%EC%82%AC%EC%9D%B4%EC%96%B8%EC%8A%A4
-
KAIST 출신 NASA 연구원, 전자섬유 메모리 시스템 개발
- NASA 한진우 박사, 저항 스위칭 메모리 개발 -- KAIST, 국내대학 중 유일하게 미국 NASA와 인적교류 -
의복의 전통적인 기능이 달라지고 있다. 외부환경으로부터 인체를 보호하고 심미적인 면이 부각되던 의복은 이제 ‘스마트 섬유(smart fabric)’나 ‘웨어러블 전자제품(wearable electronics)’의 등장으로 인체의 생체신호를 인지하고 이를 데이터화함으로써 질병예방은 물론 치료까지 할 수 있게 됐다.
이러한 변화의 필수적인 단계가 바로 ‘전자섬유(electronic textile)’의 개발이다. 전자섬유란 전원(power generator), 배터리, 센서, 전산기능(computational element), 메모리 등이 내장될 수 있는 섬유를 뜻한다.
우리 학교 전기 및 전자공학과 졸업생으로 현재 미국 우주항공연구소(NASA)에서 박사 후 연구원으로 재직 중인 한진우 박사가 최근 NASA 나노테크놀로지 센터장인 메야 메이야판(Meyya Meyyappan) 박사와 공동으로 ‘저항 스위칭 메모리(resistive switching memory)’를 개발했다.
한 박사가 개발에 성공한 저항 스위칭 메모리는 재기록과 재복구가 가능하며, 100일 이상의 대용량 데이터를 수록할 수 있는 것이 특징이다.
재질은 독성이 적고 지구에 풍부하게 매장돼 있는 구리를 이용했다. 메모리 내부는 구리(Cu)선, 산화구리(CUxO)막, 플래티넘(Pt)선을 직물의 구조와 같은 격자 모양으로 배열해 쉽게 직물에 적용 가능하도록 설계했다.
전자섬유가 상용화되면 정기적인 치료나 건강검진이 필요한 만성질환자 및 고령자, 혹은 군인이나 우주비행사 등 건강관리가 필요한 사람들의 생체정보를 의사에게 실시간으로 전달함으로써 보다 효율적인 의료서비스가 제공될 수 있을 것으로 기대된다.
한진우 박사는 2010년 KAIST 전기 및 전자공학과에서 박사학위를 받은 후, 현재 미국 나사 에임즈 연구소(NASA Ames Research Center)에서 박사 후 연구원으로 재직하면서 나노기술을 연구하고 있다.
한 박사가 이번에 개발한 저항 스위칭 메모리는 지난 9월 21일 미국물리학협회(American Institute of Physics, AIP)에서 발간하는 응용물리과학 학술지인 ‘AIP Advances’에 하이라이트 논문으로 선정된 후 파퓰러사이언스(Popular Science), PC 월드(PC World), 인디안 뉴스(Indian News)에 소개되는 등 해외 언론으로부터 많은 주목을 받고 있다.
한편, KAIST와 나사 에임즈 연구소는 2008년 연구협력협정을 맺은 후 "박사 후 연구원제도‘를 운영하고 있으며 매년 KAIST 출신 박사 1~2명이 NASA에 가서 연구를 수행한다.
국내대학 중 NASA와 직접적인 인적교류를 통해 연구협력을 하고 있는 곳은 KAIST가 유일하다. 지난 2009년부터 올해까지 총 5명의 KAIST 연구원이 나사에서 연구를 수행하고 있다.
저항 스위칭 메모리가 적용된 미래의 전자섬유 개념도 - 옷 자체가 성능을 갖춘 컴퓨터로서, 주변 환경을 모니터링 할 수도 있고, 질병을 진단할 수도 있다. 의복 자체가 에너지를 생산하고 언제 어디서든 네트워크에 접속해 원하는 작업을 처리할 수 있다.
2011.10.18 조회수 13397 -
과학 기술을 이해하는 자가 미래를 지배한다!
- KAIST 명강시리즈 첫 번째, ‘정보의 미래에서 길을 찾다’ -
- 인정받는 KAIST 명사들의 강연 이어져 -
- KAIST 도곡캠퍼스서 10월 12일~12월 14일 총 10회 강연 -
우리 학교는 명강 첫 번째 시리즈인 ‘정보의 미래에서 길을 찾다’를 10월 12일~12월 14일, 매주 수요일 저녁 7시 30분부터 9시 30분까지 KAIST 도곡캠퍼스 AMP홀에서 갖는다.
이번에 첫 번째로 실시되는 ‘KAIST 명강’에서는 ‘정보의 미래’를 주제로 ▲최근 과학의 담장을 넘어 경제와 사회, 정치 영역에까지 커다란 파급력을 미치고 있는 복잡계 네크워크 ▲생명에 대한 정보를 고스란히 담고 있어 의학과 생명 공학의 영원한 화두인 유전자 ▲최신 물리학 이론으로 우리 주변을 감싸고 있는 매트릭스를 구성하고 파헤치는 암호학에 대해 살펴본다.
KAIST 물리학과 정하웅 교수의 강연을 시작으로 바이오 및 뇌공학과 김동섭 교수, 물리학과 이해웅 교수로 이어지는 이번 강연은 각 교수마다 3주간에 걸쳐 총 9주 동안 세부적인 주제로 강연을 진행한다.
이어서 마지막 10주차에는 KAIST 바이오 및 뇌공학과 정재승 교수의 사회로 강연자 모두가 한자리에 모여 오늘날 정보가 왜 그토록 중요한지, 실제로 우리 삶에 어떤 영향들을 미치고 있는지, 그리고 앞으로 다가올 정보 사회는 어떤 모습일지 등에 대해 자유롭게 토론하는 자리를 갖는다.
KAIST 바이오 및 뇌공학과 정재승 교수는 “이번 강의는 일반인들이 접근하기 어려운 과학기술 정보를 강단에서 인정받는 KAIST 교수들이 이해하기 쉽고 친숙하게 풀어낼 예정”이라며 “평소에 관심과 흥미를 갖고 있었던 일반인들이 관련분야에 대한 교양을 쌓기에 좋은 기회가 될 것"이라고 말했다.
앞으로도 KAIST는 ㈜사이언스북스와 공동으로 주목받고 있는 최신 과학기술 분야를 주제로 ‘KAIST 명강’ 시리즈를 이어나갈 예정이다.
한편, 이번 행사는 최첨단 과학기술연구의 선도 기관인 KAIST와 대표적인 대중과학서 전문 출판사인 ㈜사이언스북스가 과학의 대중화를 위해 최신 연구 성과를 과학에 관심 있는 일반인들과 함께 나누고자 기획됐다.
2011.10.12 조회수 9348 -
제1회 정문술 과학저널리즘 상 시상
- 대상에 동아일보-동아사이언스, 방송부문상에 KBS
우리 학교는 6일 오후 4시 서울 중구 프레스센터 매화홀에서 서남표 총장과 한국과학창의재단 강혜련 이사장 및 수상자들이 참석한 가운데 ‘제1회 정문술 과학저널리즘 상’ 시상식을 갖는다.
‘정문술 과학저널리즘 상’은 정문술 전 미래산업 회장(전 KAIST 이사장)이 2001년 KAIST에 기부한 300억원 중 일부인 10억원을 기금으로, 과학기술의 발전에 기여한 언론에게 수여하는 상이다.
시행 첫해인 올해의 대상은 일본 원전사고를 집중 보도한 동아일보-동아사이언스(김상수, 김규태, 김창원, 이현경, 서영표, 이영혜, 원호섭 기자)의 기획시리즈 기사인 ‘원전 강국, 안전나사를 조이자’가 선정됐다. 대상작은 후쿠시마 원전 사고에 대한 전문가와 일반인의 시각을 잘 조명하고, 향후 우리나라의 원전 사고에 대한 원인 및 책임소재 규명에 있어 보완책 점검과 대책마련, 중국의 원전사고 대비 등을 전문적이면서도 일반인들이 이해하기 쉽게 다룬 점을 높이 평가받았다.
부문상 수상은 KBS(이은정, 이이슬, 조지현 기자)의 ‘한국 원전은 안전한가?’가 선정됐다. 이웃나라 일본의 원전사고에 대한 실상을 통해 원전의 안전한 이용에 대한 대중의 인식을 높이고, 한국 원전의 안전성을 전문적이면서도 알기 쉽게 설명한 점을 인정받았다.
수상자에게는 대상 2천만원, 부문상 1백만원이 부상으로 각각 수여된다.
시상식 후에는 과학에 대한 올바른 대중적 이해와 소통, 그리고 과학 저널리즘이 나아가야 할 올바른 방향에 대해 논의하는 자리가 마련됐다.
이 자리에서는 ‘제1회 과학저널리즘 리뷰 컨퍼런스(Science Journalism Review Conference)’가 열리며, 올해는 ‘일본 후쿠시마 원전 사고 보도에 대한 뉴스 프레임 분석 연구결과’에 대해 다룰 예정이다.
2011.10.06 조회수 9687 -
제10회 POSTECH-KAIST 학생대제전 ‘푸른 용의 역습’
- 23~24일 KAIST서 열려 -
- 역대전적 4승 4패. 대한민국 최고 과학두뇌, ‘과학전쟁’ 돌입 -
작년 카포전에서 아쉽게 패배했던 KAIST가 올해에는 대대적인 반격에 나선다.
KAIST는 23~24일 이틀간 대전 본원에서 양교 학생 2천여 명이 참석한 가운데
‘제10회 POSTECH-KAIST 학생대제전’(이하 포카전)‘을 개최한다고 22일 밝혔다
‘사이언스 워(Science War)’란 명칭으로도 잘 알려져 있는 ‘포카전’은 지난 2002년 KAIST와 POSTECH이 양교 학생들의 활발한 교류와 과학기술에 대한 국민들의 관심을 높이기 위해 시작됐다. 이 대회는 1년마다 치르는 정기교류전인데 지난 2009년에는 신종플루로 취소돼 올해로 10회째를 맞는다.
‘포카전’은 매년 9월 중순 개최되며 대회 명칭은 어느 학교에서 열리느냐에 따라 결정된다. 주관대학을 뒤에 표기하는 원칙에 따라 올해는 KAIST에서 열리기 때문에 포카전이라 부른다.
국내 최고 이공계 두뇌들이 참가하는 행사에 걸맞게 △해킹대회, 과학퀴즈, 인공지능 프로그래밍 대회, 스타크래프트 게임 등 과학경기와 △축구, 야구, 농구 등 운동경기 등 7개 종목에서 두뇌 대결을 펼친다.
총 800점 중 많은 점수를 차지하는 쪽이 우승을 차지한다. 현재까지 4승 4패로 양측이 박빙의 승부를 펼치고 있어 이번 대회에 더욱 관심이 집중되고 있다.
이밖에 부대행사로는 양교 동아리별 교류시간과 응원단 공연, 초청가수(다이나믹 듀오) 공연 등이 마련돼 있다.
또 대회 첫날 밤 오후 11시부터 다음 날 새벽 2시까지 양교 학생들의 친목을 위해 맥주파티 행사를 열고 새로운 인연을 찾는 기회도 갖는데 입장료는 3,000원이다.
KAIST 서남표 총장은 “우리나라 최고의 과학기술 선도대학인 양교가 화합과 선의의 경쟁을 벌이는 제10회 POSTECH -KAIST 학생대제전이 열리게 된 것을 매우 기쁘게 생각한다”며 “우리의 역사와 전통을 더욱 빛낼 수 있도록 이번 제전에서도 그동안 갈고 닦은 실력을 마음껏 펼칠 수 있기를 바란다”라고 말했다.
한편, 행사 후 모든 경기 동영상은 KAIST 교육 방송국 홈페이지
http://voki.kaist.ac.kr)에서도 볼 수 있다.
2011.09.22 조회수 11051 -
맞춤형 인산화 단백질 생합성 성공
- 사이언스誌 발표,“각종 질병원인 규명, 신약개발의 새로운 장을 열다”-
세포내 신호전달체계를 재설계하여 세균으로부터 맞춤형 인산화 단백질을 생산하는 기술이 세계 최초로 국내연구진에 의해 개발되었다.
이번 연구는 교육과학기술부의 “글로벌프론티어사업(탄소순환형 차세대 바이오매스 생산/전환 기술연구단)”의 지원을 받아 우리 학교 화학과 박희성 교수 주도로 수행되었다.
단백질 인산화는 생체 내에서 일어나는 단백질 변형의 일종으로, 세포내 신호전달과 그 결과 발생하는 세포의 생장․분열․사멸을 결정하는 중요한 역할을 한다.
예를들어, 성장세포가 성장호르몬 등 외부의 자극을 받으면 세포내 단백질에 인산이 첨가되고(단백질 인산화) 인산화된 단백질이 다른 단백질을 인산화 시키는 일련의 신호전달 과정을 거쳐 세포분열을 일으키게 된다.
인산화 과정에서 인산화 단백질에 돌연변이가 발생하면 세포의 정상적인 신호전달이 손상되고 세포의 무한 분열을 초래하여, 암을 포함한 각종 질병의 직접적인 원인이 된다.
이러한 인산화 과정은 매우 복잡하고 다이내믹하게 진행되므로, 세포내 신호전달의 극히 일부만 알려져 있고, 지금까지 단백질의 인산화를 조절할 수 없었다. 이 때문에 질병 원인 규명 연구와 신약개발에 많은 어려움을 겪고 있다.
박 교수는 예일대 Soll 교수팀과 공동연구를 통해 세균의 단백질 합성관련 인자들을 재설계하고, 진화방법으로 리모델링하여 인산화 아미노산(단백질 구성인자)을 단백질에 직접 첨가하는 기술을 개발하여 맞춤형 인산화 단백질을 생산하는데 성공했다.
연구팀은 이 기술을 이용하여 다양한 암을 유발시키는 단백질로 알려진 MEK1 인산화 단백질 합성에도 성공할 수 있었다.
박 교수는 “이번 연구를 통해서 단백질의 인산화 조절과 인산화 단백질의 대량 생산이 가능해 졌다.”며, “인산화 단백질을 통해 암을 포함한 각종 질병의 원인규명 연구와 차세대 암치료제 개발연구가 체계적이고 실질적으로 이루어질 것으로 기대된다.” 고 연구의 의의를 밝혔다.
연구결과는 생명과학분야 최고권위지인 사이언스誌 2011년 8월호 (8월26일자)에 게재됐다.
1. 세포의 단백질 생합성 기구 재설계 및 리모델링
○ 세균의 단백질 생합성 기구들(중합효소, 아미노산, tRNA)을 재설계하고, 자연계 모방 진화기술로 새로운 확장인자를 개발한 결과 얻어진 인공기능 세포의 그림이다. DNA로부터 단백질이 생합성 되는 과정이 보여주고 있으며, 특히 새롭게 설계된 단백질 합성기구와 자연계 모방 진화기술로 개발된 확장인자의 모식도가 나타나 있다.
2. 재설계된 세포를 이용한 맞춤형 인산화 단백질 생산
○ 그림1에서 제조된 재설계 인공기능 세포를 활용하여 복잡한 세포내 인산화과정 없이 인산화 아미노산을 단백질의 특정한 위치에 직접 첨가하는 방법으로 맞춤형 인산화 단백질을 생합성하는 그림이다. 세포내 신호전달에서 가장 중요한 역할을 하면서 돌연변이시 다양한 암을 유발시키는 인산화 단백질로 알려진 MEK1의 생합성을 보여주고 있다.
2011.08.26 조회수 9456 -
유룡 교수, 벌집 모양 규칙적 구조의 제올라이트 개발
- 사이언스誌 발표,“제올라이트 학계의 20여년 숙원 과제 해결!”-
우리 학교 화학과 유룡 교수 연구팀은 벌집모양의 메조나노기공과 보다 미세한 크기의 마이크로나노기공이 규칙적으로 배열되어 있는 ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’ 신물질을 개발하는데 성공하였다.
유 교수팀은 2009년 나노판상형태의 초박막 제올라이트 물질을 합성하여 세계 최고 권위의 과학 학술지인 네이처誌에 게재한데 이어, 벌집모양의 메조나노기공을 갖는 제올라이트 물질의 개발 성과로 사이언스誌 2011년 7월호(7월 15일자)에 논문을 게재하여 제올라이트 연구의 우수성과 학술적 중요성을 모두 인정받았다.
제올라이트는 가솔린 생산을 비롯하여 석유화학산업 전반에 걸쳐 세계적으로 가장 널리 이용되는 촉매물질이다. 촉매는 다양한 화학 반응에서 사용되어 반응을 촉진시킴은 물론, 반응 시간을 단축시켜 경제성을 높이는 데 활용되는 물질이다. 화학 산업 분야에서 사용되는 촉매 물질들은 사용 후 분리를 용이하게 하기 위해 주로 고체 형태로 이루어진 촉매를 사용하는데, 제올라이트는 현재 사용되고 있는 다양한 고체 촉매들 중에서 40% 이상을 차지할 정도로 매우 높은 비율로 다양한 화학 산업 전반에 걸쳐 이용되고 있는 물질이다. 때문에, 제올라이트의 촉매 효율을 높일 경우, 이에 따른 경제적 효과는 막대하다고 할 수 있다.
기존에 산업 전반 분야에 사용되고 있는 일반 제올라이트 촉매 물질들은 내부에 무수한 미세구멍(나노세공)들이 규칙적으로 뚫려 있지만 그 직경이 매우 작아 반응 대상 분자의 확산 속도가 느리기 때문에 촉매활성이 낮은 단점이 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 미세한 마이크로나노기공과 그 보다 큰 직경의 메조나노기공이 동시에 규칙적으로 배열*되어 있는 제올라이트 물질을 합성하였다. 이러한 구조의 물질은 제올라이트 학계에서 수많은 연구자들이 합성하고자 지난 20여 년 이상을 시도해온 물질로서, 이번에 유 교수팀이 드디어 제올라이트 학계의 20여 년 동안의 숙원 과제를 해결하는 방법을 제시한 것이다. * 작은 도로만 있어 교통체증이 심한 대도시에 큰 도로와 작은 도로를 유기적으로 구성하는 도시계획을 수립, 시행함으로써 원활한 교통 흐름을 만들어 내는 원리와 같다. 크고 작은 나노세공이 유기적으로 연결된 제올라이트 내부에서 분자의 흐름이 훨씬 수월해진다.
이번에 개발한 제올라이트 물질은 연구팀이 특수 설계한 계면활성제를 사용하여 합성할 수 있었다. 이 계면활성제는 머리 부분에 제올라이트 마이크로 기공 유도체를 포함하여 제올라이트 골격의 형성을 유도하고, 소수성 꼬리 부분은 제올라이트의 마이크로 기공보다 더 큰 메조 기공을 벌집 구조 모양으로 배열할 수 있도록 하였다. 지금까지 알려져 있는 제올라이트 합성 원리는 하나의 기공 유도 분자가 하나의 매우 작은 마이크로 기공을 유도했던 반면에, 본 연구팀이 개발한 방법은 하나의 분자가 서로 다른 크기의 기공을 규칙적으로 유도한다는 점에서 기존의 방법과 차별화된다.
유교수팀이 세계 최초로 2009년에 개발한 2 nm 극미세 두께의 나노판상형 제올라이트가 2차원적인 형태로 이루어진 물질이었다면, 이번에 합성에 성공한 ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’는 3차원적 구조 규칙성을 띤 나노구조물로 지금까지 볼 수 없었던 이상적이고 안정적인 벌집 구조를 갖고 있다.
때문에, 새로 개발한 제올라이트는 산업적으로는 중요하지만 커다란 분자 크기 때문에 기존의 제올라이트를 사용하기 쉽지 않았던 물질의 촉매로 사용할 수 있게 되었다.
유룡 교수는 “이번에 개발한 제올라이트는 지금까지 볼 수 없었던 이상적이고 안정적인 기공구조를 갖고 강한 산성을 띠고 있어 기존의 제올라이트의 단점을 충분히 보안한 물질이다. 따라서 앞으로 산업적으로 중요한 많은 고부가 가치 반응에서 고성능 촉매로 사용될 수 있을 것으로 기대한다. 뿐만 아니라, 이번 연구를 통해 본 연구단이 개발한 합성 방법이 여러 종류의 제올라이트에도 적용이 가능함을 보이면서 앞으로 200여 가지가 넘는 기존의 제올라이트들의 단점도 해결할 수 있을 것이다.”고 연구의의를 밝혔다.
이번 논문의 제1저자인 나경수 박사는 성균관대학교 화학과를 조기졸업하고 KAIST에서 석사와 박사를 4년 반만에 마친 수재다. 지난 2월에는 KAIST 우수 박사학위 논문상을 수상하기도 했으며, 현재 유룡 교수가 맡고있는 KAIST 화학과 기능성 나노물질 연구단에서 박사후 과정 중이다.
[그림1] ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’의 주사 전자현미경 사진. 균일한 두께와 길이의 뾰족한 바늘 모양의 결정들이 전 영역에 걸쳐 고루 존재하는 것을 볼 수 있다.
[그림2] ‘육방정계 구조규칙적 위계나노다공성 제올라이트’의 투과 전자현미경 사진
2011.07.15 조회수 14877 -
꿈의 소재
- 초고성능의 차세대 전자소자 등에의 그래핀 응용가능성 높여 -
그간 개념상으로만 알려졌던 그래핀의 미세한 주름 구조와 도메인 구조, 그 구조들의 생성원리 및 열처리 공정을 통한 주름구조 제어 가능성이 우리 학교 연구진에 의해 최초로 규명되었다.
우리 학교 EEWS대학원 박정영 교수와 건국대 박배호 교수팀이 주도한 이번 연구 결과는 세계 3대 과학저널(네이처, 사이언스, 셀) 중 하나인 ‘사이언스(Science)’誌에 8월 중 게재될 예정이며, 이에 앞서 ‘사이언스 온라인 속보(Science Express)’에 7월 1일자(한국시간)로 소개되었다.
연구진은 기계적 박리법을 이용해 제작한 그래핀 박막을 원자힘 현미경을 이용하여 측정한 결과 물리적으로 똑같은 특성을 지닌 단일층 그래핀 내에서 마찰력이 현저히 다른 구역(비등방성 마찰력 도메인)이 존재하는 것을 발견하였다.
또한 연구진은 마찰력의 차이가 발생하는 원인을 밝히는 과정에서 그래핀에 잔주름의 방향이 다른 구역(domain, 도메인)이 존재함을 밝혔고, 적절한 열처리 공정을 이용하면 이런 구역구분이 없어지며 전체가 일정한 마찰력을 보이도록 재구성할 수 있음을 보였다.
연구진은 “본 연구는 주름구역의 존재를 최초로 확인하였다는 점과 주름구조의 제어 가능성을 보임으로써 휘어지는 전자소자 등에의 응용가능성을 한 단계 확장시켰다는데 의의가 있고, 향후 활발한 후속연구를 기대한다”라고 밝혔다.
본 연구의 특이한 점으로는 그래핀과 관련된 국내 최고의 전문가들인 서강대 정현식 교수팀, 성균관대 이창구 교수, KIAS 손영우 교수팀 등이 공동 연구에 참여했다는 점이다.
SiO2 기판위에 박리법으로 증착된 그래핀의 원자힘 현미경 이미지(좌), 마찰력 도메인 이미지(중앙), 마찰 도메인에서 예측한 잔주름 분포(우).
2011.07.01 조회수 11532 -
생명의 기원과 진화의 비밀 풀 수 있는 열쇠(커널) 찾아내다
- Science 자매지 표지논문발표,“인간 세포의 주요기능 그대로 보존한 최소 핵심구조 규명”-
세포를 구성하는 복잡하고 거대한 분자네트워크의 주요기능을 그대로 보존한 최소 핵심구조(커널)가 국내 연구진에 의해 규명되었다.
특히 커널에는 진화적․유전적․임상적으로 매우 중요한 조절분자들이 대거 포함되어 있다는 사실이 밝혀짐에 따라, 향후 생명의 기원에 관한 기초연구와 신약 타겟 발굴 등에 큰 파급효과가 있을 것으로 기대된다.
우리 학교 조광현 교수 연구팀(김정래, 김준일, 권영근, 이황열, 팻헤슬롭해리슨)의 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구), 기초연구실육성사업, 시스템인포메틱스사업(칼슘대사시스템생물학) 및 WCU육성사업의 지원으로 수행되었다.
이번 연구결과는 세계적인 학술지인 ‘사이언스’의 첫 번째 자매지로서 세포신호전달분야의 권위지인 ‘사이언스 시그널링(Science Signaling)’지(5월 31일자) 표지논문에 게재되는 영예를 얻었다.
(논문명 : Reduction of Complex Signaling Networks to a Representative Kernel)
생명체를 구성하는 다양한 분자들은 사람과 마찬가지로 복잡한 관계로 얽혀 거대한 네트워크를 형성한다.
현대 생물학의 화두로 떠오른 IT와 BT의 융합학문인 ‘시스템생물학’의 발전에 따라, 생명현상은 복잡한 네트워크로 연결된 수많은 분자들의 집단 조절작용으로 이루어진다는 사실이 점차 밝혀지고 있다. 즉, 특정기능을 담당하는 단일 유전자나 단백질의 관점에서 벗어나 생명체를 하나의 ‘시스템’으로 바라보게 된 것이다.
그러나 생명체 네트워크의 방대한 규모와 복잡성으로 근본적인 작동원리를 이해하는데 여전히 한계가 있다. 일례로, 세포의 다양한 정보처리를 위해 진화해 온 인간세포 신호전달 네트워크는 현재까지 약 2,000여개의 단백질과 8,000여 가지의 상호작용으로 이루어져 있다고 알려졌고, 아직 확인되지 않은 부분까지 고려하면 실제 더욱 복잡한 네트워크일 것으로 추정된다.
생명체의 조절네트워크는 태초에 어떻게 만들어졌고, 어떻게 진화되어 왔을까? 그 복잡한 네트워크의 기능을 그대로 보존하는 단순한 핵심구조가 존재하고 그것을 찾아낼 수 있다면, 인류는 복잡한 네트워크에 대한 수많은 수수께끼를 풀 수 있을 것이다.
조광현 KAIST지정석좌교수 연구팀은 이 수수께끼의 열쇠인 복잡하고 거대한 세포 신호전달 네트워크의 기능을 그대로 보존하는 최소 핵심구조인 커널을 찾아냈다.
연구팀은 새로운 알고리즘을 개발하고, 이를 대규모 컴퓨터시뮬레이션을 통해 대장균과 효모 및 인간의 신호전달 네트워크에 적용한 결과, 각각의 커널을 확인할 수 있었다.
매우 흥미로운 사실은 이번에 찾아낸 커널이 진화적으로 가장 먼저 형성된 네트워크의 뼈대구조임이 밝혀진 것이다. 또한 커널에는 생명유지에 반드시 필요한 필수유전자뿐만 아니라 질병발생과 관련된 유전자들이 대거 포함되어 있었다.
이번 연구를 주도한 조광현 교수는 “특히 이번에 찾은 커널에는 현재까지 FDA(미국식품의양국)에서 승인한 약물의 타겟 단백질이 대량 포함되어 있어, 커널 내의 단백질들을 대상으로 향후 새로운 신약 타겟이 발굴될 가능성이 높아, 산업적으로도 큰 파급효과가 있을 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.
<세포내 신호전달네트워크에 존재하는 최소 핵심구조 "커널">
<논문표지>
2011.06.22 조회수 12403 -
2011 국제 웹사이언스 심포지엄 개최
올해 초 한국연구재단의 지원으로 세계수준연구중심대학(WCU)사업단에 선정된 "웹사이언스공학전공"(책임교수 맹성현) 주관으로 지난달 24일 서울 임피리얼 팰리스호텔 7층 셀레나 홀에서 "2011 국제 웹사이언스 심포지엄"이 개최됐다.
이 행사에서는 웹사이언스 분야 세계적인 석학들과 국내외 분야별 전문가가 대거 참석한 가운데 웹사이언스의 기술 동향 및 사회적인 영향, 웹의 미래 모습 등을 진단했다.
이번 심포지엄의 프로그램위원장이자 웹사이언스공학전공의 책임교수인 맹성현 교수의 개회사를 시작으로 ‘웹사이언스 : 새로운 개척지(Web Science: New Frontier)’라는 주제로 웹사이언스의 창시자인 웬디 홀(Wendy Hall)의 강연이 이어졌다.
이후 연세대 사회학과 김용학 교수, 서울대 치의학과 김홍기 교수와 물리학과 강병남 교수등이 강연에 참여해 웹사이언스가 사회의 다양한 분야에 긴밀히 연관되어 있음을 시사했다.
참석한 해외 석학들은 하나같이 “아시아에서 처음 열린 웹사이언스 관련 심포지엄에 대해 미래 세계를 바꾸어 놓을 웹에 대한 연구 자체가 매우 흥미로운 것이다”라며 “KAIST에서 그 시작을 이뤄냈고, 앞으로 웹사이언스가 IT기업들의 경쟁력 향상에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라 새로운 비즈니스의 동력이 될 것이다”라고 입을 모았다.
세션 중간에는 휴식시간을 통해 기조연설자들과 다양한 학문적 배경을 가진 참석자들의 토론과 질문을 하는 등 유익한 시간을 마련했다.
이 행사를 준비한 맹성현 KAIST 교수는 “웹에 대한 다양한 시각과 트렌드를 공유하고 미래 웹의 발전 방향을 제시하는 자리가 될 것”이라며 “학제간 연구 분야인 웹사이언스의 특성에 걸맞게 정보학, 사회학, 물리학, 의학 분야 국내외 전문가가 대거 참석한다”고 말했다.
한편, 웹사이언스는 인간의 뇌처럼 전 세계에 광범위하게 흩어져 있는 웹을 서로 연계해 새로운 산업을 창출하자는 것으로 웹 플랫폼과 콘텐츠 가공, 인간 중심의 웹 탐구, 웹 SW 엔지니어링 등이 핵심 연구 분야다.
2011.03.16 조회수 10255 -
원광연 칼럼 맞춤형 IT기술과 삶의 질
원광연 문화기술대학원 교수가
세계일보 2011년 1월 27일(목)자 칼럼을 실었다.
제목: [사이언스 리뷰] 맞춤형 IT기술과 삶의 질
신문: 세계일보
저자: 원광연 문화과학기술대학원 교수
일시: 2011년 1월 27일(목)
기사보기: [사이언스 리뷰] 맞춤형 IT기술과 삶의 질
2011.01.27 조회수 8439 -
인공 광합성 핵심기술 구현
- 메탄, 메탄올 등 친환경적인 석유 연료 및 꿈의 자원인 수소 생산 길 열어
- 에너지 환경 분야 저명 학술지 ‘ Energy & Environmental Science’ 1월호 온라인 판 게재
우리학교 강정구 교수 연구팀은 이중금속으로 구성된 다전자 광촉매 물질을 합성해 인공광합성 기술을 구현하는 데 성공했다.
이 연구결과는 에너지 환경분야의 저명한 학술지인 ‘에너지 앤 인바이런먼털 사이언스(Energy and Environmental Science)’지 온라인 판(Advance Article)에 지난 8일 게재됐다.
인공광합성 구현의 핵심기술은 물로 태양에너지의 대부분을 차지하고 있는 가시광 영역에서 효율적으로 양성자를 발생시키는 기술을 확보하는 것이다.
이 양성자는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소와 반응해 메탄, 메탄올 등 친환경적인 석유연료를 만들 수 있다. 또한, 이 양성자 자체를 결합해 인류의 꿈의 자원인 수소 등을 효율적으로 생산할 수 있다.
기존의 다양한 광촉매 소재들은 태양에너지의 일부영역인 자외선 영역과 고가의 백금 조촉매를 사용할 경우에만 물로부터 양성자를 생성시키는 것이 가능했다. 그러나 태양광 중에서 가장 풍부한 가시광 영역에서는 거의 양성자를 생성할 수 없는 한계를 갖고 있었다.
강 교수팀은 타이테니늄 원자를 저가 산화물인 니켈 옥사이드 층상 구조에 니켈을 일부 치환시켜 이중금속으로 구성된 다전자 광촉매 물질을 합성하는 데 성공했다.
또한, 이중금속 다전자 층상 구조는 가시광 영역의 빛을 흡수할 수 있는 이종 금속의 한쪽 금속 전자가 기저상태에서 인접한 산소와 결합하고 있는 다른 쪽의 금속에 터널링을 통해서 전자 이동이 비가역적으로 이뤄져 가시광 태양빛을 효율적으로 흡수할 수 있다는 것을 확인했다.
이중금속 물산화 광촉매 물질은 태양광의 대부분을 차지하는 가시광 영역에서 효율적으로 물을 산화해 산소가 발생하는 것을 확인했다. 이를 통해 물로부터 산소 발생 후 물에는 양성자가 생성되게 된다.
이번 연구결과는 광반응에서 생성된 양성자와 지구온난화 등의 문제가 되는 이산화탄소와의 추가적인 광반응을 통해 메탄, 메탄올 등의 청정연료로 변환하는 기술로도 응용이 가능하다.
강 교수는 “이중금속 조합에 따른 전자구조의 디자인을 통해, 태양광 하에서 수소와 같은 청정에너지를 생산하는 기술로도 활용이 기대 된다”며“녹색성장의 기반 기술로 응용이 가능할 것으로 전망되어 궁극적으로는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 저감 시킬 뿐만 아니라 자원화 해 석유 자원을 대체할 수 있는 길을 열어 놓았다는 데 큰 의의가 있다”고 밝혔다.
2011.01.19 조회수 10278 -
심장질환 원인신호전달메커니즘 규명
- 신약개발 및 심장질환 응용연구의 중요한 발판 마련
- IT와 BT를 융합한 시스템생물학 연구 통해 규명
우리학교 바이오및뇌공학과 조광현 교수팀과 생명과학과 허원도 교수팀이 시스템생물학 융합연구를 통해 심장질환 원인신호전달경로의 숨겨진 메커니즘을 규명했다.
심근비대증은 다양한 병인에 의해 심근세포가 비대해지는 병리학적 현상으로써 심부전증과 부정맥 등을 수반하는 주요 심장질환이다.
칼시뉴린-엔팻(calcineurin-NFAT) 신호전달경로는 이러한 심근비대증의 유발에 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
하지만 이 신호전달경로의 주요 조절단백질로 알려진 알캔(RCAN1)의 기능에 대해 많은 논쟁이 이어져 왔고 현재까지 그 구체적인 조절메커니즘이 밝혀지지 않았다.
조광현 교수 융합연구팀은 이러한 복잡한 현상에 대해 수학 모델링과 대규모 컴퓨터시뮬레이션, 그리고 단일세포 분자 이미징 기술을 동원한 시스템생물학 융합연구를 통해 어크(ERK)와 지에스케이(GSK3)로 구성된 스위칭 회로가 칼시뉴린-엔팻 신호전달경로를 조절한다는 것을 새롭게 규명했다.
특히 이 연구에서는 알캔이 세포내 농도가 낮을 때 칼시뉴린(calcineurin)의 기능을 저해하는 억제자로서 기능하지만, 그 농도가 증가하면 어크와 지에스케이에 의한 크로스토크를 통해 칼시뉴린 신호를 오히려 증가시키는 촉진자로서 기능 하도록 세포내 조절회로가 진화적으로 설계되어 있음을 최초로 밝혔다.
지금까지 많은 연구에서 알캔의 상반된 신호조절 역할이 보고되어 학계에서는 과연 무엇이 진실인가에 관한 논쟁이 이어졌다.
또한, 어떻게 동일한 분자가 그와 같이 서로 다른 기능을 보이는 것인지, 이를 유발하는 근본적인 메커니즘은 과연 무엇인지 등이 모두 수수께끼로 남아 있었다.
이번 연구를 통해 학계의 이러한 오랜 질문에 대한 해답이 제시됐으며, 알캔과 칼시뉴린-엔팻 신호전달경로의 근원적인 조절메커니즘이 시스템차원에서 최초로 규명됨으로써 앞으로 이를 표적으로 하는 신약개발 및 관련 심장질환 응용연구의 중요한 발판을 마련하게 되었다.
또한 기존의 실험적 접근만으로는 해결할 수 없는 복잡한 생명현상을 대상으로 IT와 BT의 융합연구인 생체시스템모델링 및 바이오시뮬레이션 연구를 통해 새로운 해결책을 찾을 수 있는 가능성을 제시하게 됐다.
이 연구는 교육과학기술부가 지원하는 한국연구재단의 기초연구실육성사업과 도약연구사업, 그리고 칼슘대사시스템생물학사업의 일환으로 수행됐으며, 연구 결과는 <저널오브셀사이언스(Journal of Cell Science)>의 표지논문으로 선정되어 2011년 1월 1일자(온라인판은 2010년 12월 13일자)에 게재된다.
2010.12.20 조회수 10097