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닥터 엠(Dr. M) 컨소시엄 협약체결 및 모바일 헬스케어 심포지엄 개최
우리 대학은 지난 11일‘닥터 엠(Dr. M)’사업 컨소시엄 발족 및 업무협약식을 갖고 상호협력을 위한 협약체결 및 스마트 모바일 헬스케어 산업 발전을 위한 공동 합의문을 발표하였다.
협약식에는 LG유플러스, 한글과컴퓨터, 국립중앙의료원, 대전선병원, 서울아산병원, 더클래식500, 삼성노블카운티, 을지대학교 성남고령친화종합체험관 등 관계자 50여명이 참석하였다.
‘닥터 엠(Dr. M)’ 컨소시엄은 헬스사이언스연구소(소장 정용)에서 지난 2년간의 모바일 헬스케어관련 개발기술과 시스템을 바탕으로 실증화 및 사업화를 위해 추진되었다.
이번 협약에 따라 참여기관과 ICT 기반의 모바일 헬스케어 융합연구, 신기술 지적재산권(IP) 확보, 산업체 기술 자문, 특허기술 이전 등 관련 협력을 진행하기로 하였으며, 모바일헬스케어 산업의 문제점 및 아이디어 도출/서비스모델 개발/연구개발/테스트/시범적용/사업화 등 일련의 과정을 원활하게 진행할 네크워크를 형성하게 되었다. KAIST를 포함한 각 참여기관은 컨소시엄을 통해 모바일 헬스케어 산업에서의 시너지 창출 및 모바일 헬스케어 산업 특성화 그룹으로의 발전을 기대하고 있다.
또한 이날 오후에는 컨소시엄 발족을 기념하여 ‘닥터 엠(Dr. M)’모바일 헬스케어 심포지엄을 개최하였다.
우리 대학은 공학과 의학 기술의 융합을 기반으로 새로운 건강관리 산업 생태계 구축을 위한 스마트 헬스케어 시스템 개발을 목표로 지난 2년간 약 20억원을 투입하여 센서 및 웨어러블 디바이스, 저전력 통신기술, IoT 기술, 클라우드/빅데이터 수집 플랫폼 기술, 질병 분석/예측/처방 기술의 단위기술 개발 및 결합 서비스 플랫폼인 ‘닥터 엠(Dr. M)’모바일 헬스케어 시스템을 개발하여 대규모 연구를 위한 테스트베드를 운영하고 있다.
‘닥터 엠(Dr. M)’모바일 헬스케어 시스템은 지난 1월 스위스 다보스 포럼에서 열린 세계경제포럼 연차총회에서 휴보(HUBO)와 함께 KAIST의 대표 연구 성과로 소개되었다.
2016.11.15 조회수 10188 -
박희성, 이희윤 교수, 암, 치매 유발하는 '변형 단백질' 생산기술 개발
우리 대학 화학과 박희성 교수, 이희윤 교수 공동 연구팀이 암과 치매 등 각종 질병을 유발 원인으로 알려진 단백질의 비정상적인변형을 구현할 수 있는 맞춤형 단백질 변형기술을 개발했다.
양애린 박사가 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 ‘사이언스(Science)’ 9월 29일자 온라인 판에 게재됐고 '가장 중요한 논문(First Release)'에 선정됐다.(논문명 : A chemical biology route to site-specific authentic protein modifications)
신체의 기본 단위인 세포는 2만여 종의 유전자를 가지고 있다. 여기서 만들어지는 단백질의 종류는 100만 종 이상으로 추정된다. 이는 단백질이 만들어진 후 다양한 단백질 변형(post-translational modification) 현상이 일어나기 때문이다.
이러한 단백질 변형의 원인으로는 인산화, 당화, 아세틸화, 메틸화 등 200여 종이 알려져 있으며, 정상적으로 변형된 단백질들은 생체 내에서 세포 신호 전달, 성장 등 정상적인 신진대사 활동에 중요한 역할을 한다.
그러나 유전적, 환경적 요인으로 인해 비정상적 단백질 변형이 일어나면 세포의 대사활동과 신호전달이 손상돼 세포의 무한 분열을 초래하기도 한다. 각종 암은 물론 치매를 일으키는 퇴행성신경질환 및 당뇨를 포함한 각종 만성질환을 유발한다.
이전에는 이러한 비정상적인 단백질 변형을 구현한 맞춤형 변형 단백질 개발기술이 존재하지 않아 각종 질병의 원인 규명과 맞춤형 신약 개발 연구에 많은 어려움이 있었다.
연구팀은 2011년 암을 일으키는 직접적인 원인으로 알려진 비정상적인 단백질 번역 후 인산화를 구현하기 위한 맞춤형 인산화 변형 단백질 생산기술을 개발해 사이언스지에 논문을 발표했었다.
이번 연구는 지난 2011년의 선행연구 결과를 더욱 발전시켜 인산화 이외에 당화, 아세틸화 등과 같은 다른 200여종의 단백질 변형을 직접 구현해 원하는 변형 단백질을 합성할 수 있는 기술이다.
박 교수는 “이 기술을 활용하면 원하는 위치에서 원하는 종류의 맞춤형 변형 단백질 생산이 가능해져 암과 치매 등 단백질 변형으로 인해 발생하는 질병의 직접적인 원인을 밝힐 수 있다”며 “신약 및 치료제 개발 속도를 높이고 발생할 수 있는 부작용을 최소화할 수 있는 획기적인 기술이다”고 말했다.
이번 연구는 글로벌프론티어 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 맞춤형 단백질 변형 기술 개발
그림2. 맞춤형 단백질 변형 기술의 활용
2016.10.03 조회수 7643 -
올해의 KAIST인 상, 이효철 교수 선정
〈 이 효 철 교수〉
우리 대학은 2015년 올해의 KAIST인 상에 화학과 이효철(43) 교수를 선정하고 5일 오전 10시 교내 대강당에서 열린 2016년도 시무식에서 시상했다.
15회째를 맞는 올해의 KAIST인 상은 한 해 동안 국내외에서 우리 대학의 발전을 위해 노력하고 교육, 연구 실적이 탁월한 인물에게 수여한다.
수상자인 이효철 교수는 시간분해 엑스선 액체구조학 연구 분야에서 측정 방법 및 신호분석법의 개념을 정립해 우리 대학의 위상을 높인 공을 인정받았다.
이 교수는 지난 2월 원자가 결합해 분자를 이루는 순간을 실시간 관측하는 데 성공해 세계 최고권위 저널인 네이처(Nature)지에 교신저자로 이름을 올렸다.
2005년 분자결합이 끊어지는 과정을 밝혀 사이언스(Science)지에 논문을 게재한 지 10년 만에 분자의 결합과정까지 관측함으로써 화학반응의 시작과 끝을 밝혀냈다.
분자결합이 끊어지는 과정은 광분해를 통해 모든 분자들이 동시에 반응하게 만들 수 있기 때문에 실시간 관측이 가능하지만, 분자의 화학 결합을 관측하는 것은 두 개의 분자가 만나는 과정이 필수적이기 때문에 쉽지 않았다.
이 교수 연구팀은 이를 펨토초 시간분해회절을 통한 창의적 방법으로 해결했고, 용액 상에서 일어나는 화학결합의 형성 순간과 구조 변화를 세계 최초로 관측했다.
이 교수는 “KAIST인이라면 누구나 명예로 생각하는 이 상을 받게 돼 영광이다”며 “연구와 교육에 정진해 큰 성취를 이루라는 뜻으로 알고 더욱 매진하겠다”고 말했다.
2016.01.05 조회수 7809 -
생명과학과 연구동 신축기금 기부 잇따라
생명과학과(학과장 오병하)가 추진 중인 ‘신약개발 연구동’ 신축기금 모금에 기업의 기부가 이어지고 있다.
지난 9월 니콘 인스트루먼트 코리아가 생명과학과 연구동 신축기금으로 1천만 원을 전달한데 이어 최근 칼자이스(주)와 ㈜쓰리샤인이 각각 1500백만 원과 1천만 원을 학과에 전달했다.
칼자이스 브루노 린 매니저는 발전기금 전달식에서 “세계적인 학과로 성장하고 있는 KAIST 생명과학과 연구동 신축기금에 참여하게 되어 기쁘다”고 밝혔다.
칼자이스(주)가 지난 11월18일 생명과학과 교수회의실에서 신약개발연구동 건립기금으로 1천5백만 원을 전달했다. 왼쪽부터 김태훈 부장, 이규혁 이사, 브로노 린 매니저, 생명과학과 오병하 학과장, 김은준 교수
㈜쓰리샤인 박천귀 대표는 “생명과학과가 연구동 신축을 통해 세계적인 실용적 연구성과를 창출해 우리나라의 바이오 신약 개발 연구에 선도적인 역할을 하길 바란다”고 전했다.
쓰리샤인이 지난 10월15일 생명과학과 교수회의실에서 신약개발연구동 건립기금으로 1천만 원을 전달했다. 왼쪽부터 생명과학과 오병하 학과장, ㈜쓰리샤인 박천귀 대표, 생명과학과 김대수 교수
이밖에 바이진(주), ㈜앱타이드, ㈜씨앤밸류, ㈜스페셜가스, 비티사이언스, 암브로티아가 발전기금을 기탁하며 생명과학과 연구동 신축에 힘을 보태고 있다.
분야가 구별되지 않는 종합연구를 수행하는‘신약개발 연구동’은 첨단 연구기기 지원실을 구축해 바이오 신약개발 연구를 위한 효율적인 공간 구축을 목표로 하고 있다. 끝.
2015.11.27 조회수 7960 -
류제경 박사, 에스오일 우수학위논문상 우수상 수상
〈류 제 경 박사〉
우리 대학 물리학과 류제경 박사(지도교수 윤태영)가 학위 논문의 독창적 접근법과 응용성을 인정받아 에스오일 우수학위논문상 우수상 수상자로 선정됐다.
시상식은 25일 서울 프레스센터 20층 프레스클럽에서 열렸다.
한국과학기술한림원, 학구대학총장협회이 공동 주관하는 에스오일 우수학위논문상은 에스오일 과학문화재단의 후원 아래 기초과학분야를 연구하는 젊은 과학자를 격려하고 기초과학연구 진흥을 진작해 차세대 주역이 될 우수과학인재를 양성하기 위해 제정된 상이다.
물리, 화학 분야와 수학, 생물학, 지구과학 분야로 나눠져 격년으로 시행되고, 분야마다 대상 및 우수상이 수여된다. 류제경 박사는 우수상과 더불어 상금 천만 원을 수여받았다.
류제경 박사는 소포 수송에 관여하는 NSF단백질이 생체막 융합 단백질인 스네어 복합체를 분해하는 원리를 단분자 생물물리 기법을 통해 세계 최초로 규명했다.
류 박사는 NSF가 기존 학설과 달리 한 번에 스네어 복합체를 분해한다는 모델을 제안했고, 그 결과로 스네어 단백질이 생체막 융합 현상에 어떻게 영향을 미치는지 근거를 제공했다.
이 연구는 지난 3월 27일 과학분야 학술지 사이언스(Science)지에 게재됐다.
2015.11.27 조회수 8162 -
수학으로 생물학적 리듬을 유지하는 원리 밝혀
김 재 경 교수
우리 몸엔 다양한 주기의 리듬을 만드는 시계들이 존재한다. 심장은 매 초 박동하고 체세포들은 일정한 주기로 분열한다. 생체 리듬은 다양한 호르몬 분비 시점을 조절함으로써 생명체가 24시간 주기의 환경에 적응해 살 수 있도록 한다.
과학자들은 어떤 원리로 우리 신체가 일정한 주기로 생체 리듬을 조절할 수 있는지 연구했다. 그리고 그 생체 리듬을 인공적으로 만들기 위한 노력도 끊임없이 계속됐다.
우리 대학 수리과학과 김재경(32) 교수가 미분방정식과 확률적 매개변수 샘플링을 바탕으로 한 수학적 모델링을 통해 다양한 환경에서도 안정적인 생체 리듬을 유지할 수 있는 생물학적 회로 디자인을 설계했다.
그리고 김 교수의 설계를 바탕으로 미국 라이스 대학 메튜 베넷 교수 연구팀이 합성생물학 기술을 통해 안정적인 리듬을 갖는 시스템을 실제로 제작하는 데 성공했다.
이번 연구는 저명 학술지 사이언스(Science) 8월 28일자에 게재됐다.
최근 생체 리듬 생성의 매커니즘을 밝히기 위해 생물학적 시스템을 직접 구현하는 합성생물학 (Synthetic biology)이 발전하고 있다. 이 방식은 전지, 전구, 모터 등을 연결해 전자 회로도의 작동 원리를 이해하듯이 유전자와 단백질로 구성된 생물학적 회로를 직접 만들어 생체 회로의 작동 원리를 연구하는 것이다.
김 교수 연구팀은 라이스 대학 연구팀에게 수학적 모델링을 제공해 합성생물학 연구에서 사용되는 바텀-업(Bottom-Up) 방식의 단점인 방대한 범위와 생물학적 회로를 테스트를 거쳐야 하는 문제 등을 해결했다. 실험을 위한 설계도를 제공한 것과 같은 이치이다.
김 교수는 이번 연구에서 이러한 융합적 접근을 통해 기존에 알려진 안정적인 리듬을 만들어내는 생물학적 회로 디자인과는 근본적으로 다른 디자인을 밝히고 설계했다.
생체 회로에서 특정 물질이 분비될 때 음성 피드백(Negative Feedback)은 물질 분비를 억제하는 역할을 하고, 양성 피드백(Positive Feedback)은 분비를 촉진하는 역할을 한다. 양성 피드백의 역할은 기존 연구들을 통해 알려졌으나 잉여로 존재하는 음성 피드백의 역할은 명확하지 않았다.
김 교수는 수학적 모델링을 통해 두 개의 전사적 음성 피드백 회로(Transcriptional negative feedback loops)가 안정적인 생체 리듬을 만들어낼 수 있음을 증명했다. 하나의 음성 피드백이 증가하고 감소하면서 물질의 분비 리듬을 조절하는 것이 가능하지만 안정적이지 못해 실제로 생체 회로를 구현하는 것은 한계가 있었다.
하지만 김 교수는 하나의 음성 피드백을 추가했을 때 다양한 환경에서도 생체 리듬을 만들 수 있고, 추가적인 음성 피드백이 변화에 대한 대응 역할을 해 안정적인 생체 리듬이 구현됨을 증명했다.
이 연구 결과는 다양한 생물학적 리듬 생성의 근본 원리를 밝히는데 새로운 방향을 제공할 것으로 기대된다.
김 교수의 모델링을 바탕으로 진행한 실험에서도 기존과 차별화된 성과를 얻었다. 합성생물학에서는 보통 단일 박테리아 안에 회로를 만드는 방식을 이용하는데 이번 연구에서는 기존과는 다른 방식을 채택했다. 서로 다른 두 종류의 박테리아 사이의 신호 물질을 바탕으로 생체 회로를 구현한 것이다.
이를 통해 인체의 내장 속에 존재하는 다양한 박테리아 간의 상호 작용을 이해하고 조절하는 기술을 개발하는데도 역할을 할 것으로 기대된다.
김 교수는 “이번 성과를 통해 우리나라에선 아직은 부족한 생물학과 수학의 교류가 활발해지길 기대한다”며 “수학이 생물학 연구에 기여할 수 있음을 알리고 싶다”고 말했다.
이번 연구는 김재경 교수 외에도 라이스 대학 생명과학과 매튜 베넷 (Matthew Bennett) 교수 연구팀, 휴스턴 대학 수학과 크레시미르 조식 교수 (Kresimir Josić)의 공동연구로 진행됐다.
□ 그림 설명
그림 1. 두 개의 음성 피드백이 안정적인 주기로 활성화되는 모습
그림 2. 두 박테리아 사이의 생물학적 회로 디자인과 그 기능을 이해하는 데 사용된 미분방정식의 일부분
2015.08.31 조회수 11020 -
빅데이터를 통해 고전음악 창작의 원리 밝혀
박 주 용 교수
우리 대학 문화기술대학원(CT) 박주용 교수 연구팀이 빅데이터를 이용해 서양 고전음악의 창작, 협력, 확산의 원리를 밝히는 데 성공했다.
문화기술대학원 박도흠 학생(박사과정)이 1 저자로 참여하고 미국 텍사스대 연구팀과 공동으로 진행한 이번 연구는 해외 저널인 EPJ 데이터 사이언스 4월 29일자 하이라이트 논문에 선정됐다.
연구팀은 ArkivMusic과 올 뮤직 가이드(All Music Guide)라는 세계 최대 음반 정보 사이트를 첨단 데이터와 모델링 방법을 사용해 분석했다.
연구팀은 고전음악 작곡가들의 시대와 스타일이 어떤 패턴을 이루는지 탐구해, 수 백 년의 차이가 있는 음악가들 사이에서도 긴밀한 네트워크가 존재함을 발견했다. 특히 소비자들의 음악적 취향이 고전음악 성장에 어떤 영향을 끼쳤는지 규명했다.
연구진은 미래의 고전음악 시장은 유명 작곡가들에게 집중되는 동시에 끊임없이 유입되는 새로운 음악가들로 인해 다양성이 유지되는 양면성을 갖게 될 것이라고 예측했다. 또한 이런 방식의 연구가 음악 뿐 아니라 미술과 문학 연구까지 확장될 것으로 예상했다.
박 교수는 “새로운 방식으로 문화의 원리를 밝히는 최신 연구의 일환이다”며 “문화에 과학적 방법론을 입힌 융합연구능력의 좋은 예시가 될 것”이라고 말했다.
붙임 : 연구 개요, 그림 설명
□ 연구 개요
* 빅데이터 출처: 아카이브뮤직(ArkivMusic)과 올 뮤직 가이드(All Music Guide)라는 빅데이터 소스를 사용했다. 아카이브뮤직은 서양 클래식 음반(CD)에 관한 세계 최대 정보를 제공하고 올 뮤직 가이드는 음악가들의 인적 정보를 제공하는 사이트이다. 여기서 약 64,000장의 클래식 음반과 그 음반에 음악이 수록된 14,000명의 작곡가 데이터를 사용했고, 이는 현재 ‘문화’의 빅데이터 연구로서는 세계 최대급 규모이다.
* 연구방법론: 서양 클래식 음악과 같은 문화의 중요한 특징 중의 하나는 그 창작자(작곡가 등)가 개인으로 동떨어져 존재하는 것이 아니라 다른 창작자들과 영향을 주고받으며 새로운 스타일이 등장하고 발전 한다는 것이다. 그러므로 창작자들이 맺고 있는 소통 및 연관성의 관계를 이해하는 것은 문화 창조의 원리, 역사와 미래를 이해하는 데 있어 매우 중요하다고 할 수 있다. 이를 위해 “CD--작곡가들의 빅데이터”로부터 작곡자들이 이루고 네트워크를 연구하였다. (그림 1) 즉, CD에 함께 등재된 작곡가들이 연결돼있는 것이다. 그림 1은 이 네트워크의 핵심적인 일부를 표현한 것으로 하단의 요한 세바스찬 바흐는 모차르트와, 차이코프스키는 드뷔시와 함께 CD에 등장한 적이 있음을 알게 해준다. 이러한 네트워크로부터 유의미한 패턴을 찾아 네트워크의 발전 원리와 미래를 연구하는 것을 네트워크 과학이라고 하는데, 현재 SNS와 사회과학, 인터넷 등의 연구에 사용되고 있다. ‘복잡계 네트워크 과학’ 이라고도 한다.
* 연구결과:
이 네트워크는 중세/르네상스(1500년대 이전) 작곡자로부터 2000년대 현존하는 작곡자까지 500년이 넘는 서양 클래식 음악의 역사를 담고 있으면서도, 작곡자와 작곡자간의 평균 거리는 3.5명에 불과한 좁은 세상을 이루고 있다. 직접 연결되지 않는 작곡가들끼리도 평균적으로 3-4명만 건너뛰면 연결이 돼 서로 가깝게 연관되어 있다는 것을 알 수 있다.
이 네트워크 안에서 각 작곡가들이 차지하는 비중은 작곡가에 따라 매우 상이하다는 것도 중요한 특징이다. 예를 들어, 요한 세바스찬 바흐는 (J. S. Bach) 이 1,551명의 각기 다른 작곡가와 연결돼있고, 모차르트는 (W. A. Mozart) 1086명의 다른 작곡가와 연결돼있는데 이는 작곡가 전체 평균 숫자인 15명의 수십, 수 백 배에 달한다. 바흐와 베토벤 같은 유명 작곡가들이 전체 작곡가 네트워크에서 얼마나 큰 비중을 차지하는지 수치적으로 명확히 보여줌으로써 영향력을 구체적으로 이해할 수 있는 것이다. (그림 1에서 작곡자들의 크기로 표현)
이 네트워크에서 연결되어있다는 것은 음반 레이블에서 CD를 발매할 때 함께 묶어서 냈다는 뜻이므로 스타일, 주제, 기법 등에 기반한 음악적 유사성을 뜻하는 것으로 볼 수 있다. 컴퓨터 알고리즘을 이용해 순전히 네트워크 구조로부터 서로 긴밀하게 연결된 작곡가들의 집단을 유추한 뒤 기존 클래식 음악사 연구에서 사용되는 사조 구분과 교차 검증을 햇다. (그림 2). 여기에서는 CD 빅데이터에 기반한 네트워크가 서양 클래식 음악의 발전사를 잘 보여주고 있다는 것을 알 수 있는데, 낭만파(1800년대)와 현대파(1900년대)를 잇는 프랑스의 작곡가 드뷔시(Debussy)의 중간적인 위치, 현대파의 유럽 및 남미파(드뷔시, 라벨, 피아졸라)-미국파(레너드 번스틴, 애론 코플랜드) 분리 등을 관찰할 수가 있다.
CD의 발매일자에 따른 네트워크의 과거 발전 모습을 분석함으로써 미래의 추세 또한 예측 가능하다. 미래의 네트워크는 유명 작곡가들에게 상대적으로 더욱 더 집중되는 모습을 가질 것으로 예상된다. 그러나 기술의 발전에 따른 CD 발매의 용이성에 힘입어 작곡가의 숫자 또한 꾸준히 늘어나는 것으로 관찰돼, 소수에 집중되는 측면과 다양성의 양면을 지닐 것으로 예상된다.
* 의의: 창작자가 서로 깊게 연관되어있는 문화의 발전 원리는 그 분야의 구성원 전체를 동시에 보는 것이 필요하므로, 이와 같은 빅데이터의 연구로 풀어내기에 매우 적합하다. 또한 다른 문화 분야 (회화, 문학 등) 로의 확장도 가능해 문화 분야 간 연관성 혹은 문화 전체의 발전의 원리를 연구할 수도 있을 것이다.
□ 그림 설명
그림 1. CD-작곡가들의 빅데이터
그림 2. 빅데이터와 사조구분 방법으로 교차 검증한 모식도
2015.05.06 조회수 9710 -
KAIST-네이버, 컴퓨터 사이언스 및 공학 인재양성 협약
우리 대학과 네이버(주)는 17일(금) 오후 2시 본교 전산학부 교수 회의실에서 ‘컴퓨터 사이언스 및 관련 공학 분야의 인재 양성’을 위한 산학협력 협약을 체결했다.
협약식에는 배두환 KAIST 전산학부장, 박종목 네이버 대외기술협력 총괄 이사 등 양 기관 관계자 10여 명이 참석했다.
이번 협약은 컴퓨터 사이언스 및 관련 공학 분야의 인재양성을 위한 연구 ․ 교육 ․ 창업 등의 분야에서 양 기관의 상호 협력을 위해 마련됐다.
세부적으로 △ 중장기 연구 협력 △ 신진 교수 지원 △ 대학원생 및 학부생 장학금 지원 △ 산학연계 강의 △ 연구실 연계 창업 지원 △ 연구 교류회의 운영 등의 분야에서 협력하기로 했다.이를 위해 양 기관은 의사결정 권한이 있는 자가 참여하는‘운영위원회’를 설치해 세부 사항을 논의하기로 했다.
2015.04.17 조회수 6179 -
신경세포 전달 후 분해 원리 30년 만에 규명
윤태영 교수
2013년도의 노벨 생리의학상은 제임스 로스먼, 랜디 셰크먼, 토마스 쥐트호프에게 돌아갔다. 그들은 신경전달물질, 호르몬 등의 주요 물질이 자루 모양의 지질막인 소포(vesicles)에 담겨 택배처럼 전달되는 과정을 발생시키는 단백질을 발견한 공로를 인정받았다.
수상자들은 소포의 막을 열어 세포막과 융합해 물질을 분출하는 방식으로 에너지를 전달하는 역할인 스네어(SNARE)라는 단백질과, 물질을 분출한 후의 스네어 단백질 재활용을 위해 기능하는 NSF라는 단백질을 발견했다.
우리에게 잘 알려진 보톡스도 스네어 단백질의 작용 과정을 역으로 이용한 것이다. 보톡스가 스네어를 절단해 소포가 세포막과 융합하지 못하게 만들어 신경전달물질의 방출을 막고, 그로인해 근육의 수축을 방해하는 것이다.
이런 운송 업무가 있기 때문에 우리 세포는 신체 곳곳에 단백질과 같은 물질이 공급돼 정상적인 기능을 할 수 있다.
우리 대학 물리학과 윤태영 교수 연구팀은 그간 명확하지 않았던 NSF가 스네어 결합체를 분해해 세포수송을 지속시키는 원리를 규명했다고 밝혔다.
이번 연구 결과는 저명 학술지 사이언스지 3월 27일자에 게재됐다.
NSF와 스네어 단백질은 30여 년 전에 발견됐지만 각각의 물질이 작용하는 방식은 명확히 규명되지 않았다. 특히 세포막과 결합한 스네어 결합체를 NSF가 어떤 방법으로 분해해 재활용하는지에 대해선 의견이 분분했다.
지금까지 과학자들은 NSF가 스네어 결합체를 분해할 때 끈을 조금씩 푸는 것처럼 점진적인 과정을 통해 분해가 이뤄지고, 하나의 스네어 결합체를 분해하는 데 ATP라는 연료 역할을 하는 유기화합물 수십 개가 필요하다는 가설을 주장했다.
하지만 윤 교수팀의 연구는 단분자 형광 기법과 자기집게 기술(magnetic tweezers)을 사용해 가설을 반박했다. 마치 매듭의 양 끝을 잡고 당기면 한 번에 풀리듯, ATP를 주입하면 NSF가 스프링처럼 에너지를 저장했다가 스네어 결합체 전체를 단번에 폭발적으로 풀어냄을 증명한 것이다.
이번에 규명된 NSF는 근육의 이동, 단백질 분해, DNA의 복제 및 이동 등 신체에서 중요한 역할을 하는 AAA+ 단백질 그룹에 속해있다. 따라서 NSF와 비슷한 구조의 AAA+ 단백질 그룹은 함께 동작할 것으로 예상되며, 앞으로 많은 생물 현상 이해의 주춧돌이 될 것으로 보인다.
스네어 단백질은 신경세포 통신과 인슐린 분비 등에 중추적 역할을 하고 있어 윤 교수팀의 성과는 알츠하이머와 같은 퇴행성 뇌질환, 당뇨병과 같은 대사질환 관련 연구 뿐 아니라 피부미용 연구에도 이바지 할 것으로 기대된다.
윤 교수는 “생물 물리 분야에서 우리나라가 최고수준의 기초과학 연구력을 보유하고 있음을 증명했다”며 “이번 연구결과는 여러 대사질환을 분자수준에서 이해할 수 있는 토대가 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 고등과학원의 현창봉 교수팀, 독일 막스 플랑크 연구소 라인하르트 얀(Reinhard Jahn) 교수팀, 우리 대학 의과학대학원 김호민 교수팀과의 공동 연구로 진행됐으며, 윤 교수 연구팀의 류제경, 민두영 박사, 나상현 학생의 주도로 이뤄졌다.
□ 그림 설명
그림 1. 신경전달물질의 분비가 끝난 후 NSF가 SNARE 단백질 복합체를 한 번에 분해하는 모습
그림 2. NSF 가 SNARE 복합체를 풀어내는 모습
2015.03.27 조회수 9315 -
활성산소에 대한 세포반응 원리 규명 - 암과 노화 극복의 실마리 제공
우리 학교 연구진이 활성산소* 농도에 따라 세포의 운명이 어떻게 달라지는지 그 원리를 규명해냈다. 활성산소는 세포의 성장을 돕는 한편 세포손상을 일으켜 노화 등을 촉진하는 것으로 알려져 있었다. 이처럼 세포를 죽게도 하고 살리기도 하는 활성산소의 상반된 역할을 설명할 수 있는 실마리가 찾아진 것이다. * 활성산소(ROS) : 인체 대사활동에 의해 발생되는 산소 부산물로 세포의 성장과 분화를 돕고 염증을 억제하는 유익한 기능을 하는 한편 세포손상을 유발하여 암, 당뇨 등 여러 질병을 일으키고, 노화를 촉진시키는 것으로 알려져 있다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 석좌교수(교신저자)가 주도하고 이호성 박사과정 연구원(제1저자), 황채영 박사(공동 제1저자), 신성영 박사가 참여하였으며, 한국생명공학연구원 권기선 박사(교신저자)가 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약)과 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 수행되었고 연구결과는 사이언스(Science) 자매지인 사이언스 시그널링(Science Signaling)지 6월 3일자에 게재되었다. * 논문명 : MLK3 is part of a feedback mechanism that regulates different cellular responses to reactive oxygen species
연구팀은 활성산소의 농도에 따라 세포의 증식 또는 세포의 사멸이라는 운명을 가르는 분자스위치가 MLK3* 중심의 피드백회로임을 알아냈다. * MLK3 : 루신-지퍼 구조의 인산화효소로 세포 사멸에 관여하는 단백질이다.
적절한 스트레스가 주어지는 환경에서는 세포가 분열하도록 신호를 보내는 반면 과도한 스트레스 상황에서는 오히려 세포분열을 멈추고 세포가 죽도록 유도하는 결정적 단백질회로가 밝혀짐에 따라 향후 활성산소와 관련된 인체질환 연구의 실마리가 될 것으로 기대된다.
연구팀은 활성산소 농도가 낮을 때는 세포증식에 관여하는 ERK* 단백질이 활성화되는 반면 활성산소 농도가 높아지면 세포사멸에 관여하는 JNK** 단백질이 활성화 되는 것을 알아냈다.
* ERK(Extracellular signal-regulated kinases) : 세포의 생존 및 증식에 관여하는 대표적인 신호전달 분자 ** JNK(c-Jun N-terminal kinases) : 세포의 스트레스 반응 및 사멸에 관여하는 대표적인 신호전달 분자
나아가 수학모델링과 컴퓨터시뮬레이션 분석, 그리고 분자세포생물학 실험을 융합한 시스템생물학 연구를 통해 MLK3 중심의 피드백회로가 활성산소에 대한 ERK와 JNK 경로 간의 신호흐름 균형을 조절하여 세포 반응을 결정하는 핵심적인 분자스위치임을 밝혀내었다.
조 교수는 “IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학 연구를 통해 수수께끼로 남아있던 활성산소에 대한 상반된 세포반응의 원리를 규명한 것으로 향후 활성산소로 인한 노화나 암을 극복하기 위한 연구에 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
연구 개요도. (A, B) 낮은 농도의 활성산소에 대해서는 세포 증식에 관여하는 단백질인 ERK가 높은 활성도를 보이는 반면, 높은 농도의 활성산소에 대해서는 세포 사멸에 관여하는 단백질인 JNK가 높은 활성도를 보인다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 이 실험 결과는 ERK와 JNK가 활성산소의 농도에 따른 상반된 세포 반응을 유발할 수 있음을 시사한다. (C) 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석을 통해 MLK3을 매개하는 양성피드백 회로와 MKPs를 통한 ERK와 JNK 간 상호소통이 활성산소의 농도에 따른 ERK와 JNK의 상반된 활성화를 일으키는 핵심회로임을 밝혀내었다. (D) MLK3을 매개하는 양성피드백회로는 활성산소에 대한 ERK와 JNK 경로 간의 신호흐름 균형을 조절하여 세포 반응을 결정하는 분자스위치 역할을 한다.
2014.06.09 조회수 13280 -
최명철 교수팀 연구 성과, 사이언스지 퍼스펙티브에 소개
우리 학교 바이오및뇌공학과 최명철 교수팀이 최근 발표한 ‘마이크로튜불의 새로운 구조’에 관한 논문이 과학 분야 가장 권위 있는 학술지인 사이언스(Science) 퍼스펙티브(Perspective)에 지난달 28일 소개됐다.
퍼스펙티브는 전 세계의 학술지 중 가장 영향력 있는 논문을 선정해 재조명하는 섹션이다.
KAIST 송채연 박사와 최명철 교수, 미국 UC Santa Barbara의 Safinya교수와 Wilson교수, 이스라엘 Hebrew University의 Raviv교수로 구성된 국제 공동연구팀은 가속기 엑스선 산란장치(synchrotron x-ray scattering)와 전자현미경을 이용해 마이크로튜불의 초미세구조를 이해하고, 이를 제어하는 스위치를 발견해 새로운 단백질 나노튜브 구조를 최초로 밝힌 연구결과를 네이처 머티리얼즈(Nature Materials)에 발표한 바 있다.
튜불린(마이크로튜불의 기본 단위체)의 형태 변화가 마이크로튜불의 구조 형성에 결정적인 영향을 미친다.연구진은 이 형태 변화를 제어하는 스위치를 찾음으로써 마이크로튜불의 새로운 크기와 형태의 구조를 발견했다.
사이언스 홈페이지
2014.03.11 조회수 13382 -
지식서비스공학과, 데이터 사이언스 워크숍 개최
최근 몇 년간 ‘빅 데이터’에 관한 관심이 폭발적으로 증가하고 있는 가운데 KAIST가 데이터 사이언스의 활용법과 미래 가능성에 대해 논의하는 자리를 마련했다.
우리 대학 지식서비스공학과는 오는 27일 서울 코엑스 308호 세미나실에서 ‘기업을 위한 데이터 사이언스’를 주제로 제2회 지식서비스 워크숍을 개최한다.
‘데이터 사이언스’란 데이터로부터 일반화된 지식을 추출해 의미 있는 정보를 발견하기 위한 과학적인 접근법을 말한다.
빅 데이터 시대를 맞아 기업이 생산하는 데이터의 양은 빠르게 증가하고 있으며, 기업들은 이를 어떻게 활용할 것인지에 대한 고민을 해 왔지만 체계적인 활용법에 대한 이해가 부족했던 것이 현실이다.
이번 워크숍은 기업이 가진 데이터를 활용해 새로운 가치를 어떻게 만들어 낼 것인지를 고민하는 기업의 중간관리자들과 관련 분야 전문가들을 위해 마련됐다.
강연은 데이터 사이언스 분야 최고 전문가인 KAIST 지식서비스공학과 4명의 교수가 참여해 하루 동안 진행된다.
먼저 윤완철 교수가‘기업의 현안과 데이터 사이언스 해법’을 주제로 기업의 데이터 활용현안과 데이터 마이닝 기법들을 소개한다.
이어 △이재길 교수가‘예측 모델링과 분류 기법’을 △ 이의진 교수가‘클러스터링 기법’을 △ 이문용 교수가‘의사결정 분석적 사고’를 주제로 각각 강연한다.
이번 행사를 주관한 이문용 학과장은“이번 워크숍은 데이터 사이언스 도입을 고려하는 기업과 관련 분야에 관심 있는 학생들에게 데이터 사이언스의 가능성과 미래를 고민해 보는 소중한 자리가 될 것”이라고 말했다.
워크숍 참가를 위해 23일(일)까지 사전에 참가신청을 해야 하며 자세한 사항은 홈페이지(http://kseworkshop.kaist.ac.kr)를 참고하면 된다.
KAIST 지식서비스공학과는 21세기 지식기반사회에서 가장 중요한 인간의 의사결정체계의 제반 문제를 연구하는 학과로 2009년 2월에 설립됐다. 데이터 사이언스를 바탕으로 지식공학 ․ 인지공학 분야의 교육과 연구를 진행 중이며 빅 데이터 분야에서 국내 선두주자라는 평가를 받고 있다.
2014.02.18 조회수 10326