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팬데믹을 예견할 의사공학자 양성을 꿈꾸며
최근 25년간 노벨 생리의학상 수상자의 37%, 글로벌 상위 10개 제약회사 대표 과학책임자의 70%가 의사과학자다. 코로나를 겪으며 한국에서도 임상 현장과 최신 연구를 연결하는 가교 역할을 하는 의사과학자 양성이 더욱 절실해졌다. 우리 정부도 바이오·디지털헬스 글로벌 중심국가로의 도약을 위해 의사과학자 육성사업을 국정과제로 추진하고 있으며, 과학적 소양을 바탕으로 임상의 과제를 해결하는 의사과학자가 의료계와 바이오산업의 화두로 떠오르고 있다.
우리 대학은 글로벌 바이오헬스사업을 선두할 MD-데이터 공학자, AI 전문가 등의 의사공학자 양성을 위해 그간 추진해온 의과학대학원의 성공적인 운영을 12일 밝혔다. 이와 함께 그간의 성과를 바탕으로 바이오의료 분야에 특화된 과학자 및 공학자 양성을 위해 과학기술의학전문대학원을 설립할 계획이라고 밝혔다.
우리 대학은 2004년 의과학대학원을 설립하여 의사들이 첨단과학 연구역량을 습득할 수 있는 혁신적인 교육환경을 마련하고 현재까지 184명의 의사과학자를 양성하여 산·학·연·병 생태계에 새로운 활력을 불어넣는데 성공하였다. 국내 이공계대학 최초로 의사를 대상으로 선도 연구자 양성을 위한 의사과학자 양성과정(박사학위)을 시행하여 지난 30여년 간 우리나라 의사과학자 양성의 절반 이상을 담당했다.
KAIST 의과학대학원에서는 의학, 생명과학, 자연과학, 공학 등 다양한 학문적 배경을 지닌 28명의 교수진이 연간 총액 330억 원이 넘는 규모의 다학제 융합연구와 교육을 수행하고 있다. 이러한 연구 환경은 우수한 실적으로 이어져, 연간 100편 이상의 SCI급 논문이 의과학대학원에서 발표된다. 논문의 질도 세계 최고 수준이다. 발표 논문의 FWCI(논문영향력지수)의 평균도 3.59에 달한다. 참고로 세계 상위 20개 대학의 FWCI 평균값은 2.06이다.
의과학대학원의 연구가 질적으로 높은 수준을 유지하는 데는 설립 이후 KAIST의 연구풍토로 자리잡은 ‘문제해결형’ 접근법이 큰 역할을 했다. 해결할 과제와 목표를 명확하게 정의하고, 현재 보유한 자원을 고려하여 해결 전략을 수립하는 공학적 방법론이다. 대표적인 사례가 코로나19 팬데믹 기간 중 의과학대학원 신의철 교수가 수행한 연구다. 신 교수 연구팀은 코로나19 대응 방안을 모색하는 과정에서 바이러스에 대한 인체 면역반응의 특성을 규명하여 코로나19 환자의 치료 전략을 마련하는 데 기여했다.
KAIST 특유의 공학적인 방법론 덕분에 의과학대학원은 임상 현장에서 해답을 찾기 어려운 문제를 해결하는 데 탁월한 역량을 보인다. 김진국 교수는 데이터 과학을 기반으로 진단 프로세스를 설계하여 유전체 분석으로 희귀질환을 조기에 찾아내 환자맞춤형 치료제를 개발하는 방법을 제시했다. 김 교수의 성과는 난치병 치료에 중대한 돌파구를 마련하여 세계적으로 주목받았다. 의과학대학원 박종은 교수 연구팀은 인공지능을 활용한 빅데이터 분석을 바탕으로 신개념 암 치료에 활용할 수 있는 ‘스마트 면역세포’를 개발하는 데 성공했다. 박 교수 연구팀의 출발점 역시 데이터과학과 인공지능이었다. 연구팀은 KAIST 내 협력 연구를 통해 수백만 개의 세포에 대한 유전자 발현 데이터베이스를 구축하고, 종양세포와 정상세포 간 유전자 발현 양상 차이를 찾아내는 딥러닝 알고리즘을 개발했다.
의과학대학원의 질병문제 해결에 집중한 혁신적인 연구는 의과학대학원 교수와 졸업생의 딥테크 기반의 바이오 벤처 창업으로 이어지고 있다. 대표적인 사례로 의과학대학원 주영석 교수와 이정석 교수는 지놈인사이트를 공동으로 창업하였다. 지놈인사이트는 세계 최초로 전장유전체분석(WGS·Whole Genome Sequencing) 기반 암 정밀진단 플랫폼을 만들고, 샌디에이고로 본사를 이전하여 적극적인 해외 진출에 나서고 있다. 최근에는 WGS 기반 암 정밀진단 서비스 ‘캔서비전(CancerVision)’을 미국에서 출시하였다. 이외에도 김필한 교수(아이빔테크놀로지(주), CEO), 이정호 교수(소바젠(주), CTO) 등 약 10명의 교원이 6개 기업을 창업했으며, 의과학대학원을 졸업한 의사과학자들도 온코크로스 등 다양한 창업 사례를 내고 있다. 온코크로스는 인공지능을 기반으로 한 의약개발 솔루션 기업이다.
의과학대학원의 우수한 연구 성과는 의과학대학원 교수와 학생에 대한 높은 평가로 이어지고 있다. 의과학대학원의 고규영 교수(특훈교수)는 2023년 대한민국 최고 과학기술인상을 수상하였고, 신의철 교수와 함께 기초과학연구원(IBS) 연구단장으로 활동중이다. 의과학대학원 교수 세 명이 한국연구재단의 개인기초 리더과제에 선정되었고, 네 명이 서경배과학재단의 신진연구자 지원 프로그램에 선정되었다. 그리고 졸업생들은 지난 수년간 분쉬의학상과 아산의학상의 젊은의학자부문, 연강학술상등 젊은과학자에게 수여하는 상의 다수를 수상하였다.
의과학대학원은 KAIST가 보유한 탄탄한 글로벌 네트워크를 바탕으로 국제적인 교류에도 본격적으로 나섰다. 지난 4월에는 미국 보스턴에서 세계적인 연구중심 병원인 하버드의대 매사추세츠 종합병원(MGH) 및 바이오테크놀로지 기업 모더나(Moderna)와 MOU를 체결했다. 이를 바탕으로 향후 보스턴에 소재한 바이오의료 분야 기관들과 의과학자 양성을 위한 공동연구, 인적교류 등 국제 협력을 이어나갈 계획이다.
우리 대학 의과학대학원이 적지 않은 성과를 낳았지만 여전히 우리나라의 의사과학자는 부족하다. 현재 우리나라의 의사과학자는 전체 의사의 1% 미만으로 미국 등 선진국과 비교하면 턱없이 적다. 게다가 임상을 위한 기초 이론을 연구하는 의사과학자를 넘어, 진단이나 치료의 효율적인 프로세스와 방법론을 개발하는 의사공학자의 역할에 대한 인식이 커지고 있지만 의사공학자의 양성은 거의 전무하다. 바이오헬스 산업생태계를 구축하려면 두 부류의 인재가 모두 필요하다. 특히 AI와 빅데이터를 이용한 연구와 진단 및 치료제 개발이 일반화될 것이 자명함을 고려하면 의학에 대한 공학적인 접근이 가능한 의사공학자의 양성을 더욱 시급하다.
이미 산업계에서도 지각변동이 일어나고 있다. 바이오의료는 더 이상 제약회사나 대형병원의 전담분야가 아니다. ‘디지털 의료’라는 현재의 바이오의료 패러다임 전환을 이끄는 주축은 다름아닌 애플, 구글, IBM 아마존, NVIDIA와 같은 이른바 ‘빅테크’다. 국내에서도 삼성 등 IT 분야의 대기업들이 이러한 흐름에 동참하여 바이오의료 분야에 적극적으로 진출하려 한다. 그러나 우리나라에서는 과학과 공학을 기반으로 바이오의료의 문제를 해결하려는 의사과학자와 의사공학자가 부족해서 세계적인 흐름을 따라잡기 쉽지 않다.
이에 우리 대학은 메디컬 산업의 대전환에 대비하고자 새로운 도전을 준비하고 있다. 그간 축적해 온 의사과학자 양성 시스템과 노하우를 기반으로 ‘과학기술의학전문대학원(과기의전원)’의 설립을 추진하고 있다. 과기의전원은 의학교육 단계부터 과학 및 공학적 소양을 갖춘 의사공학자를 양성하고 이후 박사과정을 통해 MD-데이터공학자·AI전문가·전자공학자·신약개발자 등으로 양성하는 것을 목표로 하고 있다.
우리 대학이 과기의전원을 신설하려는 이유는 현재의 의과학대학원만으로 미래의 바이오의료 환경에 완벽하게 대응하기는 어렵기 때문이다. 의과학대학원은 기존의 의과대학을 졸업한 의사를 대상으로 운영되는 프로그램으로 생명과학분야의 연구에는 탁월한 성과를 냈지만, 공학분야에서는 아직 성과가 미약하다. 이는 의과학대학원 연구자의 학술적 배경이 의학이다 보니 지금처럼 전공자도 따라잡기 벅찰 만큼 빠르게 발전하는 공학적 자원을 자유자재로 활용하기는 어렵고, 최신 기술적 성과를 신속하게 의료 분야에 접목하기는 어렵기 때문이다. 과기의전원은 과학과 공학을 기반으로 의학적 소양을 갖춘 인재를 양성하는 데 목표를 둔다. 의학교육단계부터 시작하는 MD-PhD 융합 과정을 운영하려는 이유가 여기에 있다.
과기의전원은 이처럼 급변하는 기술과 산업 트렌드를 바이오의료와 실시간으로 조화시키는 특화된 인재를 양성함으로써 바이오의료의 최신 연구 성과가 산업계에 조기에 안착하는 데 중요한 역할을 할 것이다. 무엇보다 학부 때부터 공학 기반 의료라는 특화된 교육을 실시한다면 과학/공학박사와 임상의 훈련 과정을 모두 거쳐야 했던 기존의 의사과학자 양성과정에 비해 훨씬 신속하게 바이오의료 산업에 필요한 전문가를 공급할 수 있을 것이다.
한편으로는 우수한 과학기술 인재에게 ‘공학과 의학의 융합’이라는 새로운 진로를 제시하여 의료 분야를 지망하는 우수한 인재들이 자신의 관심사를 좇아 연구자의 길을 선택하는 데 기여할 것으로 기대된다. 이처럼 기존의 의학이나 공학과 전혀 다른 융합교육을 받은 혁신 인재들이 바이오헬스 산업의 주역으로 성장한다면 우리나라도 연간 2조달러가 넘는 글로벌 바이오 헬스산업 시장의 퍼스트무버(First-mover)에 당당히 이름을 올릴 수 있을 것이다.
2023.09.12 조회수 562 -
미국 뉴욕에서 KAIST 테크페어 최초 개최
우리 대학이 이달 22일 미국 맨해튼 뉴욕대학교 킴멜센터에서 '2023 KAIST 테크페어 뉴욕(Tech Fair in New York)'을 개최한다. KAIST 창업 생태계를 세계 무대로 확산하는 출발점이자, 창업기업의 기술 가치를 현지에서 실증해 투자 유치 및 글로벌 고객을 확보하기 위해 마련된 행사다. 우리 대학은 2018년부터 매년 국내에서 기술이전 설명회를 열어왔으며, 해외에서 글로벌 기업을 대상으로 진행하는 테크페어는 올해가 처음이다. 기술가치창출원(원장 최성율)은 이번 행사를 위해 한국무역협회(대표 구자열, 이하 KITA)와 함께 지난 6개월간 시장 실증을 위한 고객사 및 투자사 발굴 등을 준비해 왔다. 교원·학생창업 기업을 중심으로 기술사업화된 7개사를 엄선해 이들 기술에 관심 있는 해외 기업을 세부적으로 연계했다. IT, 인공지능, 환경, 물류, 유통, 소매 분야 글로벌 다국적 기업이 수요기관으로 참여해 9월 현재 창업기업 기술의 시장성 여부를 테스트하고 있다. 장영재 산업및시스템공학과 교수가 창업한 '다임리서치'는 스마트팩토리 자동화 솔루션 전문기업으로 자동 물류 시스템에 최적화된 플랫폼 기술로 세계 시장의 문을 두드린다. 산업 현장에서 사용되는 여러 로봇을 협업시켜 작업 생산성을 극대화하는 '협업 지능' 솔루션이다. 인공지능 강화학습 기술이 적용된 물류 로봇이 공정 및 환경 변화에 스스로 대응할 수 있어 유지보수 비용을 최소화할 수 있으며, 자체 개발한 디지털 트윈 기술과 결합해 적은 데이터로도 뛰어난 성능을 구현할 수 있는 것이 강점이다. 학생창업 기업인 '에니아이'는 햄버거 패티 자동화 장비 및 솔루션으로 햄버거의 본고장인 미국 시장에 진출한다. 황건필 전기및전자공학부 졸업생이 창업한 로봇 키친 스타트업으로 로봇제어·설계·인공지능 인지기술 분야의 전문가들이 모여 햄버거 패티를 자동으로 조리하는 기술을 개발했다. 버튼만 누르면 설정된 조건에 맞춰 일정한 맛과 품질로 패티 양면을 동시에 구워낸다. 한 시간에 200개가량을 조리할 수 있어 인력난 해결은 물론 요식업계의 디지털 전환을 가속할 수 있는 기술로 주목받고 있다.
이와 함께 22일 뉴욕대학교 킴멜센터에서 진행되는 테크페어에는 ▴KAIST로부터 원천기술을 이전받아 외부 물질 및 금속 이온을 측정할 수 있는 수질 관리 시스템을 개발한 '더웨이브톡' ▴확장현실(XR)*을 활용해 산업 현장을 원격으로 관리해 작업자의 기술 향상을 돕는 '버넥트' ▴인공지능 빅데이터의 처리와 분석을 돕는 솔루션의 '다투모' ▴기계학습 시스템의 오버헤드** 제거 솔루션의 '베슬에이아이' ▴발달장애인의 심리 안정을 돕는 공기주입식 조끼를 개발한 '돌봄드림'까지 미국 현지에서 시장 실증을 진행 중인 7개의 스타트업이 참여한다. *확장현실(eXtended Reality): 증강현실, 가상현실, 혼합현실 기술을 활용하여 몰입감을 높인 초실감형 기술**오버헤드: 프로그램의 안정적인 처리를 위해 추가로 소요되는 시간
또한, 대전시가 지원하는 D-유니콘 프로그램에 참여한 2개사(플라즈맵·노타AI)와 중소벤처기업부의 스케일업 팁스의 지원을 받은 2개사(엔젯·일리아스바이오로직스), 지속가능발전목표를 실현하고 있는 3개사(와이파워원·IDK 랩·인공광합성연구소)까지 총 14개의 KAIST 스타트업이 글로벌 기업 및 벤처캐피털 관계자 100여 명을 초청한 자리에서 기업설명회를 연다.
본 행사에 앞서 참여 스타트업은 뉴욕 경제개발공사, 대형 로펌 등을 방문해 미국 정부 지원 프로그램 및 미국 시장 진출을 위한 자문을 얻을 예정이다. 또한, 지속가능발전목표를 추구하는 스타트업 지원 투자기관과 뉴욕대학교의 원스톱 창업 지원 공간인 레슬리랩도 함께 들러 KAIST의 글로벌 기술사업화 도약을 위한 초석을 다질 계획이다. 최성율 KAIST 기술가치창출원장은 "KAIST는 글로벌 가치창출 선도대학이라는 비전을 실현하기 위해 이번 행사를 준비했다"라며, "KAIST의 기술로 창업한 스타트업들이 시장 실증을 훌륭하게 마무리해 글로벌 수요 확보 및 투자 유치에 성공할 수 있기를 기대한다"라고 전했다.
2023.09.11 조회수 705 -
150% 쭉쭉 늘어나는 전자 섬유 개발
전자 섬유는 최근 각광받고 있는 사용자 친화 웨어러블 소자, 헬스케어 소자, 최소 침습형 임플란터블 전자소자에 핵심 요소로 여겨져 활발하게 연구가 진행되고 있다. 하지만 고체 금속 전도체 필러(Conductive filler)를 사용한 전자 섬유를 늘려서 사용하려 할 경우, 전기전도성이 급격하게 감소해 전기적 성질이 망가진다는 단점이 있다.
우리 대학 신소재공학과 스티브 박, 전기및전자공학부 정재웅, 바이오및뇌공학과 박성준 교수 공동 연구팀이 높은 전도도와 내구성을 가지는 액체금속 복합체를 이용해 신축성이 우수한 전자 섬유를 개발했다고 25일 밝혔다.
전자 섬유의 늘어나지 않는 단점을 해결하기 위해 연구팀은 고체처럼 형상이 고정된 것이 아닌 기계적 변형에 맞춰 형태가 변형될 수 있는 액체금속 입자 기반의 전도체 필러를 제시했다. 액체금속 마이크로 입자는 인장이 가해질 경우에 그 형태가 타원형으로 늘어나면서 전기 저항 변화를 최소화할 수 있다. 하지만 그 크기가 수 마이크로미터이기 때문에, 기존에 이용된 딥-코팅(dip-coating)과 같은 단순한 방법으로 실에 코팅하는 것이 불가능하다. 연구진은 액체금속 입자가 높은 밀도로 실 위에 전달될 수 있고, 블레이드와 기판 사이에서 현탁액의 조성을 실시간으로 바꾸면서 화학적 변성을 통해 액체금속 입자를 실과 접착시킬 수 있는 새로운 방법인 현탁액 전단(suspension shearing) 방법을 통해 이를 해결했다. 추가로 기계적 안정성이 우수한 탄소나노튜브(CNT)가 포함된 액체금속 입자를 한층 더 코팅하는 방식으로, 액체금속 복합체의 기계적 안정성도 확보할 수 있었다.
제작된 신축성 전자 섬유는 추가적인 공정이 필요 없이 우수한 초기전도성을 보였고(2.2x10^6 S/m), 기존의 고체 금속 전도체 기반 섬유들과는 다르게 150% 늘려도 전기저항 변화가 거의 없다. 기계적 안정성도 우수해 반복되는 변형 실험에도 전기적 성질을 유지할 수 있었고, 다양한 전자 부품들과 쉽게 통합될 수 있다. 연구팀은 이를 이용해 실제 상용화된 옷에 다양한 전자회로를 구현했다.
나아가서 연구팀은 액체금속 복합체를 코팅하는 방법이 다양한 실에 호환 가능하고, 재료의 생친화성이 우수하기 때문에, 이를 이용해 신경과학 연구에 사용할 수 있는 섬유형 바이오 전자 섬유를 구현했다. 연구팀은 제안된 코팅 방법을 이용해 기계적 변형에 영향을 받지 않는 뇌 활동 전극, 신경 자극 전극, 다기능성 옵토지네틱 프로브를 제작해 넓은 범용성과 높은 공정 신뢰성을 갖는다는 것을 보였다.
우리 대학 이건희 박사, 이도훈 박사과정, 전우진 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 온라인 판에 7월 13일자 출판됐다. (논문명: Conductance stable and mechanically durable bi-layer EGaIn composite-coated stretchable fiber for 1D bioelectronics)
스티브박 교수는 "옷에 다양한 전자 공학적인 기능을 웨어러블 형태로 구현하는 가능성을 보여준 연구로 최근에 각광받고 있는 환자 편의성을 높인 웨어러블 헬스케어 소자나 최소침습형 임플란터블 전자소자 개발의 새로운 방향성을 제시한 의미있는 결과ˮ 라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단, KAIST의 지원을 받아 수행됐다. 이건희 박사는 포스코청압재단의 지원을 받고 있다.
2023.07.25 조회수 1262 -
이상엽 특훈교수, 노보자임 화학 및 바이오공학분야 세계적 리더상 수상
우리 대학 이상엽 특훈교수(연구부총장)가 세계적인 생명공학 회사인 노보자임(Novozymes) 社의 2023년 화학 및 바이오화학공학 연구의 세계적 선도 공로 노보자임 상(Novozymes Award on Excellence in Chemical and Biochemical Engineering)을 수상했다고 5일 밝혔다.
세계적인 생명공학 회사인 노보자임은 덴마크 공과대학(Technical University of Denmark, DTU)과 함께 시스템 대사공학의 창시자이자 세계적 권위자인 KAIST 이상엽 특훈교수에게 2023년 6월 2일 덴마크 공과대학에서 열린 시상식에서 상패 및 상금을 수여했다.
이상엽 특훈교수는 바이오 화학공학 분야에서 세계적 선두주자다. 그는 업스트림(upstream)과 다운스트림(downstream)을 통합·최적화하는 것을 목적으로, 합성생물학, 대사공학, 시스템 생물학 등을 통합한 ‘시스템 대사공학(systems metabolic engineering)’이라는 개념을 확립해, 해당 분야를 개척하고 보급하는 데 크게 기여했다. 미생물의 시스템 대사공학을 통해 바이오 가솔린 및 디젤, 플라스틱 단량체, 거미줄, 유기산, 알코올 및 생분해성 고분자 등을 포함한 다양한 유용 화학물질을 미생물로부터 생산하는 기술을 개발해 석유화학공정을 대체할 수 있는 친환경 바이오공정을 개발했다. 또한 그는 기술 자문, 산학협력 프로젝트 및 기술이전 등을 통해 산업계와도 긴밀하게 협력하고 있으며, 800여 개 이상의 특허의 발명자로 등록돼 있다.
바이오이노베이션 연구소(BioInnovation Institute)의 CEO이자 수상위원회 위원장인 옌스 닐슨(Jens Nielsen) 교수는 "이상엽 교수는 박테리아 대사공학 분야의 등대와도 같으며, 그의 연구들은 혁신 및 개념 증명(proof of concept)을 토대로 산업바이오를 위한 고효율 생물공정을 개발·제공하는 것에 끊임없는 기여를 해 왔다"라고 설명했다.
노보자임(Novozymes)의 CSO(Chief Science Officer) 겸 R&D 부사장인 클로스 크론 풀셍(Claus Crone Fuglsang)은 "노보자임은 이 상을 통해 해당 분야를 이끄는 리더들의 공헌을 기리는 것을 기쁘게 생각하며, 특히 이번에는 친환경 세계 경제로의 전환에 대한 이상엽 교수의 큰 공헌을 기릴 수 있게 된 것을 자랑스럽게 생각한다" 라 말했다.
이에 덴마크 공과대학 바이오엔지니어링 학과장이자 수상위원회 위원 및 시상식의 사회자인 비야케 바크 크리스텐센(Bjarke Bak Christensen)은 "이 시상식은 이상엽 교수를 만날 수 있는 절호의 기회이며, 이상엽 교수의 업적은 이 분야의 많은 사람에게 영감을 주고 있다"며, "발효 기반 제조에 대한 주제를 다룰 본 심포지엄에서 이상엽 교수의 통찰력이 널리 공유되기를 기대한다"라고 소감을 밝혔다.
수상자인 이상엽 특훈교수는 “바이오 기반 제조 및 바이오화학 분야에서 세계적으로 권위있는 노보자임 상을 수상하게 되어 영광으로 생각하며, 그간 훌륭한 제자들과 개발한 다양한 기술들이 지속가능한 화학산업 구축에 도움이 되도록 노력하겠다.”고 밝혔다.
한편, 시상식은 2023년 6월 2일 덴마크 공과대학에서 개최되었고, 해당 심포지엄은 생중계됐다. (https://dtu.events/fbmsymposium2023/conference)
2023.06.05 조회수 1135 -
염증없이 체내·외 측정 가능한 전자 신소재 개발
생체전자 의료기기는 체내에서 발생하는 신호를 읽어 생물학적 활동을 감지하거나, 조직을 자극해 질병 등을 치료하는 데 사용된다. 하지만 의료기기에 사용되는 전극 물질은 딱딱한 물성을 가지고 있어 체내에 염증반응을 일으키고 조직에 다량의 손상으로 이어질 수 있다. 따라서 조직과 같이 부드러운 성질을 가지면서도 전도성을 띠는 하이드로겔과 같은 연성 물질에 생체적합성이 높은 전도성 고분자를 체내 전극으로 사용하는 연구들이 활발하게 진행되고 있다.
우리 대학 신소재공학과 강지형 교수와 바이오및뇌공학과 박성준 교수 공동연구팀이 기존에 없었던 고전도성, 유사 조직 접착성 하이드로겔이란 신소재를 개발해 고성능 생체전자 기기를 구현했다고 4일 밝혔다.
대부분 전기 전도도가 높을수록 전도성 도메인들의 결정성이 높아지는 원리에 의해, 전도성이 높은 하이드로겔은 딱딱해지고, 부드러운 하이드로겔은 전도성이 낮을 수밖에 없다는 한계를 가진다. 이에 따라 전도성 고분자를 사용하는 하이드로겔 중, 전기 전도도가 높으면서도(10 S/cm 이상) 부드러운 물성(100 kPa 이하)을 가진 하이드로겔은 지금까지 보고된 바 없었다.
강지형 교수 연구팀은 기존에 없었던 고전도성, 유사 조직 물성 하이드로겔을 개발했다. 이 하이드로겔은 보고된 전도성 고분자 하이드로겔 중 가장 높은 전기 전도도(247 S/cm)를 띄며, 조직과 비슷한 물성(탄성율 = 60 kPa, 파괴변형률 = 410%)을 갖는다. 또한, 본 재료는 지속적인 움직임과 팽창, 수축이 있는 심장, 위와 같은 조직에서 안정적으로 기기가 작동하기 위해 필수조건인 조직에 쉽게 접착되는 장점을 가지고 있다.
공동연구팀은 원하는 생체 조직에 맞게 조정하고 그 형태에 맞추는 주형의 그물 구조에 따라 높은 질서도를 가지는 고분자 주형 네트워크를 도입했다.
따라서 주형에 맞추어 형성된 그물 네트워크는 기존 네트워크 대비 100배 이상 높은 전기 전도도를 보이며, 동시에 주형 고분자의 부드러운 특성 때문에 조직과 비슷한 물성을 지니게 된다. 변형에도 저항이 바뀌지 않아 생체전극으로서 최적의 성능을 갖는다.
또한 연구팀은 개발한 하이드로겔을 전극을 기반으로 한 높은 전기 전도도를 가진 다양한 고성능 생체전자 기기를 제작, 그 기능성을 검증했다. 높은 전기 전도도를 가진 특성으로 좌골신경 자극을 대상으로 하는 디바이스의 경우, 매우 낮은 전압(40 mV)에서 다리 근육의 움직임을 성공적으로 유도할 수 있었다. 또한 심전도 측정(ECG)을 위한 디바이스의 경우에도 매우 높은 신호 대 잡음 비(61 dB)로 신호를 측정하는 데 성공함으로써, 초고품질 생체 신호 측정을 위한 연성 기기 개발 가능성을 입증하였다.
이번 연구를 주도한 강지형 교수는 "이번 연구는 고전도성을 갖고 생체조직과 유사한 기계적 물성을 갖는 하이드로겔 개발을 위한 합성 방향을 새롭게 제시했다는 점에서 의미가 있다고 하면서, "이번에 개발된 전도성 하이드로겔은 급속도로 성장하고 있는 전자약 시장에 게임 체인저가 될 것으로 기대된다고 말했다.
우리 대학 신소재공학과 정주은 박사과정과 바이오및뇌공학과 성창훈 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications)’에 4월 18일 게재됐다. (논문명: Highly conductive tissue-like hydrogel interface through template-directed assembly)
한편 이번 연구는 한국연구재단의 나노소재기술개발 미래기술연구실 사업을 받아 수행됐다.
2023.05.04 조회수 1529 -
KAIST, 보스턴 기반 기관들과 손잡고 의사과학자 및 바이오 전문인력 양성한다
KAIST(총장 이광형)가 현지 시간으로 28일 오전 미국 보스턴의 랭햄호텔에서 美 매스 종합 브리검(Mass General Brigham) 의료서비스 시스템의 창립 회원이자 세계적인 연구중심 병원인 하버드대 매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital, 이하 매스종합병원) 및 바이오테크놀로지 기업 모더나(Moderna)와 MOU를 체결했다고 29일 밝혔다. 이날 체결식에는 각 기관 관계자 및 이영 중소벤처기업부 장관, 이인실 특허청장 등이 참석했다.
매스종합병원은 미국 보스턴에 있는 하버드 의대의 최초이자 최대 규모의 교육병원으로 세계에서 가장 혁신적인 병원이다. 세계 최대 병원 기반 연구 프로그램인 ‘매스 종합연구원(Mass General Research Institute)’을 운영해 매년 10억 달러가 넘는 연구예산을 집행하며, 13명 이상의 노벨의학상 수상자를 배출했다.
KAIST는 지난해 9월 매스종합병원과 연구 및 학술교류 방안 모색을 위한 일반협정을 맺은 바 있으며, 이날 협정은 그에 따른 후속 조치로 체결됐다.
매스종합병원은 이 프로그램의 핵심을 담당하는 연구중심병원으로 하버드 · MIT(Massachusetts Institute of Technology)는 물론 지역 병원이 협업해 학생들이 의학과 공학 이론은 물론 풍부한 임상 연구 경험을 쌓을 수 있도록 지원한다.
KAIST는 이번 MOU를 통해 미국의 의학과 공학의 융합으로 이뤄낸 혁신생태계와의 협력을 모색할 계획이다. 특히, 한국형 융합교육 프로그램을 개발해 향후 과학기술의학전문대학원 설립 시 인공지능(AI) 등 과학과 공학 분야를 한층 강화해 차별화된 교육 프로그램을 실시하는 것이 목표다.
또한, 혁신적 의사과학자를 양성하기 위해 KAIST 과학기술의학전문대학원 학생들의 매스종합병원에서의 실습·연구를 포함한 학술 및 인력 교류 프로그램을 개발하는 협력을 추진할 계획이다.
매스종합병원 원장인 데이비드 브라운(David F.M. Brown) 의학박사는 “KAIST와의 향후 협력은 의사과학자 양성, 학술 및 인력 교류, 양 기관 교수진의 공동연구 활성화 등 다양하고 폭넓은 잠재력을 가지고 있어서 이번 협정 체결을 통해 글로벌 협력에 적극적으로 일조하고 서로의 목표를 이뤄나갈 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편, 같은 날 KAIST와 모더나 사이의 MOU도 함께 진행됐다. KAIST 의과학대학원과 함께 의과학 전문인력을 양성하는 내용이 골자로 담겨있으며, 향후 백신 및 신약 개발 · 바이러스 연구 · mRNA 공동 연구 및 신속한 기술사업화 등 전반에 걸쳐 다각적인 협력 방안을 논의해 나갈 예정이다.
모더나는 설립 이후 10년이 넘는 기간 동안 mRNA 분야의 프로그램을 발전시키는 연구 단계의 회사에서 7가지 치료 양식에 걸쳐 백신 및 치료제의 다양한 임상 포트폴리오를 갖춘 기업으로 변모했다. 45개의 개발 후보에 걸쳐 48개의 프로그램을 가동 중이며, 이 중 38개는 현재 임상시험을 진행 중이다.
알파 게레이(Arpa Garay) 모더나 최고상업책임자(CCO)는 “대한민국에서 과학기술의 혁신을 이끄는 KAIST와 전문인력 양성을 위한 협력의 의지를 다지게 된 것에 매우 감사하다”고 말하며, “mRNA 혁신의약품 개발에 필요한 모더나의 전문성을 바탕으로 한국의 바이오헬스분야 핵심인력과의 협력과 교육에 기여할 수 있기를 바란다”고 덧붙였다.
이광형 KAIST 총장은 “세계 최고의 연구중심 병원인 하버드대 매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital)과 가장 영향력 있는 바이오 의료 기업인 모더나와 손잡고 긴밀하게 협력하게 된 것을 매우 뜻깊게 생각한다”라고 전했다.
이어 이 총장은 “두 기관과의 공조를 바탕으로 의사과학자 및 바이오 의료사업을 이끌어갈 글로벌 리더를 양성해 인류의 건강 문제를 해결하고 국가 R&D와 산업을 한층 다채롭게 하는 데 박차를 가하겠다”라고 전했다.
2023.04.29 조회수 5952 -
장용근 명예교수, 다인바이오(주)와 신약 개발 관련 기술이전 계약 체결
생명화학공학과 장용근 명예교수는 3월 30일 다인바이오(주)와 신약개발 관련 기술이전계약 체결식을 가졌다.
계약명은 ‘네오아가로올리고당 흡착 분리 장치 및 분리 방법’으로 네오아가로올리고당 혼합물의 일부 성분인 DP6의 간질환 방지용 의약품으로서의 상용화에 필요한 DP6의 고순도 분리 공정 기술을 주요 내용으로 한다.
이번 기술은 SMBc (Simulated Moving-Bed Chromatography)에 기반한 것으로서 주발명자인 장용근 교수가 과기기술정보통신부 차세대바이오매스연구단 단장으로 일하면서 한양대학교 문성용 교수와 공동으로 개발하였으며 연구단 종료 후 현재 KAIST에 이관된 상태다.
본 계약은 전임상으로부터 제품개발/판매까지 전 단계에 걸쳐 단계별 마일스톤 형식으로 다인바이오가 총 24억 원의 선급실시료를 지불하고 제품화 이후 판매액에 따라 소정의 경상실시료를 지불하도록 되어 있다.
2023.04.17 조회수 1031 -
이산화탄소에서 바이오 플라스틱 20배 이상 뽑아내다
전 세계적으로 기후변화 문제가 심각해짐에 따라 이를 기후 위기로 인식하고 이에 대응하는 적극적인 관심과 노력이 요구되고 있다. 그중 이산화탄소를 활용해 재자원화하는 여러 방법 중에서 전기화학적 이산화탄소 전환 기술은 전기에너지를 이용해 이산화탄소를 유용한 화학물질로 전환할 수 있는 기술이다. 이는 설비 운용이 용이하고, 태양 전지나 풍력에 의해 생산된 재생 가능한 전기에너지를 이용할 수 있으므로 온실가스 감축 및 탄소 중립 달성에 기여하는 친환경 기술로 많은 관심을 받고 있다.
우리 대학 생명화학공학과 이현주 교수와 이상엽 특훈교수 공동연구팀이 전기화학적 이산화탄소 전환과 미생물 기반의 바이오 전환을 연계한 하이브리드 시스템을 개발해 이산화탄소로부터 높은 효율로 바이오 플라스틱을 생산하는 기술 개발에 성공했다고 30일 밝혔다. 유사한 시스템 대비 20배 이상의 세계 최고 생산성을 보여준 해당 연구 결과는 국제 학술지인 ‘미국국립과학원회보(PNAS)'에 3월 27일 字 온라인 게재됐다.
※ 논문명 : Biohybrid CO2 electrolysis for the direct synthesis of polyesters from CO2
※ 저자 정보 : 이현주 (한국과학기술원, 교신저자), 이상엽(한국과학기술원, 교신저자), 임진규(한국과학기술원, 현 소속 기관 Stanford Linear Accelerator Center, 공동 제1저자), 최소영(한국과학기술원, 공동 제1저자), 이재원(한국과학기술원, 공동 제1저자) - 총 5명
이산화탄소의 효율적인 전환을 위해 고효율 전극 촉매 및 시스템 개발이 활발히 진행되고 있는데, 전환생성물로는 주로 탄소 1~3개의 화합물만이 제한적으로 생산되고 있다. 일산화탄소, 포름산, 에틸렌과 같은 탄소 1개의 화합물이 비교적 높은 효율로 생산되며, 이 밖에 에탄올, 아세트산, 프로판올과 같은 여러 개 탄소의 액상 화합물도 만들어질 수 있으나 이는 더 많은 전자를 필요로 하는 화학반응 특성상 전환 효율 및 생성물 선택성이 크게 낮다는 한계점이 있다.
이에 우리 대학 생명화학공학과 이현주 교수와 이상엽 특훈교수 공동연구팀은 전기화학적 이산화탄소 전환 기술과 미생물을 이용한 바이오 전환 기술을 연계해 이산화탄소로부터 바이오 플라스틱을 생산하는 기술을 개발했다. 이 전기화학-바이오 하이브리드 시스템은 전기화학 전환반응이 일어나는 전해조와 미생물 배양이 이루어지는 발효조가 연결된 형태로, 전해조에서 이산화탄소가 포름산으로 전환되면, 이 포름산을 발효조에 공급해 커프리아비더스 네케이터(Cupriavidus necator)라는 미생물이 탄소원으로 섭취해 미생물 유래 바이오 플라스틱인 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA)를 생산한다.
기존 이러한 하이브리드 콘셉트의 연구 결과에 따르면, 전기화학 반응의 낮은 효율 및 미생물 배양 조건과의 차이 등의 문제로 생산성이 매우 낮거나 비연속적 공정에 그친다는 단점이 있었다.
이를 극복하기 위해 공동연구팀은 기체 상태의 이산화탄소를 이용한 기체 확산 전극(gas diffusion electrode)으로 포름산을 만들었다. 그리고 미생물의 생장을 저해하지 않으면서도 전기화학 반응이 충분히 잘 일어나도록 하는 전해액이자 동시에 미생물 배양 배지로 이용할 수 있는 ‘생리적 호환 가능한 양극 전해액(physiologically compatible catholyte)’을 개발하여 별도의 분리 및 정제과정 없이 바로 미생물에게 공급하도록 했다. 이를 통해 이산화탄소로부터 만들어진 포름산을 포함하고 있는 전해액이 발효조로 들어가 미생물 배양에 쓰이고, 전해조로 들어가 순환되도록 하여 전해액과 남은 포름산의 활용을 극대화했다. 또한, 이 과정에서 필터를 설치해 전극 반응에 영향을 줄 수 있는 미생물이 걸러진 전해액만이 전해조로 공급되고 미생물은 발효조 안에만 존재하도록 하는 두 시스템이 잘 연계되면서도 효율적으로 작동되도록 설계했다.
개발한 하이브리드 시스템을 통해 이산화탄소로부터 세포 건조 중량의 83%에 달하는 높은 함량의 바이오 플라스틱(PHB)를 생산했으며, 이는 4 cm2 전극에서 1.38g의 PHB를 생산한 결과로 세계 최초 그램(g) 수준의 생산이며 기존 연구 대비 20배 이상의 생산성이다. 또한 해당 하이브리드 시스템은 연속 배양(continuous culture)의 가능성을 보여줌으로써 추후 다양한 산업공정으로의 응용 또한 기대된다.
교신저자인 이현주 교수와 이상엽 특훈교수는 “이번 연구 결과는 바이오 플라스틱뿐만 아니라 다양한 화학물질 생산에 응용될 수 있는 기술로서 앞으로 탄소 중립을 위한 핵심 기술로 많은 활용이 기대된다”라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 이산화탄소 저감 촉매 및 에너지 소자 기술 개발 과제, 불균일계 원자 촉매 제어 과제와 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제의 지원을 받아 수행됐다.
2023.03.30 조회수 2452 -
공학생물학 인재 양성 본격화
국가 필수전략기술이면서 디지털바이오 분야의 핵심이라 할 수 있는 합성생물학 분야로 알려진 공학생물학(Engineering Biology)은 생명과학에 공학적 기술개념을 도입하여 인공적으로 생명체의 구성요소·시스템을 설계·제작·합성할 수 있는 미래가 주목하는 학문·기술 분야이다.
우리 대학은 `공학생물학대학원(Graduate School of Engineering Biology)'을 설립하고 공학과 생명과학의 최신 융합 분야에서 세계적인 연구 및 교육 혁신의 교두보 역할을 하겠다고 17일 밝혔다.
공학생물학은 바이오 R&D와 디지털·AI·로봇자동화 기술의 융합으로 고속·대량·저비용화를 실현하고, 기존 바이오 기술의 한계를 극복하며 환경·의약·화학·에너지 등 전방위적 산업적 활용과 막대한 시장 창출이 전망되는 분야다.
지금은 인공지능(AI) 기술이 빠른 속도로 발전하고 있어 인공지능 시대라 말할 수 있지만, 10년 후인 `포스트 인공지능 시대'에 미리 대비하기 위해 생명 시스템의 공학적 설계·합성을 연구하는 시대를 미리 준비한다는 목적이다.
미국, 영국, 중국, 일본 등 주요국들은 국가 차원에서 공학생물학(합성생물학)을 전략적 육성 분야로 지정, 핵심기술을 조기 확보하고, 글로벌 기술패권 경쟁에 선제적·전략적 대응을 위해 우수 인력 양성에 집중하고 있다.
이러한 공학생물학의 미래 가능성으로 인해 고급 인력에 대한 수요가 매우 높은 반면, 관련 학과의 부재 등으로 인력 공급이 매우 부족한 수요-공급 불균형의 문제를 해소하고 관련 산업을 활성화하고자 한다. 공학생물학 전공 졸업생은 관련 학계뿐만 아니라 바이오소재, 신약개발, 질병·감염병 진단기술, 기후환경대응기술, 디지털바이오 등 다양한 산업계로 진출하여 국내 바이오산업을 선도하는 정예 공학자로 활약이 기대된다.
이를 위해 KAIST의 생명과학기술대학과 공과대학이 한국생명공학연구원(KRIBB)와 협력하여 최적의 교수진을 구성하고 기초·응용 분야를 아우르는 세계 최고의 공학생물학 교육과정과 ‘First Mover’ 연구 프로그램을 구축하겠다는 계획이다. 현재 한국생명공학연구원은 합성생물학전문연구소를 설립(`22)하고, 세 개의 산하 연구센터(합성생물학, 세포공장, 유전자교정연구센터)를 통해 공학생물학 분야 육성을 본격화하고 있다.
우리 대학 조병관 공학생물학대학원 책임교수는 "생명과학, 화학, 화학공학, 컴퓨터공학, 로봇공학을 포괄하는 융합학문을 바탕으로 기존의 한계를 극복하는 새로운 생명시스템의 구현을 목표로 하고 있다ˮ며, "이를 통해 본 대학원은 생명과학을 새로운 시각으로 바라보고 ‘First Mover’ 연구를 추구하여 학계, 산업계, 경제계에 새로운 비전을 지속적으로 제공할 것ˮ이라고 전했다.
한편, 2023년 가을학기 공학생물학대학원의 석·박사과정 온라인 원서접수는 3월 31일부터 시작된다. 입시설명회는 3월 31일(금) 오후 4시부터 온라인으로 개최된다. 사전등록링크: https://forms.gle/4Fjc1FB19xmMFohf9). 입학 관련 자세한 사항은 홈페이지(https://admission.kaist.ac.kr/graduate/)에서 확인할 수 있다.
2023.03.17 조회수 2511 -
암과 치매 등 맞춤형 신약 발굴 플랫폼 개발
우리 대학 화학과 박희성 교수 연구팀이 질병을 유발하는 다양한 바이오마커들에 맞추어 재단하듯이 디자인이 가능한 고리형 펩타이드*기반 신약 발굴 플랫폼 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
*고리형 펩타이드: 기본 선형으로 이루어진 펩타이드를 약리 효과를 높일수 있도록 고리형태의 구조로 만들어진 아미노산 중합체를 지칭함
고리형 펩타이드는 낮은 독성과 뛰어난 약리 활성으로 인해 많은 주목을 받아왔지만 자유롭게 디자인하고 제조하기가 어려워 실제 신약 개발에 활용되기 어려운 단점이 있었다. 박 교수팀은 암을 포함한 다양한 질병들에 대한 치료제 후보물질 발굴에 매우 유용하게 활용될 수 있도록 이러한 고리형 펩타이드의 맞춤형 디자인을 가능하게 하는 신약 발굴 플랫폼 기술을 개발하는데 성공하였다.
우리 몸의 세포에서 만들어지는 단백질들은 다양한 변형을 통해 기능과 활성이 조절되며 이러한 변형은 생체 내에서 세포 신호 전달 등 우리 몸의 정상적인 신진대사 활동을 조절하는 매우 중요한 역할을 한다.
하지만 유전적 또는 환경적 요인으로 인해 단백질 변형이 비정상적으로 일어나면 세포의 신호 전달, 대사 활동 등이 손상되어 암, 치매, 당뇨를 포함한 다양한 중증 질환을 유발한다.
기존에는 이러한 비정상적 단백질 변형을 제어할 수 있는 후보물질의 탐색이 용이하지 않아서 질병의 원인 규명 및 신약 개발 연구에 어려움이 있었다.
박 교수팀은 지난 2016년 다양한 비정상 변형 단백질을 합성할 수 있는 단백질 변형기술을 개발해 `사이언스(Science)' 지에 논문을 발표한 바 있다.
*논문명: A chemical biology route to site-specific authenic protein modifications
연구팀은 기존 연구를 더 발전시켜 질병의 원인이 되는 비정상적인 단백질 변형을 제어할 수 있는 고리형 펩타이드를 효과적으로 디자인하고 탐색하는 스크리닝 플랫폼 기술을 개발했다.
연구팀은 이 기술을 활용해 비정상적인 단백질에 결합하여 다양한 종류의 암을 유발하는 원인으로 알려진 종양 바이오마커인 HDAC8(histone deaceytylase 8)의 활성을 저해하는 고리형 펩타이드를 효과적으로 발굴할 수 있음을 증명했다.
박희성 교수는 "이 기술이 실용화될 경우 다양한 질병에 대한 혁신신약 후보물질 탐색이 실질적으로 가능해질 것으로 전망된다ˮ며 "향후 맞춤형 표적 항암제 및 뇌 신경 치료제 개발 등 글로벌 신약 연구에 새 패러다임을 열 것이다ˮ고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)가 창의성 기초연구를 촉진하는 개인연구사업 중견연구와 미래 과학기술을 선도하는 연구자를 발굴하는 삼성미래기술육성사업재단(이사장 김성근)의 지원을 받아 수행됐다.
화학과 강덕희 박사와 김도욱 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지인 `앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)' 2023년 1월 16일 자 온라인판으로 게재됐다.
*논문명: A Versatile Strategy for Screening Cutson-Designed Warhead-Armed Cyclic Peptide Inhibitors
2023.02.21 조회수 1746 -
7개 연구실, ＇안전관리 우수연구실＇ 인증 취득
우리 대학 7개 연구실이 과학기술정보통신부가 주관하는 2022 안전관리 우수연구실 인증을 획득했다.
안전관리 우수연구실 인증제는 대학이나 연구기관 등에 설치된 과학기술 분야 연구실이 자율적으로 안전관리 역량을 강화할 수 있도록 정부가 2013년 도입한 제도다. 안전관리 표준모델을 발굴하고 확산하는 것을 목표로 안전관리 수준과 활동이 우수한 연구실에 전문가의 심사를 통한 인증을 부여하고 있다.
이번에 신규 인증을 획득한 연구실은 총 7개로 대전 소재 정부출연연구기관 중 최다 규모다. 생명과학과 ①시스템 및 합성생물학 연구실(조병관 교수), 신소재공학과 ②NanoSF 연구실(강정구 교수), ③바이오신소재연구실(박찬범 교수), ④지속가능에너지재료 연구실(정우철 교수), ⑤신소재 영상화 및 융합 연구실(홍승범 교수), 원자력및양자공학과 ⑥핵융합 및 플라즈마 동역학 연구실(성충기 교수), 화학과 ⑦나노촉매연구실(송현준 교수) 등이다.
해당 연구실들은 ▴연구실 안전 환경 시스템 분야(30점) ▴연구실 안전 환경 활동 수준 분야(50점), ▴연구실 안전관리 관계자 안전의식 분야(20점) 등 세 가지로 구분된 심사 항목에서 각 분야 배점의 80% 이상을 득점하고 80점 이상의 총점을 얻었다. 또한, 안전관리 우수연구실 인증제 운영에 관한 규정에 명시된 필수 이행항목 4종에 대한 평가를 동시에 충족해 우수 연구실로 인증됐다.
이광형 총장은 "최근 중대재해 처벌 등에 관한 법률이 시행되어 공공기관의 사회적 책임에 부응하기 위해 안전보건경영시스템 'ISO45001' 인증을 준비하는 등 연구실 안전관리에 많은 관심을 가지고 있다"라고 전했다. 이어 이 총장은, "KAIST의 우수한 연구자들이 안전하게 연구할 수 있도록 안전관리 우수연구실 인증을 향후 확대하여 시행하는 등 안전관리에 만전을 기하겠다"고 강조했다. 26일 오후 2시부터 진행된 인증서 수여식에는 이승섭 교학부총장, 방진섭 행정처장 등 보직자들과 해당 연구실 관계자들이 참여했다. 또한, 연구실 내 행정적 관리를 평가하는 "안전 환경 시스템 분야"와 구성원의 안전의식을 평가하는 "안전관리 관계자 안전의식 분야"에서 높은 점수를 받은 강정구 신소재공학과 교수 연구실 투어가 진행됐다.
2023.01.30 조회수 2344 -
바이오경제를 이끌어가는 대사공학 30년 역사와 미래
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 지난 30년간 대사공학이 발전해온 역사를 정리해, 대사공학이 어떻게 지속 가능한 발전에 기여할 수 있는 분석한 결과를 정리하여 ‘지속 가능성과 건강을 위한 대사공학’ 논문으로 발표했다고 25일 밝혔다. 이번 논문은 셀(Cell) 誌가 발행하는 생명공학 분야 권위 리뷰 저널인 `생명공학 동향(Trends in Biotechnology)'의 40주년 특집호 온라인판에 게재됐다.
※ 논문명 : Metabolic engineering for sustainability and health
※ 저자 정보 : 김기배(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 최소영(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 조인진(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 안다희(한국과학기술원), 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 5명
대사공학은 1990년대 초반부터 본격적으로 연구되어 지난 30년간 괄목할 만한 발전을 이뤘다. 대사공학은 산업, 의료, 농업 및 환경 분야를 포함한 대부분의 생명공학 분야에서 적용돼왔으며, 특히 미생물 공학에 중점을 두고 연구가 진행됐다. 다양한 발효 식품과 알코올음료 생산 등, 미생물을 사용한 물질 생산은 오랜 역사가 있다. 미생물은 동식물에 비해 빠르게 자랄 수 있어 실험에 드는 시간과 비용이 적게 든다. 또한 유전자 변형 생물(Genetically Modified Organism; GMO) 관련한 윤리 및 안정성 문제에서 동식물과 비교해 미생물의 유전공학은 상대적으로 자유로워 미생물에 관한 대사공학 연구가 광범위하게 시행돼왔다.
지난 수십 년간 대사공학은 유용한 화학물질을 효율적으로 생산하고, 분해가 어려운 오염 물질을 분해할 수 있는 미생물 균주를 성공적으로 개발하는 등, 지속 가능한 발전을 위한 핵심적인 기술로서의 면모를 보여왔다. 특히, 현재까지 대사공학을 통해 개발한 미생물은 재생 가능한 바이오매스로부터 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 산업용 대량 화학물질, 화장품 성분 및 의약품까지 수백 가지의 화학물질이 생산을 가능케 했다.
또한, 대사공학은 미생물과 곤충을 포함한 동식물의 자연적 정화 과정에서 영감을 얻어 미생물 기반의 다양한 생물학적 정화 방법을 개발하기 위해 사용돼왔다. 오염 물질과 독성 화학물질의 분해 경로를 조작함으로써 유출된 기름, 폐플라스틱, 살충제, 폐기된 항생제와 같은 물질을 더 높은 효율로 분해할 수 있도록 미생물을 개량할 수 있고, 이는 환경 보존을 위한 연구의 초석으로서 대사공학이 인류 건강에 기여하는 중요 예시다. 이처럼 대사공학은 유엔이 발표한 지속가능발전목표(Sustainable Development Goals; SDG) 달성에 다방면으로 기여하고 있다.
연구팀은 이번 연구에서 지난 30년간 대사 공학이 발전하며 어떻게 바이오 기반 화학물질의 지속 가능한 생산, 인류 건강 및 환경 문제까지 기여했는지에 대한 광범위한 개요를 제공했다. 특히 이상엽 특훈교수는 대사공학의 태동기부터 연구를 수행해 왔으며 2000년대 들어서 두드러진 합성생물학의 발전과도 함께해 왔다. 연구팀은 이번 논문을 통해 대사공학의 출현부터 인공지능을 활용한 최신 기술의 도입까지, 지난 수십 년 동안 어떻게 사회적, 산업적, 기술적 요구를 해결하기 위해 어떻게 발전해왔는지 정리하고, 최근 대사공학 연구가 어떻게 산업용 대량 화학물질 생산, 바이오 연료 생산, 천연물 생산, 생물학적 정화 분야에 기여하고 있는지 논의했다. 나아가 건강 및 환경 문제의 해결과 지속 가능한 바이오 기반의 화학산업을 정착시키기 위해 극복해야 할 대사공학의 문제점을 함께 제시했다.
공동 제1 저자인 생명화학공학과 김기배 박사과정생은 “기존의 석유화학 공정 기반의 화학물질 생산으로 인한 기후 위기와 화석 연료 고갈 문제를 고려했을 때 대사공학을 이용한 화학물질의 지속 가능한 생산 연구는 더욱 중요해지고 있다”라고 말했으며, 이상엽 특훈교수는 “이번 연구에서 대사공학의 역사를 돌이켜봄으로써 대사공학의 지속가능발전목표를 달성하기 위한 기여를 조명했으며, 우리 사회가 직면한 기후 위기, 환경 오염, 헬스케어, 식량 및 에너지 부족 문제에 대한 해결책으로서 대사공학이 점점 더 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제, 바이오·의료기술개발사업의 맞춤형 세포공장 기반 유해선충제어 바이오소재 기술 개발 과제, 그리고 산업통상자원부가 지원하는 e바이오리파이너리 직접공기포집 C1전환 합성생물학의 통합 과제의 지원을 받아 수행됐다.
2023.01.25 조회수 1767