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이상엽 교수, 네이처 바이오테크놀로지 초청논문 게재
“바이오플라스틱 상용화 시대 도래”
네이처 바이오테크놀로지 10월호 초청논문에서 전문가로서의 의견 밝혀..
독일의 훔볼트 베를린대 프리드리히 교수와 뮌스터대학의 스타인뷔헬 교수팀은 바이오플라스틱 생산의 대표 미생물인 랄스토니아 유트로파 (Ralstonia eutropha)균의 전체 게놈서열을 밝히고, 네이처 바이오테크놀로지 10월호에 논문을 발표했다. 플라스틱 생산 대표 미생물의 전체 게놈 서열이 밝혀짐에 따라 보다 체계적인 시스템 수준에서의 균주개량을 통해 바이오플라스틱의 효율적인 생산이 가능해 질 것으로 예측된다.
네이처 바이오테크놀로지社는 이 논문에 대해 해당분야의 세계적 전문가인 KAIST 생명화학공학과 이상엽(李相燁, 42세) LG화학 석좌교수에게 게놈 서열 해독에 따른 앞으로의 바이오플라스틱 생산에 관한 전문가 분석논문을 의뢰했으며, 李 교수는 지난 10일 발간된 네이처 바이오테크놀로지 10월호 ‘뉴스와 전망(News and Views)’에서 “랄스토니아균의 게놈 해독은 다양한 오믹스와 가상세포를 통한 시뮬레이션, 그리고 게놈 수준에서의 엔지니어링을 결합하여 시스템 수준에서 균주를 개량할 수 있는 토대가 마련되었음을 의미한다”라며, “앞으로 플라스틱을 구성하는 물질을 자유자재로 바꿔 우리가 원하는 물성을 가진 플라스틱의 생산이 가능할 것이며, 대사 흐름의 최적화를 통해 이제까지 보고된 것보다도 훨씬 효율적이고 경제적인 바이오플라스틱의 생산이 가능해 질 것이다”라고 밝혔다.
李 교수는 그간 바이오플라스틱 관련 SCI논문만도 70여편을 발표한 이 분야의 세계적 전문가다. 1996년 트렌즈 인 바이오테크놀로지 (Trends in Biotechnology)에 “플라스틱 박테리아 (Plastic Bacteria)”라는 신조어를 발표했으며, 1997년에도 네이처 바이오테크놀로지에 대장균 플라스틱에 관한 전문가 논문을 게재한 바 있다. 현재, 과학기술부의 시스템생물학연구개발 사업에서 시스템 기법을 동원한 연구의 응용 예로서 바이오플라스틱 생산 균주 개량 연구를 수행 중이다.
네이처 바이오테크놀로지 10월호 ‘뉴스와 전망(News and Views)’난에 게재된 미생물 플라스틱 관련 이상엽 교수 논문 내용
- 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA)는 자연계에 존재하는 수많은 미생물들이 탄소원은 풍부하지만 다른 성장인자가 부족할 경우 자신의 세포내부에 에너지 저장물질로 축적하는 고분자이다. 이 PHA고분자는 그 고분자를 구성하고 있는 단량체(단위 화학물질)가 에스터 결합을 하고 있는 폴리에스터로서 20여년 전부터 전 세계적으로 많은 연구가 되어왔다. 하지만, PHA는 물성이 석유화학 유래의 플라스틱보다 좋지 않고, 생산 단가가 매우 높아 상용화는 되지 못했던 실정이다. 1980년대 PHA의 생산 가격은 kg당 15불 정도로서 그 당시 폴리프로필렌 가격의 20배나 되었기 때문이다. KAIST 생명화학공학과 BK21사업단 이상엽 LG화학석좌교수는 과학기술부의 지원으로 대사공학과 발효공정의 결합을 통한 미생물 플라스틱의 효율적인 생산에 관한 연구를 수행하여 왔으며, PHA생산 단가를 kg당 2-3불 정도로 낮추는 공정을 개발한 바 있다. 플라스틱을 꽉 채울 정도로 효율적인 PHA 생산 박테리아를 개발하여 “플라스틱 박테리아”라고 명명한 바 있다.
- 지난 2년여 동안 유가가 유래 없이 고공행진을 함에 따라 전 세계적으로 바이오기반 에너지 및 화학물질의 생산에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. PHA도 그간 경제성과 물성의 취약점 때문에 연구가 시들해 졌다가, 최근 다시 각광을 받고 있다. 이번 10월호 네이처 바이오테크놀로지에 독일의 연구팀이 발표한 플라스틱 생산 미생물의 대표주자 랄스토니아 유트로파(Ralstonia eutropha)의 게놈 해독 결과는 시사하는 바가 크다. 즉, 그 박테리아의 대사 활동에 관한 청사진을 얻게 됨으로서 보다 체계적인 균주개량이 가능해 지는 것을 의미한다.
- 네이처 바이오테크놀로지는 바로 이 점을 주목하여 이상엽 교수에게 전문가의 분석 논문을 의뢰하였고, 이 교수는 현재 KAIST에서 활발하게 수행하고 있는 시스템생명공학 기법의 적용을 통해 미생물 플라스틱 생산의 획기적인 발전이 있을 것이라고 분석했다. 본 논문에서 李 교수는 “게놈 서열이 밝혀짐에 따라, 게놈수준에서의 대사회로 네트워크 구축이 가능해 졌고, 시뮬레이션을 행할 수 있어, 수많은 시행착오와 실험을 가상의 실험으로 빠르게 대체할 수 있게 되었으며, 이러한 결과를 실제 다양한 전사체, 단백체, 대사체 등 오믹스 결과와 융합 해석함으로서 보다 효율적인 균주의 개발이 가능하다”고 밝혔다. 또한, 플라스틱의 효율적인 생산 뿐 아니라 우리가 사용하고자 하는 용도에 맞는 물성을 가지는 “주문제작(tailor-made) PHA”의 생산도 대사공학을 통해 가능해 질 것으로 예측하였다. 그 외에도 李 교수가 전 세계 특허를 보유하고 있는 광학적으로 순수한 하이드록시카르복실산 생산연구도 탄력을 받게 되었으며, 그 외 이 균주의 특징을 살려 생물학적 수소생산, 방향족 화합물의 생산, 분해 및 응용 등에서도 기술적 발전이 빠르게 일어날 것으로 전망하였다.
- 세계적으로는 최근 미국의 메타볼릭스사와 ADM사가 손을 잡고 PHA의 상용화 수준 생산에 돌입하였고, 풍부한 천연자원의 브라질에서도 바이오에탄올에 이어 PHA를 상용화하고 있다. 그 외 전통적으로 이 분야 연구를 많이 해온 일본과 독일, 그리고 풍부한 바이오매스를 가진 호주에서도 지속적인 상용화 연구를 수행 중이다. 李 교수는 “대표적인 바이오플라스틱 생산 미생물의 게놈 서열이 밝혀짐으로서 효율적인 생산 시스템의 개발을 통한 각국의 상용화 경쟁이 더욱 치열해 질 것”으로 전망했다.
- 李 교수는 이렇게 효율적으로 PHA를 생산할 수 있는 것이 가능해 짐에 따라, 다양한 재생가능한 원료(셀룰로우즈, 전분, 설탕 등)로부터 미생물 발효에 의한 플라스틱의 생산이 보다 본격적으로 진행될 것으로 전망하고, 기존 화학물질의 바이오 기반 생산 기술(white biotechnology)가 보다 더 탄력을 받을 것으로 전망하며, 이에 따라 “우리나라도 일부 시스템 대사공학 기술의 우위를 바탕으로 자원 강대국들과의 전략적 제휴 등을 통해 바이오기반 화학물질 생산 기술과 산업의 확보에 박차를 가해야 할 것”이라고 말했다.
- 네이처 바이오테크놀로지의 ‘뉴스와 전망(News and Views)’은 그 해당 호에 게재되는 논문들 중 영향력이 큰 몇 편의 논문에 대하여 그 분야 세계 최고의 전문가에게 분석을 의뢰하여 초청 논문을 게재하는 섹션으로, KAIST 이상엽 교수는 바이오플라스틱과 관련하여 1997년 1월호에 “대장균이 플라스틱 시대로 접어들다”에 이어 이번 2006년 10월호에 “바이오플라스틱 생산을 해독하다”라는 전문가 분석 논문을 게재하였다.
2006.10.18
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한.중 국제이동단말기술 학술대회 개최
휴대폰 강국 한국과 새롭게 뜨는 중국, 최고 대학들이 뭉쳤다
KAIST(총장 서남표) 전기 및 전자공학과와 SIPAC이 LG전자와 공동으로“LG-KAIST-중국 5개 대학 국제이동단말기술 학술회의”를 9월 28일(금) KAIST에서 개최했다.
이 학술회의는 한중간 휴대폰 관련 인적 네트워크 구축과 중국 휴대폰 표준화 활동에 적극 참여하기 위한 목적으로 LG 전자의 지원 하에 2004년부터 시작되었다. 년 2회씩 중국과 한국을 번갈아가며 개최되고 있다.
이번 학술대회에는 중국의 이동통신 단말기술 분야 명문대인 청화대, 북경대, 복단대, 전자과기대, 서안교통대에서 교수 및 학생 등 약 70여명이 참가했다. 한중간 공동연구의 주요 연구 성과 발표와 북경대 "휴대폰 단말기 연동 RFID 시연"은 신기술에 대한 중국의 최첨단 연구를 조망해 볼 수 있는 장이였다.
KAIST 유회준 교수는 “휴대폰 산업의 신 강국으로 떠오르고 있는 중국과 공동 연구를 진행하고 있다는 점에서 의미가 크다."며 "매년 휴대폰 신규 가입자가 6000만인 세계 최대 휴대폰 시장인 중국에서 이 대회 지원기관인 LG에 대한 호감도가 높아지고 있다. 한국 휴대폰이 중국 시장 공략의 유리한 고지를 점하는 계기가 되었다."며 그간 공동연구와 한중 교류 성과에 대한 자신감을 나타냈다.
LG전자 최차봉 연구위원은 “한국은 휴대폰 산업에 있어 우위를 점하고 있지만 앞으로 이를 계속 유지시키는 것이 중요하다. 세계 최대 시장을 보유하고 다국적 기업 간의 경쟁 무대로 떠오르는 중국과 적극적인 기술, 인적 교류가 필요하였다. KAIST를 중심으로 중국의 최고 명문 대학 간 연구 네트워크를 형성, LG를 비롯한 한국 휴대폰 산업이 공동으로 미래를 준비해나가고 있다는 점에 의의가 있다.”며 이번 행사에 거는 기대를 말했다.
2006.09.29
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서남표 KAIST 총장 "국제상" 수상
서남표(徐南杓) KAIST 총장이 생산공학분야에서 뛰어난 과학적, 산업적 공헌을 인정받아 국제생산공학아카데미(CIRP)에서 수여하는 “제너럴 피에르 니콜라우 상(General Pierre Nicolau Award)”을 수상했다.
徐 총장은 생산제조기술 분야 중 플라스틱 제조공정, 금속 제조공정, 마모이론, 설계이론 등에서 탁월한 연구업적을 이룩한 세계적인 석학이다. 또한 공리(axiom, 公理)를 이용한 생산/설계이론의 창시자이기도 하다.
‘제너럴 피에르 니콜라우’상은 생산공학분야의 세계적 권위자인 프랑스 니콜라우 장군을 예우하고 국제생산공학아카데미 설립에 대한 그의 공헌을 기념하기 위해 제정된 상이다.
2006.09.16
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박태관 교수, 나노연구혁신대상 수상
생명과학과 박태관(朴泰寬, 49) 교수가 지난 8월 30일 개막한 "NANO KOREA 2006 심포지엄"에서 나노연구혁신 대상(과학기술부 장관상)을 수상했다.
이 상은 Nanotechnology 분야에서 우수한 연구 성과를 발표하는 연구자에게 수여하는 것으로 朴 교수는 나노생체재료를 이용한 NT/BT의 융합기술로 조직공학, 약물전달, 유전자 치료 분야의 혁신적인 연구 성과로 최고의 영예인 대상을 수상했다.
2006.09.05
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박찬범교수, 獨 생명공학기업 국제공동연구 수탁
- 獨 비톱 에이지社, 치매 치료제 공동 개발 의뢰
- 국내 대학 연구 결과에 대해 유럽기업 연구비 지원 의미
KAIST(총장 서남표) 신소재공학과 박찬범(朴燦範, 37) 교수가 독일 생명공학기업인 비톱 에이지社(Bitop AG)로부터 치매치료제 개발을 위한 국제공동연구를 의뢰받았다.
최근 KAIST와 비톱社는 치매 등 아밀로이드 질병 관련 플라크 형성 억제제개발 연구 프로그램을 협력 추진키로 합의하고, 비톱사가 6만 유로(한화 약 7천 4백만원)의 연구비를 지원키로 했다. 朴 교수는 이 연구의 핵심인 아밀로이드 플라크 형성 억제제들을 스크리닝(Screening) 하며, 개발에 따른 국제특허권은 KAIST와 비톱사가 공동소유하게 된다.
치매, 파킨슨병, 광우병 등 각종 퇴행성 신경질환들은 아밀로이드라는 병원성 단백질 플라크 축적이 주원인으로 환경적인 스트레스가 이 질환들을 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 현재까지 아밀로이드 질환의 효과적인 치료법은 없다. 최근 아밀로이드 형성을 억제하는 화학물질의 사용이 잠재적 치료법으로 대두되고 있다. 심해해저 화산지대 등 극한 환경에서 성장하는 미생물로부터 추출된 천연 저분자 항스트레스 물질(small stress molecules)이 아밀로이드 억제 물질로 관심을 받고 있다.
朴 교수는 항스트레스물질이 아밀로이드 플라크 억제에 효과적이라는 사실을 최초로 밝히고 관련 논문을 유럽 저명학술지에 발표했다. 이후 독일 비톱社 연구소로부터 공동연구를 제의받고 다양한 종류의 항스트레스 물질을 대상으로 치매치료제 개발에 나서게 되었다.
朴 교수는 “이번 국제공동연구는 국내 대학의 연구결과에 대해 유럽 기업체가 그 중요성을 인식, 실질적인 연구비 지원 등을 통한 연구개발을 추진하게 되었다는 측면에서 의미가 크다” 며 “앞으로 비톱사 뿐만 아니라 미국과 유럽의 기업이나 연구기관과 적극적인 공동연구를 통해 한국의 연구 수준을 한 단계 높일 수 있는 계기가 되었으면 한다.”고 말했다.
비톱社는 극한환경 미생물 유래의 각종 항스트레스 물질들을 생산하는 독일기업이다. 현재 항스트레스 물질은 주로 단백질 및 세포 보호제, 화장품 첨가제, 건강보조제 등으로 판매되고 있다.
섭씨 100도 이상의 극한환경에서도 잘 성장하는 미생물들로부터 추출한 항스트레스 물질들이 치매 등 스트레스 관련 퇴행성 신경질환들의 주요 원인인 아밀로이드 플라크를 억제시키는 역할을 할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 이러한 항스트레스 물질들은 향후 치매치료제 등으로 사용될 수 있어 큰 관심을 받고 있다.
※ 비톱사 홈페이지 : www.bitop.de
2006.08.25
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이상수 교수, 2006년도 미국광학회상 수상
물리학과 이상수(李相洙, 81) 명예교수가 2006년도 미국광학회상 (Esther Hoffman Beller 메달) 수상자로 선정되었다.
李 명예교수는 광학공학 교육에 대한 뛰어난 공헌과 40년이 넘는 기간 동안 지도와 연구를 통해 한국광학공학의 토대를 마련한 공로로 이상을 수상하게 되었다.
시상식은 제90차 미국 광학회 연례회의인 Frontiers in Optics 2006에서 거행된다.
李 명예교수는 영국 Imperial College of Science and technology에서 박사학위를 받았으며, 1964부터 1965년까지 Harvard 대학에서 연구원으로 활동했다. 1961년에는 한국원자력연구소에서 물리학 연구부를 이끌었으며, 1967년에 한국원자력연구소장이 되었다. 1970년에는 한국 원자력청장을 역임했으며, KAIST 초대총장을 지냈다.
李 명예교수는 대한민국 학술원 회원(1981), 한국물리학회 회장(1979-1981), 한국 광학회 명예회장(1989)를 역임하였고, 미국 광학회와 영국 물리학협회의 펠로우이다. 1993년부터 1999년까지 International Commission for Optics의 부회장을 역임, 1989년부터 1995년까지 UN 대학의 자문위원으로 활동하였다.
李 명예교수는 한국원자력연구소에서 "원자로의 체렌코프 방사에 관한 연구"를 했다. 원자로의 긴급정지 시점에서부터 체렌코프 방사의 붕괴모드를 측정함으로써 r-선의 분광학을 완성시켰다. KAIST에서는 레이저 개발을 연구, phase conjugate work의 발생에 이용되는 가변 분극 염료 레이저(variable polarization dye laser)와 다양한 재료가공법에 사용되는 요오드 광해리 레이저(iodine photo-dissociation laser)를 설계하는데 조력했다. 엑스선 광학을 포함하여 다양한 분야에 적용될 수 있는, 수차가 거의 없는 four-mirror 시스템을 개발했다.
2006.08.17
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김성철 교수, 학술원상 수상
생명화학공학과 김성철(金聖喆) 교수가 고분자 공학 학술 발전에 공헌한 공로를 인정받아 제51회 대한민국학술원상 수상자로 선정됐다.
대한민국학술원상은 매년 학술 연구 또는 저작이 우수해 학술발전에 크게 기여한 학자에게 주어지는 상이다. 수상자에게는 각각 3천만원의 상금과 메달이 수여된다.
대한민국학술원(회장 김태길)은 지난 14일 金 교수 등 6명의 학자를 수상자로 선정, 오는 9월 15일 대한민국학술원 대회의실에서 시상식을 갖는다.
2006.07.25
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KAIST 출신 박윤미씨 美 스텐포드대 수석 졸업
KAIST를 졸업한 박윤미씨(24)가 미국 스텐포드대 항공과 석사졸업생 중 성적(GPA)이 가장 높은 학생에게 수여하는 니콜라스 J 호프상을 받았다.
지난 2004년 KAIST 항공우주공학과를 학사과정을 졸업한 박윤미씨는 각국 수재들이 모인 스텐포드대 항공과 석사과정 56명과 경쟁하여 당당히 수석을 차지했다
박씨는 "지난해 스탠포드 박사과정을 졸업한 양진규 선배도 학부때 같은 상을 받았다."며 "KAIST 졸업생이라는 사실이 무척 자랑스러웠다."고 수상 소감을 말했다.
2006.07.14
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제2회 “카이스트 조정훈 학술상” 시상
학술상에 박수형 박사, 장학생에 안성용, 윤권찬, 정대현 선정
KAIST(총장 로버트 러플린)는 오는 12일(금) 오후 2시, 본관 회의실에서 로버트 러플린 총장과 유족 대표가 참석한 가운데 제2회 “카이스트 조정훈 항공우주공학 학술상” 시상식을 거행한다.
이번 제2회 조정훈 학술상에는 건국대학교 차세대혁신기술연구원 박수형(朴修亨, 32, KAIST 학.석.박사졸) 박사가 선정됐다. 장학금 수여자는 안성용(27, KAIST 항공우주공학전공 박사 1년), 윤권찬(23, 고려대학교 기계공학과 석사 2년), 정대현(17, 공주사대부고 3년) 등 3명이 선발됐다. 학술상 수상자에게는 2천만원의 부상이, 장학금은 대학생 2명에게 각각 3백만원, 고등학생에게는 2백만원이 지급된다.
<학술상 수상자 박수형 박사>
“조정훈 학술상”은 지난 2003년 5월 13일 발생한 KAIST 추진 및 연소공학연구실 폭발사고로 숨진 故 조정훈(趙丁焄, 항공우주공학전공, 사고당시 25세)박사의 부친인 조동길(趙東吉, 공주대 국어교육과)교수가 유족보상금 등에 사재를 합친 4억 6천만원을 KAIST 학술기금으로 기부하면서 제정된 뜻 깊은 상이다. 조동길 교수는 올해 기금 확충을 위해 1천만원을 추가로 출연했다.
2006.05.11
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KAIST ‘시스템 및 소프트웨어 공학 분야’ 세계 최고
KAIST JSS 평가 최다 논문 제출 기관으로 선정
‘시스템 및 소프트웨어 공학 분야’에서 급부상하고 있는 KAIST가 지난 3월 발간된 COMMUNICATIONS of the ACM 저널(Vol. 49, No.3)에 최고 교육연구기관 1위로 소개되었다.
이 기사는 “Is the Crouching Tiger a Threat"라는 제목으로 IT 분야에서 아시아 지역 대학의 놀라운 발전을 “웅크리고 있는 호랑이”로 비유하면서, 지난 2005년 10월 시스템 및 소프트웨어誌(Journal of Systems and Software / JSS)가 발표한 2000년 - 2004년 시스템 및 소프트웨어 공학 분야 학자(Scholar)와 교육연구기관(Institution)의 연구 실적 조사 결과를 일부 소개했다.
KAIST는 JSS 평가에서 시스템 및 소프트웨어 공학 분야 유명 저널에 최다 논문 게재 대학 1위로 선정되었으며, 학자 부문에서도 KAIST 전자전산학과(BK21 정보기술사업단) 김명호 교수가 최고 학자(Top Scholar) 7위에 선정되었다. 특히 최고기관(TOP Institution)의 평가에서 KAIST가 1위(number one)을 차지한 반면, 전산학분야의 대표적 주자라 할 수 있는 카네기 멜런 대학은 3위에 그쳤다.
한편, JSS의 3년 전 조사에서 TOP 10 institutions의 대부분을 미국대학이 차지했으나 이번 조사에서는 KAIST 이외에도 아시아 소재 대학이 각각 2위(대만 국립 차아 퉁 대학), 4위(서울대학교)를 차지하여, 아시아 국가들의 활발한 연구 활동을 엿볼 수 있다.
(미)컴퓨터협회 (Association for Computing Machinery / ACM)는 전산학분야의 가장 오래되고 규모가 큰 학술단체다. CACM(Communications of the ACM)은 ACM 회원이면 누구나 받아보는 전산학 분야에서 세부 전공 분야에 관계없이 가장 널리 보급되는 정기간행물이라 할 수 있다.
2006.03.31
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KAIST-연세의대, 유니버설(범용) 암 진단시스템 개발
KAIST 이상엽, 연세 의대 유내춘, 금기창, 유원민 교수팀, 신규 범용 암 진단 마커인“네오노보” 개발
연세의대 임상 진행 중, 암 진단 시스템 상용화 박차
■ 위암, 간암, 유방암, 췌장암, 신장암, 전립선암, 대장암 등 대부분의 암을 진단할 수 있는 인체 내 싸이토카인 변이체 네오노보(NeoNovo) 발견
■ 네오노보 RNA와 DNA를 이용하여 암을 신속하게 동정할 수 있는 진단 기술과 유니버설(범용) 암 진단 DNA 칩 개발
■ 네오노보 단백질을 대장균을 이용, 고효율로 생산하는 시스템 개발
■ 개발된 네오노보 진단 시스템은 특정 암에만 한정되어 있지 않고, 다양한 종류의 암을 진단할 수 있는 세계에서 유일한 마커(marker)로서 향후 암 진단 및 예후에 있어 획기적인 기술로 평가
■ 연세대 의대 세브란스병원은 임상연구심의위원회(IRB)를 개최, 2005년 12월 16일 네오노보 암 진단 임상연구 허가를 내렸으며, 현재 300건의 임상시험 실시 중
■ 현재 유니버설 암 진단 DNA 칩, 단백질 칩, 진단 키트, 암 치료제 및 암 예방제 등 다양한 형태의 제품으로 연구개발 중이며, 국내외 암 연구 전문가 그룹과의 공동연구도 추진 예정
■ 바이오벤처기업 메디제네스(주)의 지원으로 이루어진 이번 연구결과는 국내에 특허가 등록되었으며, 전 세계 특허 출원 중
1. 연구개발 과정 및 결과
? 전 세계적으로 생명공학에 대한 관심이 급증하고 있으며 이러한 관심으로부터 암을 생명공학적인 관점에서 보다 효율적으로 진단 및 치료하는 시스템을 개발하고자 하는 노력이 경주되고 있다. KAIST 생명화학공학과 이상엽(李相燁, 42, LG화학 석좌교수) 교수가 연세대학교 의과대학 유내춘 교수(柳來春, 42), 금기창 교수(琴基昌, 42), 유원민 교수(柳元敏, 42)연구팀과 함께 위암, 간암, 유방암, 췌장암, 신장암, 전립선암, 대장암 등 10여종의 암을 효율적으로 진단 할 수 있는 새로운 마커(marker)인 싸이토카인(cytokine) 변이체 네오노보(NeoNovo)의 임상 시험 허가를 받아 진행 중이라고 밝혔다. 이 결과는 현재 세포학적 조직검사 등의 기존 검사법의 시간, 비용적인 단점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 이제까지 알려진 암 진단 마커들과는 달리 유일하게 10여종의 암을 모두 진단할 수 있는 우수성을 가지고 있는 것으로 향후 암 진단 시장을 획기적으로 바꾸어 놓을 수 있는 기술로 평가되고 있다.
? 현재 임상시험이 진행 중인 네오노보의 핵심기술은 이제까지 개발된 암 진단 마커들과는 달리 유니버설하게(범용으로) 암을 진단할 수 있는 인체 싸이토카인 변이체의 발견과 그 특허권 확보에 있다. KAIST와 연세의대 공동연구팀은 인체 싸이토카인의 변이체인 네오노보 RNA가 암 세포에서만 특이적으로 발현되는 것을 발견했다. 특히, 뇌암을 제외한 이제까지 시험한 모든 암 세포나 암 조직에서 네오노보가 발견됨으로써 이를 이용하여 진단 시스템을 개발하게 되었다. 연구팀은 네오노보가 인체내에 자연적으로 존재하는 싸이토카인이 선택적 스플라이싱(alternative splicing)과정을 통해 암세포에서만 특이적으로 나타남을 알아냈다. 바이오벤처기업 메디제네스의 지원으로 이루어진 본 연구는 현재 인체에 생기는 10여종의 암을 신속하게 동정할 수 있는 진단 특허권 확보에 주력한 결과 국내에는 변이체 단백질 네오노보의 원천특허가 등록되었으며, 해외 특허가 출원 중이다. 또한, 진단 제품 뿐 아니라 암 치료제 및 암 예방 및 억제제 등의 다양한 용도로 사용될 수 있을 것으로 보고 단백질의 응용에 관한 추가 특허가 출원 중이라고 KAIST 측은 밝혔다. 현재 암 진단시스템은 연세의대 금기창 교수의 주도로 임상시험이 진행 중이다.
? 연구진의 현재까지의 연구결과에 의하면, 네오노보는 암세포에서만 발견되고 정상세포에서는 발견되지 않았는데, 이는 기존의 암 마커가 정상세포나 정상인에도 있으나 암세포나 암환자에서 차이가 나는 것을 기반으로 하는 것과는 근본적으로 큰 차별성이 있다.
? 암이란 “통제할 수 없는 세포 성장”으로 특징지어지는 100개 이상의 관련 질환의 그룹을 기술하는데 사용되는 일반적인 용어이다. 이러한 비정상적인 세포 성장은 보통 종양(tumor)으로 알려진 세포 덩어리로 발전하고 주위의 조직으로 침투하고, 이어서 신체 다른 부위로 전이되어 생명을 위협하고 있는 질병중 하나로 4명중 1명 이상의 사람들은 그들의 생애 중에 어떤 형태로든 암을 가지게 된다고 알려져 있으며, 선진국에서 전체사망원인의 21%(사망원인 제 2 위)를 차지하고 있다. 일반적으로 말기상태의 암은 치료가 거의 불가능한 반면 초기 상태의 암은 치료율이 훨씬 높아서 초기에 정확하고 신속한 진단방법의 개발이 절실히 요구되고 있는 상황이다. 이제까지 여러 종류의 암 진단 마커가 발견되고 일부 사용되고 있지만, 1-3 종류의 암만을 진단할 수 있으며 그 정확도도 높지가 않은 편이다. 반면, 이번에 KAIST-연세의대 공동 연구팀이 개발한 네오노보 암 진단 시스템은 독자적으로 개발한 암 특이 단백질과 RNA 및 cDNA, 그리고 이들의 응용까지에 대한 포괄적인 원천 특허권을 확보한 상태에서 세계적으로 유일하게 간암, 위암, 유방암, 폐암 뿐만 아니라 기타 10종 이상의 암에서도 70%-100%의 높은 효율로 진단할 수 있는 마커라는 점에서 향후 세계 보건의료 및 생명공학 시장에 큰 파장을 불러올 것으로 예상된다.
? 또한, KAIST 이상엽 교수팀은 네오노보 재조합단백질을 봉입체 형태로 과량 생산하는 대장균 시스템을 이용하여 암 특이 단백질을 대량 생산하는데 성공하였다. 대량 생산된 네오노보 단백질을 이용하여 조직염색, 면역학적 기술에 접목시켜 보다 편리한 진단 시스템에 응용하는 연구를 진행 중이다. 한걸음 더 나아가, 생산된 암 특이 단백질의 세포 내의 기능에 대한 연구를 진행하고 있다.
2. 연구개발성과 및 향후계획
?휴먼 게놈 프로젝트가 완료된 것을 비롯하여, 최근 여러 생물 종에 대한 게놈 정보가 쏟아져 나오고 있다. 암에 대한 연구 또한 기존의 유전자 돌연변이에 대한 연구를 벗어나 암 특이 발현 유전자 및 단백질에 대한 연구가 많이 시도 되고 있다. 이번에 개발된 진단 시스템 또한 암에서만 특이 발현되는 단백질과 그 유전자를 기반으로 개발된 획기적인 시스템이다. 이 진단 시스템을 이용하면, 단 2가지의 유전정보 및 단백질 발현 형태만으로도 암의 여부를 일시에 검색할 수 있고, 정확도도 70% 이상이다. 체외 진단 시장은 연간 25조원 이상이며, 지속적으로 팽창하고 있다. 이중 특히 암 진단 시장은 고속으로 증가할 것으로 예측되고 있으므로 본 기술의 파급효과는 엄청날 것으로 기대 된다.
? 임상시험을 주도하고 있는 연세의대 방사선 종양학과 금기창 교수는 “이미 암 세포주를 이용한 기초 실험 결과는 놀라울 정도로 진단 효율과 성공률이 높게 나온 상황이고, 지금까지의 임상 시험도 잘 진행 중이므로, 최종 임상결과에 큰 기대를 가지고 있다”라고 말하고, “향후 메디제네스와 함께 범용 암 진단 시스템 개발은 물론, 관련 암 치료 및 암 예방 의약의 개발로도 연구를 할 예정이다”라고 밝혔다.
? KAIST 이상엽 교수는 “원천 특허권 확보가 이루어진 지금 유니버설 암 진단 시스템의 상용화의 추진은 물론, 국내외 암 전문 연구기관과 공동으로 연구를 추진하여 인류 건강의 가장 큰 위협 요인인 암을 예방, 치료하는데 기여하고 싶다”는 포부를 밝혔다.
네오노보의 RNA 발현 여부를 검색함으로써 암세포와 정상세포를 명확하게 구별해내는 네오노보 유니버설 암진단 DNA칩 실험 결과. 초록색 형광 점은 각각 특정 서열을 가지는 DNA 조각으로서 정상세포에서 나타나는 RNA와 암세포에서 나타나는 네오노보 RNA를 특이적으로 진단할 수 있도록 디자인된 것이다.
분자량 마커 생산된 네오노보 단백질
재조합 대장균을 이용하여 생산하고 정제된 네오노보 단백질. 네오노보 RNA로부터 DNA를 합성하여 대장균에 도입하고, 재조합대장균을 키워서 네오노보를 다량 생산한 뒤, 크로마토그래피 (chromatography)를 통해 순수하게 정제된 재조합 네오노보 단백질.
생물정보학 기법으로 예측한 네오노보 단백질의 구조
2006.03.28
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생명과학과 김학성 교수, 사이언스誌에 논문 발표
“생명요소인 단백질도 설계, 제조한다”
- 단백질의 자연 진화과정을 밝혀 신 기능 단백질 설계 기술 개발
- 의약용 단백질 및 산업용 효소 창출 등 생명공학 분야에서 광범위하게
활용될 수 있는 기반 기술
- 사이언스誌에 중요 논문 중 하나로 소개 : 별도“Perspective"란에
자세한 연구 내용 설명
KAIST 생명과학과 김학성(金學成, 48) 교수 / 박희성(朴熙成, 35) 박사팀이 개발한 ‘신 기능 단백질 설계 기반 기술’이 세계적 학술지인 사이언스 誌에 1월 27일자로 발표했다.
“기존에 존재하는 단백질 골격을 이용한 신 기능 단백질의 설계와 창출 (Design and evolution of new catalytic activity using an existing protein scaffold)“이라는 제목으로 발표되는 이 기술에 대해 사이언스誌는 별도의 “Perspective"란에 연구 내용을 자세히 설명하여, 그 중요성과 파급 효과를 강조하고 있다.
金 교수팀은 자연계에서 단백질이 진화해온 복잡한 과정을 단순화시켜 새로운 기능을 가진 단백질을 효율적으로 설계하고 제조하는 기반 기술을 개발하였다. 이 기술은 의약용 단백질 및 산업용 효소의 개발 등 생명공학 분야에서 광범위하게 활용될 수 있으며 바이오기술(BT)의 산업화라는 점에서 주목된다.
생물체내에는 5만 종류 이상의 다양한 기능을 수행하는 단백질이 존재한다. 자연 진화 과정에서 생성된 다양한 단백질들은 기존 유전자의 염기서열이 변형된 것뿐만 아니라 임의의 길이나 염기서열을 갖는 유전자 조각들이 오랜 시간에 걸쳐 삽입, 제거, 재조합 등의 복잡한 과정의 단계를 거쳐서 만들어진 것으로 밝혀지고 있다.
단백질은 20개의 아미노산으로 구성된 고분자물질로 생명체가 살아가는데 필수적인 역할을 수행한다. 예를 들어 p53 이라는 단백질은 암을 억제하는 기능을 하고, 많은 효소는 우리가 섭취한 음식물로부터 우리 몸에 필요한 복잡하고 다양한 물질과 에너지를 효율적으로 생산하는 역할을 한다. 이러한 단백질은 의약용, 치료용 혹은 산업용으로 광범위하게 사용되고 있다.
특히, 단백질의 일종인 효소(Enzyme)는 최근 선진국을 중심으로 대대적인 연구개발 및 산업화가 추진되고 있는 화이트 바이오테크(White Biotech)분야의 핵심으로 부각되고 있다. 세계적 화학기업, 제약기업, 생명공학 기업들이 산업 목적에 맞는 효소의 개발에 집중적으로 투자하고 있다. 그러나 대부분의 단백질은 특이성, 리간드와의 친화성, 안정성, 활성 등이 실제 의약용이나 산업적으로 사용하기에는 많은 한계점을 가진다. 이를 해결하기 위해 목적에 맞는 특성이나 새로운 기능을 지닌 단백질을 설계하고 창출하는 연구가 지속적으로 진행되어 왔지만 아직까지 만족할 만한 연구 결과는 보고되지 않았다.
金 교수팀은 생물체내에는 수많은 종류의 단백질이 존재하지만 기본적인 골격의 수는 한정되어 있어 서로 다른 기능을 수행하는 단백질들의 경우라도 그 골격은 유사하거나 동일한 경우가 많다는 점에 착안, 새로운 기능을 가진 단백질 설계에 필요한 요소를 기존의 단백질 골격에 동시에 조합적으로 삽입함으로써 신 기능 단백질을 제조할 수 있는 기술을 성공적으로 개발할 수 있었다.
개발된 신 기능 단백질 설계 기술은 앞으로 새로운 단백질 의약품 개발, 산업용 효소 개발, 합성 생물학, 화이트 바이오테크놀러지(White Biotechnology), 생유기 합성 및 단백질 공학 분야에서 광범위하게 활용되어 생명공학의 산업화에 크게 기여할 것으로 기대된다.
또한, 이번 연구결과는 자연계에서 단백질이 어떠한 진화 과정을 거쳐 현재와 같은 다양한 단백질이 존재하게 되었는지에 대한 중요한 해답을 주고 있어 기초 생명과학 분야에서도 매우 획기적인 연구결과로 인식되고 있다.
사이언스誌 투고의 주역인 金 교수는 최근 국제공학회(ECI)에서 주관하는 국제학술대회인 제 18차 효소공학 학술대회(Enzyme Engineering)를 지난해 10월 국내에 유치하여 성공적으로 개최하는 등 국제적으로도 활발한 활동을 펼치고 있다.
2006.01.27
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