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내생적 혁신, 2019년 대한민국학술원 우수학술도서 선정
우리 대학 기술경영전문대학원(원장 이덕희)에서 발간한 도서가 한국출판문화산업진흥원이 발표한 ‘2019년 대한민국학술원 사회과학분야 우수학술도서’에 선정됐다.
지난해 12월 발간한 <내생적 혁신: 혁신은 우리 곁에 있는가>는 각각의 전문 분야에서 찾아낸 내생적 혁신의 길을 주제를 다루고 있다. 이덕희 교수 등 총 9인의 전·현직 KAIST 기술경영전문대학원 교수진이 필진으로 참여한 이 책은 우리 사회 내부에서 시작되는 혁신을 통해 산업경쟁력을 강화해야 한다는 절실한 인식에서 출발했다.
기업 등의 현장을 중심으로 실무자의 관점에서 본 혁신의 구체적인 실천 방안을 제시하기 위해 △ 내생적 혁신체제로의 전환, △ 한국 산업구조 진단과 아키텍처 관점의 혁신 전략, △ 생활 속의 서비스 혁신, △ 가치를 창출하는 위대한 창업 사회, △ 지적재산권 전략과 기업 경쟁력, △ 디지털 시대의 기업 생존 전략, △스타트업의 탄생과 성장, 그리고 액셀러레이터, △ 4차 산업혁명 시대, 한국의 기회와 전략, △동아시아 혁신체제와 한국적 모델 등을 소주제로 다루고 있다.
대한민국학술원은 기초 학문 분야 연구 및 저술 활동을 촉진하기 위해 매년 4개 분야에 걸쳐 우수학술도서를 선정하고 있다. 작년 3월부터 올해 2월까지 국내 374개 출판사가 발행한 3459권의 학술도서를 대상으로 심사를 진행했으며 그 결과 인문학 65종, 사회과학 95종, 한국학 40종, 자연과학 86종이 선정됐다.
KAIST 기술경영전문대학원은 교육 내용 및 현장 실무를 바탕으로 첨단 지식 확산을 위한 지식 공유 및 사회공헌에 이바지하고자 꾸준히 노력해 오고 있다. 그 일환으로 2017년 대한민국학술원 우수학술도서로 선정된 <스마트 테크놀로지의 미래> 발간을 시작으로 <스타트업 교과서>, <스타트업 인사이드>, <내생적 혁신>까지 각종‘학술부문 우수도서’로 꾸준히 선정되고 있다.
또한, 오는 8월에는 기술경영전문대학원 졸업생을 중심으로 구성한 기술경영연구회에서는 <4차 산업혁명과 디지털 트랜스포메이션>을 발간한다. 이를 통해, 4차 산업혁명 시대를 맞아 반도체·조선·전력·통신 등 전통적인 주력 산업과 새롭게 부상하는 블록체인·스마트 홈 분야 산업들의 디지털 트랜스포메이션 전략을 제시하고 중소기업의 디지털 트랜스포메이션 사례와 함께 이에 적합한 R&D 정책의 방향에 대해서 다룰 예정이다.
2019.07.23
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김재경 교수, 수학적 모델링 통해 신약 개발 걸림돌 해소
〈 김대욱 박사과정, 김재경 교수 〉
우리 대학 수리과학과 김재경 교수와 글로벌 제약회사 화이자(Pfizer)의 장 청(Cheng Chang) 박사 공동연구팀이 수학적 모델을 기반으로 동물 실험과 임상 시험 간 차이가 발생하는 원인을 밝히고 그 해결책을 제시했다.
연구팀은 일주기 리듬 수면 장애 신약을 개발하는 과정에서 동물 실험과 임상 시험 간 발생하는 차이 문제를 수학적 모델을 이용해 해결함으로써 신약 개발의 가능성을 높였다. 또한, 동물과 사람 간 차이 뿐 아니라 사람마다 발생하는 약효의 차이 발생 원인도 밝혀냈다.
김대욱 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘분자 시스템 생물학 (Molecular Systems Biology)’ 7월 8일자 온라인판에 게재됐고, 우수성을 인정받아 7월호 표지논문으로 선정됐다. (논문명 : Systems approach reveals photosensitivity and PER2 level as determinants of clock-modulator efficacy)
신약을 개발하기 위해 임상 시험 전 단계로 쥐 등의 동물을 대상으로 전임상 실험을 하게 된다. 이 과정에서 동물에서 보였던 효과가 사람에게선 보이지 않을 때가 종종 있고 사람마다 효과가 다르게 나타나기도 한다. 이러한 약효의 차이가 발생하는 원인을 찾지 못하면 신약 개발에 큰 걸림돌이 된다.
수면 장애는 맞춤형 치료 분야에서 개발이 가장 더딘 질병 중 하나이다. 쥐는 사람과 달리 수면시간이 반대인 야행성 동물이다 보니 수면시간을 조절할 수 있는 치료제가 실험 쥐에게는 효과가 있어도 사람에게는 무효한 경우가 많았다. 하지만 그 원인이 알려지지 않아 신약 개발에 어려움이 있었다.
연구팀은 이러한 차이의 원인을 미분방정식을 이용한 가상실험과 실제 실험을 결합해 연구했고, 주행성인 사람은 야행성인 쥐에 비해 빛 노출 때문에 약효가 더 많이 반감되는 것이 원인임을 밝혔다. 이는 빛 노출 조절을 통해 그동안 사람에게 보이지 않던 약효가 발현되게 할 수 있음을 뜻한다.
수면 장애 치료 약물의 약효가 사람마다 큰 차이를 보이는 것도 신약 개발의 걸림돌이었다. 연구팀은 증상이 비슷해도 환자마다 약효 차이가 나타나는 원인을 밝히기 위해 수리 모델링을 이용한 가상환자를 이용했다.
이를 통해 약효가 달라지는 원인은 수면시간을 결정하는 핵심 역할을 하는 생체시계 단백질인 PER2의 발현량이 달라서임을 규명했다.
또한, PER2의 양이 낮에는 증가하고 밤에는 감소하기 때문에 하루 중 언제 투약하느냐에 따라 약효가 바뀜을 이용해 환자마다 적절한 투약 시간을 찾아 최적의 치료 효과를 가져오는 시간요법(Chronotherapy)를 개발했다.
김재경 교수는 “수학이 실제 의약학 분야에 이바지해 우리가 좀 더 건강하고 행복한 삶을 살 수 있는데 도울 수 있어 행복한 연구였다”라며 “이번 성과를 통해 국내에선 아직은 부족한 의약학과 수학의 교류가 활발해지길 기대한다”라고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. 김재경 교수 연구팀 성과 개념도
그림2. 맞춤형 시간 치료법 (Chronotherapy) 개념도
2019.07.09
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이병주 교수, 게임의 랙 현상 해소 기술 개발
〈 이병주 교수, 이인정 박사과정 〉
우리 대학 문화기술대학원 이병주 교수와 핀란드 알토 대학교(Aalto Univ) 공동 연구팀이 게임의 겉보기 형태를 변화시켜 게임 내 레이턴시 효과, 일명 랙(lag)을 없앨 수 있는 기술을 개발했다.
이인정 박사과정이 1 저자로 참여하고 알토대학교 김선준 연구원이 공동으로 개발한 이번 연구는 지난 5월 4일 열린 인간-컴퓨터 상호작용 분야 최고권위 국제 학술대회 CHI 2019(The ACM CHI Conference on Human Factors in Computing Systems)에서 풀 페이퍼로 발표됐다. (논문명 : Geometrically Compensating Effects of End-to-End Latency in Moving-Target Selection Games)
레이턴시는 장치, 네트워크, 프로세싱 등 다양한 이유로 인해 발생하는 지연(delay) 현상을 말한다. 사용자가 명령을 입력했을 때부터 출력 결과가 모니터 화면에 나타날 때까지 걸리는 지연을 엔드-투-엔드 레이턴시(end-to-end latency)라 한다.
상호작용의 실시간성이 중요한 요소인 게임 환경에서는 이러한 현상이 플레이어의 능력에 부정적 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 레이턴시가 있는 게임 환경에서도 플레이어의 본래 실력으로 게임을 할 수 있도록 돕는 레이턴시 보정 기술을 개발했다. 이 기술은 레이턴시의 양에 따라 게임의 디자인 요소, 즉 장애물의 크기 등의 형태를 변화시킴으로써, 레이턴시가 있음에도 레이턴시가 없는 것처럼 느껴지는 환경에서 플레이할 수 있다.
연구팀은 레이턴시가 플레이어에 미치는 영향을 분석해 플레이어의 행동을 예측하는 수학적 모델을 제시했다. 시간제한이 있는 상황에서 게임 플레이를 위해 버튼 입력을 해야 하는 ‘움직이는 타겟 선택’ 과업에 레이턴시가 있을 때 사용자의 성공률을 예측할 수 있는 인지 모델이다.
이후에는 이 모델을 활용해 게임 환경에 레이턴시가 발생할 경우의 플레이어 과업 성공률을 예측한다. 이를 통해 레이턴시가 없는 환경에서의 플레이어 성공률과 비슷한 수준으로 만들기 위해 게임의 디자인 요소를 변형한다.
연구팀은 ‘플래피 버드(Flappy Bird)’라는 게임에서 기둥의 높이를 변형해 레이턴시가 추가됐음에도 기존 환경에서의 플레이 실력을 유지함을 확인했다. 연구팀은 후속 연구를 통해 게임 속 장애물 등의 크기를 변형함으로써 레이턴시를 없애는 등의 확장 연구를 기대하고 있다.
이 교수는 “이번 기술은 비 간섭적 레이턴시의 보정 기술로, 레이턴시의 양만큼 게임 시계를 되돌려 보상하는 기존의 랙 보상 방법과는 다르게 플레이어의 게임 흐름을 방해하지 않는 장점이 있다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업(프로게이머 역량 극대화를 위한 게임 입력장치의 설계 최적화) 및 KAIST 자체 연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 게임의 겉보기 형태를 변화시킴으로써, 플레이어가 제로 레이턴시 환경과 레이턴시가 있는 환경에서 같은 실력을 유지
2019.07.02
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예종철 교수, 국제자기공명의과학회(ISMRM)에서 기조강연
〈 예종철 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 교수가 5월 14일 캐나다 몬트리올에서 열린 제27회 ‘국제자기공명의과학회(ISMRM, International Society for Magnetic Resoance in Medicine) 연차 총회에서 기조 강연을 했다.
’의료인공지능(Machine Learning for Medical Imaging)‘을 주제로 강연을 한 예종철 교수는 인공지능을 이용한 고속 MRI 획득 및 복원 기술의 연구를 소개하고, 인공지능 블랙박스를 해석하기 위한 수학적 이론을 발표했다.
ISMRM 연차 총회는 전 세계 수 천명의 과학자와 의사들이 참여하는 자기공명영상(MRI) 분야 최대 학회이다.
예 교수는 방사선학 분야 대표 언론 AuntMinnie.com과 총회 이후 진행된 인터뷰를 통해 “인공지능이 단지 진단의 영역을 넘어 기존에 불가능했던 고화질의 영상을 만들어 의사들의 진단을 더욱 정확하게 하는 새 방향으로 급격히 발전하고 있다”라고 말했다.
2019.05.22
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2019 KAIST 교육혁신의 날 개최
우리대학이 10일 대전 본원 학술문화관(E9) 5층 정근모컨퍼런스홀에서 ‘제1회 2019 KAIST 교육혁신의 날(KAIST Education Innovation Day)’을 개최한다.
이 행사는 KAIST가 교육 혁신을 이룬 교원을 포상하고 격려하며, 우수 사례를 학내 구성원 및 외부와의 공유를 통해 교육 혁신의 가치를 확산하기 위해 올해 처음으로 만들었는데 KAIST 동문장학재단 임형규 이사장과 발전재단 이수영 회장이 기부한 기금이 밑거름이 됐다.
KAIST 관계자는 “4차 산업혁명 시대를 선도할 수 있는 역량 있는 인재 육성과 교육 혁신에 대한 필요성이 증대되는 시대적 요구를 반영해 KAIST 교육혁신의 날을 제정, 시행키로 했다”고 말했다.
KAIST 핵심가치인 창의·도전·배려정신을 함양한 인재양성, 융·복합 교육 및 메타지식 확산 등에 기여한 교원에게 수여하는 ‘링크제니시스 베스트 티처 어워드(LINKGENESIS Best Teacher Award)’ 대상에는 이태억 교수(산업및시스템공학과)가 선정됐다. 우수상은 한순규 교수(화학과)와 김영철 교수(원자력및양자공학과)가 받는다.
이와 함께 최근 5년 이내에 에듀케이션 4.0과 KAIST MOOC(온라인 공개강좌)에 참여하고 교수법 혁신 및 교육 기부를 통한 사회공헌 등으로 KAIST의 교육수준 향상에 기여한 교원에게 주는 ‘이수영 교수학습혁신상’ 대상에는 문일철 교수(산업및시스템공학과)가 선정되었으며 박성홍 교수(바이오및뇌공학과)와 이재우 교수(생명화학공학과)가 각각 우수상을 수상한다.
(좌) 링크제니시스 베스트 티처 어워드(LINKGENESIS Best Teacher Award) 대상 수상자 이태억 교수
(우) 이수영 교수학습혁신상 대상 수상자 문일철 교수
대상 수상자 2명에게는 각각 1천만 원, 우수상 수상자 4명에게는 각각 5백만 원의 상금이 수여된다.
이날 행사에서는 이들 수상자 6인의 교육 혁신 사례와 함께 미래 대학의 성공적인 모델로 최근 급부상 중인 미네르바 스쿨의 켄 로스(Kenn Ross) 아시아 총괄 디렉터를 특별연사로 초청해 글로벌 교육 혁신 사례를 생생하게 듣는 자리도 마련돼 있다.
신성철 총장은 “교육 혁신을 통해 4차 산업혁명을 선도할 창의(Creativity), 협업(Collaboration), 융합(Convergence), 배려(Caring)의 ‘4C’인재를 양성해 세계 과학기술 발전에 선도적 역할을 담당하고, 국가와 인류 번영에 기여할 수 있길 기대한다”고 강조하고 수상자들을 격려했다.
2019.05.09
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백형렬 교수, 2018 상산젊은수학자 상 수상
〈 백 형 렬 교수 〉
우리 대학 수리과학과 백형렬 교수가 대한수학회가 주관하는 ‘2018년 상산젊은수학자 상’ 수상자로 선정됐다.
시상식은 지난 5일 서울 코엑스에서 대학수학회와 독일수학회가 공동으로 주관하는 국제학술회의에서 열렸다.
상산젊은수학자 상은 박사학위 취득 후 5년 이내의 우수 신진 연구자에게 주어지는 상으로 백 교수는 기하위상수학의 주요 업적들을 바탕으로 향후 해당 분야를 주도할 연구자로 평가받아 수상했다.
백 교수는 저차원 위상수학, 기하위상수학, 기하군론 등의 분야에서 활발히 연구하고 있다. 특히 박사학위 연구로 쌍곡곡면군을 완전히 특정짓는 새 기준을 발견하고 이를 토대로 3차원 쌍곡다양체군의 성질에 대한 추론을 제시했다.
최근에는 미국 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스의 에릭 샘퍼튼(Eric Samperton) 박사와 공동으로 ‘그룹의 불변 원형 순서들로 이뤄진 위상공간(Spaces of invariant circular orders of groups)’이라는 주제의 논문을 발표했다.
이 논문은 2018년 유럽 수학회에서 발간하는 저명한 국제 학술지 ‘그룹, 지오메트리, 다이나믹스(Groups, Geometry, and Dynamics)’에 게재됐다. 이후 군의 원형질서에 대한 많은 연구자들의 후속 연구가 이어져 새 연구 분야를 개척한 것으로 주목받았다.
백 교수는 “이렇게 큰 상을 주셔서 무척 기쁘고 감사하다. 시상식에서 딸에게 자랑스러운 아빠의 모습을 보여줄 수 있어서 행복했다. 기대에 부응해서 앞으로도 좋은 연구로 보답하고 싶다”고 말했다.
2017년부터 수리과학과 교수로 재직 중인 백형렬 교수는 수리과학과 학부를 졸업한 후 미국 코넬 대학교에서 박사학위를 받고, 2년 6개월 동안 독일의 본(Bonn) 대학에서 연구원으로 재직했다.
부임 첫 해인 2017년 포스코 사이언스 펠로우, 삼성미래기술육성재단 연구과제에 선정되는 등 우리나라를 빛낼 젊은 과학자로 주목받고 있다.
2018.10.29
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조광현 교수, 섬유아세포 과활성 유발 분자피드백 회로 규명
〈 조 광 현 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 삼성병원 김석형 교수 연구팀과 공동연구를 통해 섬유증 및 암 악성화의 원인이 되는 섬유아세포 과활성을 유발하는 분자피드백 회로를 최초로 규명했다.
신동관 박사와 안수균 학생 등이 함께 참여한 이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 8월 1일자 온라인 판에 게재됐다.
( https://www.nature.com/articles/s41467-018-05274-6 )
인간의 섬유아세포는 대부분의 정상조직에 비활성화된 상태로 존재하다가 상처회복을 위해 필요할 때 급진적으로 활성화된다. 하지만 이러한 급진적 활성화가 유발되는 원리는 아직 밝혀지지 않았다.
조광현 교수 연구팀은 삼성병원 김석형 교수팀과 공동연구를 통해 Twist1, Prrx1, TNC 분자들이 연쇄적으로 활성을 유발하는 양성피드백회로를 구성함으로서 그와 같은 급진적인 섬유아세포의 활성을 유발한다는 것을 분자생물학실험과 수학모델링, 컴퓨터시뮬레이션 분석, 그리고 동물실험과 임상데이터 분석을 통해 밝혔다.
활성화된 섬유아세포는 상처가 치유된 뒤 다시 비활성화된 상태로 전환돼야 하는데 이 때 피드백회로가 계속 작동하면 섬유증의 발생이나 암 악성화의 원인이 된다.
따라서 이번에 밝혀낸 Twist1-Prrx1-TNC 분자피드백회로는 섬유증과 암의 새로운 치료 타겟으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
□ 그림 설명
그림1. 섬유아세포의 급진적 활성화를 유발하는 Twist1-Prrx1-TNC 분자피드백회로 규명 과정
그림2. 정상적인 섬유아세포의 활성화 조절과 피드백회로의 비가역적 활성화에 따른 비정상적인 섬유아세포 활성화 조절과정의 비교
2018.08.10
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기술경영전문대학원 출간 도서, 우수학술도서 선정
우리 대학 기술경영전문대학원에서 출간한 ‘스마트 테크놀로지의 미래’가 2017년 대한민국학술원 우수학술도서에 선정됐다.
스마트 테크놀로지의 미래는 기술경영전문대학원 권영선 원장을 필두로 재학생 및 졸업생 18명이 모여 연구회를 통해 1여 년 간 집필한 서적이다.
이 책은 자연과학분야 우수학술도서 73권중 한권에 포함돼 400여 개 대학도서관에 보급될 예정이다.
스마트 테크놀로지의 미래는 학생들이 재학기간 배운 기술 기반 혁신에 대한 지식과 직장생활을 통해 쌓은 실무지식과 경험을 토대로 정보통신 기술 기반 혁신의 원천과 대표적 사례 및 양상, 분야별 이슈에 대한 심도 깊은 논의와 정책제언을 담은 책이다.
대한민국학술원은 기초학문분야의 연구 및 저술활동 활성화를 도모하기 위해 매년 인문학, 사회과학, 한국학, 자연과학 등 4개 분야에서 우수 학술도서를 선정해 전국의 대학 및 연구소 등 주요기관에 보급하고 있다.
올해는 인문학 분야 79종, 사회과학분야 95종, 한국학 40종, 자연과학 73종 등 총 287종이 선정됐다.
권영선 원장은 “제4차 산업혁명의 시작인 현재 시점에서 각 산업 분야에서 진행되는 혁명적 변화를 목격하고 몸으로 느끼고 불확실성 속에서 참여해 만들어 가고 있는 우리 인재들이 저술한 책이다”고 말했다.
또한 “다양한 구조적 변화현상을 소개하면서도 그 원천을 잘 설명하고 있다. 그 어느 때보다 높은 불확실성을 안고 살아가는 독자들에게 이 책은 미래를 내다볼 수 있는 지혜의 창문 역할을 할 것이다” 고 말했다.
2017.06.08
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이지운 교수, 대한수학회 '2017년 논문상' 수상
우리대학 수리과학과 이지운 교수가 대한수학회가 주는 ‘2017년 논문상’수상자로 선정됐다. 이지운 교수는 준 인(Jun Yin) 美 위스콘신 대학교 교수와 공동저자로 ‘위그너 행렬에서 끝 보편성이 성립할 필요충분조건 (A necessary and sufficient condition for edge universality of Wigner matrices)’이라는 주제의 논문을 발표했는데 해당 논문은 2014년 美 듀크 대학이 출간하는 Duke Math 저널에 게재됐다.
이 교수는 이 논문에서 위그너 행렬의 최대 고유치가 Tracy-Widom 분포로 수렴할 필요충분조건을 찾아냈다. 이 결과는 랜덤행렬 이론분야에서 지난 수십 년간 연구되어 온 난제 중 하나를 해결한 것으로 해당 학문 분야의 발전에 기여한 공로를 인정받아 수상자로 선정되는 영예를 안았다. 시상식은 대한수학회 학술기간 중인 4월 29일(土) 오후 6시 조선대학교 전자정보공과대 IT홀에서 개최된다.
이지운 교수는 서울대에서 물리학과와 수학과를 졸업한 후 미국 하버드대에서 박사학위를 받고 지난 2010년부터 KAIST 수리과학과 부교수로 재직 중이다. 2014년 ‘포스코 사이언스 펠로’로 선정됐으며 대한수학회가 선정한 ‘상산젊은수학자상’을 수상하는 등 한국을 빛낼 젊은 과학자로 주목받고 있다.
2017.04.27
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최건호 교수, 네이버 커넥트재단 초청 '금융속의 확률' 강연 실시
〈 최 건 호 교수 〉
우리 대학 수리과학과 최건호 교수가 지난 3월 30일 네이버 본사 그린팩토리 강당에서 '금융 속의 확률'이라는 제목으로 강연을 했다.
최 교수는 네이버 커넥트 재단 초청을 통해 이번 릴레이 강연에 합류했다.
옵션 이론을 중심으로 일반인을 대상으로 질문 시간을 포함 두 시간 진행된 강연은 수학의 대중화을 목표로 하는 커넥트 재단이 매달 개최하는 강연 가운데 하나이다.
강연 동영상은 커넥트재단 홈페이지에서 찾아볼 수 있다. 끝.
http://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=6757447&memberNo=23260204&navigationType=push
2017.04.21
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김형준 교수, 신혜영 박사, 에쓰-오일 우수학위 논문상 수상
우리 대학 EEWS대학원 신혜영 박사와 지도교수 김형준 교수가 지난 11월 29일 제6회 에쓰-오일 우수학위 논문상 시상식에서 화학 분야 대상을 수상했다.
에쓰-오일 우수학위 논문상은 2011년 제정돼 한국과학기술한림원과 한국대학총장협회의 추천으로 우수 연구자를 선정해 연구비를 후원하고 있다.
에쓰-오일과학문화재단이 주최한 제6회 에쓰-오일 우수학위 논문상은 수학, 물리학, 화학, 생물학, 지구과학 등 5개 기초과학 분야의 젊은 과학자 10명을 선정해 시상했고 총 연구지원금 2억 7500만원을 상금으로 수여했다.
화학 분야 대상을 수상한 신혜영 씨는 "이론 화학을 기반으로 촉매 연구에 전념해 왔는데 에쓰-오일 우수학위 논문상이라는 큰 상을 받게 돼 노력을 인정받은 것 같아 무척 기쁘다"며 "앞으로도 촉매 시스템 내의 다른 변수들을 통합적으로 고려한 촉매 설계 연구에 정진하겠다"고 말했다.
2016.12.23
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김재경 교수, 수학 통해 암과 생체시계의 핵심 연결고리 발견
〈 이번 연구에 참여한 김재경 교수와 버지니아 공대 연구팀 〉
우리 대학 수리과학과 김재경 교수가 미분방정식을 이용한 수학적 모델링을 통해 생체시계가 암 억제 핵심 물질인 p53을 24시간 주기로 변화시키는 원리를 예측했다.
그리고 김재경 교수의 수학적 모델링은 미국 버지니아 공대 칼라 핀키엘스타인(Carla Finkielstein, 아르헨티나) 교수 연구팀의 실험을 통해 검증돼 생체시계와 암 사이에 중요한 연결고리가 있음이 증명됐다.
이번 연구 결과는 미국의 저명 학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 11월 9일자 온라인 판에 게재됐다.
뇌 속의 생체 시계는 우리가 24시간 주기에 맞춰 살 수 있도록 행동과 생리작용을 조절한다. 밤 9시가 되면 뇌 속의 멜라토닌 호르몬이 분비를 유발해 일정 시간에 수면을 취하게 하는 등 세포분열부터 운동 및 학습 능력 등 다양한 생리 작용에 관여한다.
만성적 야근, 교대 근무 등으로 인해 생체 시계와 실제 시간이 충돌해 생체 시계의 교란이 생기면 당뇨, 암, 심장병 등 다양한 질병을 유발할 수 있다.
지난 2014년 김 교수가 버지니아 공대의 칼라 핀키엘스타인 교수 연구팀과 만났을 때 핀키엘스타인 교수 연구팀은 암 억제물질인 p53이 24시간을 주기로 변화함을 관찰했지만 어떤 원리로 생체시계가 p53의 24시간 주기 리듬을 만들어내는지는 알지 못하는 상태였다.
p53이 세포의 조절 시스템 중에서도 매우 복잡한 시스템으로 구성돼 실험만을 통해 원리를 밝혀내기엔 많은 시간과 인력이 소모되기 때문이다.
김 교수는 문제 해결을 위해 수리모델링을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 수백만 경우의 가상 실험을 실시했다. 시행착오에 기반한 전통적 실험 대신 수리모델을 이용함으로써 비용, 시간, 인력 등을 줄일 수 있었다.
김 교수는 이 과정에서 생체 시계의 핵심 역할을 하는 물질인 Period2 단백질이 p53의 생체리듬과 깊은 관련이 있음을 밝혔다. 세포는 크게 핵과 세포질 두 가지 성분으로 나뉜다. p53은 핵과 세포질에 모두 존재할 수 있는데 이 중 핵 안으로 p53이 들어가면 안정화돼 분해가 느리게 일어난다.
김 교수는 p53 단백질을 핵 안으로 끌고 들어가는 물질이 생체 시계의 핵심 역할을 하는 Period2 단백질임을 예측했다.
이러한 김 교수의 수리모델을 통한 예측들은 핀키엘스타인교수 연구팀에 의해서 실험으로 검증돼 생체시계와 암 사이의 핵심 연결 고리를 발견할 수 있었다.
이번 연구는 p53 단백질을 정상화하는 수많은 항암제들이 투약 시간에 따라 효과가 달라졌던 원인을 규명하고 최적의 항암제 투약 시간을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
연구팀은 생체시계가 불안정한 교대 근무 직종 종사자들이 암 발병 확률이 높아지는 원인 규명 및 치료법 개발에 역할을 할 것으로 예상된다고 밝혔다.
김 교수는 “간호사, 경찰 등 교대 근무로 인해 고생하시는 분들이 좀 더 건강한 생활을 할 수 있도록 수학을 통해 조그만 기여를 하게 돼 기쁘다”며 “이번 성과를 통해 우리나라에서 아직은 부족한 생물학과 수학의 교류가 활발해지길 기대한다”고 말했다.
미국 버지니아 공대와 공동으로 진행한 이번 연구는 포스코 청암 재단, 미국과학연구재단, 한국연구재단의 신진연구자 지원 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 수학과 실험을 통해서 밝혀진 생체시계의 핵심 단백질 Period2(Per2)와 암 억제 핵심 물질인 p53의 복잡한 상호작용
그림2. 이번 연구에서 사용된 수리모델의 일부
2016.11.10
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