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바이오및뇌공학과 출신 박사들, ‘사이언스’에 잇따라 논문 게재
- 이은정, 남호정 박사, 8월 24일, 31일자 ‘사이언스’에 연달아 논문 게재 -- 학과 창립 10주년, 교수・졸업생 활발한 연구 성과 내-
최근 우리 학교 바이오및뇌공학과 출신 박사들이 세계 최고 권위를 자랑하는 학술지인 사이언스(Science)에 연구 성과를 잇따라 게재해 화제가 되고 있다.
우리 학교 바이오및뇌공학과에서 박사학위를 취득한 여성과학자 이은정(39세), 남호정 박사(34세)가 8월 24일과 31일자 사이언스지에 연구 논문을 게재했다.
두 여성과학자들은 바이오및뇌공학과 이도헌 교수의 지도 아래 생물학적 문제를 대량의 데이터와 다양한 컴퓨터기법을 이용해 분석하는 ‘바이오정보학(Bioinformatics)’을 전공했다.
이 박사와 남 박사는 각각 2008년과 2009년 KAIST에서 박사학위를 취득한 후 현재 하버드 의대와 샌디에고 캘리포니아 주립대에서 박사 후 연구원으로 일하고 있다.
이은정 박사는 하버드 의대, 배일러 의대, 브로드 연구소 등의 연구팀들과 공동으로 ‘점핑유전자(jumping gene)’라고 불리는 인간 유전체 내에 존재하는 트랜스포존(transposon)과 종양과의 관계를 세계 최초로 차세대 염기서열 분석과 바이오정보학 기술을 이용해 연구했다.
연구팀은 종양 세포의 전유전체서열 데이터로부터 트랜스포존의 삽입 위치를 개별 핵산 단위 해상도로 추적할 수 있는 기술인 Tea(Transposable Element Analyzer)를 개발하는 데 성공했다.
이 박사의 논문은 지난 6월 28일 사이언스 온라인판에 먼저 게재됐으며, 이후 의학 및 생물학 분야 상위 2%의 중요 논문을 추천 및 평가하는 ‘천 명의 논문 검토자(Faculty of 1000)’들로부터 최고 점수인 10점을 받는 등 높은 주목을 받아 연구 가치를 입증했다.
남호정 박사는 바이오정보학과 시스템생물학적인 접근 방식을 이용해 세포 안에서 대사활동에 관여하는 효소 단백질이 높은 특이성과 높은 효율성을 갖는 방향으로 진화하는 이유를 발견했다.
두 여성과학자가 박사 학위를 받은 바이오및뇌공학과는 정문술 미래산업 창업주의 기부로 2002년에 설립되었으며, 바이오정보학, 뇌공학, 바이오영상, 나노바이오공학과 같은 학제 간 융합학문을 개척해 현재까지 164명의 석사와 65명의 박사를 배출했다.
의학・약학・바이오공학・생명공학・물리학・전기전자공학・컴퓨터공학・기계공학 등 다양한 학문적인 배경을 갖추고 있는 이 학과 소속 19명의 교수들은 적극적인 교류와 협력을 통해 단일학문의 범위를 벗어나는 융합연구를 통해 KAIST의 글로벌 경쟁력을 키워나가고 있다.
바이오및뇌공학과는 특히 설립된지 10년 남짓한 소규모 학과임에도 불구하고 올 들어 ▲나노선기반 세포내시경 개발(1월, 박지호 교수) ▲나노안테나를 갖는 테라헤르츠 발생기 개발(4월, 정기훈 교수) ▲단백질 분해조절 효소정보를 담은 바이오마커 발굴 시스템 개발(5월, 이관수 교수) ▲표적항암제 내성원리 규명(6월, 조광현 교수) ▲C형 간염 바이러스의 간 손상 기전 규명(9월, 최철희 교수) 등 우수한 성과를 내고 있다.
이은정・남호정 박사의 지도교수이자 현재 학과장을 맡고 있는 이도헌 교수는 “연구를 하다보면 각자의 분야에서 해결하지 못한 난제가 다른 분야 전문가를 통해서 아주 쉽게 풀리거나, 혹은 이미 다른 분야에서는 해결돼 있는 것들이 많다”며 융합연구의 이점을 강조했다.
이 교수는 또 “이은정・남호정 박사를 시작으로 앞으로 더 많은 훌륭한 과학자를 배출해 작지만 세계적인 경쟁력을 갖춘 최강의 바이오및뇌공학과로 만들어 나갈 것이라고”고 각오를 다졌다.
이은정 박사 남호정 박사
2012.09.11 조회수 16179 -
농어촌 출신 고등학생들을 위한 여름캠프 열려
우리 학교 학생 동아리인 Yong Leaders in KAIST (이하 YLK)가 지난 11일부터 14일까지 ‘2012 YLKamp’를 KAIST 대전 본원 캠퍼스에서 개최했다.
YLK는 재작년 충청남도 지역 대상으로 "2010 YLK Summer Camp"를 개최한 후 범위를 넓혀 충청도 지역의 고등학생들 60명을 대상으로 "2011 YLKamp"를 성황리에 개최했다.
YLK는 이번에는 그 범위를 더욱 넓혀 전국 농어촌 지역의 고등학생들 100명을 대상으로 이번 캠프를 진행했다. 3박4일간 전국 농어촌 출신 고등학생 100명과 진행된 "2012 YLKamp"에서는 과목별 학습법 및 직업 다양성 및 적성 검사, 캠퍼스 투어, 외부 연사 초청 강연 뿐만 아니라 카이스트 학생들과 함께하는 멘토링 면담 등으로 운영되었다.
참가자들은 지난 6월 고등학교 공문을 통해 지원서와 교사추천서를 접수하였고, YLK는 이들의 공부에 대한 열정과 미래에 대한 포부를 토대로 총 100명을 선발하였다.
교육양극화를 해결하는데 도움이 되고자 기획된 이번 캠프에서는 참가자들에게 학업에 대한 동기부여 및 효율적인 공부방법등을 제공하였다.
우리 학교 리더십센터, 과학기술인협회 및 티비로직, 바이오니어, 미원상사, 디엔에프, 케이맥, 파이버프로 등의 동문 기업들의 지원 금액으로 주최되는 YLK 여름캠프 프로그램은 참가자 모두에게 무료로 제공되었다.
2012.08.21 조회수 9358 -
금 알갱이로 항암백신을 만들다
- 앙게반테 케미지 발표,“백신 위치를 추적할 수 있으면서 효능도 탁월한 나노항암백신 개발”
매우 작은 금 알갱이(금 나노입자, 지름이 10억분의 1미터)를 이용해 위치를 추적할 수 있으면서 암을 예방‧치료할 수 있는 효능도 탁월한 항암백신기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
우리 학교 전상용 교수(42세)가 주도하고 이인현 박사(제1저자) 등이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 △선도연구센터 △신기술융합형성장동력 △바이오의료기술개발 사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 독일화학회가 발간하는 화학분야의 권위 있는 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’지 7월호(7월 29일)에 게재되었다.
특히 이번 성과는 상위 5%이내 논문에만 수여하는 VIP(Very Important Paper)로 선정되는 영예를 얻었다. (논문명 : Imageable Antigen-Presenting Gold Nanoparticle Vaccines for Effective Cancer Immunotherapy In Vivo)
암은 현대의학이 정복하지 못한 대표적인 난치성 질환 중 하나이다. 전 세계적으로 연간 3천만 명의 암 환자가 발생하고 있고, 특히 우리나라에서는 매년 사망원인 1위를 차지하고 있다.
암을 효과적으로 치료하기 위해서 부작용(정상세포까지 죽이는 세포독성)을 최소화하면서도 효과를 극대화할 수 있는 면역치료법(백신)이 전 세계적으로 각광받고 있다. 지금까지 백신은 독감에서부터 난치성 질환인 백혈병에 이르기까지 인류의 다양한 질병을 예방‧치료하는데 활용되어왔다.
그러나 기존 대부분의 항암백신은 몸 밖에서 환자의 암 조직 파편 등으로 사람의 면역세포를 활성화한 후, 다시 그 면역세포를 몸속에 넣어 항암 면역반응을 유도함으로써 암을 치료하는 기술이다. 이렇게 하면 여러 단계의 백신 제조과정을 거치게 되고, 치료비도 비싼 것이 단점이다. 또한 몸속에 주입한 백신이 원하는 곳에 얼마나 도달했는지 추적할 수 없어, 치료효과를 예측하고 가늠할 수 없었다.
전상용 교수 연구팀은 기존 항암백신과는 달리 일반적인 근육주사로 면역세포들이 많이 모여 있는 국소 림프절을 통해 금 나노입자 백신을 효과적으로 전달하여, 항체를 생산하고 항암 면역반응을 유도함으로써 암을 예방‧치료하는데 이용할 수 있는 핵심원천기술을 개발하였다.
또한 병원에서 진단용으로 많이 사용하는 엑스레이 등의 영상기기를 이용해 주입한 금 나노입자 백신을 추적하여, 백신이 목표하는 곳에 제대로 도달하였는지를 직접 확인할 수 있어 향후 개발될 새로운 백신의 효과를 예측할 수 있다는 점이 큰 특징이다.
전 교수팀은 우선 금 나노입자 표면에 모델 암 항원(RFP 단백질)을 화학적으로 결합한 후, 추가적으로 면역보조제(DNA 단편)도 결합하여 금 나노백신 원천기술을 개발하였다.
이 금 나노백신을 몸에 넣으면 국소 림프절로 선택적으로 이동하여 해당 암에 특이적인 항체 생산을 촉진하고, 암세포를 제거할 수 있는 항암 면역세포도 활성화시켜 우수한 항암 효능을 나타낸다.
또한 연구팀은 동물실험을 통해 금 나노백신이 암을 예방할 뿐만 아니라, 이미 존재하는 암의 성장과 전이도 효과적으로 막을 수 있음을 증명하였다.
전상용 교수는 “이번 연구는 금 나노입자를 이용하면 몸속에 투여한 백신을 쉽게 추적할 수 있고, 기존의 백신에 비해 복잡한 과정 없이도 쉽게 면역세포를 활성화할 수 있어 효과적으로 암을 치료할 수 있는 가능성을 보였다. 특히 이 원천 기반기술은 각종 암뿐만 아니라 현재 임상적으로 치료가 어려운 다양한 바이러스성 질환에도 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.08.16 조회수 10134 -
이상엽 특훈교수, 찰스톰상 수상
우리 학교 생명화학공학과 이상엽(생명과학기술대학 학장) 특훈교수가 미국 산업미생물생명공학회에서 수여하는 ‘2012 찰스톰상(Charles Thom Award)’을 받는다.
이 교수는 화석원료로부터 만들어지는 다양한 화학물질을 미생물의 시스템대사공학을 통해 효율적으로 생산하는 제반기술을 개발하고, 이를 이용해 숙신산, 폴리에스터, 나일론 원료, 알코올, 다이올, 바이오연료 등의 효율적인 생산을 위한 산업균주를 개발한 공로를 인정받아 수상자로 선정됐다.
찰스톰상은 미국 산업미생물생명공학회 주관 산업미생물 및 생명공학 분야에서 전 세계적으로 가장 탁월한 업적을 이룬 연구자를 매년 한명씩 선정해 주는 상으로 1967년 제정됐다.
대상자가 없는 해에는 상을 수여하지 않기도 한 것이 특징인 이 상은 작년까지 40명이 수상했으며, 이상엽 특훈교수는 41번째 수상자로 이름을 올리게 되는데 우리나라에서는 처음이다.
역대 수상자들로는 세계 산업미생물 및 생명공학계의 대부 아놀드 드메인, 데이비드 펄만, 아더 험프리, 테루히코 베뿌 등이 있다.
이 교수는 오는 8월 12일부터 16일까지 미국 워싱턴DC에서 열리는 미국산업미생물생명공학회 연례 학술총회에서 ‘천연 및 비천연 화학물질의 바이오 기반 생산을 위한 전략’을 주제로 찰스톰상 기념강연을 할 예정이다.
2012.07.03 조회수 8049 -
KAIST 이상엽 특훈교수, 국내 첫 AFM지 편집자문위원 선임
우리 학교 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 세계적 재료 및 응용 분야 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials, AFM)’지 편집자문위원으로 선임됐다.
AFM지는 신개념 재료 및 그 기능, 나노, 바이오, 그리고 산업분야 응용에 있어 획기적인 연구결과를 발표하는 학술지로, 1992년 광학 및 전자를 위한 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials for Optics and Electronics)라는 학술지로 출범해 2001년 현재의 이름으로 바뀌었다.
이 학술지는 미국, 영국, 독일, 일본 등 41명의 전문가들이 편집자문위원 활동을 하고 있었는데, 이번에 우리나라에서는 처음으로 이상엽 특훈교수가 자문위원으로 선임됐다.
이 교수는 “AFM지는 우리나라 많은 연구자들이 투고하는 학술지로 그동안 표지논문 등 다수의 논문발표가 있었다”며 “앞으로 학술지의 편집 방향과 전략 수립에 참여하며, 특히 바이오재료분야와 바이오-나노 융합분야 등에서 빠르게 변화하는 연구 분야 논문들을 포함하기 위한 전략 수립을 할 예정”이라고 말했다.
이상엽 특훈교수는 이미 세계를 선도하고 있는 대사공학 분야 뿐 아니라, 금속나노입자 제조 신공정 개발 등 나노바이오재료 및 응용 분야에서 특허와 논문들을 다수 낸 바 있고, 바이오테크놀로지 편집장, 대사공학지 부편집인 등 20여 학술지의 편집업무를 맡고 있다.
2012.06.13 조회수 10320 -
시스템생물학 연구로 표적항암제 내성 원리 규명
- 분자세포생물학지 발표, “표적항암제 내성 극복 및 암 생존률 향상 위한 단초 마련”-
최근 항암치료법으로 주목 받고 있는 표적항암제(멕 억제제, MEK inhibitor)의 근본적인 내성 원리가 국내 연구진에 의해 밝혀져, 향후 항암제 내성을 극복하고 암 생존률을 높일 수 있는 토대를 마련하였다. 특히 이번 연구는 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학 연구로 이루어졌다는 점에서 큰 의미가 있다.
우리 학교 조광현 교수가 주도하고 원재경 박사과정생, 신성영 박사, 이종훈 박사과정생, 허원도 교수 및 양희원 박사가 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약/도전연구)과 기초연구실사업 및 WCU(세계수준의 연구중심대학) 육성사업의 지원으로 수행되었다.
연구결과는 분자세포생물학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘분자세포생물학지(Journal of Molecular Cell Biology, IF=13.4)’의 표지논문으로 선정되어 6월 1일자에 게재되었다. (논문명: The cross regulation between ERK and PI3K signaling pathways determines the tumoricidal efficacy of MEK inhibitor)
표적항암제는 종양세포 속에 있는 특정 신호전달경로의 분자를 목표(target)로 하는데, 최근 폐암, 유방암 등 일부 종양에서 기존 항암제와 달리 부작용이 적고 임상효능이 높아 전 세계 과학자들로부터 큰 주목을 받고 있다. 특히 표적항암제는 개인 맞춤형 항암치료제로 개발될 수 있어 기대를 모으고 있다.
그러나 실제 임상 또는 전(前)임상 단계에서 많은 표적항암제의 내성이 관찰되어, 결국 신약개발로 이어지지 못하는 경우가 많다. 또한 효능은 있더라도 생존율이 낮거나 재발하는 경우가 빈번한 것으로 알려졌다.
대표적인 종양세포 신호전달경로인 어크(ERK) 신호전달경로는 대부분의 종양에서 활성화되는 경로인데, 특히 피부암이나 갑상선암은 이 경로에 있는 물질(비라프, BRAF)의 변이로 활성화되어서 암으로 발전하는 사례가 많다.
이 경우 어크 신호전달경로를 표적으로 하는 멕 억제제가 효과적인 치료법으로 알려져 있지만, 결국 내성이 발생하여 암이 다시 진행된다.
조광현 교수가 이끈 융합 연구팀은 어크 신호전달경로를 표적으로 하는 멕 억제제에 대한 내성과 그 근본원리를 수학모형과 대규모 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 분석하고, 그 결과를 분자생물학실험과 바이오이미징*기술을 통해 검증하였다. *) 바이오이미징 : 세포 또는 분자 수준에서 일어나는 현상을 영상으로 확인하는 기술
조 교수팀은 종양의 다양한 변이조건을 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 수행한 결과, 멕 억제제를 사용하면 어크 신호전달은 줄어들지만, 또 다른 신호전달경로(PI3K로의 우회 신호전달경로)가 활성화되어 멕 억제제의 효과가 반감됨을 입증하였다.
또한 이러한 반응이 신호전달 물질간의 복잡한 상호작용과 피드백으로 이루어진 네트워크 구조에서 비롯되었음을 밝히고, 그 원인이 되는 핵심 회로를 규명하여 이를 억제하는 다른 표적약물을 멕 억제제와 조합함으로써 표적항암제의 효과를 증진시킬 수 있음을 제시하였다.
조광현 교수는 “이번 연구는 멕 억제제에 대한 약물저항성의 원인을 시스템 차원에서 규명한 첫 사례로, 약물이 세포의 신호전달경로에 미치는 영향을 컴퓨터 시뮬레이션으로 예측함으로써 표적항암제의 내성을 극복할 수 있음을 보여주었다. 또한 신호전달 네트워크에 대한 기초연구가 실제 임상의 약물 사용에 어떻게 적용될 수 있는지와 표적항암물질의 저항성에 대한 근본원리를 이해하고, 그 극복방안을 찾아내는 새로운 융합연구 플랫폼을 제시한 것으로 평가받고 있다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.06.12 조회수 15786 -
중국인 박사부부, 상하이 교통대 부교수로 동시 임용
- 이상엽 특훈교수 제자 부부, 5월과 9월에 잇따라 임용돼 -
우리 학교 생명화학공학과의 같은 연구실에서 박사학위를 받은 중국인 박사부부가 중국 명문 상하이 교통대 교수로 나란히 임용돼 눈길을 끌고 있다.
주인공은 생명화학공학과 시사샤오 시아(Xia, Xiao Xia) 박사와 지강취안(Qian, Zhi Gang) 박사.
그동안 KAIST출신 박사부부가 해외 유명 대학의 교수로 임용되는 경우는 있었으나, 같은 연구실에서 공부하던 박사부부가 해외에 있는 같은 대학 교수로 동시에 임용되기는 이번이 처음이다.
중국에서 학사, 석사과정을 마친 이들 부부는 동중국과학기술대학 석사과정 때 만나 사랑을 키워온 것으로 알려졌다. 이후 2005년 1학기에 부인이 먼저, 그리고 2학기에 남편이 뒤이어 KAIST 생명화학공학과 박사과정에 입학해 이상엽 특훈교수의 지도를 받았고 2009년 동시에 박사학위를 따냈다.
지도교수인 이상엽 특훈교수는 4년간 이국땅의 같은 연구실에서 밤낮없이 연구하면서 궁금한 것은 물어보고, 고민이 있으면 서로 나누면서 서로 의지해 나아가는 모습이 보기 좋았고 연구도 열심히 해 외국인 학생이지만 별다른 걱정을 할 필요가 없었다고 전했다.
이들 부부는 어느 한 쪽 손색이 없을 정도로 뛰어난 연구 역량을 펼쳤다.
남편인 취안 박사는 엔지니어링 플라스틱인 나일론의 원료인 푸트레신을 대장균의 대사공학을 통해 효율적인 생산을 하는 기술을 세계 최초로 개발해 박사학위를 받았다.
연구결과는 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링지에 게재됐고, 네이처지에 하이라이트 되기도 했다. 취안박사는 지난 2일 상하이 교통대 생명과학및생명공학과에 부교수로 부임했다.
부인인 시아 박사는 ‘강철보다 강한 초고분자량의 거미실크 단백질 생산을 위한 대사공학 연구’로 박사학위를 받았다.
연구결과는 미국학술원회보에 게재됐고 네이처화학생물지에서 하이라이트 됐다. 시아박사는 오는 9월 상하이 교통대학 바이오공학과의 특훈부교수로 부임할 예정이다.
취안 박사는 “고향과는 멀리 떨어져 있지만 부인과 서로 의지하면서 어려움을 슬기롭게 극복해 마음껏 연구를 할 수 있었다”며 “KAIST에서 배운 선진기술을 후학들에게 전해 중국의 생명화공분야 발전에 기여하고 싶다“고 말했다.
이상엽 특훈교수는 “상하이 교통대학은 칭화대, 베이징대와 함께 중국 3대 명문대학으로, KAIST에서 수학하는 동안 탁월한 능력을 발휘해 부부가 매우 이례적으로 동시에 교수로 임용됐다”며 “한국에서 공부하는 많은 중국인 유학생들에게 모범이 될 것”이라고 말했다.
왼쪽부터 시아박사, 취안박사 부부, 지도교수인 이상엽특훈교수
2012.05.10 조회수 12045 -
![[노동의 종말] 저자 제레미 리프킨 초청 특강열어 이미지](/Upload/news/newsmst/20200421141311_003zykh0v1hgdn0gi1ikw9058t2ktj.jpg)
[노동의 종말] 저자 제레미 리프킨 초청 특강열어
- KAIST, 9일 오후 5시 대강당에서 -
서남표 KAIST 총장은 9일 오후 5시 대전 본원 대강당에서 세계적인 베스트셀러 작가이자 철학자인 제레미 리프킨(Jeremy Rifkin) 워싱톤시 경제동향연구재단 이사장을 초청해 ‘3차 산업혁명과 우리의 미래’라는 주제로 특강을 개최한다.
이번 강연은 일반인에게도 개방되며 강연 1시간 전부터 선착순으로 입장권을 배부한다.
제레미 리프킨은 자연과학과 인문과학을 넘나들며 자본주의 체제 및 인간의 생활방식, 현대 과학기술의 폐해 등을 날카롭게 비판해 온 행동주의 철학자인데 ‘엔트로피’, ‘육식의 종말, ’노동의 종말‘, ’소유의 종말‘, ’3차 산업혁명‘, ’바이오테크 시대‘, ’생명권 정치학‘ 등 세계적인 베스트셀러 저자로도 유명하다.
KAIST 세계 명사초청 강연의 일환으로 이뤄지는 이날 특강에서 제레미 리프킨은 화석연료와 대량생산 경제를 바탕으로 전개됐던 2차 산업혁명 단계가 종식되고 인터넷 기술과 재생에너지가 합쳐져 강력한 ‘3차 산업혁명’이 발생하는 과정을 설명하고 이에 대한 정부와 기업, 시민사회, 대학 등의 현명한 대처방안에 대해 제안한다.
제레미 리프킨은 1945년생으로 펜실베니아대 와튼스쿨에서 경제학을, 터프츠대학의 플레처 법과대학원에서 국제관계학을 공부했고 1994년부터 펜실베니아대학 와튼스쿨 최고경영자 과정의 교수로 재직하면서 과학기술의 새로운 조류와 세계 경제 및 사회, 환경 등에 미치는 영향에 대해 강의하고 있다.
2012.05.08 조회수 10271 -
나노 바이오칩 질병진단 시대 본격 개막
정기훈 교수
- 1초이내 극미량의 용액 내 DNA 염기 검출 가능해 -
- 반도체 양산공정 활용해 상용화 성큼 -- 글로벌 신약개발 및 각종 질환 조기진단기술로서의 활용 기대 -
혈액 몇 방울로 집에서 암을 포함해 모든 질환을 진단할 수 있다는 연구 성과가 최근 쏟아져 나오고 있다. 첨단기술이 집약된 ‘바이오칩’ 덕분인데 KAIST 연구진이 이 칩을 상용화 할 수 있는 연구에 성공했다.
향후 실시간 초고감도 DNA 분석은 물론, 신약개발용 약물 스크리닝 등 다양한 질환의 조기진단기술에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
우리 학교 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 3차원 나노플라즈모닉스 구조를 이용해 검출가능 한계를 수십배 이상 향상시킨 초고감도 바이오칩 양산기술 개발에 성공했다.
이번 연구 성과는 재료 및 나노분야 세계적 학술지인 ‘어드밴드스 머터리얼스(Advanced Materials)’ 5월호(2일자) 표지논문으로 선정됐다.
나노플라즈모닉스는 금속나노구조표면에 빛을 집광시켜 특정파장의 세기를 크게 향상 시킬 수 있는 나노광학 분야다. 최근 DNA, 단백질, 항체 또는 세포 등을 감지하는 위한 바이오칩 개발에 필수적인 기술로 학계에서 커다란 관심을 받고 있다.
그러나 사람머리카락의 1/1000의 크기를 갖는 금속나노구조를 넓은 면적의 유리기판에 균일하게 제작하기가 어려워 상용화에 커다란 걸림돌이었다.
정기훈 교수 연구팀은 반도체 양산공정을 활용해 이를 해결했다.
연구팀은 유리기판 위에 은나노 필름을 입히고 열을 가해 은나노섬을 만들었다. 이후 반도체에 적용되는 식각공정을 이용해 3차원 금속나노구조를 유리기판에 균일하게 형성하고 나서 은나노 입자를 증착시켰다.
이 구조는 나노플라즈모닉 현상을 유발하는 다수의 나노갭을 갖고 있어 입사되는 빛의 세기를 수십배 향상시킬 수 있다. 또한, 상용화중인 반도체 증착공정을 그대로 사용 가능하기 때문에 즉시 양산기술에 적용할 수 있는 장점을 갖고 있다.
정기훈 교수는 “이 기술은 유리기판위에 표면강화라만분광기술을 접목해 별도의 형광물질 없이 나노몰 수준의 DNA 염기 4종류를 1초 안에 구분했다”며 “각종 질환을 조기에 진단할 수 있는 바이오칩을 일반 반도체공정을 이용해 넓은 면적의 기판 위에 3차원 나노구조를 저렴하고도 정밀하게 제작할 수 있는 양산기술을 확보하게 됐다”고 말했다.
한편, KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수(제1저자 오영재 박사과정 학생)이 수행한 이번 연구는 교육과학기술부가 지원하는 한국연구재단의 도약연구자지원사업 등의 일환으로 실시됐다.
그림1. 유리기판에 넓은 면적으로 제작된 나노플라즈모닉 기판의 사진.
그림2. 나노플라즈모닉 기판의 전자현미경 사진(단면도) 및 전자기장 시뮬레이션. 전자현미경 사진은 3차원적인 금속나노구조가 형성된 것을 보여주고 있으며 이를 통해 나노미터 수준의 갭(gap)을 가진 구조를 설계해 국소 전자기장 극대화를 통해 라만분광 신호 증가를 유도하였음. 시뮬레이션은 나노갭에서 강화된 전자기장을 나타냄.
그림3. 초고감도 나노플라즈모닉 기판의 대면적(직경4인치) 나노공정 순서도.
a) 은나노섬을 증착해 식각과정의 마스크로 사용. b) 식각과정을 통한 유리 나노필라어레이(glass nanopillar arrays) 형성. c) 증착을 통한 다수의 나노갭을 가지는 나노플라즈모닉 구조 형성.
그림4. 좌측 : 정기훈 교수, 우측 : 오영재 박사과정(제1저자)
그림5. 논문표지
2012.05.02 조회수 11947 -
단백질 분해조절 효소 정보 담은 바이오마커 발굴 시스템 개발
- Mol Cell Proteomics지 게재, “바이오마커 개발의 새로운 패러다임 제시” -
단백질의 분해를 조절하는 효소와 기질에 대한 관계정보를 담은 바이오마커* 발굴 시스템(E3Net)이 국내 연구진에 의해 개발되어, 고부가가치의 새로운 바이오마커 개발에 가능성이 열렸다.
※ 바이오마커(Biomarker) : 유전자, 단백질 등에서 유래된 특이한 패턴의 분자적 정보로, 유전적․후천적 영향으로 발생한 신체의 변화를 감지할 수 있는 생물표지인자
우리학교 바이오및뇍 이관수 교수(49세)가 주도하고, 한영웅 박사과정생, 이호동 박사 및 박종철 교수가 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 선도연구센터지원사업(NCRC), 신기술융합형성장동력사업 및 교육과학기술부의 KAIST 미래형 시스템 헬스케어 연구개발사업의 지원으로 수행되었고, 단백질체 연구 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Molecular and Cellular Proteomics"지 4월호(4월 1일자)에 게재되었다. (논문명: A system for exploring E3-mediated regulatory networks of cellular functions)이관수 교수 연구팀은 전 세계 바이오 관련 DB(데이터베이스)와 논문(약 2만 편)으로부터 정보를 추출해 단백질 분해를 조절하는 효소(E3 효소)와 기질*들 간의 네트워크를 집대성하여, 이와 관련된 세포의 기능과 질병을 분석하는 ‘E3Net’ 시스템을 개발하였다.
※ 기질(substrate) : 효소와 특이적으로 결합하여 화학반응을 일으키는 분자로, 소화작용은 우리의 몸속에서 일어나는 효소와 기질간의 반응의 대표적인 사례
세포는 시시각각 변하는 환경에 대응하여 필요한 단백질들을 생산, 폐기 및 재활용하는 정교한 시스템을 가지고 있는데, 만일 이 과정에서 오류가 생기면 ‘질병’으로 이어질 수 있다.
따라서 단백질 분해를 조절하는 E3 효소와 기질 간의 관계를 파악하면 관련 질병을 치료하거나 예방할 수 있게 된다. 특히 E3 효소는 단백질 분해의 80%를 담당하는 것으로 알려져 수많은 질병이 관련되어 있을 것으로 예측되고 있다.
그러나 E3 효소와 기질 간의 정보들이 개별 논문과 DB에 흩어져 있어, 단백질 분해 조절과 관련된 세포의 기능과 질병의 특성을 종합적․체계적으로 분석할 수 없었다.
이 교수팀은 모든 E3 효소(2,201개)와 기질(4,896개) 및 그 조절관계(1,671개)에 대한 정보를 통합하여 E3 효소 조절 네트워크 내에 존재하는 관련된 세포의 기능과 질병을 시스템적으로 분석할 수 있는 E3Net을 구축하는데 성공하였다.
이 네트워크는 지금까지 구축된 조절정보를 모두 합친 것보다 무려 10배에 이르는 방대한 양으로, E3 효소가 독자적으로 또는 협력해서 조절하는 세포의 기능과 관련 질병을 정확히 파악할 수 있는 토대가 마련된 첫 사례로서 의미가 크다.
연구팀은 E3Net을 이용하면 각각의 질병과 관련된 단백질들의 분해조절을 담당하는 E3 효소들을 찾을 수 있고, 분해조절 원리와 세포기능 네트워크를 함께 파악하여 질병의 발생 원인이나 환자에 적합한 맞춤형 치료방법을 제공할 수 있는 바이오마커를 발굴할 수 있을 것으로 기대한다.
실제 연구팀은 E3Net을 활용해 암, 뇌심혈관 질환 및 당뇨병 등 현대인의 대표적 질환과 관련된 E3 바이오마커 후보 수십 개를 새롭게 발견하는 등 눈에 띄는 성과를 거두었고, 현재 이를 검증할 후속 연구를 계획하고 있다. 이관수 교수는 “이번 연구결과로 E3 효소와 관련된 단백질 분해조절의 네트워크가 구축되고, 이 네트워크에 존재하는 세포의 기능과 질병의 특이성을 시스템적으로 분석할 수 있게 됨에 따라, E3 효소와 관련된 세포의 기능 연구와 질병 연구에 새로운 전기가 마련되었다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.05.01 조회수 13767 -
바이오분야 세계 정상급 전문가들, 한 자리에 모인다
- KAIST 이상엽 특훈교수, 앤드류 헤이건 WEF 화학산업 국장 등 -
- 5월 1~2일, 미국 플로리다주 올란도서에서 - - 산업바이오분야 발전전략 마련 위해 -
우리 학교 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 공동의장을 맡고 있는 ‘세계 산업바이오 자문회의’는 5월 1~2일 이틀간 미국 플로리다주 올란도에서 미국 생명공학산업협회와 공동으로 ‘세계 산업바이오 워크숍과 연례 자문회의’를 개최한다.
‘세계 산업바이오 자문회의’는 지난 2010년 출범했는데 현재 KAIST 이상엽 특훈교수와 영국 BP사의 수석바이오과학자 존 피어스박사가 초대 공동의장을 맡고 있다. 올해 열리는 회의에서는 앤드류 헤이건 세계경제포럼 화학 산업국장이 회의를 진행한다.
첫째 날인 1일 열리는 워크숍에서는 세계적 화학회사들이 바이오연료와 바이오화학물질의 상용화를 위한 전략을 발표하며 세계 각국의 정부와 기업체 등에 제시할 정책 등에 관해 논의할 예정이다.
2일 연례총회에서는 세계경제포럼에서 올해 선정한 10대 미래기술에 대한 논의가 이뤄지는데 그 중에서도 대사공학에 관해 세부적인 의견교환과 함께 산업바이오분야의 발전전략에 대해 토론할 예정이다. 연례총회에 국내에서는 박한오 바이오니아 사장, 승도영 GS칼텍스 연구소장, CJ제일제당 임상조 연구소장 등이 참석한다.
한편 ‘세계 산업바이오 자문회의’는 미국 듀퐁사, 네덜란드 DSM사, 덴마크 노보자임사, 독일 에보닉사, 영국 BP사, 일본 미쯔비시화학, 브라질 브라스켐사 등 세계 굴지의 화학회사와 미국 제노마티카사, 메타볼릭스사, 프랑스 메타볼릭익스플로러사 등의 세계적 벤처회사의 CEO와 임원들이 모여 만든 비영리 산업바이오관련 모임이다.
국내에서는 GS칼텍스, LG화학, 대상, CJ제일제당, 삼성종합기술원, 바이오니아 등이 이 모임의 회원사로 참가하고 있다.
이상엽 교수는 시스템대사공학 분야를 창시해 미생물의 대사회로를 시스템 수준에서 조작해 다양한 원유 유래 화학물질을 바이오기반으로 친 환경적으로 만드는 연구에서 세계적인 업적을 내고 있다. 현재 교육과학기술부 글로벌 프론티어 바이오매스 사업단과 지능형합성생물학사업단에서 관련 연구를 수행 중이다. 세계경제포럼, 국제 학회, 포럼 등에서 우리나라 녹색성장 관련 기술과 추진 전략의 우수성을 알리고 있다.
2012.04.30 조회수 10860 -
장용근 교수, 한국생물공학회장 취임
우리 학교 생명화학공학과 장용근 교수가 올해 한국생물공학회장으로 취임했다. 임기는 2012년 1월부터 12월까지 1년이다.
서울대학교를 졸업하고 KAIST 석사를 거쳐 1988년 미국 퍼듀 대학교(Purdue University)에서 생물화학공학 분야 박사학위를 받은 장 교수는, 지난 20여 년간 KAIST에서 생물공정 연구에 매진해 전분질 에탄올 생산 상용화, 발효유기산 회수공정개발 등의 분야에서 탁월한 성과를 낸 점을 인정받았다.
장 교수는 현재 교육과학기술부 글로벌프론티어사업 차세대바이오매스연구단(단장 양지원)의 지원을 받아 내성강화 효모를 이용해 다양한 바이오매스로부터 고효율로 바이오에탄올을 생산하는 연구에 매진하고 있다.
장 교수는 “지구온난화방지와 석유자원 고갈에 대한 대안인 바이오매스 기반 생물공학과 함께 인류의 건강과 복지를 위한 바이오의약 분야가 각광을 받으면서 한국생물공학회의 역할이 점차 커지고 있다”며 “국내 산업계와 협력을 통해 학회를 보다 발전시킬 수 있는 기회로 삼겠다”고 이번 취임에 대한 포부를 밝혔다.
한국생물공학회는 지난 30여 년간 산학연 연구협력, 학술활동 개최 및 국제교류를 활발히 하고 있는 국내 최고의 학회로 회원은 5000명에 이른다.
이 학회는 올 9월 대구에서 세계 40여개 국가 2,000명 이상의 생물공학자들이 참가하는 세계적인 국제 학술행사인 세계생명공학대회(IBS, International Bitechnology Symposium & Exhibition)를 개최하는 데 주도적 역할을 하고 있다.
2012.03.22 조회수 8841