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미래를 위한 대체 불가 바이오 제조 전략 제시
2021년 서울국제포럼과 KAIST가 공동 개최한 “글로벌 복합위기와 4차 산업혁명의 대전환기, 탄력성장의 도전과 기회” 포럼에서 KAIST 이상엽 특훈교수는 우리나라가 미래 국가경쟁력을 확보하기 위해서는 대체 불가 기술 (non-fungible technology; NFT)을 확보해야 한다고 처음으로 제시한 바 있다. 기후 변화의 심각성에 연간 약 1.1억 톤의 식품 폐기물을 포함한 다양한 유기 폐기물들, 그리고 이산화탄소도 바이오 제조를 위한 원료로 사용하도록 대체 불가능한 바이오기술(Bio-NFT)로 활용하는 것이 이제 선택이 아닌 필수가 됐다. 우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 기술 혁신, 원료 공급 최적화 및 적절한 인프라를 통해 바이오 제조의 확장을 포함한 경쟁력 확보 전략 수립에 대한 논문을 네이처 화학공학지(Nature Chemical Engineering)에 월드뷰(Worldview)에 7월 22일 자로 제시했다고 24일 밝혔다. ※ 논문명 : Fungible and non-fungible technologies in biomanufacturing scale-up ※ 저자 정보 : 이상엽(한국과학기술원, 제1 저자, 교신저자) 1명 최근 신진 대사 공학과 합성 생물학의 급성장은 전통적인 화석 자원에 의존하는 제조 공정을 바이오 기반 대안으로 전환할 수 있는 잠재력을 보여주고 있다. 미생물 세포 공장을 통해 화학물질과 재료를 생산하는 바이오 기반 기술은 빠르게 발전하고 있으며, 이는 각각 5.7조 달러, 9.2조 달러, 22.5조 달러의 시장규모를 가진 화학, 식품 및 소비재 등 다양한 산업 부문에 혁신적인 변화를 가져오고 있다. 이는 2조 달러 규모의 제약시장 보다도 훨씬 크다. 그러나 이러한 바이오 제조로의 전환은 기술적, 경제적, 사회적 장벽으로 인해 어려움을 겪고 있다. 점점 더 많은 사람들이 지구 온난화의 현실과 그 악화되는 영향을 인식하면서 환경에 덜 해로운 제품에 대한 선호도가 높아지고 있지만, 실제 구매 결정에 있어서는 가격이 중요한 역할을 한다. 따라서, 각국 정부들은 규제 지원뿐만 아니라 대중과의 소통을 통해 지속 가능한 생산과 소비에 대한 이해와 헌신을 촉진해야 한다. 이 교수는 중요하게 떠오른 바이오 제조 확장, 특히 범용화학물질 생산 등 대체 불가능하지 않은 바이오기술 (not non-fungible)을 위해 풀어야 할 세 가지 주요 과제를 제시했다. 첫째, 미생물 세포 공장의 TRY(titer, rate, yield; 농도, 속도 및 수율)를 최대화하는 것으로 기존 대사공학에 데이터 과학, 인공지능 및 로봇 공학의 통합을 통해 이러한 역량을 강화해야 한다. 둘째, 원료 공급 및 물류의 최적화가 필요하다. 약 6억 톤의 바이오매스가 연간 바이오 기반 재료 생산을 위해 사용될 수 있지만, 최적의 분배 및 공급망이 완전히 구축되지 않았다. 다양한 원료의 사용을 가능하게 하는 기술 개발이 필요하다. 셋째, 인프라 및 시설 건설에 필요한 대규모 자본 투자 문제이다. 최근 들어 건설비용이 급격히 증가하여 최첨단 제조 시설을 구축하는 데 드는 높은 비용은 운영 확장의 재정적 실행 가능성을 어렵게 한다. 바이오 제조시설 구축을 위한 정책자금 투입 등 국가적인 인프라 개념에서의 투자가 요구되며, 단기적인 해결책으로는 완전히 유연한 중형 바이오 정제소를 건설하여 시장에 가장 적합한 제품을 생산할 수 있다고 제시했다. 이 교수는 “기술 혁신, 원료 공급 및 인프라 개발에의 집중적인 노력이 필요하다”고 강조하면서 “이를 통해 산업은 보다 지속 가능하고 경제적으로 실행 가능한 바이오 제조 공정으로 전환할 수 있으며, 이는 글로벌 시장에 큰 영향을 미칠 것이다. 지속 가능한 미래에 기여하고 산업에 상당한 경제적 기회를 제공할 것으로 기대된다.”고 밝혔다. 한편 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제 (과제책임자 KAIST 이상엽 특훈교수)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.07.25
조회수 409
효모 사용해 종양에 항암제 전달한다
〈 전 상 용 교수 〉 우리 대학 생명과학과 전상용 교수 연구팀과 GIST 생명과학부 전영수 교수 공동연구팀이 효모 기반의 바이오소재를 이용해 항암제를 표적 암에 효과적으로 전달할 수 있는 원천기술을 개발했다. 이번 연구결과는 지난해 12월 28일 미국학술원회보인 PNAS 온라인 판에 게재됐다. 이번 기술은 효모(yeast)에 존재하는 천연 소포체(vesicle)인 액포(vacuole)를 항암제를 전달하는 약물전달체로 이용했다. 동물 실험에서 높은 생체 적합성과 항암효능을 보여 기존 치료법의 대안이 될 것으로 기대된다. 약물전달시스템은 기존의 합성의약품 기반 항암 치료에 비해 독성을 크게 낮출 수 있다. 현재 美 식약청의 허가를 받아 치료에 사용되는 약물전달시스템은 리포좀(liposome) 제제와 알부민 나노입자(Abraxane)가 있다. 이러한 나노입자 기반 약물전달시스템은 특정 암을 표적해 치료하는 기술은 아니다. 따라서 최근에는 특정 암을 표적해 부작용을 낮추고 치료 효능은 개선시키는 표적형 약물전달시스템에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 대부분의 표적형 약물전달시스템은 고분자, 무기 나노입자같은 인공소재 기반이다. 인공소재들은 생체 적합성이 낮고 몸속에 장기간 남아 잠재적 독성을 유발할 수 있다는 한계를 갖는다. 연구팀은 문제 해결을 위해 빵, 맥주의 발효에 사용되는 효모를 이용했다. 효모 안의 소포체인 액포를 항암제 전달 소재로 사용했다. 연구팀은 기존 효모를 유전자변형 시켰다. 유방암에 결합가능한 표적 리간드(ligand)가 도입된 표적형 효모액포로 제조한 것이다. 여기에 항암제로 사용되는 독소루비신(Doxorubicin)을 표적형 효모액포에 선적해 약 100나노미터 직경을 갖는 암 치료용 표적형 약물전달시스템을 구축했다. 이 액포의 구성성분은 인간의 세포막에 존재하는 지질 성분들과 비슷해 암 세포와의 막융합이 수월하게 이뤄진다. 따라서 항암제를 암 세포 안으로 효과적으로 전달할 수 있고, 생체 적합성이 높아 안전한 약물전달시스템이 될 수 있다. 실제로 유방암 동물실험에서 표적형 효모액포 약물전달시스템은 기존 독소루비신 치료 그룹에 비해 약 3배 이상의 항암제를 암 조직에 전달해 우수한 치료 효능을 보였다. 이 기술을 통해 다른 생물체 기반의 나노 소포체를 이용한 약물전달시스템 개발에도 활용 가능할 것으로 기대된다. 전 교수는 “이 기술을 통해 생물체 유래 천연 나노 소포체가 약물전달시스템으로 개발될 것으로 보인다”며 “전임상 연구 및 임상 적용 가능성을 평가해 궁극적인 암 치료 방안 중 하나가 되기를 기대한다”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단의 글로벌프론티어 사업인 지능형바이오시스템 및 합성연구단과 광주과학기술원 실버헬스바이오연구센터의 실버헬스바이오기술개발사업의 지원으로 수행됐다. □ 그림 설명 그림1. 표적형 효모액포를 정맥주사 한 후 6시간 뒤 암 조직으로의 약물분포 결과 그림2. 유방암 생쥐모델에서 독소루비신 항암제가 선적된 표적형 효모액포 약물전달시스템의 항암 결과 그림3. 최종 항암 치료용 표적형 약물전달시스템을 제조하는 모식도
2016.01.12
조회수 17363
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
조회수 15995
생명화학공학과 이상엽 특훈교수 국제 대사공학회 의장으로 추대
-내년 6월, 차기 국제 대사공학회 제주도에서 개최 지난주 미국 벌링턴(Burlington, Vermont주)에서 개최된 국제 대사공학 운영위원회는 KAIST(총장 서남표) 생명화학공학과 이상엽(45, 생명과학기술대학 학장, LG화학 석좌교수) 특훈교수를 제8회 국제대사공학회 의장으로 추대하고 ‘녹색성장을 위한 대사공학(Metabolic Engineering for Green Growth)’이란 주제로 내년 6월 제주도에서 개최하기로 결정했다. 이 학회에서는 바이오기반 녹색성장 관련 학술 발표와 토론 뿐 아니라 세계적인 기업들이 참여하는 세계 산업 바이오기술 자문회(World Council on Industrial Biotechnology)가 발족되며 창립 회의도 함께 개최될 예정이다. 앞으로 이 자문회는 세계 산업생명공학 관련 전문가 집단으로서 각국의 정책수립 등에 자문하게 된다. 우리대학 관계자는 “국제 대사공학회의 국내 개최는 한국의 대사공학 역량이 세계적으로 인정받고 있음을 증명한다.”고 말했다. 현재 전 세계적으로 화석연료의 고갈과 환경문제가 인류의 생존을 위협하는 문제로 대두되고 있으며, 이를 극복하기 위해 미생물로부터 화학물질 및 연료를 생산하는 산업생명공학에 각국의 관심이 집중되고 있다. 효율적인 바이오화학물질 및 바이오연료의 생산을 위해서는 미생물의 대사회로를 원하는 대로 조작할 수 있는 대사공학이 필수적이며 차세대 핵심 기술로 급부상하고 있다. 李 교수는 “우리 정부에서 리더십을 발휘하고 있는 녹색성장이 세계 각국에서 좋은 모델로 인식되고 있으며, KAIST는 바이오기반 화학물질 및 연료 생산을 시스템대사공학 기반기술을 바탕으로 세계 산업 바이오기술 분야를 선도하고 있다.”라고 말했다.
2009.07.16
조회수 15218
제1회 바이오시스템 미래비전 "공모전" 시상
KAIST(총장 로버트 러플린) 바이오시스템공학과가 주최한 "제1회 바이오시스템 미래비전 공모전" 시상식이 지난 9일 KAIST 정문술 빌딩에서 개최되었다. 이날 시상식은 수상작 발표회를 겸하여 바이오기술과 컴퓨터 기술을 융합하는 바이오시스템 기술에 관한 기발한 아이디어들로 넘쳐났다. 이 공모전 대상은 한국과학영재학교 안진형 학생이 차지했다. 안진형 학생은 "사람이 운동할 때 에너지 소모가 되듯 인공 기계세포의 전기적 신호를 통해 같은 효과를 낼 수 있게 되면 자동적으로 비만이 관리될 수 있다"는 내용으로 최고상을 수상했다. 최우수상은 "컴퓨터에 스피커와 마우스를 장착하듯 옷을 입는 것만으로 운동을 잘하게 되거나 머리가 똑똑해지는 등 능력이 향상될 수 있을 것"이라는 아이디어로 KAIST 산업디자이학과 김보미 학생이 차지했다. 또한, 세포의 복제 및 분화 과정을 이용한 새로운 토목.건축기술을 제시한 제주과학고등학교 김기백 학생이 최우수상을, 대규모 바이오네트워크 시뮬레이터를 이용한 생명현상의 이해를 이야기한 서울대학교 조성현 학생이 우수상을 차지했다. KAIST 장민지 학생은 두뇌의 건강과 학습 등을 관리해주는 새로운 직업 "Brain Master"가 생겨날 것이라는 주제로, 제주과학고의 장한별 학생은 바이오로봇이 지배하는 미래의 전쟁을 영상화한 동영상으로 우수상을 수상했다. 연세대학교 류성일 학생과 상명대학교 엄태상 학생도 각각 "2035년 미래의 뉴스기사", "뇌와 기계를 연결한 사이보그"라는 주제로 우수상을 받았다. 이날 시상식에서 대상을 받은 안진형 학생은 "상을 받게 된 것도 기쁘지만 이번 공모전을 준비하면서 공부도 많이 할 수 있었다"라며 "이렇게 아이디어들을 구체화해보는 경험이 앞으로 벤처회사를 경영하고 싶은 꿈에 많은 도움이 될 것 같다"고 소감을 밝혔다. 이번 공모전을 후원한 박한오 (주)바이오니아 대표는 "바이오시스템의 무한한 가능성을 또 한번 확인하는 기회가 된 것 같다"며 "자라 나는 세대들의 새로운 아이디어들이 세계적으로 인정받을 수 있는 원천기술을 확보할 수 있는 기반이 될 수 있다고 믿는다"고 말했다.
2006.06.21
조회수 16301
'올해의 젊은과학자상' KAIST 휩쓸어
신중훈ㆍ최인성ㆍ김은준 교수 등...5년간 年 3천만원 연구장려금 지급 과학기술부와 한국과학기술한림원은 "제8회 젊은 과학자상" 수상자로 변재형(38ㆍ포항공대 수학과), 신중훈(36ㆍKAIST 물리학과), 최인성(35ㆍKAIST 화학과), 김은준(40ㆍKAIST 생명과학과) 교수 등 4명을 선정했다고 26일 밝혔다. 특히 젊은 과학자상 수상에는 KAIST(한국과학기술원) 교수들이 4개 분야중 3개 분야를 휩쓰는 기염을 토해 냈다. 수학 분야 수상자인 변 교수는 대칭성 파괴와 특이 섭동(역학계에서 주요한 힘의 작용에 의한 운동이 부차적인 힘의 영향으로 교란되어 일어나는 운동)된 공간 위에서의 해(解:해법)의 구조를 비롯해 임계 진동수를 가진 스탠딩 웨이브의 존재성과 특이 섭동된 타원형 편미분 방정식에 관한 연구업적을 높이 평가받았다. 물리 분야 신 교수는 희토류 원소가 도핑된 나노결정 실리콘 박막 제작과 이의 성질 현상 연구, 제어 및 규명과 광학적 성질연구에 초점을 맞췄으며 광대역 통신ㆍ정보소자에 응용 가능한 연구업적을 인정받아 수상자로 선정됐다. 화학 분야 수상자인 최 교수는 나노 바이오센서 및 약물전달시스템과 생체친화성 고분자 코팅기술 연구를 비롯해 표면생유기화학 분야를 정립하고 분자단위에서의 표면 제어를 통한 나노-바이오기술 연구업적을 인정받았다. 생명과학 분야 수상자로 선정된 김 교수는 신경세포의 시냅스 생성과 관련된 분 자기전의 규명을 통해 밝혀진 시냅스 단백질들과 정신지체, 언어장애 및 근무력증 등 다양한 뇌질환과의 관련 여부에 관한 연구업적을 높이 평가받았다. 젊은 과학자상은 21세기 우리나라의 과학기술계를 이끌 40세 미만의 젊은과학자 를 발굴, 포상하는 제도로 1997년부터 자연과학 분야와 공학분야에서 번갈아 4명씩 선정하고 있다. 한편 시상식은 내년 2월경 청와대에서 대통령이 참석한 가운데 진행되며 수상자에게는 대통령 상장과 함께 5년간 연 3천만원의 연구장려금이 지급된다.
2004.12.27
조회수 24834
이상엽교수, 호주 퀸스랜드대 명예교수 추대
KAIST(총장직무대행 : 劉進)는 생명화학공학과 이상엽(李相燁, 40, LG화학 석좌교수)가 최근 호주 퀸스랜드대학교(University of Queensland) 및 호주생명공학-나노기술연구소의 명예교수(Honorary Professor)에 추대되었다고 밝혔다. 퀸스랜드대학과 연구소측은 李 교수의 시스템생명공학 관련 연구업적을 높이 평가, 임기 3년의 명예교수로 추대했다고 알려 왔다. 앞으로 李 교수는 시스템생물학 및 나노바이오기술분야에 대한 자문을 하게 되며, 대학과 연구소 보유의 연구시설을 사용할 수 있게 된다. 최근 캐나다 반프에서 열린 국제대장균통합학회(IECA 2004)에서 “시스템생명공학적 접근에 의한 대장균이용 유용물질 생산”에 관한 초청강연을 하고 돌아온 李 교수는 “고가의 기자재를 보유한 퀸스랜드대학의 우수한 연구진과의 협력연구를 통해 시스템생명공학 분야에서 좋은 연구실적을 낼 수 있게 되었다”고 밝혔다. 한편, 1909년에 설립된 퀸스랜드대학은 호주 최고대학그룹(Group of Eight) 멤버로서 상위 3위안에 드는 연구중심대학이다. 생물과학, 나노기술 및 신경과학 분야가 주요 교육/연구분야이며, 교수 1,963명에 학생수는 3만4천명이다.
2004.07.06
조회수 18891
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