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손상된 DNA의 돌연변이 수리과정 규명
- DNA 손상을 복구하는 암 관련 핵심 효소 ATM의 조절 메커니즘 밝혀 -
우리 학교 생명과학과 최광욱 교수와 홍성태 박사 연구팀은 생체정보를 저장하는 DNA가 손상됐을 때 이를 수리하는 핵심효소의 기능에 필수적인 단백질 ‘ATM(Ataxia telangiectasia mutated)’의 작동 메커니즘을 규명했다.
연구결과는 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’ 19일자 온라인판에 게재됐다.
인간을 포함해 DNA를 갖고 있는 모든 생명체는 자신의 DNA정보를 지키기 위해 끊임없이 노력하고 있으며 이들이 살아가고 있는 자연환경에는 DNA를 손상시킬 수 있는 수많은 요소들이 존재한다.
예를 들면, 우리가 매일 섭취하는 음식물속에 들어있는 탄화물질이나 건물의 시멘트에서 나오는 라돈과 같은 방사선 물질, 강한 태양빛에 포함된 자외선 등 수많은 발암물질들과 함께 살아가고 있다.
생명체는 발암물질들로부터 DNA정보를 일정하게 유지하기 위해 복잡하고 정교한 DNA 수리작업을 항상 수행하고 있는데 이 과정에서 ‘ATM’이라고 하는 DNA 손상복구 단백질이 핵심적인 역할을 한다. 따라서 ATM이 제대로 작동하지 않으면 암 발병 확률이 높아진다.
지금까지 학계에서는 TCTP(Translationally controlled tumor protein)라는 단백질이 ATM의 기능을 조절하는데 중요할 것이라고 추정해 왔다. 그러나 이에 대한 주된 연구결과가 배양된 세포수준에서 확인했기 때문에 정확히 어떠한 방식으로 TCTP가 ATM의 기능을 조절하는지 알 수 없었다.
연구팀은 TCTP에 결합하는 아미노산 조각의 정보를 활용해 TCTP가 ATM과 결합을 할 수 있고, 다양한 분자생화학적인 방법들을 이용해 TCTP가 ATM의 효소기능을 높여준다는 사실을 밝혀냈다.
이와 함께 분자 유전학의 모델동물로 널리 사용되는 초파리를 이용해 TCTP와 ATM이 방사선에 의해 손상된 DNA를 수리하는데 매우 중요한 역할을 하고 있다는 점도 규명했다.
이를 통해 연구팀은 TCTP가 세포배양 수준은 물론 고등생명체에서도 DNA 정보를 일정하게 유지하는데 중요한 역할을 하며, TCTP가 ATM의 기능을 조절하는 방법에 대한 중요하고 구체적인 단초를 제시했다.
최광욱 교수는 이번 연구에 대해 “초파리 모델동물을 이용한 기초연구가 암 등 질병의 과정을 이해하고 치료방법을 개발하는데 중요한 기여를 할 수 있음을 보여주는 좋은 사례”라고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약 연구)과 일반연구자지원(대통령포스닥펠로우십)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 보충자료
1. ATM(Ataxia telangiectasia mutated)ATM 유전자의 이상은 Louis-Bar syndrome 이라는 희귀 퇴행성 신경질환을 유발하는 것으로 알려져 있다. 운동기능이상, 눈의 흰자위나 피부에 비정상적으로 나타나는 혈관 확장, 약화된 면역반응, 혈액암 (림프종, 백혈병) 과 같은 질병증상을 추가로 일으킬 수 있다. ATM 유전자는 인산화 효소(kinase)의 기능을 가지고 있으며, ATM 단백질은 DNA의 이중나선이 모두 끊어질 경우, 이를 연결하는데 중요한 역할을 수행한다.
2. TCTP(Translationally controlled tumor protein)1988년 처음으로 발견된 단백질로, 이 유전자의 이름은 종양 세포에서 그 양이 비정상적으로 많아지기 때문에 붙여졌다. 그 기능이 본격적으로 밝혀진 것은 2000 초반부터이며, 세포의 생존과 성장에 중요한 역할을 한다. 최근에서야 DNA 정보를 유지하는데 중요하다는 것이 밝혀졌다.
3. Nature communcations네이처를 출간하는 Nature Publishing Group (NPG)에서 발간하는 온라인 전용 과학저널. 생물학, 물리학, 화학, 공학, 천문학, 고고학 등 다양한 분야의 수준 높은 과학연구 주제를 다루고 있다. 2012년을 기준으로 하는 SCI (Science citation index, 과학분야 인용지수)는 10.015 이다.
4. 초파리1900년대 초반, Charles W. Woodworth, William E. Castle, Thomas H. Morgan등이 멘델유전학을 연구하기 위해 처음으로 사용하기 시작한 모델 동물. 진핵세포에서 일어나는 생명현상을 연구하기 위해 오랫동안 사용되어온 대표적인 모델 동물이다.
□ 그림설명
그림1. TCTP단백질의 양이 줄어들면 방사능에 의해 쉽게 초파리 눈 세포의 형태가 비정상적으로 변형된다. (화살촉). Scale bars = 200mm
그림2. TCTP 단백질의 양이 줄어들면, 방사능에 의해 초파리의 염색체가 쉽게 끊어진다 (화살촉 표시). Scale bars = 10 mm.
그림3. TCTP와 ATM의 유전자발현이 줄어들면 눈의 정상적인 발생에 큰 결함이 생긴다.(왼쪽 : 초파리의 정상적인 눈, 오른쪽 : 성장이 결핍된 눈)
그림4. ATM은 끊어진 DNA의 위치를 표시하며, TCTP는 이 작용이 원활히 일어나도록 돕는다. 세포 핵 안에 들어있는 DNA(파란 선)는 히스톤 단백질(녹색 원통)에 감겨있다. DNA가 끊어지면(붉은 번개표시) 끊어진 자리에 ATM 단백질이 인산기(P)를 부착한다. 다양한 DNA 수리 단백질들은 이 인산기를 DNA에 수리가 필요하다는 신호로 인식하고 모여든다.
2013.12.20
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장석복 교수, 2013년도 14회 한국과학상 화학분야 수상
우리 학교 화학과 장석복 교수가 미래창조과학부와 한국연구재단이 주최하는 "2013년도 제14회 한국과학상" 화학 분야 수상자로 선정됐다.
한국과학상은 자연과학 분야의 주요 원리를 규명해 세계 정상 수준의 탁월한 연구업적을 이룩, 과학기술 발전에 크게 기여한 인물을 포상하고자 1987년 제정된 대통령상으로, 한국공학상과 함께 매년 3명씩 격년제로 수상자를 선정한다.
□ 주요업적 : 탄소수소 활성화 촉매반응 개발
장석복 교수는 유기분자의 탄소-수소결합 활성화과정 메카니즘을 연구하여 이를 기반으로 저반응성 화합물에 유용한 작용기를 직접 도입할 수 있는 새로운 형태의 전이금속 촉매반응을 개발하는 등 유기화학 관련분야에서 선도적인 연구업적을 성취하였다 (120여편의 논문발표, 8,400회의 피인용수).
탄화수소는 자연에 대량 존재하고 있으나 온화한 조건에서는 그 반응성이 낮아 합성의 원료물질로 이용되기 어렵다. 또한 금속촉매를 매개로 하는 저반응성 분자의 탄소-수소결합 활성화 과정에 대한 경로가 충분히 밝혀지지 않아 탄화수소 기반 유기반응의 개발이 아직 초기단계에 머물고 있다.
더구나 금세기 안에 화석연료의 고갈이 예상되어 이를 기반으로 하는 현재의 원료화합물 공급원을 향후에는 무엇으로 대체할 것인가는 매우 중대한 과학적/산업적 이슈이다.
이러한 관점에서 장석복 교수는 저반응성 탄화수소 유기분자의 탄소-수소결합 활성화 과정에 대한 연구를 수행하여 전이금속을 매개로 하는 활성화 메카니즘을 규명할 수 있었으며 이를 기반으로 유기분자에 유용한 작용기를 직접 도입시킬 수 있는 온화한 반응조건과 효율적이며 선태적인 촉매시스템을 개발하였다.
이를 활용한 다양한 응용연구가 가능해 향 후 유기합성, 의약화학, 재료과학등의 여러 분야에서 중요한 반응 수단으로 이용될 것으로 예상된다.
장석복 교수는 2012년 12월 기초과학연구원(IBS)의 “분자활성 촉매반응 연구단”의 연구단장으로 선정되어 현재 이 연구단(KAIST 캠퍼스)에서 관련주제의 기초연구를 수행하고 있다.
2013.12.19
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이장무 前 서울대 총장, KAIST 신임 이사장에 선임
우리 학교는 지난 11월 20일 서울 반포동 JW메리어트호텔 3층 회의실에서 제227회 임시 이사회를 개최하고 신임 이사장에 이장무(李長茂, 68) 前 서울대 총장을 선임했다.
임기는 미래창조과학부 장관의 승인을 받은 11월 29일부터 3년간이다.
이 이사장은 1976년 7월부터 서울대 기계항공공학부 조교수, 부교수, 교수를 거쳐 2006년 7월부터 4년간 제24대 서울대 총장을 지냈다.
또 국가과학기술자문위원, 산업기술평가원 이사장, 대한기계학회장, 과학기술단체총연합회 부회장, 대법관제청자문위원회 위원장, 대학교육협의회 회장 등을 역임하고 올 7월부터는 국가과학기술심의회 민간위원장을 맡고 있다.
2013.12.02
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천연물 원천기술 개발 본격화 … "유전자 동의보감 사업단’ 개소식
- 전통 천연물을 활용한 의약 • 식품 원천기술 개발 본격화
- 사업기간 10년 총사업비 1,500억 이상 투입해 원천기술 개발
- 26일 오후 3시 정문술 빌딩 1층 드림홀에서 개소식 열어
전통 천연물을 활용해 의약 ‧ 식품 원천기술을 개발하는 연구가 본격화 된다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 이도헌 교수가 단장으로 있는 유전자동의보감사업단이 11월 26일 오후 3시 대전 본원 정문술 빌딩 1층 드림홀에서 개소식을 개최했다.
이날 개소식에는 미래창조과학부 임요업 미래기술과장을 비롯해 한국연구재단, KAIST, 한국과학기술연구원, 서울대, 연세대 등 산학연 과학기술 전문가 200여명이 참석했다.
동 사업단은 경험적으로 효능이 입증된 전통천연물을 첨단 바이오기술로 재해석하고 그 활용방법을 연구해 삶의 질을 높이는 한편, 전통천연물을 이용한 융․복합 원천기술을 개발하기 위해 설립됐다.
사업단은 향후 10년 동안 1500억원 이상의 연구비를 투입해 효능 해석기술․ 분석기술 ․검증기술 ․바이오 마커 기술 ․인체효능 검증기술 등 5대 기술을 단계별로 개발해 천연물 원천기술을 확보 할 예정이다.
특히, 가상인체 컴퓨터모델과 오믹스를 활용해 전통 천연물의 복합성분이 인체에 어떻게 작용하는 가를 분석하는 원천기술과 헬스케어 신소재 발굴에 집중할 계획이다.
이번 연구사업은 전통천연물 소재의 효능을 첨단과학으로 규명하는 원천기술을 개발해 바이오산업의 기술경쟁력 확보는 물론 세계 천연물 소재 시장을 선도할 새로운 아이템을 만들어 낼 것으로 기대된다.
이도헌 KAIST 바이오및뇌공학과 교수 겸 유전자동의보감사업단장은 “컴퓨터 가상인체를 이용한 IT-BT기술융합으로 원천기술을 개발해 천연물 의약품․기능성 식품 관련 산업체와 협력 체제를 적극 추진할 예정”이라며 “이를 통해 신산업 창출은 물론 맞춤형 의료 실시가 가능해질 것으로 전망 된다”라고 말했다.
동 사업에는 KAIST, 한국과학기술연구원, 서울대, 연세대 등 총 12개 기관 최고 전문가 200여명이 연구개발에 참여하고 있으며, 향후 해외연구기관, 관련 기업 등으로 연구 참여범위를 넓혀 나갈 계획이다.
※ 용어설명
주) 오믹스(Omics)란 특정 세포 속에 들어 있는 생리현상과 관련된 대사에 대한 대량의 정보(전사체, 단백질체, 형질체 등)를 통합적으로 분석하여 생명현상을 밝히는 학문임.
2013.11.26
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'따뜻한 사회'를 위한 과학기술 국제 컨퍼런스
- 사회문제 해결을 위한 과학기술의 역할과 미래 정책 방향 논의
- 28일 서울 엘타워 6층 그레이스홀에서
사회문제 해결을 위한 과학기술의 역할을 논의하는 자리가 마련된다.
우리 대학은 28일 오전 9시 서울 엘타워 6층 그레이스홀에서 해외사회기술자문단 ․ 국내 사회기술 전문가 등 300여명이 참석한 가운데 ‘2013 따뜻한 사회를 위한 과학기술 국제컨퍼런스’를 개최한다.
이번 컨퍼런스에서는 사회적 문제 해결을 위한 다양한 R&D 정책과 기술이 소개되고, 과학기술의 발전방향에 대한 전문가 토론이 진행된다.
첫 연설자로 나선 와타나베 야스시 일본 사회기술연구개발센터 디렉터가 ‘따뜻한 사회를 위한 과학기술 패러다임의 변화’를 주제로 사회적 이슈 해결을 위한 과학기술 중요성을 소개한다.
이어 오스트리아 비엔나공대 적정기술연구소(GrAT) 로버트 윔머 박사가 "지속가능한 사회를 위한 수요자 중심의 디자인과 해결책"을 주제로 강연한다.
또 일본 플래티넘사회연구회와 미국 플로리다대도 각각 ‘플레티넘 비전 소개’와‘생애주기평가를 이용한 건조 환경에서 사회적 영향력 평가’를 주제로 발표한다.
이밖에 KAIST 학생단체인 아이시스츠(ICISTS) ․ 한국전자통신연구원· 한국화학연구원·한국기계연구원·한국생명공학연구원·한국생산기술연구원의 사회문제해결을 위한 R&D 발표, 사회적 과학기술창업 사례 발표 등이 이어진다.
한편, 이번 컨퍼런스는 미래창조과학부가 주최하고 KAIST ․ 한국연구재단 ․ 한국기계연구원 ․ 한국생명공학연구원 ․ 한국생산기술연구원 ․한국전자통신연구원 ․ 한국화학연구원이 공동 주관한다. 끝.
2013.11.26
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英 임페리얼 칼리지 런던과 연구·교육 협력 강화
- 11월 6일 임페리얼칼리지런던대에서 협력강화를 위한 양해각서 체결
KAIST가 QS 세계대학평가 5위 대학인 영국‘임페리얼 칼리지 런던’과 손잡고 연구 및 교육 분야 협력을 강화한다.
우리 대학은 지난 11월 6일 영국 임페리얼 칼리지 런던( 이하 ICL ‧Imperial College London)대학 가든룸에서 최문기 미래창조과학부 장관 ‧ 강성모 총장 ‧ 제임스 스털링(James Stirling) 교학부총장 등 양 대학 관계자 20여명이 참석한 가운데 ICL과‘교육과 과학기술 협력을 위한 양해각서’를 체결했다.
양 대학은 현재 공동연구가 진행되고 있는‘플라스틱 전자공학’과‘생명화학’분야 연구협력을 강화하는 한편, 향후 합성생물학 ‧ 대사공학 ‧양자물리학 ‧ 빅데이터 등의 분야에서도 공동연구를 진행하기로 합의했다.
협약식에 앞서 양 대학은 연구성과를 소개하는 자리를 가졌는데, KAIST는 ‘온라인 전기자동차’와‘미생물을 이용한 가솔린 생산 원천기술’을, ICL은‘투명망토’등을 각각 소개했다.
협약식에 참석한 최문기 미래창조과학부 장관은 축하 인사말에서“두 나라의 대표적인 연구대학이 학교차원의 공동연구와 함께 인적교류에도 적극 나서 활발한 협력을 보여줄 것을 기대한다”라고 말했다.
강성모 총장은“이번 협약은 기존의 학과차원의 소규모 협력을 넘어 첨단연구 분야에서 전반적인 협력이 강화되는 계기가 될 것”이라고 말했다.
한편, 임페리얼 칼리지 런던은 영국의 MIT로 불리며 과학과 공학 ‧ 경영학 ‧ 의학 분야에서 세계적인 명성을 얻고 있다. 현재까지 총 14명의 노벨상 수상자를 배출했으며 2013년‘QS 세계대학평가’5위, ‘THE 세계대학평가’10위를 기록했다. 끝.
2013.11.11
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대장균 이용한 페놀 생산 성공
- 세계 최초로 대장균 이용해 리터당 3.8g의 페놀을 24시간 내 생산 성공 -
우리 학교 이상엽 특훈교수팀은 대장균을 이용해 재생 가능한 바이오매스로부터 페놀(phenol)을 생산하는 원천기술을 개발해 바이오테크놀로지(Biotechnology) 11일자 온라인판에 게재됐다.
이 기술은 친환경적인 미생물 발효 공정을 통해 화학물질을 생산하는 대사공학·공정 기술을 기반으로 개발돼 국내·외 생명공학 및 산업기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.
페놀은 석유화학공정을 통해 연간 800만 톤 이상 생산돼 폴리카보네이트, 에폭시, 제초제 등 다양한 산업에 폭넓게 사용되는 화학물질이다.
페놀이 갖고 있는 미생물에 대한 독성으로 인해 미생물을 이용한 페놀의 생산에 대한 연구는 그동안 어려움이 많아 생산량이 리터당 1g 미만 수준으로 더 이상의 향상이 이루어지지 못하고 있는 실정이었다.
최근 다양한 대장균들의 유전적, 생리·대사적 차이점이 보고되고 있는데 이 교수 연구팀은 이에 주목해 18종의 다양한 대장균 균주에 대해 동시에 대사공학을 적용해 그 중 ‘BL21’ 이라는 대장균 균주가 페놀생산에 가장 적합하다는 것을 발견했다.
연구팀이 적용한 기술 중 ‘합성 조절 RNA 기술’은 기존의 유전자 결실 방법보다 월등히 빠른 시간에 대사흐름의 조절을 가능하게 하는 기술로써 이번 연구에서도 18종의 대장균에 대한 대사공학을 동시에 진행하는데 중요한 역할을 했다.
또 미생물을 이용한 페놀의 생산에 있어 가장 큰 걸림돌이 페놀의 독성인데 연구팀은 발효공정에서 페놀의 대장균에 대한 독성을 최소화 할 수 있는 이상발효 공정(biphasic fermentation)을 이용해 페놀의 생산량을 증가시킬 수 있었다.
이렇게 개발된 대장균 균주는 기존 균주에 비해 월등히 높은 생산량과 생산능력을 보였으며 이상 유가식 발효(biphasic fed-batch fermentation)에서 리터당 3.8g의 페놀을 24시간 내에 생산할 수 있었다.
즉, 대장균을 이용해 재생 가능한 바이오매스로부터 쉽게 얻어질 수 있는 포도당을 이용해 페놀을 생산할 수 있는 균주를 개발해 세계 최고의 페놀 생산능력을 보이는 균주를 개발했다.
김병진 박사는 “다양한 합성생물학 기술들을 기반으로 대장균을 개량해 페놀을 처음으로 생산했으며 가장 높은 농도와 생산성을 기록했다”며 “발효 공정의 개량을 통해 미생물에 독성을 지니는 화합물의 생산가능성을 보여줬다는데 커다란 의미가 있다”고 말했다.
KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 지도하에 김병진 박사, 박혜권 연구원이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 글로벌 프론티어사업 지능형 바이오시스템설계 및 합성연구단의 지원을 받아 수행됐다.
2013.10.30
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15일 ‘세계연구중심대학 총장회의’ 개최
연구대학의 역할을 새롭게 모색하고 과학기술 기반의 창조적 경제 모델을 논의하기 위해 전 세계 연구중심대학 총장들이 서울에 모인다.
KAIST는 15일 오전 9시 서울 웨스틴조선호텔 그랜드볼룸에서 ‘2013 세계연구중심대학 총장회의(2013 International Presidential Forum on Global Research Universities) ’를 개최한다
올해로 6회째 개최하는 이번 총장회의에는 미국 UC 어바인, 스위스 로잔공대, 독일 베를린공대, 이스라엘 공대, 일본 동경공대, 캐나다 워털루 대학 등 30개국 60여개 대학에서 120여명의 총장 ‧부총장 급 인사가 참여한다.
‘연구대학의 역할과 책임 : 지식창조 ‧ 기술이전 ‧ 기업가정신’을 주제로 개최되는 이번 회의는 ▲지식창조에 있어 대학의 역할 ▲기업가 정신과 대학주도의 기술이전 ▲고등교육과 전략적 지식창조 등 3개 세션으로 나눠 진행된다.
회의는 강성모 총장의 개회사에 이어 경제부총리를 역임한 강경식 국가경영전략연구원 이사장과 이상목 미래창조과학부 1차관의 축사 순으로 진행된다.
첫 기조연설자로 나선 패트릭 애비셔(Patrick Aebischer) 스위스 로잔공대 총장은 ‘디지털 과학시대에서 신지식 창조’ 에 관한 주제발표에서 공개 온라인 연구(Massive Open Online Research)와 빅 데이터 연구가 대학의 미래 연구방향을 크게 변화 시킬 것이라는 점에 대해 발표한다.
이어 마이클 드레이크(Michael Drake) UC 어바인 총장이‘혁신엔진으로서의 대학’에 관한 주제발표에서 대학에서 나온 기초와 응용연구를 잘 활용하는 국가가 경제적‧기술적 진보를 이룬다는 점을 역설 할 예정이다.
이밖에 요르크 스타인바흐(Jorg Steinbach)독일 베를린 공과대학 총장은 ‘최근 10년간 독일과 베를린 공대에서의 기업가 정신의 진보’ 에 관한 주제 강연에서 독일 대학들이 대학 경쟁력 강화 방안으로 기업가정신의 중요성을 인식하기 시작했다는 점을 설명할 예정이다.
강성모 KAIST 총장은 “연구대학은 국가의 지속가능한 경제성장을 위해 중요성이 점점 높아지고 있다”라며 “대학은 자신이 속한 사회의 발전과 전 지구적 문제 해결을 위해 어떻게 지식을 창조하고 활용할 것인가를 끝임 없이 고민해야 할 것” 이라고 말했다.
강 총장은 또 “이번 총장회의는 세계 유수기관들이 모여 새로운 지식을 창출하는 방법을 모색하는 자리로 산업계 ‧ 기업 ‧ 정부의 생산적인 협력모델이 무엇인지를 찾는 소중한 기회가 될 것“이라고 설명했다.
이번 총장회의는 미래창조과학부, 사우디 아람코, 삼성중공업, S-Oil, 엘스비어, 톰슨로이터가 후원한다.끝.
2013.10.13
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세계 최초로 미생물 이용 가솔린 생산
- 대장균의 지방산 대사회로를 대사공학적으로 개량하여 알코올, 디젤, 가솔린 생산 -
우리 학교 연구진이 세계 최초로 대사공학적으로 개발된 미생물을 이용하여 바이오매스로부터 가솔린(휘발유)을 생산하는 원천기술을 개발했다. 이 신기술은 나무 찌꺼기, 잡초 등 풍부한 비식용 바이오매스를 이용하여 가솔린, 디젤과 같은 바이오연료, 플라스틱과 같은 기존 석유화학제품을 생산할 수 있어 생명공학 등 관련 산업기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.
이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기) 글로벌프론티어사업의 차세대 바이오매스 연구단(양지원 단장)과 기후변화대응 기술개발사업의 지원으로 이상엽 특훈 교수팀이 진행하였으며, 연구결과는 네이처(Nature) 9월 30일(온라인판)에 게재되었다.
* 논문명 : Microbial production of short-chain alkanes
연구팀은 세포의 유전자를 조작하여 원하는 형태의 화합물을 대량으로 생산하도록 하는 기술인 대사공학을 이용하여 크래킹(cracking) 없이 세계 최초로 미생물에서 직접 사용가능한 가솔린을 생산하는데 성공했다.
* 크래킹 : 끓는점이 높은 중질유를 분해하여 원료유보다 끓는점이 낮은 경질유로 전환하는 방법
가솔린은 탄소수가 4~12개로 이루어진 사슬모양의 탄화수소 화합물로 그 동안 미생물을 이용하여 ‘짧은 사슬길이의 Bio-Alkane(가솔린)’을 생산하는 방법은 개발되지 않았다. 따라서 기존 기술은 추가적인 크래킹(cracking) 과정을 거치지 않고는 가솔린으로 전환할 수 없어 비용과 시간이 많이 소요되는 한계가 있었다.
* 2010년 미국에서 사이언스지에 발표한 미생물 이용 Bio-Alkane(배양액 1리터당 약 300mg)의 경우 탄소 사슬 길이가 13~17개인 바이오 디젤에 해당
연구팀은 대사공학기술을 미생물에 적용하여 지방산 합성을 저해하는 요소를 제거하고, 지방산의 길이를 원하는 목적에 맞게 조절할 수 있는 효소를 새롭게 발견하였으며, 개량된 효소를 도입하여 미생물에서 생산하기 어려운 길이가 짧은 길이의 지방산 생산에 성공하였다.
또한 세포내에 생산된 짧은 길이의 지방산 유도체로부터 가솔린을 생산할 수 있는 추가 대사반응과 생물체 내에 존재하지 않는 식물 유래의 신규 효소를 포함하는 합성대사경로를 도입하여 최종 대장균 생산균주를 개발하였다. 이렇게 개발된 대장균을 배양하여 배양액 1리터당 약 580mg의 가솔린을 생산하는데 성공했다.
개발된 기술은 바이오 연료, 생분해성 플라스틱 등과 같은 다양한 바이오 화합물을 생산할 수 있는 플랫폼 기술이 될 수 있을 것으로 전망된다.
또한 이 기술을 활용하면 재생 가능한 바이오매스를 전환하여 바이오 연료, 계면활성제, 윤활유 등으로 이용할 수 있는 알코올(Fatty alcolols) 및 바이오 디젤(Fatty ester)도 생산이 가능하다는 점에서 기존의 석유기반 화학산업을 바이오기반 화학산업으로 대체하는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다.이상엽 교수는 “비록 생산 효율은 아직 매우 낮지만 미생물을 대사공학적으로 개량하여 가솔린을 처음으로 생산하게 되어 매우 의미있는 결과라고 생각하며, 향후 가솔린의 생산성과 수율을 높이는 연구를 계속할 예정”이라고 밝혔다.
그림 1. 대장균을 이용한 바이오 매스로부터 short-chain alkane(가솔린)을 생산하는 대사회로
a) 지방산 분해 회로 차단, b) 바이오 매스로부터 짧은 길이의 지방산을 대량 생산, c) 지방산을 가솔린 생산의 중간체인 fatty acyl-CoA로의 전환 유도, d) fatty acyl-CoA의 가솔린의 직접적인 전구체인 fatty aldehyde로의 전환 유도, e) 최종 가솔린 생산
(보충설명) 미생물의 세포 내부를 들여다보면, 매우 복잡한 지방산 대사회로 네트워크가 존재 한다. 지방산은 세포 내부에서 합성되어, 미생물이 살아가는데 필요한 세포막을 형성하거나, 분해되어 에너지원으로 사용되기도 한다. 대부분의 미생물에서 지방산은 전체 세포의 1%도 되지 않을 만큼 소량 만들어지고, 지방산의 길이 또한 매우 길기 때문에, 이러한 지방산을 이용해서 우리가 원하는 화합물을 대량으로 만들거나, 새로운 화합물을 생산하는 것은 매우 어려웠다. 이를 극복하기 위하여, 이상엽 특훈교수 연구팀은 시스템 대사공학적 기법을 대장균에 도입하여 효소의 개량 및 지방산 합성을 저해하는 요소를 제거하여 짧은 길이의 지방산 과생산에 성공하였고, 생물체내에 존재 하지 않는 신규 회로를 도입하여 지방산을 가솔린으로 전환하는데 성공하였다.
그림 2. short chain alkane을 생산하는 발효 공정 시스템 (보충 설명) 위와 같은 cooling 장치가 연결된 발효기를 통하여 가솔린을 생산함
2013.10.01
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미래전략대학원, 국회서 세계 특허 허브 미래전략 심포지엄 개최
- 강창희 국회의장, 윤종용 국가지식재산위원회 위원장 등 특허 관계자 20여명 참석
- "특허분쟁 해결의 모델, 한국이 만들자"를 주제로
국내·외 특허 관계자들이 특허 허브 강국 육성을 위해 한자리에 모였다.
우리 대학 미래전략연구센터와 미래전략대학원은 26일 오전 9시 국회 의원회관에서 ‘세계 특허(IP)허브 미래전략’심포지엄을 공동으로 개최한다
강창희 국회의장, 강성모 총장, 윤종용 국가지식재산위원회 위원장, 정갑윤 대한민국 특허허브추진대표 겸 새누리당 의원, 한상욱 김& 장 변호사, 백강진 서울 고등법원 판사, 제임스 비 스페타(James B. Speta) 미국 노스웨스턴대 로스쿨 부학장 등 특허분야 정 ․ 관 ․ 산 ․ 학계 관계자 20여명이 심포지엄에 참석해 발표와 토론을 진행한다.
이번 심포지엄은 한 ․ 중 ․ 일이 특허의 창출 ․ 보호 ․ 활용 분야에서 아시아 주도권을 잡으려는 움직임이 분주한 가운데 대한민국이 특허분쟁 해결의 아시아 허브로 성장하기 위해서 어떤 전략을 추진해야 하는지에 대한 방향성을 모색하기 위해 마련됐다.
기조 발표자로 나선 한상욱 김&장 변호사는‘대한민국 특허 허브국가의 비전과 미래전략’에 관한 주제발표에서 특허 허브 강국을 위한 실행방안으로‘특허전담 전문 법관제’도입과 손해배상액 현실화 등을 제시할 예정이다.
이어 백강진 서울고등법원 판사가‘특허 분쟁해결 선진화 미래전략’에 관한주제발표에서 한국법원의 국제적 위상과 특허 허브 국가의 가능성을 진단한다.
이밖에 제임스 비 스페타(James B. Speta) 미국 노스웨스턴대 로스쿨 부학장(Vice Dean of Northwestern Law School)이‘한국이 특허소송 허브 국가가 되기 위한 조건’을 주제로 발표를 진행한다.
이번 심포지엄을 주관한 이광형 미래전략대학원장은“최근 기업들은 자신들에게 유리한 판결을 내릴 가능성이 높은 국가의 법원을 찾아 소송을 진행 한다”면서“△신속한 재판 △특허권자 보호 강화 △판사 전문성 등의 강점을 가진 미국 텍사스 동부지방 법원, 독일의 뒤셀도르프 법원, 싱가포르 법원 등이 특허소송의 메카로 떠오르며 서비스 수익을 극대화하고 있다”라고 말했다.
이 원장은 이어“2만 달러 덫에 걸린 대한민국이 특허 ․ 법률 서비스 와 같은 부가가치가 높은 사업을 육성해 새로운 성장 기회를 창출해야 한다”면서“이번 심포지엄은 한국이 세계 특허분쟁 해결의 중심지가 되는데 필요한 전략과 인적자원 육성 방안을 마련하는 계기가 될 것”이라고 말했다.
심포지엄 정보는 홈페이지(http://futures.kaist.ac.kr/)에서 확인 할 수 있다.
한편, 이번 심포지엄은 미래창조과학부, 국가지식재산위원회, 대법원, 법원행정처, 특허청, 중소기업청, 대한변호사협회, 대한변리사회가 후원한다.
[보충 취재문의] 홍정훈 선임연구원 010-8650-7694
2013.09.25
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건강한 망막혈관 생성을 유도하는 치료방법 개발
- 향후 당뇨망막병증 치료방법으로 적용 기대
우리 학교 연구진이 실명으로 이어질 수 있는 망막혈관 질환치료의 실마리를 찾아냈다. 혈액공급이 잘되지 않는 망막 부위로 건강한 망막혈관이 생성되도록 하여 망막신경을 보호하는 혈관생성단백질을 찾아낸 것. 향후 당뇨망막병증*과 미숙아망막병증**의 치료방법 개선을 위한 연구의 단초가 될 것으로 기대된다.
이번 연구결과는 국내에서 전문적인 기초과학 교육을 받고 있는 안과 전문의 연구원에 의해 이루어진 대표적인 중개연구의 결과여서 더욱 주목받고 있다.
* 미숙아망막병증 : 망막 혈관의 발달이 완성되지 않은 시기에 출생한 미숙아에서 발생하는 망막 혈관질환으로 소아실명의 가장 흔한 원인 질환이다.
* 당뇨망막병증 : 당뇨병의 합병증으로 망막조직으로의 불충분한 혈액공급으로 생기는 망막 혈관질환으로 성인실명의 중요한 원인 질환이다.
우리 학교 의과학대학원 이준엽 연구원이(안과 전문의, 지도교수: 고규영,유욱준) 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 사이언스 중개의학(Science Translational Medicine) 표지논문(9월 18일자)으로 소개되었다. 이 학술지는 임상의학과 기초과학을 연계하는 중개의학 분야 권위지로 사이언스지 자매지이다.
(논문명 : Angiopoietin-1 Guides Directional Angiogenesis Through Integrin αvβ5 Signaling for Recovery of Ischemic Retinopathy)
당뇨망막병증의 치료에는 망막조직을 파괴하는 레이저광응고술이나혈관증식과 혈액누출을 억제하는 항체치료제*가 적용되고 있다.
항체치료제는 망막신경을 파괴하지 않는 장점이 있지만 한시적으로 혈관증식을 억제할 뿐, 근본적인 해결이 아니어서 반복적인 치료가 필요하다는 한계가 있었다.
* 항체치료제 : 비정상적인 혈관증식과 혈액누출을 선택적으로 억제하기 위하여 개발된 항체로서, 현재 혈관내피세포성장인자 (VEGF)를 저해하는 아바스틴 (Avastin) 과 루센티스 (Lucentis) 가 대표적인 항체치료제이다.
연구팀은 개체의 발달과정에서 혈관의 생성과 안정화에 필수적이라고 알려진 안지오포이에틴-1* 단백질이 망막혈관의 생성과정에도 중요한 역할을 함을 동물실험을 통해 규명해냈다.
망막출혈에 의한 시력상실의 근본 원인이 되는 망막허혈**을 개선하고 망막신경을 보호하는 단백질을 알아낸 것이다.
망막조직으로 충분한 혈액을 공급해 망막신경의 기능을 보존하는 방식의 근본적인 치료방법 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.
* 망막허혈 : 망막 조직에 충분한 혈액 공급이 되지 않는 상태
* 안지오포이에틴-1(Angiopoietin-1) : 건강한 혈관의 생성을 유도하고 생성된 혈관의 안정화를 유지하는 데 중요한 성장인자.
실제 안지오포이에틴-1을 망막병증 생쥐모델의 안구에 투약한 결과 건강한 망막혈관의 생성이 촉진되어, 망막허혈에 따르는 비정상적인 혈관증식이나 망막출혈, 시력상실이 예방되었다.
이준엽 연구원은 “이번 연구는 안지오포이에틴-1이 망막혈관의 생성과 안정화에 중요한 인자라는 사실을 새롭게 규명함으로써 혈관생성을 억제하는 현재의 치료법에서 건강한 혈관을 생성하고 혈관의 기능을 강화하는 방식의 치료법으로 패러다임이 전환될 것을 기대한다”고 연구 의의를 밝혔다.
그림 1. 망막병증 생쥐모델에서의 안구 내 투여한 Angiopoietin-1의 역할 대조군에 비해 VEGF-Trap 치료군과 Angiopoietin-1 (Ang1) 치료군은 병적인 혈관의 증식을 유의하게 억제함 (아래), 추가적으로 Ang1 치료군은 망막 중심부의 무혈관부위(망막허혈)를 향하여 혈관이 생성되었고, 이러한 현상은 VEGF-Trap 치료군에서는 관찰되지 않음 (위).
그림 2. Angiopoietin-1에 의한 망막허혈과 망막 출혈의 감소 및 혈관의 정상화 (좌) 대조군에 비해 Angiopoietin-1 (Ang1) 치료군은 망막허혈부위 면적(화살표)을 유의하게 감소시켰으며, 망막 출혈의 양도 Ang1 치료에 의해 감소함. (우) Ang1 에 의해 새롭게 형성된 혈관은 정상 망막 혈관과 같이 혈관주위세포에 의한 지지를 받는 구조적으로 안정된 혈관임.
그림 3. Angiopoietin-1에 의한 망막 신경 보호 효과 (위) 대조군에 비해 Angiopoietin-1 (Ang1) 치료군은 망막 중앙부 와 주변부의 신경세포의 세포자멸사를 유의하게 억제함. (아래) 이러한 Ang1에 의한 망막 신경 보호 효과는 전기 생리학적 검사인 망막전위도 검사를 통해 확인됨.
그림 4. Angiopoietin-1 이 망막 혈관 생성을 유도하는 기전 Angiopoietin-1은 망막 혈관의 내피세포 (Endothelial cell) 에 작용하여 혈관의 안정성 유지에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 망막의 별아교세포 (Astrocyte) 의 integrin 수용체를 통하여 fibronectin 이라는 세포외기질의 생성을 증가시켜 망막 조직 내로의 혈관 생성의 경로를 안내하는 역할을 함.
2013.09.22
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이도헌 교수, ‘유전자동의보감 사업단장’ 임명
우리 학교 바이오및뇌공학과 이도헌 교수가 미래창조과학부 바이오의료기술 국책연구사업인 유전자동의보감 사업단의 단장으로 임명됐다.
유전자동의보감 사업단은 10년간 총 1,500억원 규모의 연구비를 지원받을 계획이며, 천연물 복합성분이 인체에 작용하는 시너지효과를 가상인체 컴퓨터모델과 오믹스 융합기술로 규명해 미래창조형 헬스케어 신소재를 발굴하는 것을 목표로 한다.
우리 학교 바이오및뇌공학과, 생명화학공학과 연구진을 포함해 서울대, 연세대, 이화여대, KIST 등 대학, 연구소, 기업의 공동연구진과 협력해 바이오정보학 및 시스템생물학을 신약 및 식품개발에 활용하는 대표적인 ICT 융합기술 연구개발의 모델이 될 것으로 전망된다.
2013.09.02
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