤스 뉴욕 시장은 "뉴욕시는 KAIST와 긴밀하게 협력하여 더 많은 투자가 일어날 수 있도록 하는 전략을 개발하고 뉴욕에서 더 많은 학업과 사업 및 기술창직(創職)의 기회를 가져올 것이라고 확신한다"라고 말했다. 이어, "KAIST와 NYU의 새로운 파트너십이 뉴욕의 지속적인 혁신을 추진하는 데 도움이 될 수 있도록 뉴욕시장인 저와 함께 뉴욕의 5개 자치구가 도울 것"이라고 덧붙였다. 이광형 KAIST 총장은 “KAIST NYU 파트너십을 바탕으로 학제간 초융합 모델을 창출하고, 최첨단 도구를 활용해 문제해결형 공학교육 혁신모델을 만들어 세계가 직면한 난제를 해결하도록 준비하자”고 당부하는 한편, “현재 논의가 진행되고 있는 융합공학 학위 과정은 두 기관의 고유한 강점을 활용하여 다른 곳에서는 찾아볼 수 없는 독특한 색깔의 교육을 제공할 것”이라고 강조했다. 이에 더해 “KAIST는 글로벌 도시인 뉴욕시만의 이점을 활용하여 뉴욕시의 과학기술 연구와 테크분야 일자리 창출에 기여함으로써 실리콘 앨리(Silicon Alley) 부흥을 이끌 것”이라는 포부를 밝혔다.
2022.09.22
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모발 이식에 적용가능한 생체친화적 접착제 개발
우리 대학 화학과 서명은 교수와 이해신 교수가 주도한 공동연구팀이 와인의 떫은맛 성분인 탄닌산(tannic acid)과 생체적합성 고분자를 섞어 생체친화적 접착제를 개발했다고 21일 밝혔다.
탄닌산은 폴리페놀의 일종으로 과일 껍질, 견과류, 카카오 등에 많이 들어 있다. 접착력과 코팅력이 강해 다른 물질과 빠르게 결합하기 때문에, 와인을 마시면 떫은맛을 느끼는 이유는 탄닌산이 혀에 붙기 때문이다. 물에 녹는 고분자와 탄닌산을 섞으면 마치 젤리와 같이 끈적이는 작은 액체 방울을 말하는 코아세르베이트(coacervate)가 가라앉는 경우가 생기는데, 몸에 쓸 수 있는 생체적합성 고분자를 사용하면 독성이 낮은 의료용 접착제로 응용할 수 있다. 그러나 코아세르베이트는 근본적으로 액체에 가까워 큰 힘을 버틸 수 없어 접착력을 향상하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 두 종류의 생체적합성 고분자를 조합해 구조를 설계함으로써 접착력을 높일 수 있는 방법을 찾아냈다. 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 이하 PEG)과 폴리락틱산(polylactic acid, 이하 PLA)은 모두 미국식품의약국(FDA)에서 인체 사용을 허가받은 물질이다. 안약, 크림 등에 많이 사용되는 PEG가 물에 잘 녹는 반면, 젖산(lactic acid)에서 유래한 바이오플라스틱으로 잘 알려진 PLA는 물에 녹지 않는다. 이들을 서로 연결한 블록 공중합체(block copolymer)를 만들고 물에 넣으면, 물에 녹지 않는 PLA 블록이 뭉쳐 미셀(micelle)을 만들고 PEG 블록이 그 표면을 감싸게 된다. 미셀과 탄닌산이 섞여 만들어지는 코아세르베이트는 단단한 PLA 성분으로 인하여 고체처럼 거동하며, PEG 대비 천 배 넘게 향상된 탄성 계수(elastic modulus)를 보여 접착 시 훨씬 강한 힘도 버틸 수 있다.
연구팀은 나아가 마치 금속을 열처리하듯 온도를 올렸다 내리는 과정을 반복하면 물성이 백 배 이상 더욱 향상되는 것을 관찰했고, 이는 정렬된 미셀들과 탄닌산 사이의 상호작용이 점차 견고해지기 때문임을 알아냈다.
연구팀은 피부 자극이 적고 체내에서 잘 분해되는 소재 특성을 이용, 모발의 끝에 이 접착제를 발라 피부에 심는 동물실험을 통해 모발 이식용 접착제로서 응용 가능성을 보였다. 탄닌산을 비롯한 폴리페놀의 접착력과 저독성에 주목해 의료용 접착제, 지혈제, 갈변 샴푸 등 다양한 응용 분야를 개척해 온 KAIST 이해신 교수는 모낭을 옮겨심는 기존의 모발 이식 방식이 여러 번 시행하기 어려운 한계를 보완하는 새로운 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대했다.
우리 대학 화학과 서명은 교수 연구팀의 박종민 박사(現 한국화학연구원 선임연구원)와 이해신 교수 연구팀의 박은숙 박사가 공동 제1 저자로 연구를 주도하고 우리 대학 화학과 김형준 교수 연구팀과 생명화학공학과 최시영 교수 연구팀이 협업한 이번 연구 결과는 국제학술지 '미국화학회지 Au(JACS Au)'에 8월 22일 字로 온라인 게재됐다. (논문명 : Biodegradable Block Copolymer–Tannic Acid Glue)
한편 이번 연구는 한국연구재단(NRF)의 보호연구사업과 선도연구센터지원사업(멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터), 산업통상자원부의 생분해성 바이오 플라스틱 제품화 및 실증사업, 한국화학연구원 기관고유사업의 지원을 받아 진행됐다.
2022.09.21
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디지털인문사회과학센터, 융합학문의 정착과 제도화 공동 심포지엄 개최
우리 대학은 경제·인문사회연구회(NRC)와 함께 21일 오후 세종시 국책연구단지 대강당에서 '융합학문의 정착과 제도화'를 주제로 공동 심포지엄을 개최한다. 이번 심포지엄은 융합 학문 제도 혁신의 문제 및 성과를 공유하고 향후 방향을 논의하는 자리로 디지털 대전환에 따른 사회적 변환에 대응하기 위해 마련되었다. 이를 위해, 융합 학과를 설립한 경험이 있는 학계 인사들과 대학을 중심으로 발전해 온 융합 학문을 보는 관점에 대해 논의한다. 또한, 현재의 융합 인재 교육을 새로운 차원으로 도약시키기 위해서는 대학의 미래를 어떻게 해야 하는지 심도 있는 논의를 진행한다.
21일 행사는 우리 대학 전봉관 교수(디지털인문사회과학부 학부장)이 사회를 맡고 맹성현 전산학부 교수(디지털인문사회과학센터 센터장)과 정해구 경제·인문사회연구회 이사장이 각각 개회사와 환영사를 전한다. 원광연 KAIST 명예교수(전 국가과학기술연구회 이사장, KAIST 문화기술대학원 초대원장)는 '호모 디지털리스: 디지털 혁명이 우리에게 미치는 영향(Homo Digitalis: What will the Digital Revolution do to Us?)'를 주제로 기조강연한다. 또한, 한 준 연세대 사회학과 교수도 '디지털 사회와 컴퓨테이셔널 사회과학'을 주제로 기조강연한다. 박재혁 KDI 국제정책대학원 교수와 김용수 한림대 영어영문학과 교수는 주제발표를 맡아 디지털 사회의 인문사회과학의 혁신을 위한 융합적 시도와 성과 등에 관해 논한다.'융합 연구와 교육의 시도와 성과'를 주제로 진행되는 패널토의는 김정인 경제·인문사회연구회 인문정책특별위원장의 사회로 융합 학문의 정착과 디지털 미래 인재 양성 교육에 대하여 다양한 의견을 도출하고 그 해법을 찾아본다. 박만규 아주대학교 불문학과 교수, 박범순 KAIST 과학기술정책대학원 교수(인류세 연구센터 센터장), 송준화 KAIST 전산학부 교수, 장정우 KAIST 디지털인문사회과학부 교수 등이 패널로 참여한다.
전봉관 디지털인문사회과학부 학부장은 "이번 공동 심포지엄은 미래 디지털 사회의 융합적 인재를 양성하는 범 학문 분야 융합 교육의 필요성과 이를 확대하기 위한 공감대를 형성하는 자리가 될 것"이라고 말했다. 21일 열릴 심포지엄은 경제·인문사회연구회 공식 유튜브 채널에서 생중계한다.
2022.09.21
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차세대 친환경 에너지 발전 소자를 통한 해양 모니터링 기술 개발
우리 대학 기계공학과 박인규 교수, 오일권 교수와 한국기계연구원(KIMM) 정준호 박사 공동연구팀이 `차세대 친환경 에너지 발전 소자를 통한 해양 모니터링 기술'을 개발하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.
이전에 `다양한 센서 구동을 위한 소형 무선 측정 시스템', `마찰전기 나노발전기를 이용한 해양 에너지 수확 기술', `임프린팅을 통한 고효율 나노구조체 형성 기술'을 개발하는 데 각각 성공했던 공동연구팀은, 표면 나노구조체의 설계와 친환경 소재 선정을 통해 소자 전체 재활용이 가능하며 해양 환경에서 고성능·고안정성을 나타내는 마찰전기 나노 발전기를 구현할 수 있음을 처음으로 보였다.
기계공학과 안준성 박사과정과 김지석 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 저명 국제 학술지 `어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)' 2022년 8월 온라인판에 출판됐으며, 후면 표지 논문(Back Cover)으로 선정됐다. (논문명 : All-Recyclable Triboelectric Nanogenerator for Sustainable Ocean Monitoring Systems)
최근, 기후 변화와 같은 환경 관련 문제가 전 세계적으로 많이 발생하면서, 온실가스 규제, 친환경 에너지 생산, 재활용 가능한 소자 등 이를 해결하기 위한 연구가 국제사회에서 많은 관심을 받고 있다. 그중에서, 특히 마찰전기 나노발전기(triboelectric nanogenerator, 이하 TENG)는 버려지는 기계적 에너지를 전기 에너지의 형태로 수확하는 친환경 재생에너지 소자로서 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만, 현재까지 개발됐던 대부분의 TENG는 버려지는 기계적인 에너지를 수확함으로써 화석 연료 사용 감소에 도움이 되지만, 한편으로는 사용된 전극 혹은 마찰 대전 고분자 소재 폐기 과정에서 수많은 전자 폐기물(electronic waste)을 발생시켜 또 다른 환경 문제를 일으킬 수 있다.
최근에는 이를 해결하기 위해 소자의 일부분이 물에 녹아 분해될 수 있는 친환경 소재 기반 TENG가 연구되고 있지만, 재활용과 응용 분야 관점에서 한계에 부딪혀있다. 첫 번째로, 마찰전기를 발생시키는 대전 물질은 물에 녹아 재활용할 수 있지만, 전자를 수확하기 위한 전극 부분의 재사용은 불가능하다. 두 번째로, 물에 녹는 소자 특성으로 인해 TENG의 가장 유망한 적용 분야인 해양 에너지 수확에 응용이 불가능하다. 세 번째로, 현재까지 개발된 재활용 소자 기반 TENG는 기존 상용 소자 기반 TENG에 비해 10~100배 이상 낮은 에너지 수확 성능과 기계화학적 불안정성을 나타낸다. 따라서, 해양 에너지 수확에 적용할 수 있으며 재활용이 가능한 고성능·고안정성 TENG를 개발하는 것은 차세대 친환경 에너지 수확 및 환경 오염 감소에 큰 발전을 이룰 수 있을 것으로 전문가들은 예상하고 있다.
연구팀은 소자 전체 재활용이 가능하며 기계화학적 내구성이 뛰어난 소재·구조 설계를 통해 해양 환경에서 고성능·고안정성을 나타내는 친환경 TENG를 개발했다. 또한, 수확된 해양 에너지를 통해 배터리를 충전하고, 바다 상태(산도, 염도, 온도, 오일 유출) 및 응급 상황 모니터링에 사용되는 전자 소자와 무선 통신 모듈을 구동했다. 이는 해양 에너지를 수확해 다양한 바다 환경을 모니터링할 수 있는 상용 소자들을 구동할 수 있음을 보인 것에서 그 의미가 크다.
연구를 지도한 박인규 교수, 오일권 교수, 한국기계연구원 정준호 박사는 "개발된 친환경 해양 에너지 수확 소자는 범지구적 에너지 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되고, 재활용 가능한 마찰전기 나노 발전기는 추후 바다 에너지를 넘어 친환경 풍력에너지 수확에도 활용될 수 있을 것이다ˮ라며 "이는 친환경 에너지 시대를 앞당기는 발판이 될 것이다ˮ고 연구의 의의를 설명했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단 창의연구지원사업, 중견연구자지원사업, 극한물성시스템 제조플랫폼기술의 지원을 받아 수행됐다.
2022.09.20
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2022 테크페어(Tech Fair) 개최
우리 대학이 중소·중견 기업의 글로벌 경쟁력 강화를 위한 '2022 KAIST 테크페어(Tech Fair)'를 이달 27일 서울 코엑스에서 개최한다.
한국무역협회(KITA, 회장 구자열)와 공동 주관하는 이번 행사는 KAIST의 기술을 연구자들이 직접 소개하고 수요자들과 기술 관련 최신 정보를 공유·교환하는 교류의 장으로 마련됐다. 이를 위해, KAIST가 선정한 사업화 유망 기술이전 설명회가 진행된다. ▴액체금속 기반 스트레처블 전극 프린팅 및 패터닝 기술(신소재공학과 스티브박 교수) ▴빅데이터 스트림 이상치 초고속 탐지 기술(전산학부 이재길 교수) ▴차량 엣지 기반 상황인식 신뢰도 평가 시스템(전산학부 이동만 교수) ▴네트워크 시스템 보안을 위한 프로토콜 다이얼렉트(전산학부 강병훈 교수) ▴인간처럼 생각하는 뇌 기반 인공지능 기술(바이오및뇌공학과 이상완 교수) ▴유기반도체 나노입자를 이용한 EUV*/BEUV** 포토레지스트(신소재공학과 조힘찬 교수), ▴3차원 디지털 트윈 시각화 시스템(문화기술대학원 우운택 교수) 등 7종이다. * EUV(극자외선, Extreme Ultra Violet): 파장이 13.5 나노미터인 전자기파 * BEUV(Beyond Extreme Ultra Violet): EUV보다 더욱 짧은 6.7 나노미터 파장의 전자기파
특히, 스티브 박 교수의 액체금속 전구체 용액 전자소자 기술은 다양한 형태의 유연 전자소자 제작에 활용할 수 있다. 신축성 디스플레이·전자피부·웨어러블 소자 등에 적용할 수 있어 헬스케어, 로봇 산업 분야 등의 핵심 기술로 주목받고 있다. 조힘찬 교수의 유기반도체 나노입자를 이용한 EUV/BEU 포토레지스트 기술은 새로운 소재인 0차원 금속 칼코제나이드 매직-사이즈 클러스터를 활용하여 포토레지스트를 개발한 것이 특징이다. 포토레지스트는 빛에 반응해 특성이 변하는 고분자 소재로 관련 산업이 급성장 중이다. 특히, 차세대 포토레지스트인 EUV 시장은 2025년도에 약 3천 3백억 원 규모가 될 것으로 예측된다. 조 교수의 기술은 BEUV 포토레지스트를 국산화해 시장을 선점하는 것은 물론 국내 반도체 및 포토레지스트 관련 전후방 산업과의 시너지를 통해 신산업 창출에도 기여할 것으로 전망된다.우운택 교수의 3차원 디지털 트윈 시각화 시스템은 게임엔진(Unity)을 사용한 가상 사물인터넷(IoT) 데이터로 3차원 디지털 트윈 시각화 시스템을 구현할 수 있는 것이 특징이다. 이 기술을 스마트 시티·교통 정보 시스템·하천 수질 관리 시스템 등 데이터 시각화 분야에 적용하면 별도의 사물인터넷 센서를 설치하지 않고도 시뮬레이션할 수 있어 테스트를 위한 시간과 비용을 절감할 수 있다. 그뿐만 아니라 데이터 시각화를 통해 직관적인 상황 파악이 가능하며, 상호작용을 통해 상세 데이터도 확인할 수 있다.
27일 행사에서는 교원창업 기업의 데모데이도 함께 개최된다. ▴와이파워원(Wipowerone, 전기및전자공학부 조동호 교수) ▴다임리서치(산업및시스템공학과 장영재 교수) ▴아이디케이랩(신소재공학과 김일두 교수) 한국위치기술(전산학부 한동수 교수) ▴브이플러스랩(전산학부 김문주 교수) ▴배럴아이(전기및전자공학부 배현민 교수) 등의 기업이 참여한다.
장영재 교수가 창업한 다임리서치는 국내 유일의 물류 완전 자율 시스템 공급기업이다. 인공지능과 디지털 트윈 기술을 바탕으로 제조 공장에서 물류 이동을 자동화하는 솔루션을 개발했다. 산업 현장에서 다양한 로봇을 활용해 작업 생산성을 높이는 ‘협업 지능’ 방식으로 시스템 구축과 운영이 쉽다는 것도 장점이다.
김문주 교수의 브이플러스랩은 소프트웨어 자동 테스팅 기술을 연구/개발하는 딥테크(Deep Tech) 기업이다. 자동차나 항공기 등 첨단 기술에 활용되는 소프트웨어는 프로그램 코드가 1억 줄 이상이다. 그동안 업계에서는 소프트웨어의 결함을 찾기 위해 수작업으로 테스트를 진행해왔다.
김 교수 연구팀은 수십 년간 산업체와 협업한 경험을 바탕으로 소프트웨어 결함을 자동으로 검출할 수 있는 크라운(CROWN) 2.0을 개발해 창업했다. 사람의 수작업에 의존하던 소프트웨어 검사를 자동화하면 정확도와 신뢰도 개선은 물론 인력과 비용을 절감할 수 있어 제품 품질 및 경쟁력 상승을 기대할 수 있다. 또한, 이날 행사에서는 기술 애로 상담도 함께 진행된다. KAIST 교원 및 연구원이 사전 신청한 기업과 1:1로 매칭돼 물질 분석·스마트 공정 자동화·양식업에 적용 가능한 인공지능 기술 등에 대해 자문할 예정이다. 이와 함께, 해외시장 기술사업화 및 기술 보호를 위한 지식재산권 확보 방안 등의 기술사업화 전문 자문도 제공한다.한편, 이날 행사에서는 KAIST와 한국무역협회의 '글로벌 경쟁력 강화 업무협약(MOU)' 체결식이 함께 개최된다. 배종성 KAIST 산학협력중점 교수는 "KAIST는 한국무역협회와 협업해 교내 우수 연구진이 보유한 딥테크와 카이스트홀딩스의 기업 자문, 기술이전, 기술합작 투자, 해외시장 기술사업화 지원 등의 기회를 중소·중견 기업에 제공할 예정"이라고 밝혔다. 또한, 한국무역협회는 회원 기업의 수요 발굴, 국내·외에 협회가 보유한 글로벌 플랫폼에 원스탑으로 진출할 수 있는 네트워킹 제공, 산학협동재단을 통한 재원 보조 등으로 협력한다.
행사를 총괄한 최성율 KAIST 기술가치창출원장은 "2022 KAIST 테크페어는 신소재, 인공지능/빅데이터, 사물인터넷, 디지털트랜스 포메이션 등 4차 산업혁명 분야에서 파급효과가 클 것으로 기대되는 KAIST 우수 기술이 산업계와 만나 글로벌 가치를 창출하는 교두보가 될 것"이라고 기대감을 전했다.
2022 KAIST 테크페어에 관한 참여 신청 방법 및 자세한 정보는 행사 홈페이지(https://techfair.kaist.ac.kr)에서 확인할 수 있다.
2022.09.19
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신임 감사에 이은우 前 UST 총장 선임
우리 대학은 이은우(李銀雨·67) 前 과학기술연합대학원대학교(UST) 총장을 제18대 상임감사로 선임했다.
이 신임 감사는 공개모집 절차와 감사후보선임위원회의 심사 및 추천, 이사회의 최종 선임과정을 거쳤으며, 과학기술정보통신부 장관의 승인을 받아 임명됐다. 이 신임 감사는 부산대학교 기계설계학과를 졸업하고 미국 콜로라도 대학(University of Colorado)에서 기계공학 박사학위를 받았다. 이후 과학기술처 과장, 대통령비서실 산업비서관실 선임행정관, 과학기술부 및 교육과학기술부 국장으로 재직했다. 또한, 국립중앙과학관 관장, 과학기술연합대학원대학교 총장, 과학기술단체총연합회 사무총장 등을 역임했다.
과기부 및 산하기관 등에서 쌓은 과학기술 정책 및 공공기관 경영 분야의 전문성을 바탕으로 KAIST의 경영 자율성과 책임성을 제고하는 임무를 수행할 예정이다. 임기는 이달 19일부터 2025년까지 3년이다.
◎ 이 은 우(李 銀 雨) 신임 감사 이력사항
□ 학 력
ㅇ 1978. 부산대학교 기계설계학 학사
ㅇ 1990. Univ. of Colorado 기계공학 석사
ㅇ 1993. Univ. of Colorado 기계공학 박사
□ 주요경력
ㅇ 1983. ~ 2005. 과학기술처 사무관, 과장
ㅇ 2005. ~ 2006. 대통령비서실 산업비서관실 선임행정관
ㅇ 2007. ~ 2010. 과학기술부 국장, 교육과학기술부 국장
ㅇ 2010. ~ 2011. 국립중앙과학관 관장
ㅇ 2011. ~ 2015. 과학기술연합대학원대학교 총장
ㅇ 2016. ~ 2019. 과학기술단체총연합회 사무총장
ㅇ 2019. ~ 2022. 건양대학교 산학협력단 대우교수
□ 포상·상훈
ㅇ 2004. 대통령 표창
ㅇ 2016. 과학기술훈장 도약장
2022.09.19
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청렴옴부즈퍼슨 및 KAIST 안심신고변호사 위촉
우리대학은 기관의 청렴한 문화조성 및 자정 역량을 제고하고, 부패행위 신고자 보호 강화를 위해 청렴옴부즈퍼슨과 KAIST 안심신고변호사를 각각 8월 1일과 9월 1일 자로 위촉했다.
청렴옴부즈퍼슨은 학내에서 구성원들의 고충을 듣고 발생할 수 있는 문제를 사전에 인지해 갈등 상황을 중재하고 기관 내에 미흡하거나 불합리한 제도·관행 등에 대하여 개선을 권고하는 역할을 맡는다. 이를 위해, 각 단과대학 및 행정부서 소속 교직원 20명(교원 10명, 직원 10명)을 임명했다.
KAIST 안심신고변호사는 내부 신고자를 위한 법률상담 및 대리신고 지원, 조사 및 수사 과정에서 의견 진술 등의 역할을 수행한다. 이번에 위촉된 고봉민·임현경 안심신고변호사는 각각 대전시 공익신고자보호지원위원원과 공익신고자 관련 주무부처인 국민권익위원회 중앙행정심판위원회 검토위원으로 활동한 경력을 보유하고 있다. 김보원 대외부총장은 "이번에 위촉된 20명의 청렴옴부즈퍼슨과 2명의 안심신고변호사들이 한층 더 청렴한 Clean KAIST를 만드는데 핵심적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대한다"라고 전했다.
2022.09.19
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이상엽 연구부총장, 제67회 대한민국학술원상 수상
대한민국학술원은 16일 오후 학술원 대회의실에서 한덕수 국무총리 등이 참석한 가운데 '제67회 대한민국학술원상 시상식'을 연다고 15일 밝혔다.
대한민국학술원상은 세계적 수준의 우수하고 독창적 연구업적을 이룬 학자에게 주는 상으로 국내 학계에서 가장 오랜 역사를 갖고 있으며 1955년부터 279명이 수상했다. 이번 대한민국 학술원상은 자연과학기초부문, 자연과학응용부문, 인문학부문, 사회과학부문 등 4개 부문에서 각 2명씩 모두 8명이 상을 받는다. 수상자들은 상장과 메달, 부상으로 상금 각 1억 원을 받는다.
자연과학응용부문에서 미생물을 통해 가솔린 등의 연료를 생산하는 기술을 개발한 이상엽 우리 대학 생명화학공학과 특훈교수(연구부총장)가 뽑혔다. 오일쇼크 이후 석유를 대체할 수 있는 기술의 필요성이 커졌고, 최근에는 이산화탄소 감축 기술 개발이 시급한 상황이다. 이 교수는 바이오매스를 원료로 한 미생물을 이용해 가솔린 등 유용한 화학물질 생산기술을 처음으로 보고했다.
2022.09.15
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바이오 화학산업에 치명적인 파지 오염 해결방안 개발
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 중국 우한대학교 시 첸(Shi Chen), 리안롱 왕(Lianrong Wang) 교수 연구팀과 공동연구를 통해 `파지 저항성을 갖는 대장균 균주 개발'에 성공했다고 15일 밝혔다.
파지(phage)란 미생물에 대해 특이적 감염성을 갖는 바이러스를 의미한다. 파지에 감염된 미생물은 생리학적 특성이 크게 달라지거나 심한 경우 죽기 때문에 파지 오염은 미생물이 화학공장과 같은 역할을 하는 바이오 화학산업에서 치명적이다.
해당 연구 결과는 국제 학술지인 `네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 지난 8월 2일 게재됐다. 또한 해당 연구의 중요성을 인정받아 네이쳐 커뮤니케이션스 에디터의 하이라이트로도 선정됐다.
※ 논문명 : Systematic strategies for developing phage resistant Escherichia coli strains
※ 저자 정보 : 이상엽(한국과학기술원, 공동 교신저자), Shi Chen(우한대학교, 공동 교신저자), Lianrong Wang(우한대학교, 공동 교신저자), Xuan Zou(우한대학교, 제1저자), Xiaohong Xiao(우한대학교, 제2저자), Ziran Mo(우한대학교, 제3저자), Yashi Ge(우한대학교, 제4저자), Xing Jiang(우한대학교, 제5저자), Ruolin Huang(우한대학교, 제6저자), Mengxue Li(우한대학교, 제7저자), Zixin Deng(우한대학교, 제8저자), 포함 총 11명
시스템 대사공학은 미생물 대사회로의 조작을 통해 여러 가지 화학물질들을 지속가능하고 친환경적인 방식으로 생산할 수 있게 하는 학문으로 전 세계적으로 심각한 화석연료 고갈 및 기후변화를 해결하는 데 있어 중요한 역할을 한다. 대장균은 시스템 대사공학적 엔지니어링에 사용되는 여러 가지 미생물 균주 중에서 가장 널리 사용되고 있는 대표적인 균주다. 시스템 대사공학의 도구 및 전략들의 발전과 이로 인해 만들어진 최적화된 미생물 균주들은 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 원자재를 경제적 및 산업적 가치가 큰 제품으로 전환하는 데 있어 중요한 역할을 할 것이다.
이러한 재생 가능한 바이오화학산업을 구축하는데 꼭 해결돼야 하는 문제 중 하나는 발효 중 파지 오염이다. 발효 중 파지 오염은 숙주 세포에 치명적인 영향을 미치기 때문에 전체 바이오 공정의 생산성에 큰 영향을 미치며 그 결과 막대한 경제적 손실이 일어난다. 산업적 발효에서 파지 오염은 유전 공학을 통한 파지 방어 시스템 도입을 통해 효과적으로 막을 수 있다. 하지만 지금까지 알려진 대부분의 파지 방어 메커니즘은 한정된 종류의 파지만 방어할 수 있어 제한된 효과를 볼 수 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 공동연구팀은 대장균 3234/A 균주에서 존재하는 외가닥 DNA(single-stranded DNA) (인산황화)phosphorothioation (이하 Ssp)라 명명한 신규 파지 방어 메커니즘을 발견 및 규명했으며 해당 Ssp 파지 방어 시스템이 산업적으로 유용한 여러 가지 대장균 균주에 적용될 수 있고, 그 결과 여러 종류의 파지를 방어할 수 있음을 확인했다.
또한 게놈 상에 Ssp 방어 모듈을 도입하고 파지 생애주기에 필수적인 유전자의 변형과 같은 체계적인 엔지니어링 전략을 개발했다. 이러한 전략들을 통해 파지 공격에 취약한 대장균 균주를 여러 가지 파지들에 내성을 부여할 수 있었으며, 이렇게 엔지니어링된 대장균들은 파지들이 있을 때도 일반적인 대장균과 똑같은 성장 속도와 생리학적 특성을 갖는 것을 확인했다. 또한 높은 농도의 파지가 존재하는 환경에서도 화학물질 및 재조합 단백질을 생산하는 능력을 유지했다는 것을 연구팀은 확인했다.
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 발효 산업에서 큰 문제점이었던 파지 오염을 해결하기 위해 여러 가지 파지에 대한 저항성을 부여하는 체계적인 해법을 제시했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 기술을 활용해 미생물 기반의 유용한 화학제품을 만드는 데 한 단계 앞으로 나아갈 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 이상엽 특훈교수 연구팀에 의해 과학기술정보통신부가 지원하는 기후환경연구개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제’의 지원을 받아 수행됐다.
2022.09.15
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