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조광현 교수, 암세포 유형별 최적 약물표적 발굴기술 개발
〈 최민수 박사, 조광현 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 암세포의 유형에 따라 최적의 약물 표적을 찾는 기술을 개발했다.
이는 시스템생물학을 이용해 암세포의 유전자변이가 반영된 분자네트워크의 다이나믹스(동역학)를 분석해 약물의 반응을 예측하는 기술로 향후 암 관련 신약 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.
최민수, 시 주 (Shi Jue), 주 양팅 (Zhu Yanting), 양 루젠 (Yang Ruizhen)이 참여한 이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 12월 5일자 온라인 판에 게재됐다.
인간의 암세포는 유전자 돌연변이, 유전체 단위의 반복적 변이 등 여러 형태의 유전자 변이가 있다. 이러한 변이는 같은 암종에서도 암세포에 따라 많은 차이를 보이기 때문에 약물에 대한 반응도 다양하다.
암 연구자들은 암 환자에게서 빈번하게 발견되는 유전자변이를 파악하고 이 중 특정 약물의 지표로 사용될 수 있는 유전자변이를 찾기 위해 노력해 왔다. 이러한 연구는 단일 유전자변이의 발견 또는 유전자네트워크의 구조적 특징 분석에 초점이 맞춰져 있다.
하지만 이러한 접근 방법은 암세포 내 다양한 유전자 및 단백질의 상호작용에 의해 유발되는 암의 생물학적 특성과 이로 인한 약물반응의 차이를 설명하지 못하는 한계가 있다.
암세포의 유전자변이는 해당 유전자 기능 뿐 아니라 이 유전자와 상호작용하는 다른 유전자, 단백질에 영향을 미치기 때문에 결과적으로 분자네트워크의 다이나믹스(동역학) 특성에 변화를 일으킨다.
이로 인해 항암제에 대한 암세포의 반응이 변화하게 된다. 따라서 분자네트워크의 다이나믹스(동역학) 특성을 무시하고 소수의 암 관련 유전자를 표적으로 하는 현재의 치료법은 일부 환자에게만 유용하고 약물저항성을 갖는 대다수 환자에게는 효과적으로 적용되지 못한다.
조 교수 연구팀은 문제 해결을 위해 슈퍼컴퓨팅을 이용한 대규모 컴퓨터시뮬레이션과 세포 실험을 융합해 암세포 분자네트워크의 다이나믹스(동역학) 변화를 분석했다.
이를 통해 약물반응을 예측해 유형별 암세포의 최적 약물 표적을 발굴하는 기술을 개발했다. 이 기술은 대다수 암 발생에 관여하는 것으로 알려진 암 억제 유전자 p53의 분자조절네트워크에 시범적으로 적용됐다.
연구팀은 국제 컨소시엄인 암 세포주 백과사전(CCLE : The Cancer Cell Line Encyclopedia)에 공개된 대규모 암세포 유전체 데이터를 분자네트워크에 반영해 구축했으며 유전변이의 특성에 따라 서로 다른 분자네트워크를 생성했다.
각 분자네트워크에 대해 약물반응을 모사한 섭동분석을 수행해 약물반응을 나타내는 암세포의 변화를 정량화하고 군집화했다. 그 후 컴퓨터시뮬레이션 분석을 통해 효능, 조합에 따른 시너지효과 등 약물반응정도를 예측했다.
이러한 컴퓨터시뮬레이션 결과를 토대로 폐암, 유방암, 골종양, 피부암, 신장암, 난소암 등 다양한 암세포주를 대상으로 약물반응 실험을 수행해 비교 검증했다.
이 기술은 임의의 분자네트워크에 대해서 동일한 방식으로 적용할 수 있고 최적의 약물 표적을 발굴해 개인 맞춤치료에 활용가능하다.
연구팀은 암세포의 이질성에 따른 다양한 약물반응의 원인을 특정 유전자나 단백질뿐만 아니라 상호조절작용을 종합적으로 고려해 분석할 수 있게 됐다고 밝혔다.
또한 약물저항성의 원인을 사전에 예측하고 이를 억제할 수 있는 최적의 약물 표적을 발굴할 수 있게 됐고 기존 약물의 새로운 적용대상을 찾는 약물재창출에 활용될 수 있는 핵심 원천기술을 확보하게 됐다고 말했다.
조 교수는 “암세포별 유전변이는 약물반응 다양성의 원인이지만 지금까지 이에 대한 총체적 분석이 이뤄지지 못했다”며 “시스템생물학을 통해 암세포 유형별 분자네트워크의 약물반응을 시뮬레이션으로 분석해 약물 반응의 근본적 원리를 파악하고 새로운 개념의 최적 약물 타겟을 발굴할 수 있게 됐다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 컴퓨터시뮬레이션을 통한 암세포 유형별 약물반응 예측 및 세포실험 비교 검증
그림2. 암세포별 분자네트워크의 동역학 분석에 기반한 약물반응 예측 및 군집화
그림3. 세포 분자네트워크 분석에 따른 암세포 유형별 약물타겟 발굴 및 암환자별 맞춤치료 전략 수립
2017.12.07
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김지한 교수, 다공성 물질 내 가스 흡착량 증진 가능성 제시
〈 김 지 한 교수, 정 상 규 석사과정 〉
우리 대학 생명화학공학과 김지한 교수 연구팀이 결함공학을 통한 다공성 물질의 가스 흡착량 증진법을 개발했다.
정상규 석사과정이 1저자, UC 버클리 화학과의 Günther Thiele 박사후 연구원이 2저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’11월 16일차 온라인 판에 게재됐다.
금속-유기 구조체(metal-organic framework, 이하 MOF)는 금속 클러스터와 유기 리간드의 규칙적인 배위결합을 통해 합성되는 결정체이며, 넓은 표면적과 수많은 공극을 지닌 물질로서 다양한 에너지 및 환경 관련 소재로 각광받고 있다.
하지만 다른 결정성 물질들과 마찬가지로 실제 MOF는 완벽한 결정성을 가질 수 없으며 여러 종류의 결함을 가지게 된다.
이러한 결함들 중 결정체 내 유기 리간드가 불규칙적으로 본래 자리에 결합되지 않은 상태를 뜻하는 리간드 공공결함은 실험적인 기법들을 통해 공공결함의 밀도가 조절될 수 있다고 알려져 있다.
연구팀은 기존 제시된 리간드 공공결함의 조절을 통한 결함 공학 기법을 특정 MOF 내 고립된 공극의 존재여부와 접목시켜 결함공학을 통한 가스 흡착 증진 가능성을 제시했다.
김지한 교수가 직접 개발한 그래픽 프로세서(GPU) 소프트웨어 코드로 초고속 스크리닝 기법을 활용해 실험적으로 합성된 12,000 가량의 MOF들로 부터 메탄 가스에 대해 상당한 부피의 고립공극을 가지는 MOF들을 계산적으로 선별했다.
고립 공극의 판별 작업에는 안정적 에너지 구간에 대한 플러드-필(flood-fill) 알고리즘이 사용됐으며 이는 마이크로소프트 그림판에서 흔히 접할 수 있는 ‘색 채우기’ 기능과 동일한 알고리즘이다. 이를 통해 무한히 연결된 주 공극구조만 판별해내고 연결되지 않고 고립돼 존재하는 공극의 존재여부를 판단했다.
이후 많은 양의 고립공극이 파악된 MOF들에 대해 리간드 공공결함을 가상으로 결정 구조 내 도입했으며 리간드가 없어지면서 기존의 고립돼 존재하던 공극들이 주 공극구조와 합쳐지도록 유도했다.
이러한 스크리닝 작업을 통해 연구팀은 리간드 공공결함이 도입되었을 시 상당한 메탄 가스의 흡착량 증진을 겪을 수 있는 13개의 MOF를 최종적으로 선별했으며, 불과 8.33% 이하의 리간드 결함이 존재했을 시에도 최대 55.6% 의 메탄 가스 흡착량 증진을 가질 수 있다는 것을 확인했다.
본 연구팀이 제시한 리간드 공공결함을 통해 기존에 활용되지 못하던 고립 공극을 주 공극구조에 연결시켜 새로이 활용하는 기법은 단순한 가스 흡착량 증진 외에도 혼합 가스의 선택적 흡착, 반 영구적 가스 포획 등 다양한 효과를 가져올 수 있다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 본 연구에서 사용된 플러드-필 알고리즘을 설명하는 도해와 플러드-필 알고리즙을 통해 고립공극이 판별된 MOF의 예시
그림2. 본 연구에서 선별된 MOF 중 두 가지 MOF의 공공결함 도입 전과 후(좌, 우)의 흡착가능 공간 비교
2017.11.27
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조광현 교수, 대장암 유발하는 돌연변이 유전자의 네트워크 원리 규명
〈 왼쪽위부터 시계방향으로 이종훈 박사과정, 공정렬 박사과정, 조광현 교수, 신동관 연구교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 대장암이 발병하는 과정에서 생기는 유전자 네트워크의 원리를 규명하는 데 성공했다.
이를 통해 대장암의 근본적인 발병 원리를 밝혀낼 뿐 아니라 향후 새로운 개념의 효과적인 항암제의 분자표적을 찾는데 활용될 것으로 기대된다. 또한 4차 산업혁명의 핵심 기술로 주목받는 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학 연구로 규명해냈다는 의의를 갖는다.
신동관 박사, 이종훈, 공정렬 학생연구원 등이 함께 참여한 이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 2일자 온라인 판에 게재됐다.
인간의 암은 유전자 돌연변이에 의해 발생한다. 이 돌연변이의 빈도는 암종에 따라 차이가 나는데 백혈병, 소아암은 10여 개 정도이지만 성인 고형암은 평균 50여 개, 폐암 등의 외부인자로 인한 경우는 수백 개에 이른다.
전 세계 암연구자들은 암 치료를 위해 환자들에게서 빈번하게 발견되는 유전자 돌연변이들을 파악하고 이 중 주요 암 유발 유전자를 찾아내 표적 항암제를 개발하고자 노력했다.
그러나 유전자 돌연변이는 해당 유전자의 기능에만 영향을 주는 게 아니라 그 유전자와 상호작용하는 다른 유전자에게도 영향을 끼친다. 따라서 이러한 유전자 네트워크의 원리를 모른 채 소수의 암 유발 유전자를 대상으로 하는 현재의 치료법은 일부에게만 효과가 있고 쉽게 약물의 내성을 일으키는 한계가 있다.
조 교수 연구팀은 대장암 환자의 대규모 유전체 데이터를 이용해 유전자 상호작용 네트워크에서 나타나는 다중 돌연변이의 협력적 효과에 대한 수학모형을 구축했다.
이는 국제 암유전체컨소시엄에서 발표한 전암 유전체데이터베이스(TCGA: The Cancer Genome Atlas)를 토대로 구축한 것으로, 유전자 네트워크에서 나타나는 돌연변이의 영향력을 정량화하고 이를 이용해 대장암 환자 군을 임상 특징에 따라 군집화 하는데 성공했다.
또한 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석을 통해 암 발생 과정에서 나타나는 임계전이(critical transition) 현상을 밝혀내 숨겨진 유전자 네트워크의 원리를 최초로 규명했다.
임계전이란 상전이와 같이 물질의 상태가 갑작스럽게 변화하는 현상을 말한다. 암 발생 과정에서는 유전자 돌연변이의 발생 순서를 추적하기 어렵기 때문에 전이 현상이 존재하는지 확인할 수 없었다.
연구팀은 시스템생물학 기반의 연구방법을 이용해 확인한 결과 기존의 대장암에서 잘 알려진 암 유발 유전자 돌연변이의 발생 순서를 따르는 경우에 임계전이 현상을 보임을 발견했다.
이번에 개발한 수학모형을 활용하면 암환자에게 발생하는 다수 유전자 돌연변이의 영향을 가장 효과적으로 저해할 수 있는 새로운 항암 표적 약물이 개발될 것으로 기대된다.
특히 주요 암 유발 유전자 뿐 아니라 돌연변이의 영향을 받는 다른 모든 유전자들을 대상으로 종합적으로 평가해 효과적인 약물 표적을 찾아낼 수 있다.
조 교수는 “지금껏 다수 유전자들의 돌연변이가 암 발생에 어떻게 기여하는지 밝혀진 바가 없었다”며 “이번 연구에서는 시스템생물학으로 암세포의 발달과정에서 유전자 네트워크의 원리를 최초로 밝힘으로써 새로운 차원의 항암제 표적을 발굴할 수 있는 가능성을 제시했다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 유전자 돌연변이의 영향력 전파에 의한 거대 클러스터의 형성
그림2. 암발생 과정에서 돌연변이 협력효과의 임계전이 현상
2017.11.07
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경영대학, 와튼 리서치 데이터 서비스-SSRN 이노베이션 상 수상
〈 이인무 교수, Robert Zarazowski (WRDS), Gregg Gordon (SSRN), 이재규 교수 〉
우리 대학 경영대학이 지난 26일 열린 국제경영대학발전협의회(Association to Advance Collegiate Schools of Business, AACSB) 컨퍼런스에서 ‘WRDS-SSRN 이노베이션 상’을 수상했다.
WRDS-SSRN 이노베이션 상은 미국 명문 MBA인 와튼 스쿨(The Wharton School)의 데이터 분석 및 금융 연구 플랫폼 '와튼 리서치 데이터 서비스(WRDS)'에서 수여하는 상으로, 세계 최대의 출판사인 엘스비어(Elsevier)의 자회사로 사회과학분야 학술논문을 제공하는 연구 네트워크인 SSRN과의 협력으로 만들어졌다.
이 상은 탁월한 연구 성과를 이뤄낸 경영대학에 수여하며 금융 및 회계를 포함한 광범위한 경영분야에서 선구적인 연구의 가시성을 높이기 위해 제정됐다. 매년 북미, 유럽 및 아시아·태평양 지역별로 연구논문 실적 및 인용 횟수 등을 기준으로 연구의 혁신 및 우수성이 뛰어난 대학을 수상자로 선정한다. 올해 아시아·태평양 지역에서는 KAIST 경영대학이 선정되었다.
경영대학 김영배 학장은 “KAIST 경영대학이 WRDS-SSRN 이노베이션 상을 수상하게 돼 매우 기쁘다“며 “경영대학은 학문적 우수성을 기반으로 혁신적인 연구 활동에 중점을 두고 있으며 WRDS 및 SSRN로부터 이를 인정받은 것 같아 영광이다”며 소감을 밝혔다.
실제 경영대학은 사회적기업가 MBA나 녹색경영정책 석사과정 등 미래환경과 사회변화에 선도적으로 대응하는 교육프로그램을 운영중이다.
WRDS의 로버트 자라쇼우스키 전무이사는 “KAIST 경영대학이 ‘WRDS-SSRN 이노베이션 상’을 수상하게 된 것은 대단한 일”이라며 “WRDS는 KAIST 경영대학이 비즈니스 교육의 성장 및 혁신을 선도하고 헌신한 점을 높이 평가한다”고 말했다.
경영대학은 1995년 국내 최초 전일제 MBA 프로그램을 선보였으며 국내 최고의 이공계 연구대학인 KAIST의 특성을 살려 기술과 경영의 융합형 전문인력 양성에 주력하고 있으며, 국내 경영대학 중에서 유일하게 4개 국제기관(AACSB, GMAC, EQUIS, PIM)으로부터 공인 받았다.
2017.11.02
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박용근 교수 , 美 광학회 석학회원 선정
〈 박 용 근 교수 〉
우리 대학 물리학과 박용근(37) 교수가 지난 9월 12일 美 워싱턴 DC에서 열린 미국 광학회(The Optical Society, OSA) 이사회에서 석학회원(Fellow)으로 선정됐다.
박 교수는 바이오의학 분야에 적용되는 디지털 홀로그래피와 파면 제어 기술 분야의 연구 성과를 인정받아 이례적으로 젊은 나이임에도 석학회원으로 선정됐다. 미 광학회 석학회원 평균 연령대는 50대 후반에서 60대 초반이 주를 이루고 있다.
박 교수는 2010년부터 KAIST 물리학과에 재직하며 홀로그래픽 기술과 광 산란 제어 분야에서 뛰어난 연구 성과를 내고 있다. 특히 3차원 홀로그래픽 현미경 기술을 개발하고 상용화해 이를 이용한 다양한 의학, 생물학 연구를 수행했고 관련 분야를 세계적으로 선도하고 있다.
기존에는 세포를 형광 물질 등으로 염색해야만 3차원 영상 촬영이 가능했다. 그러나 박 교수의 HT(holotomography)기술은 살아있는 세포와 조직을 염색하지 않고도 실시간 3차원 영상을 측정할 수 있어 새롭고 다양한 생물학, 의학 분야의 연구를 가능하게 했다.
박 교수는 기술의 상용화를 위해 2015년 ㈜토모큐브를 설립했고 이를 해외 수출로 이어나갔다. 2016년에는 소프트뱅크벤쳐스, 한미제약 등으로부터 투자를 유치 받았고 현재 MIT, 미국 피츠버그의대, 독일암센터, 서울대학교병원 등을 비롯한 전 세계 주요 연구 기관에서 장비를 사용하고 있다.
최근에는 박 교수 연구진이 개발한 광산란 측정 기반 기술을 바탕으로 ㈜더웨이브톡을 설립해 네이버를 비롯한 기관들의 투자를 받아 제품 출시를 앞두고 있다.
박 교수는 “KAIST 부임 후 수행한 연구 성과를 바탕으로 석학회원에 선정돼 기쁘다”며 “훌륭한 연구원들과 학교의 지원 덕분이다. 기초와 응용 양 분야에서 계속 새로운 결과를 낼 수 있도록 정진하겠다”고 말했다.
박 교수는 네이처 포토닉스, 네이처 커뮤니케이션즈, 미국국립과학원회보, 사이언스 어드밴시스, 피지컬 리뷰 레터스 등에 100여 편의 논문을 게재했다. 관련 국제학회를 창설해 의장을 역임 중이다.
2017.10.17
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공승현 교수, 실내 극미약 GNSS신호 초고속 감지기술 개발
〈 김태선 연구원, 공승현 교수 〉
우리 대학 조천식녹색교통대학원 공승현 교수 연구팀이 범지구 위성항법 시스템인 GNSS(Global navigation Satellite System)를 실내에서도 사용할 수 있는 극미약 GNSS 신호 초고속 탐지기술을 개발했다.
연구팀의 기술을 활용하면 전 세계 어디서든 실내외 상관없이 GNSS 신호만으로 위치를 파악할 수 있기 때문에 대체기술 혹은 별도 장치가 필요하지 않아 활용도가 높을 것으로 기대된다.
이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘IEEE 시그널 프로세싱 매거진(IEEE SPM)’ 9월호에 게재됐다.
대중에 가장 많이 알려진 GPS는 1970년대 美 국방부가 개발한 미국 기반의 위성항법장치이다. 이러한 시스템은 미국 뿐 아니라 러시아의 GLONASS, 유럽의 GALILEO, 중국의 COMPASS 등 여러 가지가 존재하는데 GNSS는 이 모든 기술들을 포함하는 시스템이다.
기존의 GNSS는 2만km 상공에서 지구 전역으로 신호를 방사하기 때문에 지상의 작은 안테나가 수신하는 신호는 매우 미약하다. 특히 건물 벽을 투과해 실내로 침투하는 GNSS는 외부에서 수신하는 신호의 세기보다 1천 배 이상 감소된 극미약 신호가 된다.
이러한 극미약 GNSS 신호를 탐지하기 위해 기존의 주파수 영역 상관기법을 사용하면 계산량이 1백만 배 이상 증가하게 되고 신호탐지를 위한 계산 시간도 폭발적으로 증가한다. 위와 같은 문제로 인해 지난 20여 년 간 GNSS 신호를 이용한 실내 측정 기술은 거의 불가능한 것으로 알려졌다.
연구팀은 문제 해결을 위해 실내 극미약 GNSS 신호의 탐지 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 ‘합성기반 주파수 가설 탐지 기술 SDHT(Synthesized Doppler frequency hypothesis Testing)’를 개발했다.
일반적으로 GNSS 신호를 탐지하는 작업은 GNSS 신호의 코드 위상과 도플러 주파수를 정확히 알아내는 과정이다. 그런데 기존 방식의 알고리즘은 도플러 주파수의 가설 수를 2만 개 이상 검증을 해야 한다. 결국 소요 시간이 기하급수적으로 늘어난다.
반면 연구팀이 개발한 알고리즘은 가까운 도플러 주파수 가설에 따라 수행된 위상동기식 상관 결과를 이용해 우회적으로 검증하는 기술이다. 따라서 20여 개의 가설만 기존 방식으로 검증하고, 나머지 19980개의 가설은 단순한 산술연산만으로 검증을 수행하면 모든 작업을 완료할 수 있다.
결과적으로 SDHT는 기존 기술보다 1천 여배 적은 계산량, 800배 빠른 속도로 신호를 탐지할 수 있다. 약 15초의 소요시간으로 많은 건물 내의 극미약 GNSS 신호를 탐지할 수 있는 것이다.
연구팀은 추가 연구를 통해 미약한 GNSS 신호를 탐지하는 기술을 더욱 강화하고 실내 전파 난반사에 강한 위치 측정 기술을 개발하면 거의 모든 건물 내에서 수초 이내에 GNSS만을 이용한 실내 GNSS 단독 측정이 가능할 것으로 예상했다.
공 교수는 “기술 개발을 통해 전 세계적으로 실내 GNSS 측위 기술을 선도하게 됐다”며 “향후 실내 GNSS 시스템을 상용화하고 새로운 시장을 창출할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
연구팀은 국내 특허 등록 및 해외 출원 중이며 KAIST 창업원의 지원을 통해 기술사업화를 추진하고 있다.
□ 그림 설명
그림1. SDHT 기술을 이용한 GPS 실내 측위 시스템의 측위 결과
2017.09.28
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고규영 교수, 녹내장 발생에 관여하는 신호전달체계 규명
우리 대학 의과학대학원 고규영 교수가 녹내장(Glaucoma)이 발생하고 진행되는 근본적 원인을 규명하고 새로운 치료방법을 제시했다.
김재령 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 미국 임상연구학회에서 발간하는 임상연구학회지(The Journal of Clinical Investigation) 9월 19일자 온라인 판에 게재됐다. 또한 10월 발간되는 인쇄본의 표지 및 커버스토리로 실린다.
녹내장은 안압이 상승해 시신경이 눌리거나 혈액 공급에 문제가 생겨 시신경이 망가지고 실명에 이르는 병이다. 증상이 나타날 땐 이미 시신경이 크게 손상된 상태라 완치가 어렵다. 전 세계 40세 이상 성인 인구의 3.5%가 녹내장을 앓고 있으며 국내에서도 환자가 빠르게 증가하는 추세다. 특히 전체 환자의 약 75% 이상을 차지하는 원발개방각녹내장의 경우 원인을 분자적 수준에서 밝히기 어려워 근본적인 치료법 마련에 한계가 있었다.
원발개방각녹내장 발병 기전의 이해를 넓힌 이번 연구로 그간 더뎠던 치료법 개발에 속도가 날 것으로 기대된다.
연구진은 안압이 안정적으로 유지되는 작동원리와 신호전달체계를 규명했다. 안압 조절에 중요한 기관인 쉴렘관의 항상성 유지를 Angiopoietin-TIE2 수용체 신호전달체계(이하 ANG-TIE2 신호전달체계)가 수행함을 밝혔다.
녹내장은 방수배출장치가 고장 나면서 발생한다. 눈 내부에서 생성된 방수는 섬유주를 지나 쉴렘관을 거쳐 혈관으로 배출된다. 안압은 방수가 생성되는 만큼 배출되어야 일정하게 유지되는데 방수배출장치에 문제가 생기면 안압이 상승한다. 원발개방각녹내장의 경우, 방수유출경로의 저항이 커지면서 방수가 제대로 빠져나가지 않아 발생하는 것으로 알려져 있으나 어떤 이유 때문에 저항이 커지는지는 알 수 없었다.
김재령 연구원과 박대영 연구원(박사후연구원/안과 전문의)은 혈관 성숙과 안정화에 필수적인 ANG 단백질과 TIE2 수용체가 각각 쉴렘관 주변부와 내피세포에 두드러지게 발현되는 것을 발견했다. 연구진은 ANG-TIE2 신호전달체계가 생후 초기 쉴렘관의 발달뿐만 아니라 성체가 된 이후에도 항상성 유지에 필수적일 것으로 예상했다.
실험 결과, 연구진은 쉴렘관 형성과 유지, 안압 조절에 있어 ANG-TIE2 신호전달체계가 핵심적인 역할을 수행함을 확인했다. ANG-TIE2 신호전달체계는 쉴렘관을 형성하고 내강을 유지해 방수 유출을 가능케 한다.
쉴렘관이 형성되는 동안에는 Prox1 전사인자 발현을 촉진하고 성체가 된 이후에는 적절한 양의 방수, 거대액포, Prox1 전사인자 발현을 유지하여 쉴렘관의 항상성을 지킨다.
연구진은 녹내장이 유발된 상황에서 ANG-TIE2 신호전달체계의 활성화가 어떤 효과가 있는지 추가 실험을 진행했다. TIE2 수용체를 활성화하는 실험적 항체(ABTAA)가 쉴렘관의 내피세포에 작용하여 방수 유출을 증가시키고 안압을 낮출 수 있는지가 관건이었다. 쉴렘관이 망가져 안압 상승으로 녹내장이 유발된 실험군의 눈 속에 항체를 투여한 결과, 쉴렘관이 회복되면서 안압이 내려가는 것을 확인했다. 결국 ANG-TIE2 신호전달체계가 쉴렘관의 항상성을 유지함으로써 안압을 조절해 녹내장이 발병하지 않도록 하는 것이다.
이번 연구는 녹내장을 근본적으로 해결할 수 있는 치료법 개발에 큰 도움이 될 것으로 보인다. 특히 녹내장을 재현한 질병 모델에 TIE2 활성 항체를 주사해 안압 하강 효과를 얻은 만큼 추후 임상 연구로의 확장이 기대된다. 연구진은 방수배출장치의 또 다른 요소인 섬유주와 ANG-TIE2 신호전달체계의 관계를 밝히는 실험과 실제 환자에게 TIE2 활성 항체를 사용할 수 있을지 전임상 실험을 계획 중이다.
연구를 이끈 고규영 교수는 “이번 논문에는 이십여 개에 달하는 연구 이미지 세트가 실렸다. 일반적인 경우의 두 배에 달한다”며 “쉴렘관 항상성 유지의 기전을 자세히 밝히는 방대한 양의 연구를 수행했음을 보여준다”라고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. 녹내장의 증상과 원인
그림2. ANG-TIE2 신호전달체계의 역할
그림3. ANG-TIE2 신호전달체계 억제 시 쉴렘관 항상성 저해 현상
2017.09.20
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오준호 교수 개기일식 영상, NASA 오늘의 천체사진 선정
〈 오 준 호 교수 〉
우리 대학 기계공학과 오준호 교수가 지난 8월 21일 미국 오리건(Oregon) 주 웜 스프링스(Warm Springs)에서 촬영한 일식 영상이 미 항공우주국(NASA)의 ‘오늘의 천체사진(APOD : Astronomy Picture of the Day)’ 에 선정됐다.
APOD는 NASA에서 운영하는 최고 권위의 천체사진 전문 사이트이다. 허블 우주망원경 등 전문적인 천체관측 결과나 전 세계 천체 관측자들의 작품 등을 선정해 매일 한 개씩 소개한다.
오 교수는 프로 사진작가 권오철 씨에 이어 한국인으로서는 두 번째로, 아마추어 한국인 천체사진가로서는 처음으로 APOD에 선정됐다.
이 사이트는 오교수가 확대 촬영한 개기일식 동영상을 소개하며 “오 교수가 특별히 제작한 장치로 일식순간 태양표면을 따라 돌며 확대촬영을 통해 태양이 월면 뒤로 사라지고 다시 나타나는 모습을 담았다”고 소개했다.
디지털사진 전문 사이트 ‘디지털 포토그래피 리뷰(dpreview.com)는 “꼭 봐할 놀라운 영상이다”고 밝히며 홍염과 코로나, 그리고 베일리스 비즈(Baily’s Beads) 등 개기일식의 관측 포인트를 소개했다.
오 교수의 영상은 개기일식이 일어나는 2분 3초 동안 관측된 코로나와 홍염을 매우 세밀하게 담아내고 있다.
오 교수는 “개기일식의 시작과 끝점의 예상 시간을 정확하게 계산해 촬영하는 등 십 수 년의 경험과 시행착오를 통해 수개월의 철저한 준비 기간을 거쳐 완성했다”고 말했다.
오 교수는 휴보(HUBO) 등 다양한 이족보행 로봇을 개발한 휴보의 아버지로 알려진 동시에 1999년 터키에서의 촬영을 시작으로 총 11차례 일식을 관측한 일식추적자(eclipse chaser)이기도 하다.
오준호 교수가 촬영한 개기일식 영상은 https://apod.nasa.gov/apod/ap170912.html 에서 확인할 수 있다.
□ 사진 설명
사진1. 촬영 사진1
사진2. 촬영 사진2
2017.09.13
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생명화학공학과 연구원, 국제학회에서 3개 부문상 동시 수상
수상자(사진 왼쪽부터 박선영 학생·최소영 박사·최유진 학생) 사진
최우수 연구상과 최우수 포스터 발표상 등 2개 분야에서 모두 8개의 상이 주어지는 국제학회에서 우리대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀 소속 학생들과 연구원이 3개를 동시에 수상하는 쾌거를 이뤘다. 특정 연구팀 소속 구성원들이 국제학회에서 절반에 가까운 상을 동시에 휩쓸다시피 한 것은 세계적으로도 매우 보기 드문 사례로 꼽히고 있다.
지난 달 23일부터 27일까지 태국 콘캔 (Khon Kaen)에서 열린 ‘제 13회 아시아 생물공학회(The 13th Asian Congress on Biotechnology)’에서 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀 최소영 박사가 최우수 연구상을, 최유진·박선영 박사과정 학생이 각각 최우수 포스터 발표상을 수상했다. 아시아 생물공학회는 아시아를 비롯하여 세계 각국의 과학자 및 산업체 관계자들이 한자리에 모여 생물공학 분야의 최신 연구결과를 발표하는 등 친목과 네트워크를 구축하는 국제학술대회다. 올해로 13번째를 맞은 이번 학회에는 우리나라를 포함해 25개국에서 400여명의 생물공학 분야 연구자들이 모여 “바이오혁신과 바이오경제 (Bioinnovation and bioeconomy)”를 주제로 다양한 연구결과를 발표하고 토의하는 자리를 가졌다.
이상엽 특훈교수도 이번 학회에 참석해 ‘시스템 대사공학에 의한 친환경 화학물질생산 전략’을 주제로 개회 기조강연(opening plenary lecture)을 했다. 이상엽 특훈교수는 특히 “지난 20년간 학생들과 국제학회를 많이 다녀봤지만 최우수 연구상 3개와 최우수 포스터 발표상 5개 등 8개의 상이 걸려있는 국제학회에서 우리 연구팀이 동시에 3개씩이나 상을 휩쓴 것은 이번이 처음이다”고 감격스러워 했다.
최소영 박사는 세계 최초로 미생물을 이용한 생물학적 방법을 통해 폴리락테이트-글라이콜레이트(poly(lactate-co-glycolate)를 생산하는 연구결과를 발표, 최우수 연구상을 수상했다. 폴리락테이트-글라이콜레이트는 젖산과 글라이콜산의 랜덤 공중합체로 대표적인 의료용 합성 바이오고분자다. 이 고분자는 생분해성, 생체적합성, 낮은 독성의 성질로 미국 식품의약국(FDA)으로부터 승인을 받았으며 주로 임플란트, 약물전달체, 봉합사 등 의료용으로 사용된다. 최 박사의 연구는 대장균의 대사공학을 통해 포도당과 목당을 세포 내에서 폴리락테이트-글라이콜레이트를 생산하는 획기적인 연구결과로 평가받았다. 최 박사는 이상엽 특훈교수 지도로 올 2월 박사학위를 취득했으며 현재 포스트닥 연구를 수행 중이다.
최유진 박사과정 학생은 재조합 대장균을 이용한 다양한 나노입자의 생물학적 합성연구를 발표해서 최우수 포스터 발표상을 수상했다. 최유진 학생은 이번 연구를 통해 중금속 흡착단백질과 펩타이드를 발현시킨 재조합 대장균을 이용, 금과 은을 비롯한 단일 나노입자, 양자점, 자성나노입자 및 이제까지 합성이 보고되지 않았던 다양한 금속 나노입자들을 생물학적으로 합성하는데 성공했다. 이 같이 생물학적으로 합성된 나노입자들은 바이오이미징·진단·환경 및 에너지 분야에 활용이 가능하다.
최우수 포스터 발표상을 수상한 박선영 박사과정 학생은 자연에서 발견되는 강력한 항산화 물질인 아스타잔틴(astaxanthin)을 대사공학을 이용해 대장균에서 생산 및 증산하는 연구결과를 발표해 주목을 받았다. 아스타잔틴은 연어나 새우에서 발견되는 붉은 빛의 카로티노이드계 색소로 건강식품과 화장품 산업 등에서 널리 이용되고 있는 물질이다.
2017.08.01
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신성철 총장, 글로벌 대학평가기관 THE의 Research Excellence Summit 기조연설
신성철 총장은 4일 오전 대만 타이중 밀레니엄호텔에서 열린 글로벌 대학평가기관인 THE(타임스고등교육) 주관의 ‘리서치 엑설런스 서밋(Research Excellence Summit)’ 기조연설에서 4차 산업혁명 시대를 특징짓는 초연결화, 초지능화, 융복합화의 3가지 메가트렌드를 설명하고 “향후 과학기술의 변화의 폭과 속도는 우리의 상상을 초월하며 인류사회에 엄청난 변화를 가져올 것”이라고 예측하면서 4차 산업혁명에 대비하기 위한 대학의 교육·연구·기술사업화 분야에서의 혁신적 방안을 제시해 세계 유수대학의 총장 및 대학 관계자들부터 큰 반향을 불러 일으켰다.
신 총장은 우선 교육혁신의 경우 4차 산업혁명 시대에는 창의력과 협업능력·의사소통 능력을 겸비한 인재양성의 필요성과 중요성을 강조하면서 이 같은 인재양성을 위해서는 “기초과학․공학교육 및 인문사회교육 강화를 통한 전뇌교육이 필요하다”고 지적하고 이를 위해 학부 무학과 교육과정의 도입을 제안했다. 신 총장은 또 수업방식에도 근본적 변화가 필요하다며 “팀 기반학습·프로젝트 기반학습·플립(Flip) 학습방법 등을 통해 교수강의 중심교육에서 질문․토론 위주의 학생중심교육으로 패러다임이 전환돼야한다”고 강조했다.
신성철 총장은 특히 기능면에서 인간이 도저히 경쟁할 수 없는 로보사피엔스(인공지능 로봇)와 공생해야 할 다음세대 교육의 궁극적 목표는 통찰력·지혜·감동·배려 등 ‘가치 중심의 교육’이 돼야 한다고 역설했다.
한편, 연구혁신을 위해서는 초학제간 융·복합 연구, 학문의 세대를 초월한 협업연구, 인류난제 및 거대과학 분야에서의 국제 공동연구 중요성을 구체적인 사례를 들어가며 제시했다. 신 총장은 이와 함께 4차 산업혁명 시대의 핵심 분야인 인공지능 기반 융·복합 연구의 중요성을 강조하며 KAIST에서 진행 중인 ‘닥터 M 프로젝트’·‘휴보 프로젝트’·‘군집드론 조정 프로젝트’등 여러 융·복합 연구프로젝트 소개를 통해 타 대학 관계자들로부터 많은 주목을 받았고 강연 후에는 국제 공동연구 제안까지 받았다.
신 총장은 이밖에 “기술사업화가 미래 대학의 새로운 사명이 되어 대학이 R&DB 의 허브 역할을 해야 한다”고 강조한 뒤 KAIST의 사회적 기업가정신(Entrepreneurship) 교육, 교수와 학생들에 대한 창업지원 체제 및 창업 현황을 소개해 갈채를 받았다.
마지막으로 신 총장은 “지금 한국정부는 4차 산업혁명을 국가의 새로운 도전이자 기회로 인식하고 있다”며 “한국정부가 역점을 두고 추진 중인 4차 산업혁명의 성공을 위해서 한국 대학의 혁신적 변화가 중요하며 이를 위해 한국의 대표적 대학인 KAIST가 대한민국의 새로운 미래를 만들어 가기 위해 선도적 역할과 사명을 다할 것”이라고 강조하고서 기조연설을 마쳤다.
2017.07.06
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KAIST, THE 2017 아-태 대학순위 발표 국내 1위, 아-태지역 13위
글로벌 대학평가기관 THE(타임스고등교육)가 5일 새벽 발표한 '2017 아시아-태평양 대학순위'에서 우리대학이 국내 1위, 아시아-태평양지역 13위를 차지했다. 서울대와 포스텍이 각각 14위와 15위를 차지했으며 성균관대는 21위로 그 뒤를 이었다. THE의 아시아-태평양지역 대학 순위는 올해가 첫 발표로 중동을 제외한 아시아, 호주, 뉴질랜드 등 13개 국가 대학들을 대상으로 평가했다. 아래 링크는 THE의 각종 글로벌 대학평가 순위를 국내에서 독점 보도하고 있는 매일경제신문의 관련기사다.
http://news.mk.co.kr/newsRead.php?year=2017&no=449115
2017.07.05
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김용훈 교수, 단일 분자 소자의 전극 계면 특성 규명
〈 김 용 훈 교수와 김후성 박사과정, 김한슬 박사 〉
우리 대학 EEWS 대학원 김용훈 교수 연구팀이 10년 이상 나노 분야 주요 난제로 남아있던 단일분자 전자소자의 금속전극-분자 계면 원자구조와 소자특성 간 상관관계를 규명했다.
이번 연구 성과는 국제 과학 학술지인 ‘미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)’ 6월 21일자에 게재됐다.
단일분자 전자소자는 OLED 등을 통해 알려진 유기소자로서 2003년 미국에서 처음 구현됐다. 분자전자소자(molecular electronics)는 차세대 반도체 소자의 후보군으로 관련 연구들이 활발히 수행되고 있다.
분자를 전자소자로 활용하기 위해선 분자-전극 형태의 원자구조가 구체적으로 어떻게 형성되는지 이해하는 것이 중요하다. 분자 전자소자는 크게 분자, 전극, 둘을 잇는 연결자로 구성된다.
2006년 미국 애리조나 대학의 타오(Nongjian Tao) 교수를 포함한 연구팀은 한 종류의 분자에서 여러 개의 전류 값이 나올 수 있음을 규명했으나 그 전류 값의 크기와 개수, 원인 등은 명확히 밝혀지지 않았다.
특히 그 원인에 대해서는 관련된 분자와 금속전극 간 계면의 원자구조가 여러 가지 형태를 띠고 있기 때문이라는 추측만 있었고 명확히 밝혀지지는 않았다.
김 교수 연구팀은 주사탐침현미경 등을 이용해 단분자 소자가 구현되는 과정을 슈퍼컴퓨터를 활용해 재현했다.
접합 구조의 여러 가지 형태를 찾는 것은 결국 황(S) 원자 주변의 금(Au) 원자 몇 개가 어떤 형태로 배열되는지 확인하는 것인데 이것을 배위수(coordination number)라고 부른다.
〈 김 용 훈 교수와 연구팀 〉
연구팀은 분자와 금속 전극 간 결합의 원자구조 배위수에 따라 금속전극 사이에서 전류 값이 변화하는 것을 확인했다. 또한 분자가 당겨질 때 단순히 금속과 분자 사이 결합이 끊어지는 게 아니라 금속전극의 원자구조가 쉽게 변형돼 결국은 금속과 금속 사이의 결합의 끊어지는 것을 규명했다.
일본 오사카 대학의 카와이(T, Kawai) 교수는 위와 같은 김 교수의 이론을 뒷받침하기 위해 소자 인장에 따른 전류의 증가를 포함하는 실험을 수행했다.
한, 일 공동연구팀은 슈퍼컴퓨터를 이용한 제1원리 계산과 첨단 나노소자 제조 및 측정을 통해 유기 소자의 계면 특성을 원자 수준에서 성공적으로 규명했다. 연구팀은 나노과학-나노기술 분야에서 10년 이상 풀리지 않던 난제를 해결했다.
이번 성과는 향후 OLED, 바이오센서, 유기태양전지 등 다양한 유기소자 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다.
김 교수는 “이번 연구는 나노 분야에서 이론 연구가 실험을 선도하는 역할을 성공적으로 수행함을 보여주는 예가 될 것이다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부의 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업, 나노소재기술사업과 KISTI 슈퍼컴퓨터의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 분자 전기전도도 실험 측정방법의 개념도
그림2. 대표적인 세 가지 분자-금속전극 접합 원자구조와 이에 상응하는 외력에 따른 전도도 변화 패턴
2017.07.04
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