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서민준 교수 연구팀, VALUE Challenge 2021 영상검색 트랙 부문 우승
우리 대학 김재철AI대학원 서민준 교수 연구팀(오한석 석사과정)이 마이크로소프트가 주최한 AI 영상 인식 대회(VALUE Challenge 2021, 이하 밸류 챌린지) 영상 검색 트랙(Video Retrieval Track)에서 텐센트, 카카오, 컬럼비아 대학 등 우수한 팀들을 제치고 우승했다. 이 대회에는 영상 AI 분야 스타트업 트웰브랩스(대표 이재성) 이승준 CTO와 함께 참여했다.
이번 밸류 챌린지는 컴퓨터 비전 분야 권위의 학회인 ICCV(International Conference on Computer Vision)의 행사 중 일환으로 진행된 대회로 영상에 대한 인공지능의 이해능력을 평가하는 세계 최초의 비교·평가 대회로, 올해 6월부터 9월까지 진행되었다. 밸류 챌린지에서는 3개의 트랙으로 나뉘어 진행됐다. 이 중 영상 검색 트랙에서는 7만4천 개의 특정 분야에 치우치지 않은 다양한 동영상에 담긴 시각 및 음성 정보를 분석하여, 주어진 문장에 해당되는 영상 내 구간을 정확하게 빨리 찾는 것이 평가 기준이었다.
서민준 교수 연구팀과 트웰브랩스는 시각 정보에 특화된 기존의 영상검색 기술에서 진일보하여 음성과 시간의 흐름 등의 다양한 정보까지 종합적으로 인식할 수 있도록 AI 모델을 학습하여 인식률을 극대화하였다. 또한 다양한 유형의 콘텐츠를 이해할 수 있는 하나의 AI 모델을 독자적으로 개발하여 기술의 범용성을 입증하였다. 특히 마이크로소프트가 기록한 역대 최고 정확도를 앞질렀을 뿐만 아니라, 세계적인 기술 기업인 텐센트 및 카카오브레인과 미국 컬럼비아 대학 연구팀 등을 제치고 전 세계 1위를 차지했다.
위 상을 수상한 서민준 교수는 “자연어 처리 및 문서검색 분야에서 활용되는 최신 기술을 비디오 검색에 응용하고, 클라우드 컴퓨팅을 통한 대규모 실험으로 정확성과 속도를 극대로 끌어 올릴 수 있었다”며, “미디어의 홍수 속에서 유저가 원하는 비디오를 정확하게 찾아주는 제품을 만드는데 기여하길 바란다”고 밝혔다.
2021.10.20
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김수예, 우상현, 이해범 박사과정, '2021 구글 PhD 펠로우' 선정
우리 대학 전기및전자공학부 박사과정 김수예 학생(지도교수 김문철)과 우상현 학생(지도교수 권인소), 그리고, 김재철 AI대학원 박사과정 이해범 학생(지도교수 황성주)이 ‘2021 구글 PhD 펠로우’에 선정됐다.
구글 PhD 펠로우십은 컴퓨터과학과 관련된 유망 연구 분야에서 우수한 성과를 낸 대학원생을 지원하는 장학 프로그램으로 올해는 전 세계에서 75명이 선발됐다. 선정된 펠로우에게는 1만 달러의 장학금과 구글 각 분야 전문가 멘토와의 일대일 연구 토의, 피드백 등의 혜택이 주어진다.
김수예, 우상현 학생은 “기계 지각, 음성기술 및 컴퓨터 비전(Machine Perception, Speech Technology and Computer Vision)” 분야에서 펠로우로 선정됐다. 김수예 학생은 딥러닝 기반 이미지 및 영상 화질 개선, 우상현 학생은 컴퓨터비전 분야의 탁월한 연구 성과를 인정받아 선정됐다. 이해범 학생은 머신러닝(Machine Learning) 분야에서 메타학습 분야의 탁월한 연구 성과들을 인정받아 선정됐다.
김수예 학생은 딥러닝 기반 이미지 및 영상 화질 개선에 대한 탁월한 연구 성과를 인정받았다. 특히 초해상화와 HDR 영상 복원, 그리고, 초해상화와 프레임 보간을 동시에 처리하는 딥러닝 기반 방법을 각각 최초로 제안하는 등, 관련 연구 성과를 CVPR, ICCV, AAAI 등의 유수 컴퓨터 비전 및 인공지능(AI) 분야 국제학술대회에 발표했다. 또한 연구 인턴십을 통해 구글 리서치 및 어도비 리서치의 연구진과 협력하며 다양한 고품질 영상 변환 연구를 수행하고 있다.
우상현 학생은 시각적 인식 및 추론 분야의 탁월한 연구 성과를 인정받았다. 그가 제안한 인간의 주의 집중 매커니즘(Attention Mechanism)에 기반한 효과적인 딥러닝 모델 디자인, 자기 지도 및 시뮬레이터를 활용한 효율적인 학습 방법론들이 주목을 받았다. 모델과 학습 방법론에 대한 다양한 연구 성과들은 CVPR, ECCV, NeurIPS 등 유수의 컴퓨터비전 및 인공지능 분야 최고 국제학술대회에서 발표됐다. 특히, 2018년도 ECCV에서 발표되었던 논문 Convolutional Block Attention Module (CBAM)은 여러 컴퓨터비전 응용들에 활용되면서 현재 구글 스칼라기준 피 인용수 2700회를 넘었다. 그는 2020년 마이크로소프트 펠로우십 (Microsoft Reserach Asia PhD Fellowship)에도 선발된 바 있다.
이해범 학생은 메타학습 분야의 탁월한 연구 성과, 특히 기존의 메타학습 프레임워크의 여러 가지 한계점들을 다양한 측면에서 효과적으로 극복한 것으로 평가받는다. 구체적으로는 기존의 인위적인 태스크 분포에서 벗어나 불균형이 심한 현실적인 태스크 분포를 다뤘고, 메타지식의 실용성을 높였으며, 대규모의 태스크 상황에서도 메타학습이 가능하도록 했다. 이러한 다양한 연구들은 NeurIPS, ICML, ICLR 등 기계학습 및 딥러닝 분야의 최고 학회에 다수 선정됐으며, 특히 ICLR 2020에 구두발표 및 NeurIPS 2020에 스포트라이트 발표로 선정됐다.
시상식은 COVID-19 상황으로 인해, 8월 31일부터 9월 1일 양일간 가상으로 열린 구글 PhD 펠로우십 서밋(Google PhD Fellowship Summit)에서 진행됐으며, 수상자 리스트는 구글 홈페이지에 게시돼 있다.
(홈페이지 주소 : https://research.google/outreach/phd-fellowship/recipients)
2021.10.18
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제10회 지식재산대상 수상자 선정
우리 대학이 ʻ제10회 지식재산대상ʼ 수상자로 LG에너지솔루션(대표이사 김종현)과 백만기 김앤장 변리사를 선정했다. 지난 8일 서울 도곡캠퍼스에서 열린 시상식은 코로나 상황을 고려해 청중이 없는 상패 전달과 기념촬영 행사로만 진행했다.
올해로 10회째를 맞은 ʻ지식재산대상ʼ은 국가 경쟁력의 핵심 원천인 지식재산의 기반 조성, 창출, 활용, 보호 활동을 통해 국가경쟁력 향상에 기여한 개인이나 단체에 대해 수여하는 상이다. 공적사항의 사회적 영향력에 비중을 두어 수상자를 선정하고 있다.
LG에너지솔루션은 LG에너지솔루션이 과감한 특허 개발 투자를 통해 배터리 분야에서 세계 최다인 2만 6천여 건의 특허(2021.8월 말 공개 기준)를 확보한 점, 특허 및 기술 전문가가 핵심 연구 인력과 강하고 촘촘한 특허 창출을 목표로 IP R&D 프로젝트들을 가동하고 있는 점, 안전성 강화 분리막(SRS®) 특허 포트폴리오에 대해 경쟁사에 대한 글로벌 특허소송과 라이선스 등을 통해 천억 원이 넘는 수익을 올린 점, 영업비밀 보호를 위해 2년여에 걸친 미국 국제무역위원회(ITC) 등 소송을 통해 대규모의 금액 조건이 수반된 합의를 이끌어낸 점 등을 고려하여 수상기관으로 선정하였다.회사 대표로 지식재산대상을 수상한 이한선 상무는 "LG에너지솔루션의 지식재산권은 글로벌 시장에서 경쟁우위를 선점하고, 전기 자동차 고객과의 조인트벤처(JV) 등을 통한 사업 확장 모델을 뒷받침하는 핵심 자산으로 활용되고 있다ˮ라고 말했다. 이 상무는 이어 "앞으로 LG에너지솔루션은 과감한 연구개발로 확보한 지식재산을 사업의 근본적 경쟁력으로 활용하겠다ˮ라는 포부를 밝혔다.
지식재산대상(개인) 특별공로상을 수상한 백만기 변리사는 경기고, 서울대 전자공학과, KAIST(옛 한국과학원) 전기및전자공학과 석사, 펜실베이니아대 와튼스쿨 MBA 출신으로 22년간 우리나라의 중요한 산업기술 및 지식재산 정책 입안을 주도한 공적을 인정받았다. 수상자는 통상산업부 재직시 산업기술기반 조성에 관한 법률 제정을 주도하고, 컴퓨터·반도체·휴대전화· 디스플레이 등 우리나라의 대표적 산업 분야를 기술주도형으로 발전시키는 정책에 기여했다.
심사위원회는 지난 12년간 KAIST MIP가 배출한 졸업생 수백 명이 지식재산 업계와 기업, 정부, 법조계에서 전문성을 발휘하게 된 데에는 수상자가 강단에서 헌신한 공로가 컸다고 평가했다.
수상소감을 통해 백만기 변리사는 "특허청 심사관으로 첫 발을 내딛던 시절, 해외 실무자 연수에서 여러 가난한 나라 심사관들과 나란히 앉아 미국, 독일, 일본 심사관들로부터 교육을 받았다ˮ라고 회상했다. 이어 백 변리사는 "그 동안 우리 국민의 저력과 피땀 어린 노력 덕분에 이제는 우리나라가 주요 산업과 지식재산 제도에서 당당한 선진국 수준으로 도약한 것을 볼 때 참으로 감개무량하다ˮ고 소회를 밝혔다.심사위원장을 맡았던 고기석 한국지식재산서비스협회장은 "지식재산대상은 우리나라 기업 경쟁력의 원천이자 국가경제의 핵심자산인 지식재산의 중요성에 대한 인식을 확산시키기 위해 제정했다ˮ라고 밝혔다. 이어, 고 회장은 "이 상이 특별한 이유는 지식재산을 다루는 주요 기관과 전문가들이 모여 지식재산 발전에 장기간 실질적 공헌을 한 수상자들을 선별해 수여하는 민간 차원의 유일한 포상제도이기 때문이다ˮ라고 강조했다.지식재산대상은 대한변리사회와 한국지식재산서비스협회, KAIST가 공동 주최하고, 대한민국 특허(IP) 허브국가 추진위원회가 후원한다. 주관기관은 KAIST 지식재산대학원(MIP)이다
2021.10.12
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구태윤·양한슬 교수, 서경배과학재단 2021년 신진과학자 선정
우리 대학 의과학대학원 구태윤 교수와 생명과학과 양한슬 교수가 서경배과학재단 2021년 신진 과학자로 선정됐다.
서경배과학재단은 아모레퍼시픽그룹 서경배 회장이 2016년 사재 3000억원을 출연해 설립한 공익 재단이다. ‘생명과학 연구자의 혁신적인 발견을 지원해 인류에 공헌한다’는 비전 아래 매년 국내외 생명과학분야에서 새로운 연구 영역을 개척하는 한국인 신진 과학자를 지원하고 있다
서경배과학재단은 올해 임용5년 미만의 생명과학분야 신진 과학자에게 총 53건의 연구제안서를 접수 받았다. 국내외 석학으로 구성된 심사위원단은 본 심사에 오른 27건의 제안서를 서면 심사하고 9건의 제안서를 발표 평가했으며, 최종 3명의 연구자가 제안한 연구의 혁신성과 파급력을 인정받아 2021년 서경배과학재단 신진 과학자로 선정됐다.
의과학대학원 구태윤 교수는 뉴런을 광학 소자로 바꾸는 혁신적인 기술로 복잡한 뇌의 연결망을 시각화하는 연구를 제시했다. 구 교수가 제안한 광연결체학은 뇌 연결망 지도를 완성하고 새로운 신경 회로를 발굴할 기술로 주목받았다.
생명과학과 양한슬 교수는 피부가 벗겨져도 흉터 없이 회복하는 아프리카 가시쥐에 주목, 사람에게 적용 가능한 조직 재생 기전을 밝힌다. 가시쥐 유전체 연구를 통해 피부 질환이나 외상을 입어도 흉터 없이 치료할 가능성을 제안했다.
함께 선정된 서울대학교 생명과학부 현유봉 교수는 식물이 머금은 물이 줄어들며 움직이는 ‘건습식 기관운동’을 규명한다. 제비꽃이나 봉숭아가 씨앗을 멀리까지 퍼트리는 방법이다. 꽃의 작은 움직임에서 식물 진화의 역사를 알아내고 생체 모방 기술까지 응용하겠다는 대담한 연구로 평가받는다.
서경배 이사장은 “코로나19 팬데믹을 겪으며 생명의 존엄성과 기초과학의 가치를 절감했다”며 “연구 공동체로서 서로의 연구를 돕고 인류의 더 나은 미래를 열어갈 연구를 수행해 달라”고 말했다.
2021.08.31
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KPC4IR, 보건의료 분야 인공지능 활용 가이드 개발
우리 대학이 ʻ사회를 위한 보건의료 분야 인공지능 활용 가이드(Using Artificial Intelligence to Support Healthcare Decisions: A Guide for Society)ʼ를 국제 공동연구를 통해 개발했다. 코로나 19의 세계적인 대유행은 인공지능 기술의 빠른 상용화를 촉진했다. 일례로, 영국의 인공지능 스타트업인 베네볼런트AI(BenevolentAI)는 신종 질병 치료약물을 식별하기 위해 통상적으로 8년이 걸리던 기간을 인공지능 기술을 활용해 단 1주일로 단축시켰다. 이처럼 인공지능 기술은 경제·산업·사회·문화 등 전방위로 확산되면서 엄청난 부가가치와 생활의 편익을 창출하고 있다. 하지만, 급속한 기술 도입이 데이터의 편향이나 오·남용 등의 맹점을 함께 가져왔다는 우려도 중요하게 대두되고 있다. 특히, 보건의료 분야는 인공지능을 뒷받침하는 데이터의 품질과 검증 여부가 생명과 직결되기 때문에 인공지능 기술의 타당성과 안전성이 무엇보다도 우선시 되어야 한다. KAIST 한국4차산업혁명정책센터(센터장 김소영, 이하 KPC4IR)는 보건의료 분야에 적용되고 있는 인공지능 기술의 신뢰성을 확보하기 위해 보다 많은 사람이 인공지능 기술의 책임성에 관한 질문을 던져야 한다는 문제의식을 바탕으로 이번 가이드를 제작했다. 연구진이 말하는 책임성이란 인공지능 기술이 데이터의 편향성으로 현존하는 불평등을 악화시키지 않도록 주의하고 데이터의 정확성을 확보해 결과의 오류를 최소화하는 등의 노력이다.
KPC4IR은 이번 가이드 개발을 위해 싱가포르국립대학교의 리스크공공이해연구소(National University of Singapore Lloyd’s Register Foundation Institute for the Public Understanding of Risk), 영국의 대표적인 과학 기술 비영리 기관인 센스 어바웃 사이언스(Sense about Science)와 함께 지난 1년 간 국제 공동연구를 수행했다.
연구진은 의료영상 분석 및 진단의 효과성 제고와 빅데이터를 활용한 질병 예측 및 임상적 의사결정, 신약 개발 분야 시간 단축 등 의료 분야에 인공지능 기술을 적용한 국내·외 사례를 이번 가이드에 담았다.
또한, 학습 데이터에 누락되거나 제외된 정보가 있다면 인공지능이 편향성을 나타낼 수 있으며, 원래와는 다른 용도로 사용할 경우 변수 간의 연관 관계나 심지어는 결과까지도 잘못 판단할 수 있다는 점도 강조했다. 독일에서는 피부의 병변을 감지해 암 발생 가능성을 진단하는 인공지능을 개발해 실제 의사들의 진단 소견과 비교하는 실험을 진행했다. 동일한 병변 이미지를 인공지능과 다양한 국적을 가진 피부과 전문의 58명에게 보여준 결과 인공지능은 87%의 정확도로 병변 의심 사례를 식별해냈다. 79%의 정확도를 보인 의사들의 정확도를 앞지른 것이다. 인공지능이 의사가 환자를 치료하며 결정을 내리는 과정에서 도움이 될 수 있다는 것을 보여준 사례다. 그러나 인공지능이 옅은 피부색을 가진 사람들로부터 수집한 데이터를 주로 활용해 학습한다면 짙은 피부색을 가진 환자들의 병변은 제대로 진단하지 못할 가능성이 커진다. 인공지능을 ʻ지능적ʼ이라고 하는 이유는 데이터를 단순히 검색하는 수준에 머무는 것이 아니라 데이터에 숨어 있는 특정 패턴을 분석해 유의미한 자료로 추출하기 때문이다. 그래서 사람들은 인공지능의 의사결정이 냉철하고 객관적일 것이라고 생각하지만, 인공지능은 현실에 존재하는 데이터들 바탕으로 학습한다. 우리가 가진 사회적 편견과 편향, 위험한 가정들을 그대로 내재한 결과가 도출될 수도 있다는 뜻이다.연구진은 인공지능 기술을 보건의료 분야에 활용하는 데 있어 가장 중요한 요소 중 하나인 신뢰성(reliability)을 중심으로 데이터의 품질·변수 등과 관련된 공정성 문제를 파악하고 기술의 정확성을 점검할 수 있는 다섯 가지 기준을 이번 가이드에 담았다. ▴출처가 정확한 데이터 사용 ▴사용 목적에 맞는 데이터의 수집 또는 선택 ▴제한 사항과 가정의 정확한 언급 ▴데이터의 편향성 명시 ▴실제 환경에서의 적절한 테스트 등이 이행되었는지 점검하기 위해 우리 사회가 이와 관련한 적극적인 질문을 던져야 한다고 강조했다.
연구를 총괄한 김소영 KPC4IR 센터장은 "보건의료 분야의 인공지능 기술이 충분히 견고한지를 검증하는 질문들이 우리 사회에서 활발하게 논의된다면, 궁극적으로 인공지능 기술의 역량을 끌어올리는 것과 동시에 신뢰할 수 있는 기준을 마련할 수 있을 것ˮ이라고 말했다.
이어, 김 센터장은 "인공지능 기술에 대한 국민의 이해도를 높여 한계점과 개선 사항을 인식해나가는 과정에서 이번 가이드가 중요한 역할을 해 줄 것으로 기대하고 있다ˮ라고 덧붙였다. KPC4IR의 이번 연구는 유럽과 아시아를 아우르는 국제 공동 연구자들이 보건의료라는 특정 분야에서 인공지능 기술의 가이드를 제시한 세계 최초의 사례다. 이를 위해 싱가포르국립대학교·테크놀로지기업 어피니디(Affinidi), 스페인 마드리드 카를로스 3세 대학교, 영국 로이드 선급 재단·가이 앤드 세인트 토마스 국가보건서비스 재단 등에 소속된 전문가들이 자문과 인터뷰, 워크숍 등의 방식으로 참여했다. 국내에서는 서울아산병원, 분당서울대병원 등을 비롯한 의료계와 KAIST AI대학원·바이오및뇌공학과, 과학기술정책연구원, 정보통신정책연구원, 인공지능 솔루션 기업 뷰노 등 다수의 산·학·연 관계자들이 함께했다. KPC4IR은 이번 성과를 국제적으로 공유하기 위해 8월 15일 오전 10시부터 온라인으로 열린 ʻ2021 KDD 국제 워크숍ʼ에서 연구 내용을 발표했다. ʻ사회를 위한 보건의료 분야 인공지능 활용 가이드ʼ의 전체 내용은 KAIST 한국4차산업혁명정책센터 (https://kpc4ir.kaist.ac.kr/)와 싱가포르국립대 리스크공공이해연구소(https://ipur.nus.edu.sg/)의 홈페이지에서 확인할 수 있다.
2021.08.17
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살아있는 미생물 내 바이오 플라스틱 생성 관찰 최초 성공
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수(연구부총장)와 물리학과 박용근 석좌교수 공동연구팀이 ‘3차원 홀로그래픽 현미경 기술을 통한 미생물의 바이오 플라스틱 과립 생산 특징 규명’에 성공했다고 27일 밝혔다.
이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘미국국립과학원회보(PNAS)'에 7월 27일 字 온라인 게재됐다.
※ 논문명 : Three-dimensional label-free visualization and quantification of polyhydroxyalkanoates in individual bacterial cell in its native state
※ 저자 정보 : 이상엽(KAIST, 교신저자), 박용근(KAIST, 교신저자), 최소영(KAIST, 공동 제1 저자), 오정훈(KAIST, 공동 제1저자), 정재황(KAIST, 공동 제1저자) - 총 5명
전 세계적으로 폐플라스틱으로 인한 환경오염 및 생태계 파괴, 미세 플라스틱의 인류 보건 위협 등의 문제가 심각해짐에 따라 다양한 규제 및 대안 기술들이 연구되고 있다. 그중 미생물로부터 만들어지는 폴리에스테르인 폴리하이드록시알카노에이트 (polyhydroxyalkanoate, 이하 PHA)가 기존 합성 플라스틱을 대체할 친환경 바이오 플라스틱으로 많은 관심을 받고 있다.
PHA는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 범용 플라스틱과 유사한 물성을 가지고 있어 용기 포장재, 비닐, 일회용품 등의 다양한 활용이 가능하며, 토양이나 해양 환경에서 생분해가 가능한 고분자라는 가장 중요한 장점을 갖고 있다.
PHA는 몇몇 미생물 내에 불용성의 과립(granule) 형태로 발견되는 고분자 물질로, 미생물이 환경 변화 및 세포 상태에 따라 탄소원, 에너지원으로 세포 내에 축적하게 된다. PHA가 세포 내에 축적되는 원리를 관찰하기 위해 여러 연구가 진행돼왔다.
형광 현미경, 투과전자현미경, 전자 저온 촬영 등의 기술이 이용됐는데, 이는 2차원상의 이미지만을 제시하거나 형광 물질과 같은 별도의 표식이나 세포의 고정/절편 제작 과정이 있어야 하여, 세포 원래 그대로의 상태에서의 관측이 어려웠다. 따라서 기술적 한계로 인해 세포 내에서 PHA 과립 형성에 대한 완전한 이해가 어려웠고, 관측 결과에 기반을 둔 여러 형성 메커니즘 모델만이 제안돼왔다.
이에 이상엽 특훈교수와 박용근 석좌교수 공동연구팀은 최근 떠오르고 있는 *3차원 홀로그래픽 현미경 기술을 통해 PHA 생산 박테리아의 심층 관찰 및 정량/정성 분석 연구를 수행했다.
*3차원 홀로그래픽 현미경 기술은 물질의 굴절률(refractive index)을 활용하는 이미징 방법으로, 염색 등 준비 과정을 필요로 하지 않기 때문에 살아 있는 세포의 3차원 정보를 정량적으로 측정 가능하다.
연구팀은 PHA의 한 종류인 *PHB 생산 미생물로 잘 알려진 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator)와 이 미생물의 PHB 합성 대사회로 유전자를 가진 재조합 대장균을 이용해 비교·분석을 수행했다.
*PHA는 현재까지 약 150여 가지의 하이드록시산 화합물들이 단량체로 보고되었으며, PHA 중 가장 대표적이며 많은 연구가 이루어진 것이 poly(3-hydroxybutyrate) [PHB]임
연구팀은 재구성된 세포의 3차원 굴절률 분포로 단일세포 수준에서 세포와 세포 내 과립의 3차원 시각화 및 이를 통한 부피, 질량, 밀도, 분포 등의 정량 분석에 성공했다. 수백 개의 단일 세포들과 세포 내의 PHA 과립에 대한 정량 및 이의 통계 분석을 통해 두 미생물에서의 PHA 과립 형성의 차이점을 도출해냈다.
특히, 단일세포 내의 PHA 과립의 밀도의 개념을 새롭게 제시했으며, 두 미생물에서의 PHA 과립의 밀도의 차이 및 세포 내 분포 형태 및 위치에 대한 특이적인 차이를 발견했다. 더 나아가서, 두 미생물의 PHA 과립 형성의 차이를 나타내게 하는 핵심 단백질을 규명해, 재조합 대장균의 PHA 과립 형성의 양상을 쿠프리아비두스 네카토르와 유사하게 변화시킬 수 있었다.
또한, 실시간 모니터링을 통해 최대 약 8시간 동안의 세포와 세포 내 PHA 과립의 성장 과정을 보여주는 3차원 영상을 제작할 수 있었다. 이는 미생물이 살아있는 상태에서 별도의 처리 과정이 없는 자연 상태 조건 하에, 세포 내 PHA 과립의 형성과 세포 분열과 연계된 이동을 3차원에서 실시간으로 관측한 세계 최초의 결과라는 데 큰 의의가 있다.
이상엽 특훈교수는 “이번 연구를 통해 미생물의 PHA 생산 원리에 대해 더욱 깊은 이해가 가능해졌고, 이는 생물학과 물리학의 융합 연구로서 이뤄진 성과라는 데에 큰 의의가 있으며, 향후 다양한 바이오 플라스틱 생산 공정 개발에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업과 바이오·의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2021.07.28
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혁신전략정책연구센터(센터장 김원준 교수), 이공계 대학중점연구소 선정
우리 대학 김원준 기술경영학부 교수가 이끄는 KAIST 혁신전략정책연구센터(Center for Innovation Strategy and Policy(CISP))가 교육부와 한국연구재단이 지원하는 2021년 이공 분야 대학중점연구소에 6월 3일 선정됐다.
이공 분야 대학중점연구소는 대학 연구소의 특성화, 전문화를 돕기 위해 이공 분야 대학 부설 연구소를 대학의 연구 거점으로 구축하도록 지원하는 사업이다. 최대 9년간 정부출연금 69억 3천만 원을 포함해 총 73억 8천만 원을 지원하며, 과학기술정책의 과학화(Science of Science Policy)를 목표로 사회과학을 포함한 융·복합 분야에서는 최대 규모로 지원하는 사업이다. 이번 지정 공모에 최종 선정된 혁신전략정책연구센터는 김원준 교수(기술경영학부)가 책임 교수를 맡는다. 또한, 정하웅 물리학과 교수, 엄지용 기술경영학부 교수, 김소영, 전치형, 박경렬 과학기술정책 대학원 교수 등 학내 과학기술정책 및 혁신전략정책 분야 교수진들로 연구팀을 꾸린다. 또한, 스콧 스턴(Scott Stern) MIT 교수, 듀크 대학의 애런 차터지(Aaron Chatterji) 교수, 이용석 스탠퍼드대 박사, 윤혜진 노스웨스턴대 교수 등 관련 분야 해외 우수 연구자들과 전임 연구원 5명도 참여한다.
이뿐만 아니라, 한국 과학기술정책 분야의 핵심적인 아젠다를 발굴하고, 연구소의 역할 및 활동 방향을 자문하기 위해 김도연 전 교육과학기술부 장관, 이주호 전 교육과학기술부 장관, 김명자 한국과학기술단체 총연합회 명예회장, 이우일 한국과학기술단체 총연합회 회장 등이 외부 자문위원회로 함께 한다.
혁신전략정책연구센터는 과학기술혁신정책 연구의 글로벌 거점연구소가 되기 위해 증거기반의 과학기술정책(Evidence-based Science and Technology Policy), 과학기술정책의 과학화(Science of Science Policy), 산업전략 및 정책(Industry Strategy and Policy), 국가혁신전략 (National Innovation Strategy), 기업가정신 및 창업 정책(Entrepreneurship Policy) 등에 대해 특화된 연구와 활동을 진행할 예정이다. 나아가 연구 결과를 과학기술정책 수립에 반영하고, 과학기술 입법화를 추진해 과학기술정책의 과학화를 이끌어 가는 역할에 앞장설 방침이다.
또한, 우리나라 과학기술정책의 과학화 기반을 제공하고 미국의 하버드 벨퍼 센터(Harvard Belfer Center), 부르킹스 연구소(Brookings Institute) 등 국제적으로 정책 아젠다를 선도하는 글로벌 거점 연구소로 도약하는 것을 목표로 연구를 수행할 계획이다. 김원준 교수는 “한 국가의 과학기술 역량은 미중 갈등처럼 새롭게 전개되고 있는 글로벌 정치 지정학적, 기술지정학적 패러다임의 변화에 대응하는 핵심적인 자산이며, 과학기술정책의 과학화와 새로운 산업전략의 수립은 과학기술 역량을 결정할 수 있는 중요한 요소”라고 강조했다. 이어 김 교수는 “이번 대학중점연구소 사업을 통해 앞으로 우리나라 과학기술정책의 새로운 패러다임을 열 수 있는 연구 수행에 매진하겠다”라고 밝혔다.
2021.06.18
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기술경영학부 김원준, 엄지용, 조항정 교수, 미래전략대학원 서용석 교수 '탄력성장' 책 출간
우리 대학과 산업통상자원부가 코로나19 팬데믹 이후 높아진 전 세계의 위기를 극복하고 우리 산업이 나아가야 할 방향과 제언을 담은 책 『탄력성장』을 지난 2월 출간했다.
기술경영학부 김원준 교수(대표저자), 엄지용 교수, 조항정 교수, 미래전략대학원 서용석 교수, 산업통상자원부(에너지실)가 공동 집필한 『탄력성장』에서는 코로나 팬데믹, 지구온난화, 신냉전 등 역사상 유례없이 상시화 · 거대화 · 복합화되고 있는 전 세계적 위기를 ‘블랙타이드’라고 명명한다. 하나의 재난이 끝나기도 전에 또 다른 재난이 파도처럼 연쇄적이면서 동시다발적으로 밀려온다는 의미다.
저자들은 우리 사회가 위기에 대한 관점을 바꾸야 한다고 지적한다. 위기를 회복해야 할 도전이 아닌 도약을 위한 기회로 바라볼 때, 위기에서 새로운 희망을 찾을 수 있으며 위기 이전보다 더 나은 미래를 만들 수 있다는 주장이다.
또한, 블랙타이드는 우리의 사회 · 경제 · 정치 각 분야 시스템에 충격과 손상을 주고 때로는 시스템의 붕괴를 가져온다고 분석한다. 하지만, 이러한 충격과 손상은 막대한 피해를 가져오는 반면, 기존에 굳어져온 비효율적인 시스템을 혁신하고 변화시키는 데 필요한 변화의 비용, 즉 레거시 비용을 낮춤으로써 변화와 혁신의 새로운 '기회'를 제공한다는 관점을 새롭게 제시하고 있다. 충격과 피해로 인한 아픔과 그것을 회복하는 단계에 머무를 것인지, 아니면 이를 넘어 새로운 기회를 찾고 더욱 도약하는 방향으로 나아갈 것인지는 우리의 선택에 달려있다는 것이다.
이 책에서는 위기의 상황에서 절망이 아닌 희망을 선택하는 것, 위기를 기회로 바라보며 성장의 새로운 모멘텀을 확보하여 더 높이 도약하는 것을 '탄력성장(Resilient Growth)'이라 는 새로운 개념으로 정의하고 있다. 또한, 에너지가 블랙타이드의 가장 큰 영향을 받는 분야이며, 에너지 분야의 탄력성장을 회복하는 일이 향후 반세기에 걸친 우리나라의 성장을 결정하게 될 것이라고 강조한다. 석유 등 화석연료 중심에서 재생에너지, 분산에너지 등 넷제로(탄소중립) 사회로 가려면 무엇을 해야 할지에 관한 고찰과 정책 제안도 책 곳곳에 담았다.
대표 저자인 김원준 교수는 "앞으로 블랙타이드가 전 산업에 미치는 영향은 더욱 커질 것이고, 제조업과 서비스업 등 모든 분야에서 블랙타이드를 대비할 수 있는 '탄력성장' 전략의 수립이 필요하다"라고 말했다.총 2부로 구성된 이 책은 1부에서 블랙타이드와 탄력성장의 의미와 우리가 갖춰야 할 성장 모멘텀을, 2부에서는 대한민국의 에너지 시스템이 가지고 있는 취약점과 나아갈 방향을 근본적으로 바라보는 내용으로 구성되어 있다.
2021.06.11
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세계 대학 중 유일하게 글로벌 100대 혁신 기업 선정
우리 대학이 클래리베이트(舊 톰슨로이터, 회장 겸 최고경영자 제리 슈테드)로부터 2021년 글로벌 100대 혁신 기업 트로피를 전달받았다.
12일 오후 4시 대전 본원 총장실에서 진행된 행사에는 안성식 클래리베이트 코리아 대표가 참석해 이광형 총장에게 트로피를 전달했다. 우리대학은 지난 2월 클래리베이트가 선정한 2021년 글로벌 100대 혁신 기업에 선정됐다. 아마존·애플·페이스북·구글 등 세계 굴지의 기업들이 주로 선정된 가운데, KAIST는 전 세계 대학 중 유일하게 100대 혁신 기업에 이름을 올렸다. 지난 2013년 선정된 이후 8년 만의 순위권에 재진입한 결과다. 올해는 미국·독일·프랑스 등 전 세계 13개 국가가 혁신 기업을 배출했고 한국 기업으로는 삼성전자·LG 전자·LS 일렉트릭·SK 텔레콤 등이 우리 대학과 함께 선정됐다.
2012년부터 10년째 발표되고 있는 이 랭킹은 새로운 아이디어를 발굴해 시장에 선보이는 기업들을 대상으로 하며, 특허 출원·발명의 영향력·특허 등록률·글로벌 시장성 등이 주된 평가 지표로 반영된다. 12일 열린 트로피 전달식에서 이광형 총장은 "KAIST가 그동안 추구해온 혁신을 인정받은 성과라고 생각한다ˮ라고 말하며, 이어 이 총장은 "앞으로도 끊임없는 혁신을 추구해 국가의 번영과 인류의 지속 가능한 발전을 위한 글로벌 가치 창출 대학이 되어 기대에 부응하겠다ˮ고 밝혔다.
2021.05.13
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개교 50주년 기념 세계 대학 총장 정상회의(Summit) 개최
코로나19가 바꾼 경제·금융·문화 지형도는 대학의 전통적인 역할과 가치평가에도 큰 변화를 가져오고 있다. 가속화되는 4차 산업혁명과 포스트 코로나 시대에 대학은 어떻게 변해야 경쟁력을 유지하고 질적 성장(quality growth)을 가져올 수 있을지, 우리 대학을 포함한 세계 명문대학교 총장 4명이 온라인을 통해 심도 있는 의견을 나누는 자리가 마련됐다.
3일(수) 오전 10시부터 12시까지 대전 본원 학술문화관(E9) 5층 정근모콘퍼런스 홀에서 'KAIST 서밋(KAIST Summit)'이 개최된다. 2시간 동안 진행되는 이 행사는 온라인 플랫폼을 통해 전 세계에 실시간으로 방송된다.
'글로벌 위기 속 대학의 역할과 책임'이라는 주제로 열리는 이번 총장정상회의(summit)는 KAIST 신성철 총장을 포함해 MIT·도쿄공업대학·노스웨스턴대학 등 4개 대학 총장이 기조 연사로 참여한다.
이번 서밋은 개교 50주년 기념사업의 일환으로 KAIST가 향후 100년을 향해 나아갈 비전을 제시하고 세계 초일류 과학기술대학으로 거듭나기 위한 발전 방향과 전략을 모색하기 위해 마련한 행사다.
또 코로나19와 같은 전염병의 대유행·기후변화·빈부격차·인공지능(AI)의 확산에 따른 사회경제적 변화 등 전 세계가 직면한 중대한 문제들을 짚어보고, 이 같은 위기 속에서 KAIST를 비롯한 대학들의 새로운 역할과 책임에 대해서도 논의할 예정이다.
첫 번째 기조 강연자인 라파엘 라이프(L. Rafael Reif) MIT 총장은 KAIST의 50주년을 축하하고 '대학, 변화를 선도하는 엔진(Universities as Engines of Change)'이라는 주제로 인류의 주요 도전과제 해결에 대학이 기여할 수 있는 역량에 대해 강연한다. 라이프 총장은 특히 미래지향적·인간적·과학 중심적 리더십의 중요성을 강조하며, 교육·연구·산학협력·사회봉사를 중심으로 대학이 변화와 혁신을 선도한 사례들을 소개할 예정이다.
이어, 카즈야 마스(Kazuya Masu) 도쿄공업대학교 총장은 '우리의 미래를 설계하는 방법-도쿄공업대학교의 DLab 사례(Designing Our Future-Tokyo Tech DLab's Approach)'라는 주제로 두 번째 기조연설에 나선다. 대학의 중요한 역할은 사회와 지속적으로 소통하고 혁신을 주도하는 것이라고 주장하는 카즈야 마스 총장은 오늘날처럼 불확실성이 증대되고 급변하는 시대에 도쿄공업대학이 대학의 이해관계자는 물론 대중과 함께 공유하고 있는 미래 비전을 소개할 예정이다. 이와 함께, 미래 설계를 위해 어떻게 소통하고 협력했는지에 관해 DLab의 성공적인 활동 사례도 소개한다.
세 번째 기조 연사인 모턴 샤피로(Morton Schapiro) 노스웨스턴대학교(이하 노스웨스턴대) 총장은 '뉴노멀 시대의 대학(The University in the 'New Normal')'이라는 주제로 대학이 코로나19에 대응하며 얻은 교훈을 중심으로 강연한다. 샤피로 총장은 연구·교육·공공서비스를 포스트 코로나 시대에 부합하도록 개선하기 위해 이제까지의 경험을 어떻게 활용할 것인지에 대해 강조하고 이런 노력이 4차 산업혁명과 관련해 변화하는 노동시장 수요에 대응하는 데 어떤 영향을 미칠지에 관한 의견을 내놓는다.
신성철 총장은 마지막 기조연설자로 나서 'KAIST, 다음 50년의 꿈을 위한 비전과 혁신(Vision & Innovations for the Next Dream of KAIST)'이라는 주제로 강연한다. 개교 50주년을 맞은 KAIST의 역사를 뒤돌아보고 다음 50년 동안 KAIST가 인류의 번영과 행복에 기여하는 '글로벌 가치 창출 선도대학(Global Value -Creative Leading University)'으로 도약하기 위한 비전과 혁신 전략을 제시한다. 신 총장은 교육·연구·기술사업화·국제화·미래전략 등 5개 분야의 목표를 설정하고 이를 달성하기 위해 진행 중인 구체적인 혁신사례들을 소개할 예정이다.
4인의 총장은 기조 강연자로서 각자의 주제로 강연한 후 패널리스트로 참여해 '정보격차', '인공지능의 새로운 도전과제', '사회적 기업가정신과 산학협력' 등의 3개 주제를 다루는 집중토론을 진행한다.
먼저, 4차 산업혁명과 코로나19의 여파로 심화되고 있는 계층·지역·국가 간 '정보격차(digital divide)'를 해소하기 위해 대학이 교육과 연구를 통해 제안할 수 있는 해결방안을 고민한다. 정보격차가 국가나 인종에 대한 불평등으로 확대되지 않으려면 국가 간의 효율적인 국제 공조가 필요한데, 이를 도출하기 위해 대학이 할 수 있는 가교역할이 무엇인지에 대해 서로 의견을 나눌 예정이다.
이어, 최근 사회·경제·윤리적인 측면에서 인류 삶의 패러다임을 크게 변화시키며 눈부신 성장을 보이는 인공지능과 로봇 기술도 화두로 다룬다. 패널리스트들은 '인공지능의 새로운 도전과제(Emerging Challenges in Artificial Intelligence)'라는 주제로 인공지능이 가져올 변화에 대한 대응 방안을 토론한다.
마지막으로, '사회적 기업가정신과 산학협력(Social Entrepreneurship and University-Industry Collaboration)'에 관한 토론도 진행된다. 학생들이 사회의 다양한 문제에 관심을 가지는 일에서 출발해 이를 해결하기 위한 노력의 일환으로 사회적 기업을 창업하는 것과 이러한 창업 기업들을 유기적으로 지속시킬 수 있는 대학의 지원방안에 대해 논의하고 산학협력과 혁신 창업 활성화를 위한 대학의 건설적인 역할도 짚어볼 예정이다.
패널 토론 후에는 KAIST 재학생, 동문 및 교직원과 KAIST 진학을 희망하는 고등학생 등으로 구성된 온라인 청중 150명과 함께하는 질의 및 응답도 준비돼 있다.
신성철 총장은 "과학기술 혁신을 선도하는 글로벌 4개 대학 총장이 모여 위기 극복방안을 논의하고 포스트 코로나 시대에 새롭게 부상하는 표준(new normal) 속에서 대학의 역할과 책임을 재조명하는 뜻 깊은 자리가 될 것ˮ이라고 'KAIST 서밋'의 개최 배경을 밝혔다. 이번 총장 정상회담은 '유튜브 KAIST 채널'을 통해 전 세계에 실시간으로 중계되며 한국어-영어 동시통역과 한글 자막이 제공된다.
2021.02.01
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김재철 동원그룹 명예회장, 발전기금 500억 원 기부
내년 2월 개교 50주년을 맞는 우리 대학이 올해 들어서만 100억 원 이상의 고액 기부가 3건이나 이뤄지는 겹경사를 맞는 등 역대 최고의 해를 보내고 있다.
올해 1월 장병규 크래프톤 의장이 동문 최고 금액인 100억 원을, 7월에는 이수영 광원산업 회장이 676억 원 상당의 부동산을 출연해 싱귤래러티(특이점) 교수제도를 지원키로 한 데 이어 김재철 동원그룹 명예회장이 사재 500억 원을 우리 대학에 기부했다. 국내 인공지능(이하 AI) 분야 핵심 인재 양성을 위해 거액을 기부하는 김재철 명예회장의 뜻에 따라 기부금 전액을 AI 분야 인재 양성과 연구에 사용할 방침이다.
김재철 동원그룹 명예회장은 16일 KAIST 대전 본원 학술문화관 정근모콘퍼런스홀에서 열린 약정식에서 향후 10년간 연차별 계획에 따라 사재 500억 원을 기부하기로 약정했다. 약정식에는 신성철 총장 등 KAIST 주요보직 교수들과 김남구 한국금융지주 회장, 김남정 동원그룹 부회장 등 김 명예회장의 가족들이 참석했다. 이날 약정식 행사는 코로나19 확산 방지를 위해 참석인원을 최소화하는 한편 안전관리 담당자가 입장객의 발열 및 소독상태를 점검하고 이동 시 2m 이상 거리를 유지하는 등 사회적거리두기 생활 방역지침을 준수하면서 진행됐다.
동원그룹 관계자는 "4차 산업혁명 시대를 맞아 대한민국이 AI 분야 주도권을 잡아 선진국으로 발돋움하기 위해서는 AI 분야 인재 양성이 무엇보다 중요하다는 김 명예회장의 소신에 따라 이뤄진 것"이라고 이번 기부의 배경을 설명했다.
김 명예회장은 이 날 약정식에서 "AI 물결이 대항해시대와 1·2·3차 산업혁명 이상으로 우리의 삶을 바꾸는 큰 변화를 이끌 것"이라며 "오늘 이 자리는 대한민국이 AI 선진국으로 나아가는 출정식이 될 것ˮ이라고 말했다. 김 명예회장은 이어 "위대한 잠재력을 가진 우리 국민이 국력을 모아 경쟁에 나서면 AI 선진국이 될 수 있다"며 "과학영재들과 우수한 교수진들이 집결해있는 KAIST가 선두주자로서 우리나라 AI 개발 속도를 촉진하는 플래그십(flagship) 역할을 할 것"이라고 덧붙였다. 김 명예회장은 "우리나라가 AI 혁명으로 다시 한번 크게 도약하여 나라의 기반을 튼튼히 하고, AI 시대를 주도한다면 세계사에 빛날 일이 될 것ˮ이라며 "KAIST가 AI 인재 양성으로 AI선진국의 길을 개척해 주는 역사적 과업을 수행해 줄 것을 바란다"고 당부했다.
신성철 KAIST 총장도 "대한민국의 과학기술 발전과 AI 강국 대한민국을 만들기 위해 노블레스 오블리주(높은 사회적 신분에 상응하는 도덕적 의무) 정신을 몸소 실천하신 김재철 동원그룹 명예회장님께 경의를 표한다"면서 "KAIST의 역할과 임무에 대한 사명감을 항상 마음에 새기고 김 명예회장님의 기부를 토대로 KAIST가 AI 인재 양성 및 연구의 세계적 허브가 되도록 최선을 다할 것"이라고 화답했다.
우리 대학은 에 대한민국 AI 강국을 염원해 온 김재철 명예회장의 뜻을 기리기 위해 AI대학원의 명칭을 ʻ김재철 AI대학원ʼ으로 명명하고 세계 최고 수준의 연구역량을 갖춘 교수진을 단계적으로 확충해 오는 2030년까지 전임교원 수를 총 40명으로 늘리는 등 이를 기반으로 4차 산업혁명 시대를 선도하는 AI 융복합 인재 양성과 연구에 주력할 방침이다.
우리 대학 AI대학원은 국내 대학 중 가장 먼저 지난 2019년 3월 과기정통부의 ʻ2019년도 AI대학원 지원사업ʼ에 선정된 이후 같은 해 8월 문을 열었다. 올 11월 말 현재 구글, 아이비엠 왓슨, 마이크로소프트 등 세계적인 기업의 AI 연구소 출신 전임교수 13명과 겸임교수 8명 등 모두 21명으로 교수진을 구성하고 석사과정 79명, 석박사 통합과정 17명, 박사과정 42명 등 총 138명의 학생이 재학 중이다.
김 명예회장은 평소 재임 당시에도 "인공지능을 이해하지 못하면 미래를 기약할 수 없다. 동원의 미래 50년은 인공지능으로 승부해야 한다"고 역설해왔다. AI 관련 서적을 탐독하고 임직원에게 권하며 토론하는 등 AI 사업에 대한 육성 의지가 남달랐다는 게 동원그룹 관계자들의 평이다. 김재철 동원그룹 명예회장은 작년 4월 경영 일선에서 물러난 이후에도 AI 인재 양성과 기술 확보에 남다른 관심을 기울이는 것으로 알려져 있다. 동원그룹 계열사인 동원산업이 작년 한양대에 30억 원을 기부해 국내 최초의 AI솔루션센터인 ʻ한양 AI솔루션센터ʼ를 설립한 것도 김 명예회장의 AI에 대한 남다른 관심과 애정 때문이다. 이러한 김 명예회장의 관심 속에 동원그룹은 지난해 그룹 차원의 태스크포스팀(TF)을 구성해 전 계열사에 로봇 프로세스 자동화(RPA) 프로젝트를 도입했으며 올해엔 KT가 주도하고 있는 AI 기술 산학연 협의체인 AI원팀(AI One Team)에 합류하는 등 AI 기술 확보를 위해 노력하고 있다.
2020.12.16
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도파민의 성질로 박테리아 생장의 실시간 탐지 기술 개발
우리 몸의 신경전달물질인 도파민의 성질을 이용해 박테리아(병원균)를 쉽게 검출할 수 있는 기술이 우리 대학 연구진에 의해 개발됐다.
생명과학과 정현정 교수, 화학과 이해신 교수 공동연구팀이 도파민의 반응을 이용해 병원균의 생장과 항생제 내성을 광학적으로 측정하고 맨눈으로 실시간 검출하는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
박테리아의 항생제 내성 문제는 현대인의 건강을 위협하는 위험요인으로 꼽히고 있다. 항생제 내성에 대한 적절한 대처가 없다면 30년 이내에 항생제 내성균에 의한 피해가 암보다 더 현대인의 수명을 줄일 수 있다는 보고서가 발표되기도 했다. 항생제 내성균의 종류가 점차 늘어나면서 미국 질병통제예방센터(CDC)는 연간 최소 200만 명 이상의 환자가 항생제 내성 병원균에 의해 발생하고 있다고 보고했다.
도파민은 대다수 생명체에서 신경전달물질로 사용되며, 산소가 존재하는 환경에서 다른 물질의 도움 없이 자체 중합반응(두 개 이상 결합해 큰 화합물이 되는 일)이 일어난다. 이렇게 중합된 도파민 고분자는 짙은 갈색을 나타내고, 다양한 물질 표면에 흡착해 층을 형성한다.
연구팀은 이러한 도파민의 성질을 이용해 병원균이 생장하는지와 항생제 내성을 갖는지를 육안과 형광으로 동시에 탐지 가능한 기술을 개발했다. 이 기술은 현재 사용되는 디스크 확산 검사나 균 배양 분석에 대비해 시간이 짧고 중합효소 연쇄 반응(PCR 검사)과 비교할 때도 전처리 과정이 필요 없는 간편한 기술이라는 점이 큰 장점이다.
우리 대학 나노과학기술대학원 석박사통합과정 이주훈 학생이 제1 저자로, 나노과학기술대학원 석박사통합과정 류제성 학생과 생명과학과 강유경 박사가 공동 저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 `어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 16.836)'에 11월 3일 字 온라인 게재됐다. (논문명 : Polydopamine Sensors of Bacterial Hypoxia via Fluorescence Coupling)
도파민의 자체 중합반응에서는 개시제 역할을 하는 산소가 필수적인 존재다. 연구팀은 박테리아가 생장함에 따라 용액 내의 산소를 소모하는 현상을 이용, 박테리아의 생장 정도를 도파민의 중합반응과 연관 지어 관측하는 방법을 개발했다.
또 박테리아의 생장에 영향을 끼치지 않는 소재인 덱스트란으로 형광나노입자를 제조해 실험에 사용했다. 도파민의 자체 중합반응은 용액 내에 존재하는 형광나노입자 표면에 흡착하고 층을 형성해 입자의 화학적, 물리적 성질에 큰 변화를 일으키고 기존에 발생하던 강한 형광 신호를 약하게 만든다. 또한, 도파민과 나노입자가 첨가된 용액 내에서는 도파민의 산화와 자체 중합반응 때문에 용액의 색이 짙은 갈색으로 변한다.
하지만 박테리아가 용액 내에 존재하는 경우 박테리아 생장 때문에 산소가 소모돼 도파민의 자체 중합반응은 저해되고 용액의 색깔은 투명하게 유지된다. 나노입자의 형광 신호 역시 원래의 신호를 유지하게 된다.
연구팀은 이러한 현상을 박테리아의 생장 및 항생제 내성을 탐지하는데 적용할 수 있다는 점에 착안, 항생제에 내성을 가지는 `뉴 델리 메탈로-베타락타마제 1 (NDM-1)'을 발현하는 대장균(E. coli)을 대상으로 실험을 진행했다.
일반적인 대장균의 경우 카바페넴 계열의 항생제인 암피실린에 의해 생장이 크게 저해되는데, 항생제에 내성을 갖는 대장균은 생장이 잘 이뤄진다. 즉 항생제 내성을 가지는지에 따라 소모하는 산소의 양이 달라지고, 이 차이 때문에 도파민의 중합반응 여부를 육안과 광학적 측정으로 확인할 수 있다.
이렇게 살아있는 세포의 활성에 따라 일어나는 도파민의 자체 중합반응은 실제로 인체에 존재하는 다양한 `카테콜아민' 물질에서 나타나는 반응과 깊은 관련이 있다. 일례로 피부에 존재하는 카테콜아민은 자체 중합반응이 왕성하게 일어나 피부의 색에 큰 영향을 주는 멜라닌 색소를 형성하게 되는데 신경계에 존재하는 카테콜아민은 자체 중합반응이 거의 일어나지 않고 단일분자 형태로 존재하여 작용하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 이번 연구 결과를 향후 생체 내에서 도파민 등 카테콜아민의 역할과 작용을 다양한 생체 모델에서 밝히는 연구로 발전시킨다면 매우 흥미로운 연구 결과를 얻을 것으로 기대하고 있다.
정현정 교수는 “이번 연구는 도파민의 자체 중합반응을 생체 시스템에서 규명한 연구로 큰 의미를 가지며, 이를 박테리아 생장 및 항생제 내성의 실시간 검출에 적용할 수 있어 기존의 미생물 배양법보다 신속하게, 그리고 PCR 검사보다 간편하게 진단이 가능해 감염병 확산 예방에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 KAIST 그랜드 챌린지 사업의 지원을 통해 이뤄졌다.
2020.12.07
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