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조광현 교수, 생명과학의 오랜 수수께끼에 대한 새로운 해답 제시
- 시스템 생물학 연구를 통한 생명과학의 한계 극복, 중요한 BIT연구사례
바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀(제1저자 김동산, 참여연구원 월터콜치)은 컴퓨터시뮬레이션을 통해 세포내 하나의 신호전달경로가 어떻게 다양한 세포반응을 유발하는지에 대한 새로운 해답을 제시했다.
이번 연구는 특히 BT에 IT를 접목시킨 시스템생물학(Systems Biology) 연구를 통해 기존 생명과학의 한계를 극복한 중요한 BIT 융합연구사례로 평가된다. 우선 기존의 다양한 실험조건 하에서 산발적으로 축적된 데이터를 IT를 이용해 효율적으로 집대성하였다. 그리고 이를 기반으로 대규모 컴퓨터시뮬레이션을 수행하고 시스템생물학 관점의 통합분석 작업을 시도함으로써 복잡한 생명현상 이면의 숨겨진 설계원리를 밝혀냈다.
NF-kB 신호전달경로는 세포의 성장, 분열, 사멸을 조절하고, 면역과 염증반응 등 매우 다양한 세포반응에 관여하는 것으로 알려져 있다. 그러나 하나의 NF-kB 신호전달경로를 통해 어떻게 다양한 세포반응이 유도되는지에 대한 핵심 메커니즘은 오랫동안 수수께끼로 남아있었다.그 원인은 NF-kB 신호전달경로가 매우 복잡한 조절관계에 얽혀 있어서 동역학적 특성을 직관적으로 이해하기 어려웠기 때문이다. 또한 많은 실험들이 특정 조건에서 관측된 단면만을 보여주기 때문이었다.
조광현교수 연구팀은 산발적 실험데이터를 집대성하여 확률모델을 개발했고, 대규모 컴퓨터시뮬레이션 작업을 반복 수행했다. 그 결과 NF-kB 신호전달네트워크의 IkB알파와 IkB엡실론이 기하학적으로 동일한 형태의 음성피드백회로를 형성하고 있음에도, IkB알파는 핵내 NF-kB 신호패턴의 주파수와 진폭을 조절하는 역할을 수행하는 반면, IkB엡실론은 이러한 NF-kB 신호의 무작위적 변화를 유발하는 특성이 있음을 알아냈다. 그리고 이러한 상동체(paralog)가 형성하는 중첩된 음성피드백회로의 복합적 작용이 결국 세포반응의 다양성을 유도하는 핵심 메커니즘이라는 것을 밝혀냈다.
이 연구는 교육과학기술부 지원 연구사업의 일환으로 수행됐고, 연구결과는 지난 7일, 실험생물학계 권위지 ‘파셉저널 (The FASEB Journal)’ 온라인판에 게재됐다. 전통적 실험생물학 저널에 컴퓨터시뮬레이션만으로 수행된 연구결과가 게재된 것은 매우 이례적인 일이다. 생명과학연구의 전통적인 방식을 벗어나 IT와의 융합연구를 통해 기존의 난제에 대한 새로운 해답을 찾을 수 있음을 보여주는 사례로 평가되고 있다.
조광현 교수는 전기전자공학을 전공하고 국내 최초로 IT의 BT응용으로서 시스템생물학 분야를 개척해오며 지금까지 95편의 국제저널논문을 발표했다.
2009.05.14 조회수 20226 -
시스템생물학기반의 천연물(한약) 연구위해 4개 기관 공동 MOU 체결
- 대구한의대, KAIST, 생명(연), 한의학(연) 4개 기관 힘모아 시스템생물학 및 한의학연구의 새 장을 연다.
- 학연협력 통해 전통과학과 현대생명공학의 융․복합연구 활성화 기대
국내 한의학 인재양성 및 한방의료의 선두주자인 대구한의대학교 (DHU, 총장 변정환), 우리나라를 대표하는 과학기술인재 양성기관인 KAIST(총장 서남표), 생명공학 전문연구기관인 한국생명공학연구원(KRIBB, 원장 박영훈), 한의학 기반의 기술융합형 원천기술을 개발하는 한국한의학연구원(KIOM, 원장 김기옥) 등 4개기관이 ‘시스템생물학기반의 천연물(한약) 연구’를 위해 한데 뭉쳤다.
관련 4개 기관의 기관장과 주요 보직자, 박종구 교육과학기술부 차관 등 20여명이 참석한 가운데, 지난 15일(수) 11시 50분 서울 웨스틴조선호텔 2층 코스모스룸에서 이 같은 내용을 담은 양해각서(MOU)를 체결했다.
이번 4개 기관간 업무협정은 전통과학과 생명공학의 원천 과학기술을 융․복합화한 시스템생물학기반 천연물(한약)연구를 공동으로 수행하고, 관련분야 핵심인력 확보․교류, 학술연구정보 교류 등 국민의 삶의 질 향상을 위해 적극 협력키로 했다.
이를 위해 전통과학 관련 전문 지식을 기반으로 현대질병과 연관된 한의학, 기능유전체학, 약리학, 독성학, 전산, 수학, 통계학 등 대학 및 연구기관의 융․복합연구를 위한 체계적인 학술정보지식을 상호 공유하고, 시스템생물학 기반 연구개발을 위한 연구센터를 공동으로 유치하여 활용하며,국민건강산업을 육성하기 위한 글로벌 연구기관, 기업과의 네트워크를 형성하여 연구성과 이전 및 사업화 관련 정보교류 등 협력체계를 구축한다.
앞으로 4개 유관 기관이 전통과학과 현대생명공학을 접목한 시스템생물학기반 천연물(한약)연구를 공동으로 수행함으로써 융․복합 연구의 경쟁력 제고와 새로운 천연물 개발 등 시스템생물학 분야의 큰 발전이 기대된다.
<사진설명>앞줄 좌로부터 류근철 KAIST 초빙특훈교수, 서남표 KAIST 총장, 변정환 대구한의대 총장,박종구 교육과학기술부 차관, 박영훈 생명공학연구원장, 김기옥 한의학연구원장
2008.10.15 조회수 20432 -
이상엽교수팀, 시스템생물학 기반 산업용 미생물 개발 전략 제시
-생명공학분야 권위 리뷰지 “생명공학의 동향 (Trends in Biotechnology, Cell Press)” 표지 논문 게재
우리학교 생명화학공학과 및 바이오융합연구소 이상엽(李相燁, 44세, LG화학 석좌교수) 특훈교수와 바이오융합연구소 박진환(朴軫煥, 38세) 박사 연구팀이 다가오는 산업바이오텍 시대에 경쟁력을 갖추기 위한 시스템 생물학 기반의 미생물 대사공학 전략을 개발했다. 이 연구 결과는 셀(Cell)誌가 발행하는 생명공학 분야 최고 권위 리뷰지인 생명공학의 동향(Trends in Biotechnology) 8월호 표지 논문에 게재됐다. 교육과학기술부 게놈 정보 활용 통합 생물공정 개발 사업의 일환으로 수행한 이번 연구는 산업용 미생물을 개발함에 있어 유전체 및 기능 유전체 정보와 가상세포 시뮬레이션을 통합 적용하고, 발효 및 분리정제 공정까지 고려한 대사공학 방법을 제시함으로서 다가오는 바이오 기반 산업 시대에 경쟁력을 갖는 균주 개발 전략을 체계적으로 제시한 것으로 평가됐다.
유가가 고공행진을 계속하고 지구온난화 등 환경문제가 심각하게 대두되는 지금 세계 각국은 바이오매스를 이용하여 화학, 물질, 에너지 등을 생산하는 바이오기반 산업 시스템 구축에 박차를 가하고 있다. 미생물을 이용한 산업바이오텍 공정이 경쟁력을 갖추기 위해서는 자연계에서 분리된 미생물의 낮은 성능을 대폭 향상시키기 위하여 대사공학으로 미생물을 개량하여야 한다. 기존의 산업바이오텍에 사용되는 미생물 균주 제조 방법과 공정개발은 무작위 돌연변이화 및 균주의 일부분만 직관적으로 조작하는 방법에 의해 수행되었다. 하지만 이들은 원하지 않은 부분에도 돌연변이를 일으켜, 균주 전체의 대사 상태를 한눈에 볼 수 없으며, 향후 환경이 바뀌었을 때 추가 개발이 용이하지 않다는 단점이 있었다. 李 교수 연구팀은 시스템 생물학의 원리에 입각하여 크게 3 단계로 나누어 체계적으로 미생물을 개발하는 새로운 전략을 제시하였다. 1단계에서는 미생물의 조절 기작 등 연구를 통해 알게 된 사실에 기반하여 게놈상의 필요한 부위만을 조작, 초기 생산균주를 제작한다. 2단계에서는 시스템 수준의 분석을 통하여 확보한 오믹스 데이터와 가상세포의 시뮬레이션 결과를 융합, 세포내의 대사흐름 최적화를 통해 목적 산물을 최고 수율로 생산할 수 있는 균주를 제작한다. 마지막 3단계에서는 실제 생산 공정 개발 단계에서 생길 수 있는 문제점들을 시스템 생물학 기법에 입각하여 해결함으로써 우수 산업용 균주의 제조를 완료한다. 이 전략은 시스템 생물학 원리를 이용하여 균주 전체의 생리 대사 현상을 한눈에 파악하면서 균주의 대사공학적 개량이 가능하다는 점에서 기존의 방법과는 차별된 한 차원 높은 수준의 균주개발 전략이라고 할 수 있다.
이번 논문의 첫 번째 저자인 朴 박사는 "최근 연구팀에서 수행 중인 시스템 생물학 기법을 이용한 실제 균주 제작 과정의 경험과 결과를 토대로 전략을 확립 제시하였기 때문에 실제 생명공학 산업계에 종사하는 연구자들에게 실질적인 도움이 될 것으로 생각한다“고 말했다. 李 교수팀은 실제로 이 전략을 이용하여 최근 용도가 다양한 숙신산을 고효율로 생산하는 미생물과 고수율의 아미노산 (발린, 쓰레오닌) 생산균주, 바이오부탄올 생산균주 등을 개발한 바 있다.
<용어설명>
1) 가상세포: 세포내에서 일어나는 모든 효소 반응을 컴퓨터에서 재구성하여 실제 세포처럼 반응 시켜 결과를 예측하는 시스템을 말한다.
2) 대사공학: 세포의 대사 및 조절 회로를 체계적으로 조작하여 원하는 생산물을 고효율로 생산할 수 있도록 만드는 기술을 말한다.
3) 오믹스 (omics): 세포 또는 개체 내에서 발현되는 단백체(proteome), 전사체(transcriptome), 대사체(metabolome), 흐름체(fluxome) 등 생명현상과 관련된 중요한 물질에 대한 대량의 정보를 획득하여 이를 생물정보학 기법으로 분석하여 전체적인 생명현상을 밝히려는 학문이다4) 시스템 생물학 (systems biology): 각종 오믹스(transcriptome, proteome, fluxome, metabolome) 데이터를 융합하고 전산 생물학 기법으로 해석하여 세포의 생리 상태를 다차원에서 규명함으로써 세포와 생명체 전체를 이해하고자 하는 학문이며, 이 플랫폼을 기반으로 유용한 미생물의 개발이 가능하다.
2008.07.24 조회수 25990 -
조광현 교수, 인간프론티어 과학프로그램 연구과제평가위원 선임
우리학교 바이오뇌공학과 조광현(曺光鉉, 37세) 교수가 과학분야 국제기구인 인간프론티어과학프로그램(HFSP, Human Frontier Science Program)의 연구과제평가위원(Research Grant Review Committee Member)에 선임됐다.
인간프론티어과학프로그램은 1989년에 시작된 선진7개국(G7) 국가 간의 유일한 생명과학협력 프로그램으로 뇌과학 및 분자생물학 분야의 국제공동연구, 혁신적이고 다학제적인 기초연구, 펠로우쉽 등을 지원하는 국제프로그램이다. 우리나라는 2004년 이 프로그램에 가입했다. 현재 회원국은 우리나라를 포함 선진7개국(G7), 유럽연합(EU) 등 35개국이다. 이 프로그램의 연구과제평가위원은 이들 회원국 연구자 중 국가별 1명이내로 구성된다. 曺 교수는 앞으로 시스템생물학분야의 연구과제 평가를 맡게 된다.
2008.07.11 조회수 18647 -
이상엽 교수, 美 생명공학저널 수석편집인 선임
시스템생물학, 시스템생명공학, 대사공학분야 논문심사 주관, 편집방향 설정
생명화학공학과 BK21사업단의 이상엽(李相燁, 43세) LG화학 석좌교수가 美國 와일리(Wiley)-VCH社가 발간하는 "생명공학저널(Biotechnology Journal)"의 수석편집인(Senior Editor)에 선임됐다.
李 교수는 앞으로 이 저널에서 시스템생물학, 시스템생명공학, 대사공학 분야 논문들의 심사를 주관하며, 학술지의 편집방향을 설정하고 운영하게 된다.
‘생명공학저널’은 208년(1799년 설립)의 역사를 가진 세계적인 과학잡지 발행기관인 와일리社에 의해 급변하는 생명과학 및 관련 분야에 대한 지식과 정보교환을 목적으로 지난 2006년 1월에 창간되었다. 특히 ‘생명공학저널’은 전문적인 생명과학 연구내용 뿐만 아니라, 일반인들에게 필요한 생명과학연구에 관련된 윤리 및 문화적인 분야까지 광범위하게 다루는 새로운 형태의 학술지이다.
李 교수는 "여러 학술지의 편집을 책임지다 보면 많은 시간을 할애해야 하지만, 세계 주요 학술지의 연구 논문 방향을 이끌어 가고, 우리나라 과학자들의 훌륭한 논문들이 불이익을 당하지 않도록 최선을 다하는데서 보람을 찾는다."고 말했다.
KAIST 홍보 관계자는 “우리나라 학자들이 세계적인 학술지의 편집업무를 책임지는 사례가 많아지고 있다. 그만큼 우리나라의 과학과 공학분야의 연구 역량이 크게 증대하였음을 보여주는 좋은 현상“이라고 밝혔다.
한편, 대사공학 및 시스템생명공학 연구분야에서 탁월한 연구 업적을 낸 李교수는 ▲바이오텍의 공학분야 최고 학술지인 미국 와일리사 발간 바이오테크놀로지바이오엔지니어링(Biotechnology and Bioengineering)誌의 부편집인(Associate Editor) ▲독일 스프링거사 발간 응용 미생물 생명공학(Applied Microbiology and Biotechnology)誌의 편집인(Editor) ▲독일 스프링거사 발간 생물공정 및 바이오시스템 공학(Bioprocess and Biosystems Engineering)誌의 부편집인으로 활동 중이며, 그 외에도 ▲싱가폴 월드사이언티픽사 발간 생물정보학 및 전산생물학(Journal of Bioinformatics and Computational Biology)誌 ▲아시아태평양바이오텍뉴스(Asia Pacific Biotech News)誌 ▲엘세비어사 발간 생명화학공학(Biochemical Engineering Journal)誌 대사공학 (Metabolic Engineering)誌, 그리고 온라인 잡지인 미생물공장(Microbial Cell Factory)誌의 편집위원 등으로 활동하고 있다.
2007.01.31 조회수 20935 -
이상엽 교수, 美 생명공학저널 수석편집인 선임
시스템생물학, 시스템생명공학, 대사공학분야 논문심사 주관, 편집방향 설정
생명화학공학과 BK21사업단의 이상엽(李相燁, 43세) LG화학 석좌교수가 美國 와일리(Wiley)-VCH社가 발간하는 "생명공학저널(Biotechnology Journal)"의 수석편집인(Senior Editor)에 선임됐다.
李 교수는 앞으로 이 저널에서 시스템생물학, 시스템생명공학, 대사공학 분야 논문들의 심사를 주관하며, 학술지의 편집방향을 설정하고 운영하게 된다.
‘생명공학저널’은 208년(1799년 설립)의 역사를 가진 세계적인 과학잡지 발행기관인 와일리社에 의해 급변하는 생명과학 및 관련 분야에 대한 지식과 정보교환을 목적으로 지난 2006년 1월에 창간되었다. 특히 ‘생명공학저널’은 전문적인 생명과학 연구내용 뿐만 아니라, 일반인들에게 필요한 생명과학연구에 관련된 윤리 및 문화적인 분야까지 광범위하게 다루는 새로운 형태의 학술지이다.
李 교수는 "여러 학술지의 편집을 책임지다 보면 많은 시간을 할애해야 하지만, 세계 주요 학술지의 연구 논문 방향을 이끌어 가고, 우리나라 과학자들의 훌륭한 논문들이 불이익을 당하지 않도록 최선을 다하는데서 보람을 찾는다."고 말했다.
KAIST 홍보 관계자는 “우리나라 학자들이 세계적인 학술지의 편집업무를 책임지는 사례가 많아지고 있다. 그만큼 우리나라의 과학과 공학분야의 연구 역량이 크게 증대하였음을 보여주는 좋은 현상“이라고 밝혔다.
한편, 대사공학 및 시스템생명공학 연구분야에서 탁월한 연구 업적을 낸 李교수는 ▲바이오텍의 공학분야 최고 학술지인 미국 와일리사 발간 바이오테크놀로지바이오엔지니어링(Biotechnology and Bioengineering)誌의 부편집인(Associate Editor) ▲독일 스프링거사 발간 응용 미생물 생명공학(Applied Microbiology and Biotechnology)誌의 편집인(Editor) ▲독일 스프링거사 발간 생물공정 및 바이오시스템 공학(Bioprocess and Biosystems Engineering)誌의 부편집인으로 활동 중이며, 그 외에도 ▲싱가폴 월드사이언티픽사 발간 생물정보학 및 전산생물학(Journal of Bioinformatics and Computational Biology)誌 ▲아시아태평양바이오텍뉴스(Asia Pacific Biotech News)誌 ▲엘세비어사 발간 생명화학공학(Biochemical Engineering Journal)誌 대사공학 (Metabolic Engineering)誌, 그리고 온라인 잡지인 미생물공장(Microbial Cell Factory)誌의 편집위원 등으로 활동하고 있다.
2007.01.31 조회수 22116
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IECA2006 국제학술대회 한국 개최
시스템 생물학 분야 세계적 전문가들 한국 총 집결
오는 10월 31일 부터 4일간, 제주 국제컨벤션센터에서
세계적 석학 47명 강연, 관련학자 16개국 2백여명 참여
한국의 시스템 생물학분야 연구역량 국제적 인정
KAIST(총장 서남표)가 주최하고 KAIST 시스템생물학연구팀, 아시아과학인재포럼, BK21 화학공학사업단, 미생물프론티어사업단에서 주관하는 제3회 IECA2006((International E. Coli Alliance, 국제대장균연대모임 시스템 생물학 국제 학술대회 /대회 의장 이상엽 KAIST 생명화학공학과 교수)가 오는 10월 31일부터 11월 3일까지 4일동안 제주 국제컨벤션센터에서 개최된다.
이번 대회에는 대장균의 시스템 생물학 및 가상세포 시스템, 분자생물학, 생물정보학 등 다양한 학문분야의 세계적 석학 47명(국외 38명, 국내 9명)이 강연할 예정이며, 16개국의 저명 석학 2백여명이 참여할 예정이다.
참여예정인 주요 외국연사로는 재조합 대장균에의한 바이오에탄올의 창시자인 플로리다주립대학의 인그램(L. Ingram) 교수, 컴퓨터 대사시뮬레이션의 대가인 캘리포니아 샌디에고 대학의 팔슨(B. Palsson) 교수, 대장균 게놈을 밝힌 위스콘신대학의 블레트너(F. Blattner) 교수, 일본 E-Cell팀의 총책임자인 도미타(M. Tomita) 교수, 빌 게이츠로부터 지원받아 항말라리아 약품 연구를 선도하고 있는 캘리포니아 버클리대학의 키슬링(J. Keasling) 교수, 시스템 생물학의 창시자인 SONY의 기타노(H. Kitano) 박사, Silicon Cell을 개발한 네덜란드의 웨스터오프(H. Westerhoff) 교수, 미국 NCBI에서 게놈연구를 선도하는 갈페린(M. Galperin) 박사, EcoCyc, MetaCyc 등 세계 최고의 대사 데이터베이스를 개발한 카프(P. Karp) 박사, 대장균의 진화와 유전학 전문가인 미국의 렌스키(R. Lenski) 교수, 대장균 4천3백개의 개개의 유전자가 결손된 돌연변이 대장균을 만들어 연구하는 일본의 모리(H. Mori) 교수, 독일 시스템 생물학을 책임지는 스튜트가르트대학의 리우스(M. Reuss) 교수, 일본 생물정보학회장 미야노(S. Miyano) 교수, 호주 생물정보학연구센터장 레이건(M. Ragan) 교수, 전세계 대장균 네트워크를 주도하는 미국 퍼듀대학의 워너(B. Wanner) 교수, 재조합 단백질의 생산과 관련 기술의 세계적 권위자인 텍사스주립대학 조지우(G. Georgiou) 교수, 유럽 생명공학의 리더인 퓰러(A. Puehler) 교수, 호주 AIBN 대사공학 전문가인 닐슨(L. Nielsen) 교수 등 세계 최고의 석학들이 모두 한자리에 모인다. 그 외에도 실제 생명공학 산업화에 관련하여 연구를 주도하고 있는 세계적 화학기업인 미국 듀퐁사, 가상세포 상용화를 주도하는 미국 제노마티카사, 대사공학 기업인 프랑스의 메타볼릭익스플로러사 등에서의 산업화 사례도 발표된다.
국내 주요연사로는 게놈엔지니어링의 대가인 KAIST 생명과학과 김선창 교수, 동적모사 분야 서강대 이진원 교수, 미생물생리 분야 한국생명공학연구원 반재구 박사, 신규 대장균의 게놈 분야 김지현 박사, 대장균 전사조절 분야 권오석 박사, 효모의 시스템생물학 분야 강현아 박사 등이다. 이번 학술대회 의장인 이상엽 교수는 이번 학술대회에서 과학기술부 시스템생물학 연구개발 사업의 주요결과를 공개한다.
이번 학술대회는 미생물 연구의 정점에 서있는 대장균 연구에 관한 모든 분야를 대상으로 한다. 대장균에서 일어나는 세포의 생리학적 현상들에 대한 규명 및 발견은 물론, 인실리코(in silico) 네트워크 모델을 통한 산업적?경제적 균주 개발이나 omics 기술 개발 및 응용 등의 시스템 생물학 측면을 다루게 된다. 이렇게 광범위한 부분을 다룸으로써 기초 연구와 산업적 응용 사이를 연결하는 다리 역할을 하는 것이 이번 학회의 주목적이다. 또한 대장균 연구에 대한 국제적 연구동향 및 주요 내용을 공유하고, 공통 기반의 연구 하드웨어 및 소프트웨어를 구축하며, 다른 생명공학 연구로의 응용에 발판이 될 수 있는 거대한 대장균 데이터베이스를 만드는 것을 목적으로 하고 있다.
기존의 IECA학회와는 달리 이번 IECA2006에서는 학계와 연구계의 순수 및 응용연구 발표 뿐만 아니라 산업체에서 시스템생명공학의 활용에 관한 실례들과 산업화에 적용되는 시스템생물학 사례들도 발표된다. 여종기 전 LG화학 CTO, 윤재승 대웅제약 부회장, 정광섭 GS칼텍스 연구소장, 박진환 네오위즈 사장, 이진 메디제네스 사장, 유진녕 LG화학기술연구원장, 서정선 마크로젠 회장, 이병훈 유니베라 사장 등 산업계 자문단은 앞으로 시스템생물학이 의약에서 화학제품에 이르는 모든 생명공학의 중심에 설 것임을 예상, 이번 국제학회를 적극적으로 지원하고 있다.
이번 학술대회 의장이며, 실질적인 대회 주관자인 KAIST 생명화학공학과 이상엽(李相燁, 42, LG화학 석좌교수, 생물정보연구센터 소장) 교수는 “최근 전 세계적으로 많은 관심을 가지고 연구하고 있는 시스템생물학과 관련하여 세계적인 석학들이 대거 참석할 예정이다. 이번 학술대회가 많은 관심 속에 한국에서 치러지게 된 것은 그만큼 한국의 시스템 생물학의 역량이 국제적으로 인정받고 있음을 의미한다. 이번 대회를 성공적으로 마무리하여, 해외 선진국의 시스템생물학 관련 최신기술 및 동향을 습득하고, 국제적인 석학들과 한국 과학자들 간의 유기적인 교류와 협력을 유도하여 한국 시스템생물학 및 생명공학 발전에 큰 기여를 했으면 한다.”라고 소감을 밝혔다.
이번 학회의 실무운영을 돕고 있는 KAIST 생명화학공학과 최종현 연구교수는 “이번 대장균 시스템 생물학 국제학술대회에 큰 관심들을 보여 원래 제한하고자 했던 등록자수 150명을 넘어 170여명이 등록한 상태다. 조직위원회에서는 세계적인 학술행사에 우리나라 학자들이 좀더 참석할 수 있도록 20-30여명의 추가 참석자를 받기로 결정했다. 우리나라가 시스템 생물학 관련 글로벌 네트워크의 중심에 설 수 있는 좋은 기회라고 생각한다.”라고 말했다.
최근 인체를 비롯한 다양한 생물에 대한 유전자 지도가 완성되고, 유전체, 전사체, 단백체등의 새로운 분석기술이 등장함에 따라, 이를 이용한 다양한 생물학적 지식을 총체적으로 찾고자 많은 학자들이 노력하고 있다. 이를 위해 생물학, 수학, 전산학, 화학공학이 융합되어 생명현상을 시스템수준에서 이해하고자하는 시스템생물학이 현재 생명공학의 중심에 자리잡고 있다.
시스템 생물학 혹은 시스템 생물공학적 기법을 이용하여 살아 있는 세포의 포괄적인 이해를 위해 이와 관련된 중요 연구그룹의 일부 과학자들은 연구에 있어서 효율을 최대화하면서 필수적인 정보의 공유를 위하여 전 세계 전문가들의 연대 필요성에 동의하기에 이르렀고 이러한 목표를 달성하기 위해 IECA가 조직되었다.
IECA는 앞으로 대장균의 유전체, 전사체, 단백체 등의 연구 내용을 상호 교류 및 공유하고 이러한 데이터들을 바탕으로 거의 실제 대장균과 동일한 in silico 모델을 개발할 것을 목적으로 두고 있다. 대장균에 대해 완벽한 가상 모델을 구성하면, 이후 보다 복잡한 고등 생물 더 나아가 인체에 대한 가상 모델을 구성하는데 많은 기여를 할 것으로 생각되며, 이러한 가상 세포를 이용하여 지금보다 더 다양한 유용물질을 생산하는데 도움이 될 것이다.
IECA는 제1회 대회를 지난 2003년 일본의 게이오대학에서, 제2회 대회를 2004년 캐나다 알버타 대학의 협조로 밴프센터에서 성공적으로 개최한 바 있으며, 국제학회를 통해 전 세계의 우수한 석학들과 정보를 공유하면서 생명 자체를 이해하려는 노력을 더욱 견고히 하고 있다. IECA의 중요성은 네이처 자매지인 몰리큘러 시스템스 바이올로지(Molecular Systems Biology) 저널 2005년 3월호에 소개되기도 했다.
이번 2006년 학술대회에서는 KAIST 이상엽 교수가 그간 과학기술부 지원 시스템생물학 연구개발 사업의 결실로 내놓은 미생물 시스템 생명공학과 관련된 높은 학문적 업적을 인정받아 의장으로 추대되었다.
2006.07.28 조회수 22873
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이상엽 교수팀, 美 미생물 분자생물학 리뷰지 논문 게재
대장균 단백체 연구, 국내 연구진이 총정리
과학기술부 시스템생물학 연구개발 사업 결실
생명화학공학과 이상엽 LG화학 석좌교수(李相燁, 42세)와 그의 제자인 한미정(韓美正, 31세)박사(현재 미국 위스타 연구소 및 펜실베니아대학 소속 연구원)의 대장균 단백체 논문이 『대장균 단백체 : 과거, 현재, 미래전망(The Escherichia coli Proteome: Past, Present, and Future Prospects)』이라는 제목으로 한국에서는 처음으로 미국 미생물 분자생물학리뷰(MMBR, Microbiology and Molecular Biology Reviews)誌 6월호에 게재됐다고 밝혔다.
MMBR은 미국미생물학회(American Society for Microbiology)에서 발행하는 70년 전통의 리뷰학술지로서 미생물학 및 미생물 유전학, 분자생물학 등에 관한 바이블과 같은 잡지다. 연간 4회 발행되며 한해 평균 30편 정도의 논문만이 게재된다. 미생물분야 학술지 중에서 영향지수(impact factor)가 17이상으로 가장 높다. 분야 최고의 전문가들의 리뷰논문들이 실리며, 게재되는 논문들의 영향력도 매우 큰 것으로 알려졌다.
이번 논문에서는 지난 1975년도부터 시작된 단백체 기술 발전사, 대장균 단백체에 이용되고 있는 방대한 기술, 현재 대장균 단백체의 연구현황 및 향후 연구방향 등을 총정리했다. 총 335개의 핵심 참고문헌 내용을 포함한 78페이지 분량의 논문으로서 앞으로 대장균 단백체연구의 핵심 참고자료로 활용될 것으로 기대되고 있다. 단백체 기술은 시대 순으로 세부분으로 나눠 자세히 언급했다: (1)이차원 전기영동 젤을 이용한 방법(gel based approaches), (2)비전기영동 젤을 이용한 방법(non-gel based approaches) 및 (3)컴퓨터를 이용한 방법(predictive proteomics). 이러한 방법들을 통해 현재까지 밝혀진 1,627 단백질(～38% of 대장균 게놈의 4,237 유전자)에 대한 단백질 정보가 제공되었으며, 대장균 단백체 실험을 위한 최적의 전략 및 방법을 아주 상세히 언급했다. 또한 대장균 단백체의 연구 현황에서는 학문적, 산업적 측면으로 나눠서 그 중요성을 부각시켰다. 학문적으로는 대장균 단백체의 외부 환경요소의 자극(온도, pH, 산소, 영양부족 등)에 따른 세포내의 반응 및 그 유전자의 조절 메카니즘에 대한 정보가 제공되었으며, 산업적으로는 대장균 단백체 정보를 바탕으로 하여 대사공학 및 맞춤형 유전자 조작을 통한 유용 단백질의 생산성 증대 및 개선에 응용한 성공사례를 자세히 언급했다. 마지막으로 단백체 기술의 한계점을 제시함과 동시에 향후 연구방향도 제시했다.
특히, 심사과정에서 이 논문을 접한 외국 전문가들은 이 논문을 표준(standard)으로 하여 인터넷상에서 대장균 단백체 정보를 총 정리한 웹사이트 운영을 요청해 왔으며, 현재 李 교수팀은 관련 웹사이트를 준비 중에 있다.
韓 박사는 “본 논문은 대장균 단백체의 바이블로서 방대한 자료를 체계적으로 깊이있게 잘 정리했기 때문에 단백체 연구를 처음 시작하는 분들께 많은 도움이 될 것으로 본다”며, “우리나라의 단백체 연구는 세계적 수준이라는 점을 강조하고 싶다.”고 밝혔다.
李 교수는 “우리나라는 미생물 단백체 분야에서 경쟁력이 있을 뿐 아니라, 동식물 대상 단백체 연구도 한국프로테옴기구 등의 왕성한 활동등에서 볼 수 있듯이 국제적으로도 아주 우수한 수준이다. 앞으로 단백체연구를 기반으로 우리나라 생명공학 분야의 학술적 산업적 성과들이 쏟아져 나올 것으로 믿는다.” 라고 말했다.
■ 용어 설명
1) 단백체(proteome): 생명체의 전체 유전자, 즉 유전체(genome)에 의해 발현되는 모든 단백질들의 총합을 말한다. 어떤 단백질이, 얼마의 양으로, 어떤 환경에서 발현되는 가를 파악하는 것을 목적으로 한다. 생명체의 genome이 모든 세포에서 동일한 형태로 존재하며, 생명체가 수행하는 기능의 이론적인 면만을 제시할 수 있음에 반해, 단백체는 세포가 처해 있는 환경에 따라, 그리고 고등 생명체의 경우에는 각 조직 별로 유동적으로 존재하며, 세포의 실제적인 기능을 표현해 준다. 이러한 이유로 급속도로 밝혀지고 있는 미지의 유전자들의 기능을 밝혀 내고자 하는 functional genomics의 한 부분으로 새롭게 부각되고 있고, 세포 내에서 일어나는 실제적인 현상들을 전체 단백질 단계에서 통합적으로 파악하는 수단을 제공한다.
2) 전기영동(electrophoresis): 전기장의 영향을 받아 하전된 물질이 유동성 매체내에서 이동하는 것을 말한다. 특히 단백질 분리용으로 사용되고 있는 이차원 전기영동법(two-dimensional gel electrophoresis)은 먼저 전하량에 따라 단백질을 분리한 후 아크릴 아마이드 젤상에서 단백질 크기에 따라 분리하는 법이다.
3) 게놈: 생물체를 구성하고 기능을 발휘하게 하는 모든 유전정보를 보유한 유전자의 집합체로서, 부모로부터 자손에 전해지는 유전물질의 단위체를 뜻하기도 한다. 이때 게놈에서 유전정보는 DNA라는 분자구조로 존재하며 4가지 화학적 암호인 A·G·T·C 등의 염기서열로 표기되어 있다.
4) 대사공학: 유전자 재조합 기술과 관련 분자생물학 및 화학공학적 기술을 이용하여 새로운 대사회로를 도입하거나 기존의 대사회로를 증폭/제거/변형시켜 세포나 균주의 대사특성을 우리가 원하는 방향으로 바꾸는(directed modification) 일련의 기술을 말한다.
■ 이상엽 교수 프로필
이상엽 교수는 1986년 서울대학교 화학공학과를 졸업하고, 1991년 미국 노스웨스턴대학교 화학공학과에서 석박사를 마쳤다. KAIST에서 약 12년 동안 대사공학에 관한 연구를 집중적으로 수행하여 그간 국내외 학술지논문 208편, proceedings논문 144편, 국내외 학술대회에서 748편의 논문을 발표하였고, 기조연설이나 초청 강연을 200여회 한 바 있으며, Metabolic Engineering(Marcel Dekker 사 발간) 등 다수의 저서가 있다. 그간 202건의 특허를 국내외에 등록 혹은 출원하였는데, 미국 엘머 게이든상과 특허청의 세종대왕상을 받는 등 기술의 우수성이 입증된 바 있다. 생분해성고분자, 광학적으로 순수한 정밀화학물질, DNA chip, Protein chip 등의 기술 개발에서 탁월한 연구 업적을 쌓았고, 최근에는 소위 omics와 정량적 시스템 분석기술을 통합하여 생명체 및 세포를 연구하는 시스템 생명공학분야 연구와 게놈정보 이용 생물공정기술 개발에 매진하고 있다. 李 교수는 그간 제 1회 젊은 과학자상(대통령, 1998), 미국화학회에서 엘머 게이든(Elmer Gaden)상(2000), 싸이테이션 클래식 어워드(미국 ISI, 2000), 대한민국 특허기술 대상(2001), 닮고 싶고 되고 싶은 과학기술인(2003), KAIST 연구대상(2004), 한국공학한림원 젊은 공학인상(2005) 등을 수상하였고, 2002년에는 세계경제포럼으로부터 아시아 차세대 리더로 선정되어 활동 중이다.
2006.06.12 조회수 26025 -
KAIST 출신 이동엽 박사, 싱가폴 대학 교수와 국립연구소에 동시 부임
생물학, 전산학, 시스템공학 융합학문인 생물정보학 및 시스템생물학 전공
국내외 17편의 논문발표와 가상세포 모델 개발로 주목받고 있는 연구자
KAIST 출신 토종박사가 세계 20위권의 싱가포르 국립대학의 조교수로 임용됨과 동시에 싱가포르의 대표적인 정부연구소인 생물공정기술연구 소(Bioprocessing Technology Institute, BTI)의 연구원으로 초빙되었다.
화제의 주인공은 KAIST 생명화학공학과(지도교수:박선원, 공동지도교수:이상엽)에서 박사학위를 받고 현재 KAIST 생물정보연구센터(소장 : 이상엽)에서 선임연구원으로 재직 중인 이동엽(李東燁, 31)박사.
李 박사는 KAIST에서 국내 최초로 생물학과 전산학, 그리고 시스템공학의 최첨단 융합학문인 생물정보학 및 시스템생물학을 전공했으며, 국내외 17편의 논문발표와 가상세포 모델 개발로 국내외의 주목을 받고 있었다. 현재는 과학기술부의 시스템 생물학 연구사업에서 이상엽 교수팀의 인실리코(in silico)부분 팀장으로 활동하고 있다.
최첨단 생명공학 시설을 가지고 있는 싱가포르의 BTI 연구소에서는 이미 연구원으로 결정된 상태였지만, 연구소와 학교의 협력연구를 李 박사가 제안했고, 마침 시스템 생물학연구를 처음 시작하는 싱가포르 국립대학이 李 박사를 찾게 된 것이다. 이후 싱가포르 국립대학은 BTI 연구소와의 4개월에 걸친 협의 끝에 연구소와 학교에서 동시에 일할 수 있도록 요청하였다.
“BTI는 싱가폴 바이오 산업관련 정부투자연구소와 글락소스미스클라인(GSK), 노바티스를 비롯한 세계적인 제약회사의 연구개발(R&D)센터가 모여 있는 생명과학 복합단지(바이오폴리스)에 위치한 최첨단 정부연구소 중의 하나이다.”
“이제는 모든 학문 간에 벽은 더 이상 존재하지 않는다고 본다. 경쟁력을 갖추기 위해서는 이들을 어떻게 융합해서 새로운 것을 이끌어 내느냐가 관건이다.” 李 박사는 이러한 융합기술을 적용할 수 있는 최적의 장소가 싱가포르라며, 싱가포르 국립대학의 훌륭한 교수진과 학생들, 그리고 BTI 연구소의 최첨단 실험장비를 활용, 접목하는 가교역할을 하게 될 것이라고 포부를 밝혔다.
이번 李 박사의 임용은 외국의 박사학위나 포스트 닥 경험이 없이 순수하게 국내에서 연구해 외국에 진출하는 성공적인 사례로 꼽히며, 이것이 가능했던 이유는 박사과정동안 세부 전공이 전혀 다른 두 명의 공동지도교수의 전공을 융합해서 새로운 전공을 만들 수 있었기 때문이다. KAIST 생명화학공학과의 박선원 교수와 이상엽 교수는 각각 화학공정시스템 분야와 생명공학 분야의 세계적인 권위자로, 과학기술부의 시스템 생물학 연구사업의 일환으로 공동연구를 위해 동시에 지도하게 된 것이다. 또한 李 박사는 BK21 화공사업단(단장 박정기 교수)의 지원을 받아 미국, 독일에서의 단기 해외 연구를 한 경험이 외국대학에서 교수도 할 수 있다는 자신감을 갖는데 도움이 되었다고 밝혔다.
이상엽 교수는 “이동엽 박사는 정말 보기 드문 재원이다. 넘치는 아이디어와 적극적인 연구자세는 최고 수준이다. 싱가폴에 가서도 KAIST와 지속적인 협력 연구를 하게 될 것이다.” 라며, 큰 기대감을 표시했다.
박선원 교수는 “이동엽 박사는 연구에 대한 열정이 대단히 커서 공정시스템 분야에서도 많은 연구를 했고, 공정시스템분야와 대사공학 분야의 기술들을 융합, 시스템 생물학 분야에 좋은 연구결과를 내었다. 앞으로 싱가포르 측과 KAIST간의 공동연구로 큰 시너지 효과를 낼 수 있을 것으로 기대된다.” 라고 밝혔다.
KAIST 생명화학공학과 박승빈 학과장은 “현재 우리 학과의 국제화 지수는 매우 높은 편이다. 외국인 석박사 유학생도 10여명 있고, 영어강의도 많이 개설되는 편이다. 박사과정 세미나를 영어로 하고 있고, 일년에 한 두번은 국제학술회의에서 영어로 발표할 기회를 갖고 있다. 이는 교육부의 BK21 국제화 사업의 일환으로 가능했다. 앞으로 이런 분위기가 지속되어 많은 졸업생들이 이동엽 박사와 같이 국제적으로 인정받는 인재가 되기를 바란다” 고 말했다.
2005.06.09 조회수 28402
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생명화학공학과 이상엽교수, 美 미생물학술원 펠로우에 선임
미생물 대사공학 분야 150여편 논문발표 업적 높이평가,한국인으로서는 두 번째 선임
KAIST 생명화학공학과 및 바이오시스템학과 이상엽 교수(李相燁, 41세, LG화학 석좌교수)가 최근 미국 미생물 학술원 (American Academy of Microbiology)의 회원 겸 펠로우 (Fellow)에 선임되었다.
미국 학술원측은 그간 李 교수가 미생물 대사공학 분야에서 150여 편의 논문을 발표하였고, 미생물 연구 분야에 시스템생물학 융합연구 기법을 새롭게 적용해온 미생물 공학 분야의 연구 업적을 높이 평가, 펠로우에 선임한다고 밝혔다.
회원 수 4만2천명에, 생물 관련 단일 학회 중 세계에서 가장 오래된 미국 미생물 학회(American Society for Microbiology)에서 리더 그룹의 모임인 미국 미생물 학술원은 학문적 산업적으로 탁월한 업적을 낸 사람들 중 엄격한 선정과정을 거쳐 펠로우를 선임한다. 미국 학술원이니 만큼 외국인 펠로우는 많지 않은데, 전통적으로 미생물 분야 연구에 강했던 일본과 독일이 각각 29명과 23명으로 많고, 중국 1명, 말레이시아 1명, 헝가리 1명, 필리핀 1명 등이다. 우리나라는 지금까지 1명에서 이번 李 교수의 선임으로 2명으로 늘어나게 되었다.
미국 미생물 학술원은 미생물학자들 중 세계를 선도하는 학자나 연구자들을 펠로우에 선임하는데, 李 교수의 경우 공학자로서 선임된 특이한 경우로서, 미국을 포함한 세계 전체의 펠로우들을 보더라도 손으로 꼽을 만큼 몇 안되는 경우에 해당한다.
한편, 李 교수는 10여개의 세계적인 전문 학술지의 편집자, 편집위원으로 활동하고 있으며, 최근 한국공학한림원의 “젊은공학인상”을 수상한 바 있다. 박테리아를 유용 물질을 생산하는 공장과 같이 활용하는데 관련된 제반 생명공학 연구분야에서 왕성한 활동을 하고 있다.
2005.06.08 조회수 21618
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생물정보(연), 국제학술행사 최우수논문상 석권
KAIST 생물정보연구센터(소장 이상엽 李相燁 LG화학석좌교수, 41) 소속 학생과 연구원이 최근 개최된 생물정보학 분야 국제학술대회에서 최고의 영예인 최우수 논문상을 수상했다.
생명화학공학과 박사과정 최형석(崔亨碩, 30), 석사과정 김태용(金兌勇, 28)씨와 선임연구원 이동엽(李東燁, 31)씨는 지난 1월 말 싱가포르에서 개최된 제 3회 아시아 태평양 생물정보학회(Asia Pacific Bio informatics Conference)에서 대사 흐름분석을 보다 정확하게 하기 위한 방법에 관한 공동 논문을 제출, 21개국 140여 편의 논문을 제치고 최우수 논문상을 차지했다.
이들이 수상한 최우수 논문상은 생물정보학 분야의 뛰어난 업적을 인정하여 아시아태평양 생물정보학회의 전문가들이 수여하는 상이다.
이번 수상에 대해 이상엽 지도교수는 “대사회로 분석 및 시스템생물학을 주도적으로 연구하는 KAIST 생물정보연구센터의 연구 결실”이라고 그 의미를 밝혔다.
한편, 아시아 태평양 생물정보학회(Asia Pacific Bioinformatics Conference)는 생물정보학 및 생물공정, 그리고 그 응용에 초점을 맞추어 환태평양 국가들의 관련 전문가들이 주최하는 행사이다. 이번에 개최된 제 3차 학회는 지난 1월 15일부터 21일까지 6박 7일간의 일정으로 싱가포르 국립대학(National Univ. of Singapore)에서 개최됐다. 이번 학회에는 미국을 비롯 캐나다, 일본, 호주, 대만 중국, 인도 등 미주와 아시아, 오세아니아의 약 21개국에서 200여명의 관련학자들이 참석했다.
<최형석 박사과정 외 공동논문 수상 개요>
▶논문제목 :
SRD를 이용한 내부대사흐름분석 (Constraint-based Flux Analysis :
Exploring Internal Flux Patterns Further Constrained by Split Ratio Determinant)
▶ 논문저자 : 최형석, 김태용, 이동엽, 이상엽
▶ 논문내용 :
현재까지의 세포내 대사흐름분석 방법은 크게 두가지로 나뉘어 진다. 하나는 Linear programing(LP)을 기본으로 하는 분석방법이고 다른 하나는 동위원소로 표지된 탄소원을 이용하여 나오는 결과값을 이용 파라미터 추정방법을 이용하는 방법이다. 전자는 그 계산이 비교적 쉬우나 정확한 내부대사흐름값을 얻어내기가 쉽지 않고, 후자는 비교적 정확한 내부대사흐름을 측정할 수 있으나 너무 어렵고 복잡한 단점을 지니고 있다. 본 논문에서는 동위원소로 표지된 탄소원을 이용한 실험에서의 중간과정의 생물학적 의의를 수학적으로 해석하여 내부 대사 흐름의 중요한 몇몇 갈림길에 대한 비율을 계산해 내고 이를 이용하여 LP를 이용한 대사흐름분석을 함으로써 보다 정확하고 계산이 쉬운 새로운 방법론을 제시하였다.
▶ 최우수논문상 선정이유
내부대사흐름을 결정할 수 있는 새로운 방법론을 제시하였으며 또한 이 방법론은 사용자의 이해나 접근이 기존의 다른 방법론보다 쉽다.
2005.02.07 조회수 28127
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이상엽 교수, 세계적 국제학술지 부편집인으로 선임
생명화학공학과 및 바이오시스템학과 이상엽(李相燁, 41, LG화학 석좌교수)교수는 최근 스프링거(Springer)사가 발행하는 생명공학 전문 국제학술지 "생물공정 및 바이오시스템공학 (Bioprocess and Biosystems Engineering)"지의 부편집인 (Associate Editor)으로 선임됐다.
앞으로 이 학술지에 투고되는 논문의 심사를 책임지며 학술지 기획에 참여하게 된 李 교수는 "우리나라 연구자들의 논문이 많이 게재될 수 있도록 노력하겠다"고 밝혔다.
KAIST는 스프링거사가 시스템생물학 분야에서의 이 교수 연구업적을 높이 평가해 편집위원으로 선임했다고 소개했다.
현재 과학기술부의 대사공학 국가지정연구실을 맡고 있기도 한 李 교수는 이 학술지 외에도 "바이오테크놀로지 바이오엔지니어링"지, "대사공학"지, "응용미생물 생물공학"지, "생물화학공학"지, "생물정보학 및 전산생물학" 지 등 10여개의 세계적인 생명공학 관련 학술지 편집인 및 부 편집인, 편집위원 등으로 활동하고 있다
2005.01.12 조회수 26487