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신   년   사



친애하는 KAIST 가족 여러분, 


2018년 무술년(戊戌年) 새해가 밝았습니다. 댁내 건강과 행복이 함께 하는 다복(多福)한 새해 맞으시길 기원합니다. 


‘황금 개의 해’는 강한 책임감을 갖고 믿음을 주는 사람들이 크게 인정받는 한 해가 된다고 합니다. 

새해에도 힘을 모아 우리대학의 소명을 완수하며 국가와 국민에게 신뢰를 받는 한 해가 되기를 소망합니다. 


지난해는 KAIST의 역사에 오래도록 기억될 뜻깊은 한 해였습니다. 

학문과 인류사회의 발전을 위한 우리 구성원들의 열정과 헌신은 다양한 성취로 이어지며 국내외에서 널리 인정받았습니다. 


정부를 비롯해 국제적인 기관들로부터의 수상실적은 KAIST의 도전과 혁신이 만들어낸 성과를 대변해주었습니다. 

황규영 명예교수님과 이상엽 교수님께서 ‘2017 대한민국 최고과학기술인상’을 수상하셨습니다. 

우리 대학은 단 2명의 수상자를 선정한 이 상을 석권하는 영광을 누렸습니다. 

이 외에도 작년 한 해 동안 20여 분이 넘는 교수님께서 정부, 학회 등 국내외 유수 기관으로부터 혁신적인 연구 성과와 그간의 공로를 크게 인정받았습니다. 


우리 학생들의 수상실적도 괄목할만합니다. 

전산학부 오상은 박사과정 학생구글(Google) PhD 펠로우에 선정되는 등 많은 학생들이 다양한 상을 수상했습니다. 학부생들로 구성된 ‘KAIST 아프리카 봉사단’은 ‘2017 월드프렌즈 ICT 봉사단 성과보고 대회’ 전 부문에서 배려(Care)의 정신을 인정받는 영예를 안았습니다. 

우리 대학의 명성을 크게 드높여준 모든 수상자들께 다시 한번 축하와 감사의 마음을 전합니다. 


우리 대학은 선도형 R&D를 통해 국가와 인류발전에 공헌했습니다. 

세계 최고이거나, 최초이거나, 유일한 연구를 목표로 달려왔습니다. 

2017년 발표된 우리 대학의 10대 우수성과에서 보듯이 박용근 교수님 등 많은 교수님들의 혁신적인 연구들이 인류가 당면한 난제를 해결하거나 창업으로 이어져 세계 속에 KAIST의 저력을 알려왔습니다. 


이렇듯 임팩트 있는 연구개발 성과에 힘입어 2017년도 총연구비는 전년 대비 약 15%(정부 9.7%, 민간 40%)가 증가하여 3,400여억 원에 이르렀습니다. 


한 해 동안 우리는 창업의 산실이자 벤처 사관학교로서의 명성을 이어갔습니다. 

기술기반의 한국형 스타트업 모델을 개발해 창업문화 확산에 집중했습니다. 

이러한 노력은 교원창업 10건, 학생창업 13건으로 이어졌습니다. 


기술 분야별 특허 포트폴리오를 구축해 대형 기술이전이 증가하는 추세에 있습니다. 

특히, 국내대학 최초로 국제표준특허로 등록된 차세대 고효율 영상 압축기술(HEVC, High Efficiency Video Coding)을 비롯해 국내외에서 22건의 관련 표준특허를 획득함으로써 더욱 강한 특허 포트폴리오가 구축되었습니다. 


개교 이래 최초로 ‘4차 산업혁명 핵심 특허기술 설명회’를 개최했습니다. 

설명회는 국내 중소․중견기업들의 경쟁력 있는 기술과 특허에 대한 갈증을 해소하고자 마련되었습니다. 

197개 기업, 250여 명의 기업인이 참석했습니다. 

우리 대학의 경쟁력 있는 특허 10건을 엄선해 연구자와 기업인들이 직접 만나 소통한 결과 기술이전으로 이어지는 성과를 냈습니다. 


이러한 노력들이 모여 세계적인 경쟁력을 인정받는 한 해를 보냈습니다. 

2017 QS 세계대학 학과별 평가’에서 재료공학 13위 등 여러 전공들이 Top20 내에 랭크되었습니다. 

대학이 보유한 특허의 경제적 가치나 경쟁력 등을 종합적으로 판단하는 톰슨 로이터의 ‘세계에서 가장 혁신대학 평가’에서 2016년과 2017년 연속으로 세계 6위, 아시아 1위에 선정되었습니다. 


많은 분께서 KAIST의 약진에 큰 관심을 가지고 성원해주셨습니다. 

기금모금액이 전년 대비 330% 증가했습니다. 글로벌 경기침체 등 여러 요인들로 인해 한동안 소강 되었던 발전기금 모금이 다시 활기를 찾았습니다. 

한 해 기부 건수가 최초로 1만1천여 건을 넘어섰습니다. 


국제화를 위한 부단한 노력이 지속되었습니다. 지난해 6월 ‘제1회 엠버시 데이(Embassy Day)’를 개최했습니다. 

65개국에서 31명의 대사를 위시해 100여 명의 주한 외교관들이 참석했습니다. 

행사에 참석한 주한 대사들로부터 자국 학생들의 입학기회를 늘려달라는 요청과 협력요구가 쇄도하고 있습니다. 

앞으로 각국의 주한대사관들을 교두보로 삼아 우수한 교원과 학생들을 유치할 수 있도록 적극적으로 협력해 나갈 것입니다. 


우수 외국인 학생 유치 활동에 힘입어 전년 대비 학위과정과 교환학생을 포함한 외국인 학생 수가 약 7.3% 증가했습니다. 

외국인 구성원이 증가하면서 글로벌 캠퍼스 구축의 중요성이 더욱 증가했습니다. 

한영 이중언어 캠퍼스가 조성될 수 있도록 다양한 사업을 기획․추진했습니다. 

2017년도 신입 행정직원 채용 시 업무 능력에 더해 영어 구사 능력을 심도 있게 평가하여 영어소통이 원활한 22명의 우수한 신입직원을 채용했습니다. 


기관경쟁력의 핵심은 우수한 인재입니다. 

지난해에는 특별히 우수한 26명의 신임교원을 임용했습니다. 

또한, 12명에게 학교의 공식적인 오퍼 레터(Offer Letter)를 보냈습니다.

최근 임용되는 교직원들은 인성과 실력은 물론 국제적 감각을 두루 겸비한 인재들입니다. 

총장으로서 학교에 뛰어난 인재들을 대거 유치할 수 있어 기쁩니다. 


제16대 총장으로 취임하며 미래전략 혁신의 중요성을 강조했습니다. 

기관의 구성원들이 비전을 공유하고 한 방향으로 힘을 모아야만 대약진(Quantum Jump)할 수 있습니다. 

취임과 동시에 비전2031 위원회를 가동해 KAIST의 밝은 미래를 담보할 수 있는 단기 및 중장기 발전전략을 세웠습니다. 


10개월 동안 140여 명의 내부 구성원들이 자발적으로 참여해 구체적인 혁신전략들을 수립했습니다. 

수고하신 위원들께 감사드립니다. 

교수 워크숍 토의, 직원 및 학생 공청회, 외부전문가 공청회 등 소통의 장을 마련해 숙의(熟議)의 과정을 거쳤습니다. 

최종적으로 세계적인 인사들로 구성된 총장자문위원회(PAC)의 검토를 앞두고 있습니다. 


지난 한 해 동안 우리 대학이 일군 눈부신 발전과 성취는 KAIST 전 가족의 노력과 헌신이 빚어낸 열매입니다. 

이번 기회를 통해 우리 가족 여러분께 충심으로 감사의 마음을 전합니다. 


친애하는 KAIST 가족 여러분, 


2018년은 우리 대학이 ‘글로벌 가치창출 세계선도대학(Global Value-Creative World-Leading University)’을 향해 힘차게 도약하는 원년이 될 것입니다. 


지난해 2월, 제16대 총장으로 취임하며 제시한 5대 혁신방안에 대한 전략들이 비전2031 위원회를 통해 더욱 구체화되었습니다. 

이를 토대로 도전과 혁신을 가속하고자 합니다. 


올해 우리의 꿈을 이루기 위해 중점적으로 추진할 5대 혁신은 다음과 같습니다. 


첫째, 교육 혁신입니다. 


4차 산업혁명 시대는 과학기술이 인류사회의 변화를 주도합니다. 

어떤 과학기술 인재를 양성할 것인가’는 앞으로 국가의 운명을 좌우하는 중요한 이슈입니다. 

우리는 과학기술의 사회적 가치를 높이는 창의적 융합 인재를 양성하기 위해 노력해야 합니다. 


이를 위해, ‘융합기초학부’를 설치해 4차 산업혁명에 대비한 글로벌 리더양성 교육모델을 제시하고자 합니다. 

‘융합기초학부’는 무학과 트랙으로 운영되며 튼튼한 기초과학, 기초공학 지식을 갖추고 다양한 전공 분야를 넘나들며 변화하는 환경에 빠르게 적응할 수 있는 인재양성에 기여할 것입니다. 

김종득 추진단장님을 비롯해 11명의 내부 교수들로 구성된 ‘융합기초학부 설립추진단’을 가동하였습니다. 추진단은 교과과정 설계, 교과목 개발계획 수립 등 2019년 3월 교육개시를 목표로 수고해줄 것입니다. 기존 학과에 ‘융합기초학부’가 추가로 설치되어 학생들의 전공 선택 폭이 넓어지게 될 것입니다. 


우리 학생들의 활동무대는 전 세계입니다. 세계를 바라보며 원대한 비전을 가질 수 있도록 ‘Global Shaper로서 세상을 어떻게 바꿀 것인지’, ‘Global Innovator로서 세상을 어떻게 혁신할 것인지’, ‘Global Mover로서 세상을 어떻게 움직여 갈 것인지’를 고민할 수 있도록 교육할 것입니다. 

특히, 봉사에 대한 열정, 도전과 희생정신, 리더로서의 책임감을 함양할 기회를 확대해 나갈 수 있도록 글로벌 봉사단 활동을 활성화할 것입니다. 

노벨상 수상자 등 학생들에게 롤 모델이 될 수 있는 글로벌 리더들을 초청해 함께 호흡할 기회를 확대해 나갈 것입니다. 


한편, 가상캠퍼스(Virtual Campus)를 확대․운영해 기업인력의 업스킬링(upskilling)과 대국민 교육에 힘쓰고자 합니다. 

4차 산업혁명 시대에 접어들면서 기업들은 경쟁력 제고를 위한 인력 재교육 프로그램이 절실합니다. 

Edu4.0KOOC 등 우리가 보유한 스마트 학습 인프라와 교육 노하우를 접목한 학위과정을 운영하고자 합니다. 

원격강의를 제공해 학업과 실무를 병행할 수 있도록 할 예정입니다. 


둘째, 연구 혁신입니다. 


4차 산업혁명 시대에 접어들면서 융복합화가 가속화되고 있습니다. 

4차 산업혁명의 메가트랜드 중 하나인 융복합화는 이제 연구에서도 선택이 아닌 필수요소가 되었습니다. 


이러한 변화에 발맞추어, 한층 강화된 융합연구가 가능한 4차 산업혁명 융합관 건립을 재추진할 것입니다. 


학문의 깊이 있는 발전을 위해 초세대(超世代) 협업연구실(Cross-Generation Collaborative Lab)을 선정해 성공모델을 만들어 갈 예정입니다. 

시니어와 주니어 교수가 상보적․연속적으로 협력하며 학문의 대를 이어갈 수 있는 제도를 국내 최초로 정착시키고자 합니다. 


산․학․연과의 협업 강화 노력은 지속되어야 합니다. 오픈이노베이션협업연구의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 산․학․연 협업의 트리플 헬릭스(Triple Helix) 모델 구현을 통해 KAIST의 지경(地境)을 더욱 넓혀갈 것입니다. 


셋째, 기술사업화 혁신입니다. 


대학의 R&DB는 대학재정 확충뿐 아니라 청년 일자리 창출과 국가경쟁력 제고를 위해 매우 중요합니다. 


기술출자기업 및 창업 활성화를 통해 우리 대학의 지식재산과 경제적 부가가치 창출을 극대화하고자 합니다. 

성장 가능성 있는 우수 기술과 기업을 선별할 수 있는 전문인력을 충원해 나갈 것입니다. 

선별된 기술․기업에 대한 출자방식을 상황에 맞도록 다양화하는 제도를 개발해 도입할 것입니다. 

창업과 관련된 전반적인 규정을 검토해 창업의 속도를 높이겠습니다. 

학생창업 성공사례를 발굴하고 롤 모델이 될 수 있는 기업인들을 초청해 창업에 도전하는 문화를 제고하겠습니다. 


KAIST의 우수한 기술이 투자를 받아 기술사업화가 가속화될 수 있도록 국내외 창투사와 협력할 것입니다. 

일례로, 이스라엘 요즈마 펀드의 투자 활성화를 위해 양해각서를 체결하고 협력방안을 모색하고 있습니다. 


4차 산업혁명 시대에 접어들면서 기업환경이 급속도로 변화하고 있습니다. 

K-Industry 4.0을 출범해 중소기업의 스마트화를 선도하고자 합니다. 

이를 위해, K-Industry 4.0 추진단을 출범하고, KAIST의 우수한 인적자원과 기술력을 바탕으로 우리나라 중소기업들이 세계적인 수준의 스마트 팩토리를 구축할 수 있도록 지원할 예정입니다. 


넷째, 국제화 혁신입니다. 


국제화는 선택이 아닌 필수(MUST)입니다. 


한영 이중언어 소통 캠퍼스 구축사업이 강화됩니다. 

영어 실력을 향상할 수 있는 교육 기회를 확대해 나갈 것입니다. 

외국인 구성원에게는 한국어 학습기회를 적극적으로 제공하겠습니다. 

한국어 학습연계형 문화체험 프로그램 등을 개발하겠습니다. 

포탈 등 교내 정보 공유매체의 이중언어 사용을 강화할 것입니다. 


외국인 친화적인 캠퍼스 환경을 구축하는데 더욱 큰 노력을 기울일 것입니다. 

외국인 학생들의 어려움을 선제적으로 파악해 상담하고 문제를 해결할 방안을 적극적으로 모색할 것입니다. 

KAIST 어린이집 수용인원 확대, 대전외국인학교(TCIS)와의 긴밀한 협력 등을 통해 외국인 구성원들의 자녀 교육환경 지원책을 구체화하겠습니다. 


해외인지도 제고 활동을 강화할 것입니다. 

세계경제포럼(WEF)과 같은 세계적인 기관들과 국제행사를 공동개최하며 유대관계를 강화해 나갈 것입니다. 

총장으로서 THE와 QS 등 세계대학평가 기관들에서 개최하는 국제행사에 적극적으로 참여해 초청강연을 통해 우리 대학의 교육․연구․기술사업화 역량을 능동적으로 알리고자 합니다. 


마지막으로, 미래전략 혁신입니다. 


올해는 ‘글로벌 가치창출 세계선도대학’으로 발돋움하는 원년이 될 것입니다. KAIST는 국가와 국민들께 희망의 등불이 되는 선도적인 역할을 할 때 존재의 가치가 있습니다. 


앞서 말씀드린 비전2031 보고서의 최종 검토가 마무리 단계에 있습니다. 

보고서는 추후 ‘KAIST가 열어가는 대한민국(가칭)’으로 출판되어 국민들께 공유될 예정입니다. 

또한, 올해 3월 20일 ‘KAIST 비전2031 선포식’을 통해 국가와 국민들께 새로운 비전을 소개하고 희망찬 미래를 약속드리는 시간을 마련할 것입니다. 

여러분의 많은 관심과 적극적인 참여를 부탁드립니다. 


4월에는 세계경제포럼(WEF)과 ‘4차 산업혁명 구현에 관한 국제포럼’을 국내에서 공동개최합니다. 

이 포럼에는 4차 산업혁명의 개념을 창시한 클라우스 슈밥 회장이 직접 참석할 예정입니다. 

KAIST는 WEF와 긴밀히 협력해 4차 산업혁명의 롤 모델을 만들어가며 국제적 위상을 높일 것입니다. 


한편, ‘(가칭) KAIST 미래전략연구소’를 출범해 불확실의 시대에 국민들께 희망을 주고자 합니다. 

국가와 기관이 지속해서 발전하기 위해서는 싱크탱크 그룹의 숙성된 전략이 필요합니다. 

미래전략연구소는 우리 대학의 미래전략과 더불어 국가 주요 이슈들에 관한 전략을 연구하고 조언하는 싱크탱크 그룹이 될 것입니다. 


사랑하는 KAIST 가족 여러분, 


우리는 그동안 ‘창의와 도전’ 정신 아래 수월성을 추구하며 더 큰 가치와 미래를 만들고자 노력했습니다.
이제 KAIST의 조직문화에 배려의 정신을 추가하려고 합니다.

서로를 생각하고 격려해주는 따뜻함과 감동이 있는 캠퍼스를 만들어 가고자 합니다. 


지난 연말 외국인 구성원을 위한 송년 행사에 참석했습니다. 

행사에서 외국인 학생들이 한 해 동안 가장 수고해준 학교 구성원에게 감사패를 전달하는 순서가 있었습니다. 

학생들은 환경미화 도우미에게 감사의 마음을 전했습니다. 감사패 전달식을 보면서 크게 감동했습니다. 

40여 년 전 미국 유학 시절 ‘왜 나는 저런 생각을 하지 못했을까?’를 생각하며 부끄러웠습니다. 


KAIST는 92개국에서 온 900여 명의 외국인 학생들이 생활하는 글로벌 캠퍼스로 성장했습니다. 외국인 학생 비율은 점차 증가할 것입니다.
다양성을 포용할 수 있는 선진문화를 구축하는 것이 더욱 중요해졌습니다.
그동안 우리가 추구해온 ‘창의와 도전’의 정신도 ‘배려’라는 바구니 안에 담길 때 더욱 가치가 있고 빛을 낼 수 있습니다. 


우리는 그동안 도전정신과 창의력을 가진 인재상을 강조해왔습니다. 

이제는 배려의 정신을 추가해 창의(Creativity), 도전(Challenge), 배려(Caring) ‘3C’ 인재를 양성할 수 있도록 노력할 것입니다. 


‘3C’의 인재상은 앞으로 학생선발은 물론 교수와 직원을 채용할 때에도 중요한 선발 잣대가 될 것입니다. 

또한, 우리 구성원들이 함께 배려하며 상생․발전할 수 있는 배려의 정신을 체득할 수 있도록 다양한 교육프로그램을 개발해 제공할 것입니다. 


여러분이 KAIST입니다. KAIST는 대한민국의 미래입니다. 역사의 지평선 너머를 보는 우리의 꿈과 비전은 국가와 인류사회의 발전에 크게 기여할 것입니다. 

글로벌 가치창출 세계선도대학’을 향한 우리의 도전과 혁신과 배려의 정신은 KAIST가 4차 산업혁명의 선봉장이 되고, 국민들의 자긍심을 고양하며, 대한민국이 선진국으로 도약하는 초석이 될 것입니다. 


2018년 무술년(戊戌年) 새해, 계획하시는 일마다 “무엇이든지 술술 풀리는” 축복의 한 해가 되기를 기원합니다. 


감사합니다.



2018. 01. 02. 

KAIST 총장

신   성   철


신성철 KAIST 총장


posted by 글쓴이 과학이야기

최근 우리나라 전체가 메르스 여파로 들썩였는데요.

KAIST 연구진이 단백질 효소를 이용해 메르스와 같은 신종 바이러스 병원균 감염 여부를 진단할 수 있는 기술을 개발에 눈길을 끌고 있습니다.

박현규  KAIST 생명화학공학과 교수팀이 개발한 기술은 특정 단백질이나 효소를 인식하는 물질 압타머(Aptamer)를 이용해 다양한 표적 DNA를 분석할 수 있는 기술을 개발했습니다.

압타머는 표적 물질과 결합할 수 있는 특성을 가진 DNA입니다.

기존 분자 비콘(Molecular beacon) 프로브 기반 유전자 분석은 분석 대상인 표적 DNA가 변경되면 이에 대응하는 새로운 분자 비콘 프로브가 필요하기 때문에 다양한 표적 DNA를 분석하는데 많은 비용이 소요되는 단점이 있었습니다.

이에 박현규 교수팀은 DNA 중합효소와 결합해 활성을 저해시키는 압타머를 고안했는데요.

이를 역으로 이용해 표적 DNA가 존재하는 경우에만 압타머가 DNA 중합효소와 결합하지 않고 활성을 유지할 수 있게 조절하는 기술을 최초로 개발한 것입니다.

표적핵산에 의한 DNA 중합효소 활성 변화를 이용해 표적 핵산을 검출한 모식도표적핵산에 의한 DNA 중합효소 활성 변화를 이용해 표적 핵산을 검출한 모식도

이번에 개발된 기술은 조절된 DNA 중합효소의 활성이 핵산 신장 및 절단 반응을 일으키고,그 결과 형광 프로브(TaqMan probe)의 형광신호 측정이 가능한 것이 핵심인데요.

이를 통해 동일한 형광 프로브를 이용하면서도 다양한 표적 DNA를 민감하게 검출할 수 있는 새로운 유전자 진단 기술 개발이 가능해진 것입니다.

이를 활용하면 표적 DNA의 종류에 따라 새로운 프로브를 사용해야 했던 기존 기술과 달리 동일한 형광 프로브를 이용하기 때문에 다양한 표적핵산을 값싸고 손쉽게 검출할 수 있고요.

기술을 응용하면 여러 다른 병원균의 감염 여부까지 수월하게 파악할 수 있을 것으로 전망됩니다.

이번 연구는 메르스처럼 새로운 병원체에 대한 진단 키트를 용이하게 제작할 수 있어 여러 병원균에 대해 신속히 대응할 수 있고, 향후 유전자 진단 분야에서 새 원천기술로 널리 활용될 것으로 기대됩니다.

한편, 이번 연구결과는 영국왕립화학회가 발행하는 케미컬 커뮤니케이션즈(Chemical communications) 6월호 후면 표지논문으로 선정됐습니다. 

연  구  개  요

기존의 핵산 기반 검출 기술은 형광 및 소광제 물질이 표지된 U자형의 DNA 프로브인 분자비콘(molecular beacon)에 기반을 두고 있다.

이 기술은 표적 핵산의 존재에 의한 분자비콘의 구조 변화에 따른 형광 신호 생성의 유무를 확인함으로써 이루어진다 . 이 기술은, 핵산의 분리과정 없이 표적 핵산을 신속하게 분석할 수 있기 때문에, 다양한 형태의 분자비콘 기반 핵산 분석 기술 개발에 적용되어 왔다.

하지만, 상기 언급한 분자비콘 기반의 분석 기술은 표적 핵산과 분자비콘이 1:1로 반응하여 형광신호를 발생시키므로, 높은 민감도를 구현하기 힘들다는 단점을 가지고 있다. 또한, 서로 다른 표적 핵산의 분석을 위해 이에 대응하는 새로운 분자비콘이 필요하므로, 다양한 표적 핵산을 분석하는데 많은 비용이 드는 문제점을 지니고 있다.

상기 기술의 문제점을 극복하기 위하여 연구 노력한 결과, 본 연구팀은 다양한 표적 핵산의 검출에 보편적으로 적용될 수 있는 민감도가 우수한 효소 기반 검출 시스템을 개발하였다.

본 기술은 DNA 신장 반응(extension reaction)을 수행하는 핵산 중합효소(DNA polymerase)인 Taq 핵산 중합효소 및 이에 특이적으로 결합하여 활성을 저해시키는 DNA 압터머(DNA aptamer)를 도입하였다.

구체적으로, 표적 핵산의 검출을 위해 DNA 압터머에 표적 핵산을 특이적으로 인식하는 단일가닥 DNA를 포함하도록 디자인하였으며, 이 부분이 표적 핵산과 결합하여 DNA 압터머로부터 떨어져나갈 경우, DNA 압터머는 Taq 핵산 중합효소와 더 이상 결합하지 않게 되고 핵산 중합효소의 활성은 증가하게 된다.

이러한 표적 핵산과 DNA 압터머의 상호작용을 통한 핵산 중합효소의 활성 변화는 TaqMan 프로브(TaqMan probe)에 기반을 둔 프라이머 신장 반응(primer extension reaction)에서 유래하는 형광신호를 통해 실시간으로 분석할 수 있다.

상기 기술은 기존의 핵산 기반 검출 기술과 비교하여 표적 핵산을 인식하는 부분과 이 결과로 유래되는 신호를 검출하는 부분이 따로 분리되어 있기 때문에, 신호를 검출하는 부분의 구성요소인 TaqMan 프로브는 동일하게 유지하며, 표적 핵산을 인식하는 부분의 구성요소인 DNA 압터머의 염기서열만의 변화를 통해 다양한 표적 핵산을 범용적으로 분석할 수 있다. 따라서, 다양한 표적 핵산의 분석에 드는 비용을 매우 절감할 수 있다.

 

 용 어 설 명

압타머
저분자 화합물로부터 단백질까지 다양한 종류의 표적 물질에 대해서 높은 친화성과 특이성을 가지고 결합할 수 있는 작은 단일가닥 DNA

DNA 중합효소
DNA를 복제하여 증폭시키는 역할을 하는 효소

분자 비콘(Molecular beacon)
표적핵산에 상호보완적인 염기서열을 포함하는 헤어핀 구조의 DNA로서, 양 말단에 형광체와 소광체가 각각 달려있다.

TaqMan 프로브
5’ 말단과 3’ 말단에 각각 형광체와 소광체가 달린 짧은 단일가닥 DNA

 

박현규 교수 이력사항

□ 인적사항
○ 소 속 : KAIST 생명화학공학과

□ 학 력
○ KAIST 생명화학공학과 학사 1990
○ KAIST 생명화학공학과 석사 1992
○ KAIST 생명화학공학과 박사 1996

□ 경력사항
○ 1996~2002 삼성종합기술원, 선임연구원
○ 2002~2006 KAIST 생명화학공학과, 조교수
○ 2006~2012 KAIST 생명화학공학과, 부교수
○ 2012~현재 KAIST 생명화학공학과, 교수
○ 2015~2018 KAIST 지정 석좌교수

 

 

 

 

posted by 글쓴이 과학이야기

KAIST 휴보 ‘DARPA 로보틱스 챌린지(DRC)' 우승!

‘이번 우승’은 많은 의미를 담고 있습니다.

가장 큰 의미는 당연히 ‘희망’이겠죠. 그리고 또 있습니다.

KAIST 오준호 교수팀이 개발한 ‘휴보’가 6월 5일부터 이틀간 미국 캘리포니아주 포모나에서 열린‘DARPA 로보틱스 챌린지(DRC)'에서 우승을 차지하는 쾌거를 이뤘습니다.
이번 우승으로 오준호 교수팀은 200만 달러의 상금도 획득했습니다.
이번 대회는 세계 24개 팀이 개발한 휴머노이드가 ▲운전하기 ▲차에서 내리기 ▲문 열고 들어가기 ▲밸브 돌리기 ▲드릴로 구멍 뚫기 ▲돌발미션 ▲ 장애물 돌파하기 ▲계단 오르기 등 8개 미션에 대한 수행 평가로 진행됐습니다.
  DRC에 참가한 휴보(좌)와 우승 시상식(우) / KAIST 제공DRC에 참가한 휴보(좌)와 우승 시상식(우) / KAIST 제공

이번 우승 소식을 접하자마자 예전에 인터뷰 한 내용을 다시 찾아봤습니다.

세계를 깜짝 놀라게 한 휴보가 만들어지기까지의 과정을 알게 되면 다른 방향에서 다시 깜짝 놀라기 때문이죠.

아래는 2011년 인터뷰한 내용을 재구성 한 것입니다. 
 


휴먼형 보행로봇? 그까이꺼!

2000년, 오준호 KAIST 교수는 뉴스를 통해 일본의 휴먼형 로봇 '아시모'를 처음으로 보게 됩니다.

오 교수는 '저것이 가능할까?' 황당해 하면서도 한편으론 '나도 못할 것 없지'라고 생각했습니다.

그래서 오 교수는 (푼돈에 불과한) 연구비를 마련하기 위해 여기저기 제안서를 냈지만 '턱도 없다'며  거부당했습니다.

우리나라에 로봇 기반이 전혀 없는 상황에서 휴면형 로봇 개발은 불가능하다는 것이지요.

그는 동료 교수들 몇 명을 찾아가 각출하듯 6000만 원을 마련했습니다. 이 돈은 당시 'BK21 사업'을 통해 교수들에게 1000만 원 씩 지급된 일종의 보조금인데, 우여곡절 끝에 모을 수 있었다고 합니다.

그리고 2002년, 오 교수는 연구를 시작한지 단 6개월 만에 2족보행 로봇 'KHR-1'을 완성했습니다.

다른 나라 개발자가 알면 정말 까무러칠일이었지요.

여기에 자신감을 얻은 오 교수는 KHR-1을 학교측에 보여주면서 1년 연구비 1억 5000만 원을 신청했습니다.

오 교수의 결과물에 깜짝 놀란 학교측은 오히려 3년 과제로 선정해 제대로 해보자며 더 좋은 조건을 제시했습니다.

그러나 오 교수는 "일본이 이미 완성한 것을 3년이나 한다는 것은 자존심이 허락하지 않았다"면서 제안을 거절했다고 합니다.

그리고 이듬해 다시 연구에 착수한 오 교수.

이번에도 시작 6개월 만인 2003년 8월, 휴보의 전신인 'KHR-2'를 완성했고요. 

주변은 또 다시 깜짝 놀랐지요. 휴보의 탄생인 것입니다.

오 교수 표현으로는 이를 본 사람들이 '놀래서 자빠지더라'고 합니다.

휴보를 모르던 정부, 우리나라에 왜 왔냐는 일본

당시 정부는 우리나라 7대 성장동력사업 중 하나로 '로봇'을 채택했습니다.

그런데 오 교수는 이런 사실을 몰랐고요. 정부 역시 오 교수의 로봇 개발 사실을 알지 못했습니다.

당시 정부는 '우리나라 기술로는 로봇의 독자 개발이 불가능하다'고 판단, 일본이나 유럽 등과 기술 제휴를 추진하고 있던 상황입니다.

그래서 정보통신부 관계자들이 일본으로 날아가 로봇 개발 협력을 이끌어내기 위해 노력했다고...

그런데 일본 측 반응, "당신네 나라에 이미 KHR-2(휴보)가 있는데 왜 왔냐"고 하더랍니다.

결국 정부 관계자들은 일본에서 오 교수의 소식을 듣고 다시 KAIST로 찾아온 웃픈 사실.

그리고 그 무렵 KAIST에서 부총리가 참석하는 만찬 행사가 있었는데요.

그 때 총장이 "우리 학교 오 교수가 로봇을 만들었는데 그럴듯 하다"고 말했더니 부총리가 '볼 수 있냐"고 물었고, 바로 랩실을 찾아왔더랍니다.

오 교수는 랩실에서 변변찮은  저녁식사를 하다가 갑자기 부총리 일행 손님을 맞게 됐지요.

부총리는 KHR-2를 이리저리 살펴보더니 '과기부는 이런거 지원 안 하고 뭐하고 있었냐 는 등...' 이하 줄줄이.... 자세한 내용은 상상에 맞겨요.

아무튼 그래서 한바탕 난리가 났겠지요.

이런 우여곡절 끝에 2004년부터 오 교수에 대한 정부 지원이 시작됐습니다.

그리고 오 교수는 이번에도 1년도 안 되어 '휴보'를 완성했습니다.

초 단기간에 휴보를 만든 오 교수는 하루 아침에 전 세계의 주목을 받는 인물이 됐습니다.

심지어 외국의 정보기관에서도 그를 찾아왔다고.

특히 '아시모'를 개발한 일본은 한마디로 '까무러치게 놀랐습니다.'

자신들이 수백 억의 자금과 수십 명의 전문가를 투입해 10년 넘게 개발한 것을 한국의 한 과학자가 '푼돈'으로 단기간에 만들었기 때문입니다.

우리가 왜 로봇을? 제자들의 반란

당시 재미있던 일화가 있습니다.

바로 오 교수 밑에 있던 대학원생들의 반란입니다.

그들은 당초 자신이 배우고자 했던 공부는 못하고 '담당 교수의 취미만 뒤치닥거리 한다'는 불만으로 가득했다고 합니다.

게다가 당시 현실로는 '턱도 없는' 로봇이라니...

이런거 왜 만드냐고 투덜대는 제자들은 급기야 오 교수를 찾아가 집단 항의하는 사태까지 벌어졌습니다.

그리고....지금 그 학생들은 어떻게 됐을까요?

"그 학생들 휴보 만들다가 출세해서 다들 교수됐어."

물 만난 고기

자신의 대학시절을 그는 한마디로 '물 만난 고기'라고 표현합니다.

당시 그의 최대 관심 사항은 자동제어나 연결 시스템 등 이었고, 이는 이미 중·고교 시절 독학으로 전자공학도 터득했던 터였습니다.

오 교수는 학교에서 금세 두각을 드러냈습니다.

대학교 3학부터는 대학원 선배 실험실에서 살다시피 했습니다.

필요한 실험장치가 있으면 직접 청계천에 가서 부품을 사와 만들고, 실험실 장비가 고장나면 혼자 수리도 했습니다.

당시 실험실에는 과거 한일협정 당시 대일 청구권으로 들어온 일제 과학기제자가 쌓여있었다고 합니다.

이중 고장나서 방치된 것들이 많았는데, 이것을 수 없이 뜯어보고 기능을 살려냈습니다.

연대 대학원에 진학한 그는 바이오메커니즘을 공부했습니다.

대학원을 마치고 2년동안 원자력연구소에 근무하다가 시스템자동제어(동역학자동제어)를 배우러 미국 버클리대로 유학길에 오릅니다.

버클리대에서도 그는 무엇이든 잘 만들어내는 재주로 인기를 끌었습니다.

학문에 관심없던 KAIST 교수

3년 반만에 학위를 받고 한국으로 돌아와 KAIST 교수가 됐습니다.

그러나 그는 논문을 쓰거나 연구 프로젝트를 따내는 것에는 관심이 없었고, 그 때 그 때 흥미롭다고 생각하는 것에 몰두하는 경향을 보였습니다.

그렇게 해서 교수로 부임하고 얼마 지나지 않은 오 교수는 이미 탄소섬유로 제작한 초경량 로봇을 만들어봤고, 1990년 초반에는 무인헬기의 호버링에 대해 연구하기도 했고, 1993년에는 요즘 한창 미국에서 실용 연구가 4족보행 로봇도 만들었지만 당시 발표조차 안했다고 합니다.

또 1994년에는 러시아와 공동으로 초정밀 자이로스코프와 리얼타임컨트롤장치 등을 개발했습니다.

이렇게 오 교수는 기계설계, 마이크로프로세서, 폼웨어, 실시간제어기술, 자동제어, 안정화기술, 센서기술, 계측기술 등 연구인지 취미인지 모르게 로봇에 관한 기반 연구를 하나하나 완성하고 있었습니다.

가장 오랜 어릴때 기억은 호기심
 


오 교수의 취미인 '연구'는 그가 가장 더듬어 기억할 수 있는 어린시절부터 시작됩니다.

오 교수는 "3~4살 때 그런 기계에 매료됐던 기억이 생생하다"고 말합니다.

'꼬마 오 박사'는 할머니의 재봉틀이 움직이는 것부터 째깍째깍 움직이는 시계, 각종 공구 등을 보는 것 자체가 즐거웠습니다.

어린이에게 공포의 대상인 병원조차 '꼬마 오 박사'에게는 신기한 호기심의 대상이었다고 합니다.

병원에 간 꼬마 오 박사는 각종 진단기기와 장비들을 보는 것이 즐거워 무서운 것도 잊어버렸다고.

초등학교 3학년이 만든 다단계 로켓

이런 오 교수의 학창시절은 줄곧 탐구와 만들기의 연속이었습니다.

초등학교 때는 종이로 몸체를 만들고, 노즐부는 분필에 구멍을 뚫은 3단 로켓을 직접 만들었습니다.

추진체는 문방구에서 파는 빨간 종이화약을 사용했고, 나중엔 화려한 폭발효과를 내기위해 알루미늄 가루까지 넣은 흑색화약을 직접 만들기도 했습니다.

또 그의 연습장에는 작동 메커니즘을 담은 로봇이나 비행기 스케치로 가득했습니다.

중학교에 들어간 오 박사는 곧 전자공학에 빠져들었습니다.

지금처럼 조립 키트가 없던 시절이었기에 회로부품을 구하려고 청계천 고물상으로 출퇴근을 하다시피 했다고 합니다.

쇠를 깍아 만든 증기기관차

어느날은 증기기관차를 만들어보기로 했습니다.

집 근처의 공작기계 업체에 가서 직접 설계한 실린더를 쇠를 깍아 만들고, 추진력은 알코올램프로 끓인 증기를 이용했습니다.

또 발사목을 다듬어 비행기를 만들었고, 큰 연을 만들어 어디까지 날아가나 끝없이 날려보기도 했습니다.

렌즈를 구입해 직접 천체망원경을 만들어 목성 관찰에도 성공했습니다.

장판을 걷어내야했던 그의 공부방

그런 그의 공부방은 사실상 공장의 작업실과 같았다고 합니다.

나중엔 아예 장판을 걷어내 시멘트 바닥이었고, 책상도 치워버렸습니다.

대신 그 곳에는 온갖 연장이 가득한 선반과 작업대로 변했습니다.

학창시절 오 교수는 장래 희망은 당연히 이공계를 진학해 교수가 되는 것이었습니다.

그는 진로에 대해 고민을 해본 적이 없었다고 회상합니다.

그러나 학창시절 오 박사의 객관적인 성적은 그리 희망적이지 못했습니다.

아니 교수는 고사하고 웬만한 대학진학 조차 힘든 수준이었습니다.

수학과 과학만 특출나게 잘했지만, 국어, 사회, 영어 등 나머지 과목은 대부분 과락 수준이었습니다.

그래서 고교 2학년때가지 그의 성적은 한 학급 60명 중 50등 대를 벗어나본 적이 없었다고 합니다.

전교 꼴찌가 6개월만에 전국 20등

고교 2학년 시절.

그나마 좋아했던 수학마저 '시시하다'는 생각에 손을 놓고 말았습니다.

그러다가 '극한'을 접하면서 그는 득도하듯 커다란 충격을 받았다고 합니다.

그 때가 고등학교 2학년 여름 때입니다.

마치 학문의 원리를 깨친것 마냥 그는 미친듯 파고 들었습니다.

그리고 그동안 방치하다시피 했던 국어, 사회 등 다른 과목에도 빠져들며 자신의 호기심을 채웠습니다.

그렇게 6개월 동안 고교 3년 과정의 전 과목을 탐독했습니다.

그의 성적은 전교 꼴찌 수준에서 순식간에 전교 20위 권으로 급상승했습니다.

고 3이 되기 전 이미 고교 전 과정을 독학으로 끝낸 그는 다시 학억에 흥미를 잃었다고 합니다.

그래서 그는 고3 시절 플룻 등 악기를 배우며 소일했습니다.

오 교수는 물리학과로 진학해 순수 과학자가 되고 싶었지만, 선생님들이 의대나 공대를 추천했습니다.

그래서 진학한 곳이 연세대 기계공학과입니다.

서울대는 왜 안 갔냐고 물었더니, 독일어 때문이랍니다.

독일어에는 흥미가 없었다고. 

아엠 유어 파더! 아시모는 아버지가 없지만, 난 휴보 아버지

휴보의 아버지 오 교수는 현재(2011년 당시) 보다 개선된 성능의 휴보를 만들고 있습니다.

또 기술력을 인정받은 휴보는 미국 등 해외에서 연구용으로 발주 받아 수출도 되고 있습니다.

오 교수의 바램은 휴보가 전 세계 로봇 연구자들의 표준 플랫폼으로 사용되는 것입니다.

현재 오 교수는 휴보보다 안정화된 KHR-2+ 개발을 진행하면서 동시에 자신의 취미인 '또 다른 연구거리'를 찾고 있습니다.

 

 

오준호 교수와의 1문 1답

-천재 아닌가?
"영재의 정의는 아이큐가 높은것인가? 나는 이렇게 정의한다. 그 일을 하고 싶은데 안하면 못배기는 사람이다. 나는 내 기억이 있는 한 기계를 좋아했다. 할머니 재봉틀이 너무너무 좋았고, 시계며 공구 등을 가지고 노는 것 자체가 재미있었다."

-초등학교 시절은 어땠나?
“3~4살때부터 기계에 매료됐던 기억이 생생하다. 오죽했으면 병원이 무서운게 아니라 장비들을 보고 오히려 신기해 했다. 모든 자연현상과 기술에 매료됐다. 초등학교 때 별명이 꼬마 박사였다. 그래서 더 아는척 하려고 백과사전도 찾아보고 공부도 더 열심히 했다.”

-초등학교 때 기억에 남는 발명품은?
“초등학교 3학년 때인가...몸체는 종이로 만들고 노즐은 분필에 구멍을 내어 만든 다단계 로켓을 만들었다. 추진체는 화약을 넣었는데, 화약을 구하기 힘들어서 직접 흑색화약 원료를 구입해 만들기도 했다. 나중엔 화려한 폭발효과를 내기 위해 알루미늄 가루까지 넣었다. 또 설계에도 취미가 있어서 로켓이나 비행기, 로봇 등의 작동 메커니즘을 그려보기도 했다.”

-그렇다면 중학교 시절은?
“중학교 들어가서는 라디오 전자공학에 빠졌다. 청계천, 세운상가, 고물상 등을 해매며 라디오, 전축, 무전기 등을 만었다. 당시에는 과학 어린이 잡지가 없던 시절이어서 전파공학 전공책을 구해 공부했다. 또 통나무를 깍아서 배를 만들거나 렌즈를 구해 천체망원경 만들어 목성을 관찰하기도 했다. 증기기관차를 만들었던 것이 기억에 남는다. 동네 공작기계 공장에 가서 실린더를 깍은 증기기관차였는데, 알콜램프로 물을 끓여 움직였다. 갖고 싶은게 있으면 으례 만들었다. 기성품은 재미가 없었다. 발사목을 깍아서 비행기를 만들기도 했다. 엄밀히 말하면 중학교 때는 만들었다기보다 부시면서 보낸것 같다. 신촌에서 신설동을 가는 버스가 청계천을 지나갈 때는 그냥 못지나가고 내렸다. 모든 엔지니어링에 대해 관심이 있었다.”

-그 당시 생활이 궁금하다.
“지금은 헐값인 전자 부품들이 그 때는 비쌌다. 트랜지스터 하나를 사면 여러 곳에 때었다 붙혔다를 많이 했다. 내 방에서 작업을 많이 하다보니 아예 장판을 걷어내고 신발을 신고 들어갔다. 책상도 치우고 공구 다이를 놓았다. 고물상을 방불케 했다. 그 방에서 화약이 터지기도 하고, 풍선으로 불꽃놀이도 했다. 언젠가는 큰 연을 만들어서 어디까지 날아가나 끝없이 날려보기도 했는데, 얼레를 공업용 와인더를 썼었다. 그 땐 백과사전이 내 가이드라인이었다.”

-당시 장래 희망은?
“당연히 박사까지 따는 것이고 직업은 교수였다. 이외의 진로에 대해 고민을 해본 적이 없다. 수학과 과학을 특히 잘했다. 그런데 고등학교 때 수학이 시시하다는 건방진 생각을 해 잠시 흥미를 잃기도 했다. 물리와 화학, 생물, 지구과학 등은 점수가 굉장히 좋았다. 반면 영어, 사회, 국어는 거의 빵점이었다. 반 60명 중 50등도 못했다. 그런데 내 동창들은 내가 그 당시 공부를 잘했다고 생각하더라.”

-그러면 어떻게 대학을 갔나?
“고 2때 극한을 배우면서 머리에 반짝 불이 들어왔다. 그날 수학의정석을 사서 독학하기 시작했다. 성적이 반 학기만에 전교 꼴찌그룹에서 전국 20등까지 순식간에 올라갔다. 그런데 사람들이 왜 서울대를 안갔냐고 물어보는데, 그 때는 독일어 때문에 그랬다. 독일어까지 하기는 싫었다. 고 3때는 놀아줄 사람이 없어서 심심했다. 그래서 풀릇 같은 악기를 배우며 소일했다.”

-6개월만에 고등학교 전과정 공부를 마친 것인데?
“천재 아니면 바보라고 생각했다. 시험 보는 것에는 흥미가 없었다. 그런 것을 뭐하러 하나 생각했다. 수학 문제를 푸는 게 무슨 의미가 있나? 그게 수학의 의미를 아는 것인가? 예를 들어 국어에서는 문단 나누기, 중요한 뜻 찾기..이런것을 왜 해야 하는지 이해할 수 없었다. 내 스스로 고집이 있었던 것 같다. 내가 어렸을 때 시계 뚜껑을 열고서 작동 원리를 봤다는 것이 중요한 것이다. 그 전에 내가 알고 있는 시계가 가는 원리는 아무 의미가 없는 것이다.”

-그런데 어떻게 공부를 잘하게 됐나? 수험생이나 학부모가 관심있을 내용이다.
“한 발 떨어져 문제의 본질을 보기 시작하니까 그렇게 싫어하던 국어와 사회 같은 과목의 성적이 순식간에 올랐다. 원래 외우는 것을 싫어했는데, 원리를 이해하니 그것도 너무 재밌더라. 구조를 알면 외울 필요도 없다. 연세대 물리학과를 가서 순수 과학자가 되고 싶었다. 그런데 기계과를 가게 됐다.”

-대학생활은 어땠나?
“대학에 간 나는 물 만난 고기였다. 배우면서 전율했다. 그동안 궁금해했던 것을 이해하면서 너무 재미있었다. 전 학년 수석이었다. 당시 최대 관심사항은 자동제어였다. 연결된 시스템, 구조적으로 움직이는 것, 이런 것들이다. 스터디 그룹 만들어서 토론도 하고, 3학때부터는 대학원 선배 실험실에서 살았다. 남들 도망갈 때 오히려 남아서 더 했다. 청계천에 가서 부품을 사와 실험장치를 만들어 주고, 계측장치, 전자 스위치 등 고장난 장치를 수리해줬다. 앞서 대일 청구권으로 들어온 일제 과학 기자제가 실험실에 쌓여 방치돼 있었다. 전자분야도 좋아했기 때문에 이것들을 수 없이 뜯어봤다.”

-대학 졸업 후는?
“미국 유학 전 2년동안 원자력연구소에서 근무했다. 그러다가 시스템자동제어(동역학자동제어)를 배우러 버클리대학을 갔다. 대학원에서 바이오메카니즘(생체공학)을 공부했다. 학위를 3년 반 만에 끝냈다. CNC 제어도 했다. 유학시절에도 장치 같은 것을 잘 만들어서 인기가 있었다. 노는 것에 관심이 많아 아마도 40%는 놀며 딴짓했던 것 같다. 집사람이 미국에서 공부하는 것을 보지 못했다고 하더라.”

-KAIST 교수가 되어서는?
“논문 쓰고 프로젝트 따는 것들에는 관심이 없었다. 솔직히 교수 초기에는 방향성이 없었다고 봐도 된다. 자동제어 이론, 무인항공기 등 그 때 그 때 관심있던 것들을 했다. 1990년 무렵에는 무인헬기의 호버링에 대한 연구를 했는데, 그 때는 아무도 안하던 분야였다. 흥미롭다면 몰두하는 경향이 있었다. 그래서 어플리케이션이 다양했다. 1993년에는 4족보행 로봇을 만들기도 했는데 발표조차 안했다. 앞서 탄소섬유 초경량로보트를 만들기도 했다.”

-지금은 로봇 전문가인데?
“로봇을 목적으로 배운적은 없다. 대신 많은 센서 개발을 해봤다. 1994년 경엔 초정밀가속도계를 러시아와 공동개발했다거나...리얼타임컨트롤 등도 있다. 로봇은 그동안 공부했던 것들을 종합적으로 적용하기 좋았던 것이다. 특허내고 논문 쓰는 것에는 흥미가 없었다. 로켓과 인공위성에 대해서도 공부했다.”

-로봇 공학에 대해 설명한다면?
“로봇을 구성하는 모든 분야 학문을 1990년대 중반까지 해봤다. 기계설계, 마이크로프로세서, 폼웨어, 실시간제어기술, 자동제어, 안정화, 센서기술, 계측기술(가속도, 관성센서), 자이로스코프 등 연구인지 취미인지 모르게 했다. 또 각종 센싱 기술 등을 15년 동안 다양하게 연마했기 때문에 무엇이든 만들 수 있었다. 오토메틱컨트롤 전문가가 되어 있었다. 이론이 갖춰졌기 때문에 가능한 것이었다.”

-휴보는 어떻게 만들게 됐나?
“로봇에는 관심이 없었던 시절이고, 로봇 학회도 가본적이도 없었다. 그런데 2000년 아시모가 발표되는 것을 TV로 봤다. 황당했다. 저것이 가능한가? 그렇게 1년을 생각해보니 못할 것도 없다고 생각했다. 돈이 필요해 여기저기 프로포즈 했는데, 모두들 택도 없다며 거절했다. 2000년부터 BK21이 시작됐는데, 교수에게 1000만 원을 주던 시절이다. 주로 컴퓨터 몇 대 사면 끝나는 돈이었다. 동료 교수 몇 명을 찾아가서 나에게 투자해라고 해 6000만 원을 만들었다. 2002년 KHR-1 최초로 만들었다. 시작 6개월만이다.”

-당시 제자들까지 반대가 심했다고?
“학생들은 이런거 왜 만드냐고 투덜댔다. 급기야 단체로 찾아와서 항의까지 했다. 만들어 보니까 재미있더만...그 학생들 출세해서 다들 교수됐다.”

-로봇 개발 계획은 어떻게 발전했나?
“KHR-1을 만들고 자신감이 확 생겼다. 그래서 학교에 1억 5000만 원을 신청했다. 처음엔 안주려고 하더니 로봇을 보여주니까 오히려 1년, 1억 5000만으로 되겠느냐며 3년 짜리로 재대로 해보자더라. 그래서 일본은 다 끝난 연구인데, 이걸 1년 이상 끌면 오히려 실패라며 내가 거절했다. 1억 5000만 원 중 5000만 원은 디자인 교수님에게 드렸다. 나머지 1억 원으로 휴보의 전신인 KHR-2를 만들었다. 2003년 초 시작해서 6개월만에 끝냈다.”

-정부 과제로 선정되기까지 우여곡절이 있었다고?
“2002년 7대 성장동력사업이 시작됐는데, 그 중 하나가 로봇이다. 당시 정보통신부 진 장관이 5년 이내에 아시모 수준의 로봇을 만들겠다고 정부에 보고했다 한다. 그러나 자체적으로 기술을 만들기 불가능하다고 판단해 일본, 유럽과 기술 제휴가 논의되고 있던 상황이었다. 이런 사실은 난 관심이 없어 모르고 있었다. 2003년 KAIST 내에서 KHR이 알려지기 시작했고, 곧 일본도 알게 됐다. 국내 정부 관계자들이 일본에 갔을때 일본인들이 오히려 KAIST에 로봇이 있는데 왜 왔냐고 했다더라. 그리고 정통부에서 연락이 왔다. 또 과학기술부 오 부총리가 KAIST에 와서 만찬을 했을 때, 당시 총장이 ‘오 교수가 로봇을 만들었는데 그럴듯 하다’고 말했다. 부총리가 갑자기 ‘볼 수 있냐’고 말하더니 그날 저녁 7시 반에 찾아왔다. 엎드려 이리저리 처다보더니 과기부는 이런거 지원안하고 뭐하고 있었냐는 등...과기부가 난리가 났다.”

-정부 지원은?
“2004년부터 정부 지원이 시작됐다. 2004년 3월부터 돈이 나왔다. 그리고 그해 11월 15일, 시작 1년 만에 휴보가 나왔다. 그해 12월 중순 홍보실에서 연락이 왔다. 하루 아침에 난리가 났다. 전 세계에서 인터뷰,가 밀려들고, 외국 정보기관에서도 왔다. 방문객도 굉장히 많았다. 이전까지 로봇은 일본의 전유물이라고 생각했던 것이다. 일본은 까무러치게 놀랐다. 오준호, 제가 언제 로봇을 했냐는거다. 그리고 또 1년만에 알보를 만들었다.”

-KHR 시리즈를 간단히 설명한다면?
“khr-1은 이족보행이 가능한 로봇을 만드는 것이다(286도수 컴퓨터-제어를 간단하기 하기 위해). khr-2는 완벽한 휴면로봇으로, 눈, 손가락, 멀티테스킹까지 되는 풀 시스템을 가볍게 만드는 것이다. khr-3(휴보)는 이것들을 세련되게 만드는 것이다. 현재는 안정화 된 khr-2+를 만드는 중이다. 휴보는 최초, 최고의 의미를 부여한 게 아니다. 아시모의 아버지는 없다. 조직이 만들었기 대문이다. 그렇지만 나는 휴보의 아버지이다.”

-휴보의 의미는?
“휴보를 브랜드 네임으로 간직하고 싶다. 그래야 아이덴티티가 있다. 현재 싱가폴이 2대, 미국이 6대를 가져다가 연구하고 있다.”

-또 무엇으로 세상을 놀라게 할 것인가? 바램은?
“긴본적인 관심은 시스템이다. 바램이 있다면 휴보나 휴보의 부품, 팔 다리기 다른 곳에도 쓰이고, 또 교육용이나 연구용으로 보급돼 세계 연구자들의 표준 플랫폼으로 사용되는 것이다. 그러면 휴보가 진정한 기술표준이 되는 것이다.”

 

휴보2 제원

항목

사항

본체

125 cm

중량

45 kg

자유도

40 DOF

이족보행

보행방식

무릅펴고 걷기, 뛰기

보행속도

1.8 km/h(걷기),

2.6km/h(뛰기)

제어부

주 제어기

Intel embedded PC, 933Mhz with CAN 모듈

부 제어기

2채널 BLCD 모터 구동 제어기

제어 아키텍쳐

CAN을 이용한 실시간 분산제어

액튜에이터

BLDC 모터

전원부

사용/충전시간

1시간/2시간반

배터리

48V 8Ah Li-ion Battery

센서부

FT 센서

발바닥 3축 힘/모멘트센서,

손목 3축 힘/모멘트 센서

IMU 센서

3축 각도, 각속도 센서

운영체계

운영체계 OS

Windows XP with RTX

Network

네트워크 방식

무선, 유선

지원 S/W

개발환경

Visual C++ 6.0

프로토콜

휴보에 특별화된 CAN 프로토콜

 

 

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posted by 글쓴이 과학이야기

아침 산책길에 이슬을 머금어 영롱하게 빛나는 거미줄.잘 보이지도 않을 정도로 가는 거미줄이지만, 그 강도는 놀랄만합니다.

거미줄은 강철에 버금가는 강도는 물론 매우 높은 인성까지 있어 기계적으로 매우 우수한 섬유인데요. 이를 이용하면 방탄복, 초고장력 케이블 등의 제품을 만들 수 있구요. 게다가 생체적합성을 지녀 상처의 봉합, 인공장기 제장 등에서 매우 유용하게 사용될 수 있습니다.

하지만 자연산 거미줄을 배양하는 것은 사실상 불가능한데요. 거미는 누에처럼 고치를 만들지도 않을 뿐만 아니라, 양식을 하려 해도 영역을 이루고, 다른 거미와 싸우는 습성 때문에 경제성이 없기 때문입니다.

이에 따라 세계의 많은 연구진들은 거미줄과 유사한 조직을 만드는 자연모사 인공섬유 개발에 열을 올리고 있는데요.

하지만, 박테리아 유전자에 거미줄 단백질을 삽입해 생체 섬유를 만들려는 시도는 시행착오에 의존해 진행된 실험이 대부분인 실정입니다.
 

거미줄 모사 인공 생체섬유 개발 성공

KAIST 기계공학과 유승화 교수팀은 컴퓨터 모델링을 이용해 거미줄을 모사한 인공 생체섬유를 최근 개발했습니다.
 

KAIST 기계공학과 유승화 교수팀이 합성에 성공한 인공거미줄KAIST 기계공학과 유승화 교수팀이 합성에 성공한 인공거미줄

 

이번 연구로 앞으로 자연에서 생성되는 다양한 생체섬유의 합성과정에 대한 이해가 가능해져 거미줄에 버금가는 인공 생체섬유의 설계 제작을 앞당길 것으로 기대되는데요.

연구팀은 예측 가능한 모델링을 기반으로 다양한 단백질을 선제적으로 탐색하고, 인공 거미줄 설계 및 제작과정에 반영해 기존의 시행착오를 극복했습니다.

거미줄은 물속에서 안정성을 갖는 친수성과 반대로 물과 쉽게 결합되지 않는 소수성을 가진 영역이 교차로 존재하는 펩타이드 단백질이 가교를 이루며 결합한 구조인데요.

거미줄은 거미의 실 분비 기관인 실샘에 존재하는 단백질 용액이 실관을 통과하며 전단유동을 통해 고체화돼 형성됩니다.

연구팀은 새롭게 개발된 컴퓨터 모델을 이용해 다양한 종류의 단백질 용액의 전단유동 하에서의 변화를 조사, 이를 통해 단백질의 아미노산 체인이 충분히 길면서 적절한 비율의 소수성과 친수성 영역을 가질 때만 단백질 간의 연결도가 급격히 증가해 높은 강성과 강도를 갖는 생체섬유 합성이 가능하다는 것을 밝혔습니다.

전단유동 전후의 단백질 용액 모델링 결과 및 네트워크 연결도 분석 결과전단유동 전후의 단백질 용액 모델링 결과 및 네트워크 연결도 분석 결과 - 균일하게 연결되어 있던 단백질 네트워크가, 전단유동을 거치면서 유체 흐름 방향으로 정렬된 더 높은 밀도의 연결도를 가진 네트워크로 바뀌는 것을 볼 수 있으며, 이로 인해 더 높은 강성과 강도를 갖게 된다. 모델링을 통해 이러한 네트워크 연결도 증가는 적절한 친수성-소수성 아미노산 비율을 갖고 길이가 충분히 긴 단백질에 대해서만 관찰되는 것을 확인하고, 이를 실험에 반영하여 인공 거미줄 합성에 성공하였다.



이를 통해 연구팀은 모델링으로 제시된 단백질을 박테리아의 유전자 조작으로 합성, 실관을 모사한 방적과정을 통해 인공 거미줄을 제작하는 데 성공했습니다.

연구팀은 강한 거미줄 생성 원리가 밝혀지기 시작했기 때문에 향후에는 실제 거미줄 강도에 버금가는 생체 섬유 제작이 가능할 것으로 전망하고 있는데요.

또 생체 적합성을 갖기 때문에 인체 내에서도 부작용이 발생하지 않아 바이오메디컬용으로 사용이 가능할 것으로 보고, 궁극적으로는 부작용이 없는 바이오메디컬에 특화된 생체 섬유 제작을 목표로 하고 있습니다.

이번 연구는 체계적 설계를 통한 인공 생체섬유의 제작이 가능함을 증명한 것으로, 향후 인공 생체섬유 합성의 새 가능성을 열은 것으로 평가받고 있습니다.

한편, 이번 연구에는 미국 매사추세스 공대, 플로리다 주립대, 터프츠 대학 등이 참여했고, 연구 결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 5월 28일자 온라인 판에 게재됐습니다.

 

 연 구 개 요


거미줄은 강철에 버금가는 강도와 Kevlar에 버금가는 인성(섬유가 끊어질 때까지 흡수하는 에너지)를 가지는 매우 뛰어난 기계적 성질을 지니고 있으며, 생체적합성을 지니고 있어서 상처봉합이나 인공장기 등 다양한 바이오메디컬 분야에 응용이 가능하다.

그러나 거미는 누에처럼 고치를 만들지도 않고 자기영역을 침범하면 싸우기 때문에 사육을 통한 거미줄을 생산 방법은 경제성이 없고, 유전자 조작을 통한 인공거미줄 제작이 많이 시도되어 왔다. 그러나 실샘에 있던 거미줄 단백질 용액이 실관을 따라 이동하며 자가조립을 통해 거미줄이 만들어지는 과정을 실험을 통해 밝히기 어려웠으며, 원자레벨의 시뮬레이션은 다수 거미줄의 상호작용을 모사하기에 충분히 효율적이지 않아서, 인공거미줄의 설계와 구현에 많은 어려움이 존재하였다.

본 연구에서는 다수의 거미줄의 상호작용을 모사할 수 있는 간단하지만 효율적인 컴퓨터 모델을 개발하여 거머줄의 조립에 영향을 미치는 인자들을 밝혀내었고, 박테리아에 유전자 조작을 통하여 실제와 유사한 재조합 거미줄 단백질을 합성한 후, 거미실관과 유사한 유체흐름(전단유동*)을 모사한 공정을 통해 인공거미줄을 제작하였다.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 거미줄 단백질이 녹아있는 용액이 미세한 관을 통해 배출되는 방적과정을 통해 분자들이 한쪽방향으로 정렬되어 높은 강도의 섬유를 만드는 것을 알아내었다. 거미줄 단백질 분자는 친수성과 소수성 영역이 교차로 존재하는 고분자이고, 전단유동을 통해 유속 방향으로 정렬하며 서로 다른 분자들의 소수성 영역끼리 가교를 만들고 연결도가 좋아지면서 높은 강성과 강도를 갖게 된다. 소수성 영역의 비율이 너무 적으면 강성이 약해지고 너무 많아지면 거미줄이 생성되지 않고 뭉치기만 한다는 사실을 밝혀내어, 적절한 비율의 단백질 합성이 중요함을 밝혀내었다. 또한, 거미줄 단백질 길이가 충분히 길어야만 전단유동 과정을 통해 연결도가 좋아진다는 사실을 밝혀내었다.

박테리아 유전자 조작을 통한 단백질 합성 과정은 수개월이 걸리기 때문에, 시뮬레이션을 통한 다양한 친수성-소수성 영역 비율과 길이를 가진 단백질의 선제적 탐색은 매우 중요하다. 시뮬레이션을 통해 제시된 단백질은 박테리아 유전자 조작을 통해 합성되었고, 거미실관을 모사한 주사기를 이용한 간단한 방적과정을 통해 인공거미줄이 합성될 수 있었다. 상온의 단백질 수용액에 기반한 본 연구진의 제작방식은 추후 대량생산으로 전환되기에 용이할 것으로 보인다.

본 연구를 통해 생산된 인공거미줄의 강도와 탄성은 자연의 거미줄에 비해 아직 미흡하지만, 근본적인 거미줄 자가조립과정을 이해하기 시작한 것에 큰 의의가 있으며, 추후에는 원하는 대로 강도, 인성, 탄성을 조절할 수 있는 인공 거미줄 제작 공정 및 그 응용 방법을 개발하는 것이 궁극적 목표이다.


  용 어 설 명

전단유동
전단유동유체의 흐름방향과 수직하게 변하는 유속의 분포가 존재할 때, 유체 혹은 유체 내의 물질은 전단력을 느끼게 되는데, 이런 형태의 유체흐름을 전단유동이라고 한다. 유체와 고체의 마찰력 때문에 강물의 유속은 중앙부분이 가장자리보다 빠르고, 마찬가지로 주사기 바늘 속의 유체의 흐름도 가운데가 가장자리보다 빠른데, 이와 같은 유체의 흐름이 전단유동의 예이다. 

 

 유승화 교수 이력사항

□ 인적사항
KAIST 기계공학과 조교수
E-mail: ryush@kaist.ac.kr

□ 학 력
2000. 03 ~ 2004. 02 학사 KAIST 물리학과
2004. 09 ~ 2006. 01 석사 Stanford University 물리학과
2004. 09 ~ 2011. 09 박사 Stanford University 물리학과

□ 경 력
2011. 10 ~ 2012. 03 연수연구원 Stanford University 기계공학과
2012. 04 ~ 2013. 01 연수연구원 MIT 건설 및 환경공학과
2013. 07 & 2014. 07 방문교수 University of Trento 건설환경기계공학과
2013. 02 ~ 현재 조교수 KAIST 기계공학과

□ 연구 분야
물질의 강도와 어셈블리를 결정하는 근본적인 메카니즘을 나노부터 벌크까지 다양한 스케일의 이론과 모델링을 통해 이해하고, 기계적으로 강건한 신물질 합성에 적용하는 것이 핵심 연구 주제이다.
나노물질-고분자 복합재, 그래핀, 금속 유리, 나노결정 등 다양한 물질들의 합성과 기계적 성질에 대한 멀티스케일 모델링 연구를 진행하고 있다.

□ 수상 실적
2013-2014 University of Trento, Invited Professor Grant
2006-2008 Stanford Graduate Fellowship

posted by 글쓴이 과학이야기

세포공장은 세포의 유전자를 조작하여 원하는 화합물을 대량으로 생산하도록 만드는 미생물 기반의 생산 시스템입니다.

화석연료 고갈과 석유화학제품 사용으로 인한 환경오염 등 인류가 직면한 문제를 해결하기 위해 친환경적이고 지속가능한 바이오산업이 주목받고 있습니다.

특히 바이오에너지, 의약품, 친환경 소재 등을 생산할 수 있는 세포공장 개발이 그 핵심을 이루고 있습니다.

우수한 세포공장을 개발하기 위해서는 원하는 화합물을 생산하는 유전자 선별과 높은 생산 효율의 미생물을 찾는 과정이 병행되어야 합니다.

그러나 기존의 연구방식은 미생물의 유전자를 하나씩 조작하여 복잡하고 많은 시간이 소요되는 문제를 안고 있습니다.

■ KAIST 이상엽 특훈교수팀은 합성 조절 RNA 기술을 활용하여 세포공장(Biofactory)을 효율적이고 대규모로 구현하게 하는 새로운 기술을 개발했습니다.

이번 연구는 기존 방법과 달리 합성 조절 RNA를 이용해 균주 특이성이 없어 과거 수개월이 소요되던 실험을 수일로 단축시킬 수 있는 것이 특징입니다.

이상엽 교수팀은 합성 조절 RNA 기술을 활용한 이번 연구결과를 의약 화합물의 전구체로 사용되는 타이로신(tyrosine)과 다양한 석유화학 제품에 활용되는 카다베린(cadaverine) 생산에 도입하여 세계 최고의 수율로 생산할 수 있는 세포공장을 실현시켰습니다.

타이로신은 스트레스를 다스리고 집중력 향상 효과가 있는 아미노산이며, 카다베린은 폴리우레탄 등 다양한 석유화학 제품에 활용되는 기반물질입니다.

이번에 이상엽 교수팀이 개발한 방법을 적용한 타이로신 생산 수율은 21.9g/L, 카다베린 생산 수율은 12.6g/L 입니다.

이상엽 교수는 합성 조절 RNA기술로 다양한 물질을 생산하는 세포공장 개발이 활발해지고, 석유에너지로 대표되는 화학 산업이 바이오 산업으로 변해 가는데 촉매제 역할을 할 것으로 기대하고 있습니다.

조절 RNA 작용기작

최적 생산 균주 및 유전자 선별을 위한 조절 RNA 활용


이번 연구에는 KAIST 나도균 박사와 유승민 박사가 참여했습니다.

이번 연구결과는 네이처 바이오테크놀로지 온라인 판(1월 20일)에 게재되었습니다.

미생물의 대사회로내 유전자에 영향을 미치는 합성 조절 RNA (루프모양) 의 작용기작

<연  구  개  요>

1. 서론

최근 전 세계적인 환경 문제 및 한정된 자원고갈에 대한 우려가 급증하고 있는 가운데, 이의 대안으로 친환경적이고 재생산 가능한 미생물 기반의 생산 시스템, 즉 미생물 세포 공장 구축에 관심이 집중되고 있다.
미생물 세포 공장 구축에 있어 어떤 미생물을 공장으로 사용할 것인가, 어떤 유전자를 조작할 것인지를 선별하는 것이 매우 중요하지만, 기존의 유전공학기술은 복잡하고 긴 시간이 필요한 실험과정을 거쳐야 하므로 보다 간단하고 쉽고 빠른 기술개발이 절실히 요구되고 있다.
유전자 조작을 DNA에서 해야 한다는 기술적 어려움과 한계로 인해 여러 생명공학 분야의 발전에 어려움을 겪고 있다.
본 연구에서는 기존의 유전자 조작은 DNA에서라는 틀을 벗어나 유전자 조작을 RNA에서 가능하도록 하는 새로운 기술을 개발하였다. 특히 차세대 합성생물학 기술로서 새로운 RNA 기반의 대사회로 재설계 기술을 제안하고 이를 이용하여 다양한 맞춤형 세포공장 건설의 가능성을 확인하는데 목적이 있다.    


2. 본론 

RNA는 DNA처럼 간단한 구조를 가지지만, 단백질처럼 매우 복잡하고 다양한 기능을 수행할 수 있어 이를 이용하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다.
하지만, 기존의 RNA 기반기술은 다양한 균주 및 수많은 유전자에 동시에 적용하기가 어렵다. 이를 극복하기 위해 본 연구진은 조절 RNA를 새롭게 디자인하는 설계원리를 개발하였다.
새롭게 합성된 맞춤형 조절 RNA 는 특정 유전자에 영향을 주고 이 유전자가 속해 있는 세포 내 네트워크 흐름을 복잡하게 변화시킴으로써 우리가 원하는 방향으로 세포내 네트워크를 재설계할 수 있다.
이러한 조절 RNA는 유전자 운반체에 삽입된 후 다양한 미생물 균주에 동시에 적용되었고, 그 결과 가장 생산능력이 뛰어난 균주 선별을 용이하게 하였다.
또한, 미생물내의 대사회로에 존재하는 100 여개의 다양한 유전자에 영향을 미치는 조절 RNA 라이브러리를 만들고 이를 미생물에 적용함으로써 가장 높은 생산성 향상에 관여하는 유전자를 선별하였다.

3. 결론

그 결과 본 연구진은 맞춤형으로 합성된 조절 RNA를 이용하여 지난 수 십 년간 기존의 방식으로 만들어진 어떠한 미생물 공장보다 더 높은 생산성을 갖는 새로운 미생물 세포 공장 (타이로신 세포공장, 카다베린 세포공장)을 단 1~2주 내에 건설하는데 성공하였다.
본 연구진에 의해 새롭게 개발된 RNA 기반의 대사회로 재설계 기술은 맞춤형 미생물 세포공장 건설을 위한 플랫폼이므로, 석유에너지를 대체할 바이오에너지에서부터 고가의 의약품, 친환경 소재등 기존의 세포공장에서 생산할 수 있는 모든 물질들을 보다 쉽고 빠르게 생산하는 것이 가능하므로 그 활용도는 산업적으로 의학적으로 무궁무진할 것이다.

 
 용   설  명

세포 공장(Biofactory)
세포의 유전자를 조작하여 원하는 화합물을 대량으로 생산하도록 만든 것.
세포 공장은 화합물 생산을 조절하는 효소 및 다양한 유전자의 발현을 억제, 활성화 시키고 이로써 생산 수율을 향상시킴으로써 제작된다.
세포 공장이 향후 현재의 화학공장과 같은 수준으로 생산 수율이 향상될 경우 기존 화학산업을 바이오산업으로 변화시킬 수 있을 것으로 기대되는 기술이다.

합성생물학(Synthetic Biology)
기존 생명공학 기술은 자연계에 존재하는 생명체의 유전자를 변형하여 원하는 기능을 가지는 새로운 생명체를 개발하는 것인데, 이는 이미 존재하는 생명체의 특징을 한정된 범위 내에서만 변형이 가능하기에 개발의 한계가 존재한다.
이를 극복하기 위해 DNA, RNA, 유전자, 단백질 등 세포의 기본 구성 물질부터 세포내 대사회로, 유전자 회로까지 새롭게 설계하여 기존의 한계를 극복하는 새로운 생명체를 만들고자 하는 분야가 대두되었는데, 이것이 합성생물학이다.


합성 조절 RNA(Synthetic small regulatory RNA)

세포내 유전자 발현은 DNA에 기록된 정보가 mRNA로 전달되고, 이를 ribosome이 해독하여 단백질로 만드는 과정이다.
합성 조절 RNA는 mRNA에 상보적으로 결합함으로써 mRNA의 기능을 억제하는 동시에 단시간 내에 제거함으로써 유전자 발현을 중간에 차단하는 것이다.
기존 Antisense RNA와 달리 합성 조절 RNA는 길이가 100nt 정도로 짧으며, 세포내 RNA interference 기작을 이용함으로써 매우 높은 효율로 (>90%) 세포 발현을 억제 가능하며, 상보적 결합 강도를 디자인하여 발현 억제 정도를 조절 가능한 장점이 있다.

라이브러리(Library)
대용량 실험을 위해 실험할 유전자 혹은 화합물 등의 총체적 집합을 의미한다.
이 중에서 세포의 형질을 원하는 형태로 바꿔주는 유전자를 찾거나, 약물로써 효과가 있는 화합물 등을 탐색하게 된다.
여기서는 다양한 합성 조절 RNA를 제작하여 이를 라이브러리로 사용하였다.

<이상엽 교수>

1. 인적사항
○ 소 속 : 카이스트 생명화학공학과 

2. 학력
  1986: 서울대학교 (학사: 화학공학 전공)   
  1987: Northwestern University (석사: 화학공학 전공)  
  1991: Northwestern University (박사: 화학공학 전공)  
 
3. 경력사항
  1994 - 1996: 카이스트 화학공학과 조교수  
  1997 - 2002: 카이스트 생명화학공학과 부교수 
  2002 - 현재: 카이스트 생명화학공학과 교수 
  2004 - 2010: LG 화학 석좌교수
  2007 - 현재: 카이스트 특훈교수    
  2008 - 현재: 학장, 생명과학기술대학
  2003 - 현재: 소장, 생물정보연구센터
  2000 - 현재: 소장, 생물공정연구센터
  2006 - 현재: 공동소장, 바이오융합연구소

4. 전문 분야 정보
  이상엽 특훈교수는 가상세포 및 초고속분석기술을 이용하여 생명체를 연구하는 시스템 생물학과 재생가능한 바이오매스로부터 화학물질을 효율적으로 생산하는 분야인 대사공학의 세계적인 전문가다.
융합 연구를 통한 시스템 대사공학으로 ▲세계 최고 효율의 숙신산 생산 기술 개발 ▲필수 아미노산인 발린과 쓰레오닌의 고효율 맞춤형 균주 개발 ▲가상세포를 이용하여 강건성을 비롯한 생명체 연구 ▲최근에는 나일론의 원료가 되는 다이아민 생산 균주와 플라스틱 원료로서 기존의 석유를 대체할 수 있는 생분해성 고분자인 폴리유산 생산 균 개발, 강철보다 강한 거미줄 개발, ▲ 차세대 바이오 연료인 부탄올의 고효율 생산 균주 개발 등 바이오 리파이너리 및 바이오에너지 분야에서 세계적으로 주목 받는 연구 성과를 내고 있다.

  카이스트에서 약 18년 동안 대사공학과 시스템생명공학에 관한 연구를 집중적으로 수행하여 그간 국내외 학술지논문 424편, proceedings논문 156편, 국내외 학술대회에서 1454편의 논문을 발표하였고, 기조연설이나 초청 강연을 385회 한 바 있으며, Metabolic Engineering(Marcel Dekker 사 발간), Systems Biology and Biotechnology of E. coli (Springer사 발간), Systems Metabolic Engineering (Springer사 발간) 등 다수의 저서가 있다. 그간 553건의 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 시스템생명공학분야를 창시하여 바이오리파이너리 포함 생물공정기술 개발과 시스템 수준에서의 신규 의약 타겟 발굴 등 연구에 매진하고 있다.

  이 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 중이며, 2006년에는 미국미생물학술원 (American Academy of Microbiology) 펠로우 (fellow), 그리고 우리나라에서는 처음으로 Science지를 발간하는 미국 AAAS (American Association for the Advancement of Science)의 펠로우로 임명되었으며(2007), KAIST 최고의 영예직인 특훈교수에도 임명되었다(2007).
지난 수년간 탁월한 성과를 인정받아 세계적인 화학, 제약회사인 머크(Merck)사가 제정한 '머크 대사공학상 (Merck Award for Metabolic Engineering' 상을 수상 받았으며(2008), 상위10대 특허등록 우수 연구자로 선정되었다(2009).
또한, 미국 산업미생물학회(Society for Industrial Microbiology)의 '2010년 펠로우(Fellow)'와 미국공학한림원(National Academy of Engineering, NAE)의 '외국회원(Foreign Associate')로 선정되었으며, 작년에는 암젠기조강연상을 수상하기도 하였다. 올해는 아시아인 최초로 미국화학회의 마빈존슨상을 수상하였고, 미국 텍사스 오스틴 주립대학교, 라이스대학교, 펜실바니아주립대학교 등에서 네임드렉쳐들을 하는 등 대사공학분야에서 세계를 선도하는 연구를 수행 중이다.
최고 미생물생명공학상인 찰스톰상을 수상하였으며 생명공학 우수연구 공로상인 농림수산식품부 장관상을 수상하기도 하였다. 최우수 응용미생물 연구자로 Environmental Microbiology Lectureship을 Royal Academy of Medicine(UK) 강의, 덴마크 Technical Univ of Denmark(DTU)에서 Orsted Lecture를 강연하였다.

  우리나라 최초로 유일하게 미국화학공학회 펠로우로 선임 되었으며, 현재 Biotechnology Journal의 편집장을 맡고 있으며, Biotechnology and Bioengineering, Applied Microbiology and Biotechnology, BMC Systems Biology, mBio, ACS Synthetic Biology 등 20여개 국제학술지의 편집인, 부편집인, 편집위원으로 활동 중이다.


 

posted by 글쓴이 과학이야기

친애하는 KAIST 가족 여러분께,

새해 다복하시고, 댁내 행복과 건강이 늘 함께 하며 널리 번영하는 한해가 되길 기원합니다.

2013년은 KAIST가 교육, 연구, 공공서비스 등 모든 분야에서 한층 더 성숙하는 한해가 되길 기대합니다. 나아가 과학기술의 발전을 위한 우리의 노력이 인류를 더욱 풍요롭게 만드는 기반이 될 것입니다.

2006년 이후 약 6년 반 동안 우리는 많은 것을 성취했고, 크게 성장했습니다. 교수의 수는 약 400명에서 약 600명으로, 직원은 약 320명에서 약 480명으로, 학생은 약 7,330명에서 약 10,800명으로 각각 증가했습니다. 인프라는 최첨단 신축건물의 건축으로 크게 확충되었습니다. 연구비 또한 2006년 대비 약 2.2배가 늘어 약 2,500억 원으로 증가했습니다. 이러한 눈부신 성장은 KAIST 전 구성원이 각자의 분야에서 최선을 다해 준 결과입니다.

전 세계적으로 KAIST의 인지도가 매우 높아졌습니다. 국내외 기관들을 통해 발표되는 대학평가 순위, 학문적 업적, 출원·등록되는 특허의 수, 벤처기업 창업 수 등의 지표를 통해 우리의 명성이 얼마나 높아지고 있는지 알 수 있습니다. KAIST는 교수, 학생 직원 모두가 교육과 연구활동에 적극적으로 참여하고, 전 세계 사람들과 함께 협력하는 세계적인 기관으로 성장했습니다. 이렇듯 짧은 기간 동안 큰 성과를 만들어낼 수 있는 기관은 전 세계에서 찾아보기가 쉽지 않을 것입니다.

KAIST는 과학적 진리를 추구하는 기관입니다. 선구적인 과학자, 공학자, 학자들은 인류의 미래를 바꿀 수 있는 힘을 가졌다는 사실을 잊어서는 안 될 것입니다. 학문의 발전과 기술혁신을 위한 우리의 노력은 인류가 직면하고 있는 중요한 문제들을 해결하는데 집중되어야 할 것입니다. 우리는 인류가 더욱 풍요롭고 밝은 역사를 쓰는데 분명히 많은 공헌을 할 수 있습니다.

지면의 제약으로 2012년 한 해 동안 KAIST 가족분들께서 일구어낸 눈부신 업적들을 모두 언급할 수 없는 점 널리 양해하여 주시길 바랍니다. 몇 가지 인상적인 것들을 말씀드리겠습니다. KAIST는 '톰슨 로이터'에서 발표한 '2012년 100대 글로벌 혁신기관'에 선정되었습니다. 놀랍게도 100대 글로벌 혁신기관 중 대학은 단지 두 곳만 선정되었는데 우리가 그 중 하나라는 사실은 매우 의미가 있다고 생각합니다. 앞으로 몇 년 내에 우리는 더욱 큰 성과를 낼 것입니다. 많은 교수님들께서 인류가 직면한 중대한 문제들을 풀기 위해 최선을 다하고 있습니다. 이러한 노력이 결실을 맺어 세계는 더욱 안전하고, 건강하며, 친환경적이고, 평화로운 곳이 될 것이며, 그 결과 우리 교수님들은 각자의 분야에서 세계적인 석학으로 거듭날 것입니다. 우리는 분명히 해낼 수 있습니다.

2012년은 사회 각 분야에서 우리 교수님들의 공헌이 널리 인정받는 한 해가 되었습니다. 오늘 우리는 연구, 행정, 공공서비스 등 각 분야에서 KAIST가 눈부신 발전을 거듭하는데 헌신해준 교수, 직원, 학생들의 공헌에 감사하고, 그 업적을 널리 축하하고자 합니다.

김승우 교수님께서는 펨토초 수준의 레이저 펄스를 이용한 극초정밀 광계측 분야에서 세계적인 석학으로 인정받아 국가과학자로 선정되었습니다. 유룡, 장석복, 김은준 교수님은 기초과학연구원(IBS)의 연구단장으로 선정되었고, 젊은 교수님들은 세계적인 저널에 중요한 논문을 게재하고, 환경 및 기술분야에서 큰 잠재력을 가진 다수의 특허를 출원·등록하였습니다. 최근 KAIST 졸업생인 김성진 대표가 벤처기업 i-KAIST를 창업하여 크게 주목을 받고 있습니다.

또한, 신소재공학과 이정용 교수님께서 '2012년 올해의 KAIST인 상' 수장자로 선정되었습니다. 이정용 교수 연구팀은 그래핀을 이용해 액체 내에서 성장하는 결정을 원자단위로 분석하는 원천기술을 개발하는데 성공하였습니다. 이 연구는 물리, 화학, 생물학적 현상을 포함하여 액체를 원자단위까지 관찰하고 분석하는 기술로 다양한 분야에서 널리 응용될 것입니다. 이는 중요한 과학적 진보입니다.

KAIST는 세계적인 과학기술 연구중심 선도대학으로 거듭나고 있다고 확신합니다. 우리 학생들과 교수님들께서는 기존의 이론과 지식들을 답습하기 보다는 끊임없는 도전과 연구를 통해 한층 발전된 개념과 새로운 이론을 제시하고 있습니다. 우리가 지금까지 일구어낸 대사공학, 온라인전기차(OLEV), 휴머노이드 로봇, 모바일하버(MH) 등과 같은 혁신적인 거대공학시스템의 초석 위에 지속적인 노력이 더해진다면 앞으로 KAIST는 인류의 역사를 바꿀 수 있는 중요한 기술적 진보를 이끌어 낼 것입니다. 이산화탄소(CO2)를 처리하는 새로운 기술을 개발하여 지구온난화 문제를 해결할 수 있다면 KAIST의 연구가 인류에 미칠 영향이 얼마나 클지 상상해보길 바랍니다. KAIST는 녹색 교육 및 연구의 허브(hub)로 성장할 것입니다. 우리의 가능성은 무한합니다. KAIST Institute(KI)와 각 단과대학 및 학과에서 추진하고 있는 다학제간 융합연구는 궁극적으로 인류의 삶을 풍요롭게 하는 새로운 발견과 주요한 기술혁신으로 이어질 것입니다.

KAIST의 중요한 임무 중 하나는 교육입니다. 대학이 인류사회의 발전에 공헌할 수 있는 가장 중요한 방법은 양질의 교육을 제공하여 세계를 선도할 뛰어난 지도자를 양성하는 것입니다. KAIST가 앞장서서 대학교육의 발전을 선도하고, 보다 발전된 교육모델을 개발하여 인류사회에 공헌하고자 우리는 모든 기술력과 인적자원을 투입하여 대학교육의 혁신적인 발전을 위해 노력하고 있습니다. KAIST Education3.0 추진단을 설립하고, 이태억 단장님의 책임 아래, I-4 교육 프로그램과 국제교육프로그램(KAIST LSY International Education Initiative)을 각각 추진하고 있습니다.

2012년 한 해 동안 KAIST 학생들은 다양한 활동들을 통해 학교발전에 크게 공헌하였습니다. 몇 가지 인상적이었던 학생활동을 소개하자면 다음과 같습니다. 신개념의 교육봉사동아리 'CHALK'은 직접 제작한 교육동영상을 인터넷을 활용하여 배포하는 등 저소득층 학생들에게 보다 나은 교육을 받을 수 있는 기회를 제공하는데 기여하고 있습니다. ICISTS는 학생들이 직접 주최하는 국제학생컨퍼런스로 전통을 가지고 있으며, 올해 다양한 국가에서 350여명이 참석하는 등 매우 성공적으로 개최되었습니다. KAIST-POSTECH 양교가 겨루는 카포전에 많은 학생들이 적극적으로 참여하여 주었고, 얼마 전 개최된 IGEM(International Genetically Engineered Machine) Competition에서 조병관 교수님의 지도 아래 많은 노력을 기울인 우리 학생들이 뛰어난 성과를 거두었습니다. 모든 학생들의 노력을 통해 활기차고 생동감 있는 KAIST로 거듭났습니다.

지난 몇 년 동안, 국내외에서 KAIST를 사랑해 주시는 분들께서 많은 기부를 해주셨습니다. 2012년 한 해만 보더라도 두 건의 거액 기부가 있었습니다. 이수영 회장님께서 기부해 주신 기금은 Education3.0 추진단 등에서 I-4교육프로그램과 국제교육프로그램(KAIST LSY International Education Initiative)의 발전을 위해 사용될 것이며, 익명을 요구하며 기부해 주신 한 분의 발전기금은 조천식 녹색교통대학원을 지원하는데 사용될 것입니다. 박병준 회장님의 도움으로 건립된 KAIST Institute(KI)는 융합연구의 허브(hub)로 자리매김하였고, 닐 파팔라도 회장님의 도움으로 건립된 파팔라도 메디컬센터에서는 2012년 한해 KAIST 가족을 대상으로 약 5만 여건의 진료가 이루어졌습니다. KAIST가 더욱 발전할 수 있도록 지지해주시고 후원해 주시는 국내외 많은 분들께 KAIST 전 구성원을 대표하여 진심으로 감사드립니다.

세계 제일의 연구중심대학으로 발돋움하고자 하는 KAIST의 긴 여정에서 우리는 많은 국가에서 다양한 분들로 부터 도움을 받고 있습니다. 개인적으로 메디컬센터 건립에 크게 기여해주시고, 총장자문위원회(PAC) 위원장을 역임하여 적극적으로 도움을 주신 닐 파팔라도 회장님께 감사드립니다. 또한, 바쁜 일정 중에도 총장자문위원회(PAC)와 세계대학 총장포럼(IPF)에 참석하여 더 밝은 미래를 추구하는 KAIST 구성원들에게 우리가 세계적인 기관으로 성장할 수 있다는 희망을 주고 무한한 신뢰를 보내주신 PAC위원님들과 IPF참석자분들께 진심으로 감사드립니다. 또한, PAC가 성공적으로 개최될 수 있도록 최선을 다해주신 많은 분들과, IPF의 성공적인 개최와 KAIST의 국제활동 역량강화를 위해 헌신해 준 유창동 글로벌협력본부장님과 민현숙 국제협력팀장님께도 진심으로 감사드립니다.

2013년은 정부로부터 4개의 신규사업 예산을 확보하는 큰 성과를 이룩하여 더욱 내실 있는 기관운영을 할 수 있을 것입니다. 주요 신규사업으로는 대학원생들의 연구환경을 개선하여 안정적인 환경에서 교육과 연구에 집중할 수 있도록 T/A장학금을 강화할 것입니다. 또한, 교육혁신을 위한 Education 3.0사업을 지속적으로 추진하고, 사회가 요구하는 전문인력을 양성하기 위해 녹색성장대학원과 미래전략대학원을 새롭게 운영할 예정입니다. 학교가 더욱 성장할 수 있도록 학교운영 전반에 걸쳐 헌신해 주신 이용훈 교학부총장님과 대정부 활동과 예산확보를 위해 헌신해 주신 주대준 대외부총장님, 강정구 기획처장님, 김기한 기획부장님, 이창준 기획팀장님, 장준선 예산팀장님을 비롯한 모든 관계자 분들께 진심으로 감사드립니다.

KAIST는 그동안 눈부신 발전을 거듭했습니다. KAIST가 세계 Top10 연구중심대학으로 발돋움하기 위해서는 아직 넘어야 할 도전과제들이 산재해 있습니다. 앞으로 더욱 혁신적이고 세계적인 대학들과 경쟁할 수 있는 능력을 갖추기 위해서는 정부로부터 더 많은 자율성을 보장받는 등 정부의 더 많은 지원이 필요합니다. 또한, 구성원들이 높은 수준의 윤리를 지키는 문화가 형성되고, 그 문화가 더욱 강화되어야 할 것입니다. 세계적인 연구중심 선도대학들과 선진사회의 근간에는 구성원들 간 서로 신뢰하고, 윤리를 지키는 정직한 문화가 자리 잡고 있다는 것을 잊어서는 안 될 것입니다.

2013년 신년사는 제가 KAIST 총장으로서 여러분께 보내는 마지막 신년사가 될 것입니다. 학위수여식을 끝으로 2013년 2월 23일 KAIST 총장직에서 물러나 정들었던 교정을 떠납니다. KAIST를 더욱 발전시키기 위해 각자의 분야에서 헌신해 준 학교 전 가족여러분께 진심으로 감사드립니다. KAIST는 우리가 꿈꾸던 대학으로 발전하고 있으며, 국민 모두가 우리의 성취를 자랑스럽게 생각할 것입니다.

지금까지 우리가 일구어낸 큰 성과를 모두 축하하는 한 해가 되었으면 합니다. 새해 복 많이 받으시고, 늘 행복하고 건강한 한 해 보내시길 기원합니다.

감사합니다.

2013년 1월 2일, 수요일
KAIST 총장 서남표

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무반사구조(antireflective structures)는 빛의 효율을 향상시키기 위한 대표적인 방법입니다.

그러나 이 구조는 평판에만 국한되기 때문에 LED 렌즈와 같은 곡면에 적용하기에는 많은 어려움이 있었습니다.

KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수팀은  3차원 미세몰딩 공정으로 이를 극복하고 스스로 빛을 내는 반딧불이를 모방한 생체모사(자연모사) 공학을 이용해 고효율 LED 원천기술을 개발했습니다.

일반 렌즈(좌)와 고효율 LED 렌즈(우) 사진. 연구팀은 3차원 미세몰딩 기술을 이용해 고효율 LED 렌즈를 제작.

(A) 고효율 LED 렌즈의 제작 과정. (step Ⅰ) 나노입자와 식각공정을 이용하여 나노구조 형성. (step Ⅱ) PDMS 막에 나노구조 전사. (step Ⅲ) PDMS 막에 음압을 가하여 곡률 형성. (step Ⅳ) 자외선 경화 고분자를 부은 후 경화. (step Ⅴ) 완성된 고효율 LED 렌즈. (B) 고효율 LED 렌즈의 전자현미경 사진. (C) 곡면 위에 잘 정렬되어 형성되어 있는 나노구조.

이는 반딧불이 발광기관 외피에 있는 생물 발광기관 나노구조를 세계 최초로 모사한 기술이라는 점에서 의의가 큽니다.

연구팀은 기존에 렌즈의 반사를 방지하기 위해 값비싼 반사방지 코팅을 추가로 처리하던 기술과 달리, 렌즈 제작 시 생체모사 나노구조를 주형에서 한 번에 만들어 보다 저렴하게 LED를 제작할 수 있게 했습니다.

또 무반사효과(antireflection)를 위해 모방한 나노구조를 최적화해서 발광효율을 기존 반사방지 코팅에 상응한 수준으로 만들었습니다

이는 앞으로 스마트폰, TV, 자동차, 의료기기, 실내외 조명 등에 널리 적용될 전망입니다.

(A) 반딧불이 사진. (B) 반디불이의 전자현미경 사진 (N)은 비발광기관, (L)은 발광기관. (C) 비발광기관의 미세패턴, 무작위한 패턴을 형성. (D) 발광기관의 나노구조, 잘 정렬된 나노구조를 형성. (E, F) 반딧불이의 발광기관과 고효율 LED 패키징이 대응되는 구조를 형성하고 있음. 본 연구팀은 반딧불이 발광기관 외피층에 형성된 나노구조층을 LED 렌즈 위에 형성시켜 발광효율을 증가시킴. (E) 반딧불이 발광기관의 모식도. 나노구조의 크기는 약 주기가 250 nm, 너비가 150 nm, 높이가 110 nm 정도임. (F) 고효율 LED 패키징의 모식도.

연구팀은 실리콘 산화막 위에 나노입자를 단일 층으로 형성하고 식각공정을 통해 나노구조를 형성했습니다.

이어 나노구조를 PDMS(polydimethylsiloxane) 막에 전사시키고, 이 막에 음압을 가해 곡률을 형성한 다음, 자외선경화 고분자를 부어 굳혀 반딧불이와 유사한 구조의 렌즈를 만들어 내는 데 성공했습니다.

이번 기술은 세계 최초로 무반사구조가 형성된 반구형 고효율 LED 렌즈를 개발한 것으로, 이 렌즈는 기존에 사용되는 무반사코팅(antireflection coating)과 같은 효과를 보이고 있습니다.

앞으로 생체모사 기술을 활용한 고효율 LED 렌즈 기술을 통해 기존의 값비싼 무반사코팅을 대신해 저렴하면서도 효율을 극대화할 수 있을 전망입니다.

이번 연구는 정기훈 교수와 제1저자인 김재준 박사과정생이 주도했고, 연구 결과는 미국 국립과학원회보지(PNAS) 10월 29일자 온라인 판에 게재됐습니다.

 

정기훈 교수

김재준 박사과정생


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지금까지 노화를 억제하는 약물들이 다수 개발되었지만, 사람에게 적용하는데 한계가 있었습니다.

그런데 노화를 억제하면서 건강하게 오래살 수 있도록 돕는 새로운 물질이 발견됨에 따라, 불로장생을 향한 인류의 꿈에 한걸음 다가서게 되었습니다.

사람이 건강하게 오래 살 수 있는 효과적인 방법은 식사량을 줄이거나 달리기와 같은 유산소운동을 하는 것입니다.

■ KAIST 김대수 교수팀은 우선 소식이나 유산소운동이 보조효소(NAD+)를 증가시켜 세포의 노화를 억제한다는 점에 착안했습니다.

NAD+(니코틴아미드 디욱시뉴클레오타이드)라는 보조효소가 세포 내에서 증가하면 노화방지 효과가 있는 것으로 알려지고 있습니다.

연구팀은 천연화합물인 '베타-라파촌'으로 효소(NQO1)를 활성화시키면, 적게 먹거나 별도의 운동을 하지 않아도 NAD+의 양이 증가됨을 규명했습니다.

베타-라파촌(beta-lapachon)은 라파초 나무나 단삼 등에 고농도로 함유된 천연화합물입니다.

또한 이미 노화가 진행된 생쥐들에게 베타-라파촌을 사료에 섞여 먹인 결과, 3개월이 경과되면 운동기능과 뇌기능이 모두 향상되어 건강하게 오래살 수 있음을 확인했습니다.

실제로 베타-라파촌을 투여한 생쥐 그룹이 소식을 하지 않았는데도 생존율이 증가한 것을 보여주는 생존 곡선.

베타-라파촌은 동서양에서 오랜 기간 사용해 온 약초의 주성분으로 만들어져, 머지않아 쉽게 상용화할 수 있는 것이 특징입니다.

이번에 연구팀이 찾아낸 새로운 물질은 소식이나 운동으로 나타나는 효과를 그대로 모방하여 밝혀낸 것으로서, 향후 암, 치매 및 파킨슨병과 같은 노인성 질환을 예방하고 치료하는데 크게 기여할 전망입니다.

이번 연구는 KAIST 김대수 교수팀과 충남대 의과대학와 공동연구로 진행됐고, 연구결과는 생물학 분야의 권위 있는 학술지인 '플로스 원(PLoS One)' 최신호(10월 11일자)에 게재되었습니다.
(논문명: Beta-lapachone, a modulator of NAD metabolism, prevents health declines in aged mice)

NQO1 효소를 베타라파촌으로 조절하여 노화 시 증가하는 NADH 를 NAD+ 로 변형시켜 건강수명을 증가시킨다.

<연 구 개 요>

Beta-lapachone, a modulator of NAD metabolism, prevents health declines in aged mice
NAD 대사를 조절하는 beta-lapachone의  노화지연효과에 관한 연구
(Plos one, 2012. 10. 11. 출판)

노화는 기억력 감소 및 운동 능력 퇴행 등의 기능적인 면에서의 퇴화를 동반한다.
노화는 그 자체로 암, 당뇨병, 대사성 질환, 알츠하이머병 및 파킨슨병과 같은 신경퇴화질병의 위험 인자의 역할을 하게 된다. 모든 생명체가 겪게 되는 노화를 지연시키기 위한 많은 노력이 이뤄져 왔으며 그 동안 가장 효과를 보이는 것으로 알려진 방법은 소식을 통한 칼로리 제한 기법 및 운동을 통한 방법이다.
하지만 사람의 경우 변인 통제 및 지속성에 어려움이 있기에 소식 및 운동 기전의 이해를 통해 효과를 모사하는 약물을 개발하고자 하는 노력들이 이뤄지고 있다.

노화가 진행되는 동안 세포내의 NAD+/NADH 비율이 제대로 조절되지 못하고 소식을 하는 경우 이 비율이 증가한다는 것이 알려져 있다.
이러한 NAD 에너지 대사에 관여하고 있는 효소 중 한 가지가 NQO1 (NADH:quinone oxidoreductase1)이며 quinone(CoQ, lapachone...)구조를 가지고 있는 물질들을 기질로 사용한다.
기존 연구결과에서 NQO1이 효모(yeast)와 같은 비포유류 개체에서 수명연장의 효과에 관여하고 있음을 밝힌 논문도 있다. 신체 내에서 만들어지는 NQO1의 기질인 CoQ의 경우 NQO1 뿐 아니라 다른 여러 효소의 기질로 사용되며 나이가 듦에 따라 그 양이 줄어든다.
본 실험에서는 NQO1에 특이적으로 작용하는 베타 라파촌(beta lapachone)물질을 포유류인 생쥐 모델에서 섭취시켜 NQO1 효소가 NADH를 NAD+로 전환 감소시킨 결과 노화 생쥐의 수명 및 운동, 지능 능력에서 어떤 효과를 보이는지를 확인하였다.

  태어난 지 13개월 된 생쥐들을 대조군, 소식 그룹, 베타 라파촌 투여 그룹으로 나누어 실험을 진행하였으며 투여 후 소식 그룹과 함께 베타 라파촌 그룹의 경우 몸무게가 감소하는 효과를 보인다.
먹는 양에 있어서는 대조군과 차이가 없기에 에너지 대사 과정과 관련하여 어떤 변화가 있는지 살펴본 결과 베타 라파촌 그룹의 경우 우선 기초 대사량(EE, energy expenditure)이 증가되어 있음을 확인하였다.
또한 베타 라파촌을 일시적으로 투여하면 체온 상승의 효과도 있음을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 기존에 NAD 대사 과정이 대사량을 조절한다는 연구결과와 일치하는 결과이다.

 베타 라파촌 투여 효과를 행동학적 실험 결과들로 살펴본 결과 투여 3개월 후부터 다른 그룹에 비해서 운동 능력(rota-rod, pole test, grip test)이 향상되어 있음을 확인하였고 인지 능력(fear conditioning)을 확인하는 실험에서도 효과를 볼 수 있었다.
그 다음으로 운동과 인지 능력에 관련되어 있는 근육 및 뇌 조직에서 나타나는 변화들을 전자 현미경 (Electron microscopy)을 통해 살펴보았다. 세포 내에서 에너지 대사과정에 중요한 역할을 하는 소기관인 미토콘드리아가 소식 및 베타 라파촌 그룹에서 그 구조가 잘 유지되어 규칙적으로 배열되어 있으며 뇌조직에서는 기억력에 관여하는 수상돌기가시(dendritic synapse)가 증가되어 있다.  

 
  마이크로어레이(microarray)를 통해 베타 라파촌이 생체 내에서 변화시키는 생물학적 과정들을 살펴본 결과 소식과 유사한 방향성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
또한 최종적으로 생존 곡선을 비교한 결과 소식 및 베타 라파촌 그룹이 대조군 그룹에 비하여 오랜 기간 생존함을 확인하였다. 

  위의 결과들을 통해 노화 과정에서의 NAD 대사의 중요성과 베타 라파촌을 이용한 NAD 대사 조절이 포유류에서도 노화 진행을 지연시키는데 효과를 나타냄을 보였다.
소식의 효과를 모사하는 이러한 약물들의 발견을 통해 실제 소식 및 운동을 하기 어려운 사람들도 노화 지연 및 암, 알츠하이머병과 같은 노인성 질환을 예방하는데 있어서 중요한 기여를 하게 될 것으로 기대된다.


 용   어   설   명


NQO1
체내에 유입된 퀴논계 화합물을 환원시키는 효소로서 노화과정에서 증가된 NADH 를 NAD+ 로 전환시키는 기능을 함.

NAD+
니코틴아마이드 디옥시뉴클레오타이드 로서 이것이 세포내에 증가하면 노화방지 효과가 있다고 알려져 있음.

베타라파촌 (beta-lapachon)
라파초 나무, 단삼 등 식물에 고농도로 함유된 천연 화합물로 NAO1 효소가 NADH를 NAD+ 로 전환시키는 반응을 촉진한다. 단삼은 동의보감에는 노쇠한 말을 다시 일으킨다고 알려져 있으나 노화억제 물질이 베타라파촌이라는 사실이 이번 연구로 밝혀지게 되었다.

<김대수 교수>

1. 인적사항 
 ○ 소 속 : KAIST 생명과학과 부교수         
 
2. 학력
  ○ 1989-1993 : 서강대학교 학사  (생물학)
  ○ 1993-1998 : 포항공과대학교(POSTECH) 박사
                            (유전학 및 신경생물학)
 
3. 경력사항
○ 1998 ~ 1999 : 미국 SUNY health science center, New York, 박사후 연구원
○ 1999 ~ 2001 : 포항공과대학교, 박사후 연구원
○ 2001 ~ 2004 : KIST, 선임연구원
○ 2004 ~ 2011 : KAIST 생명과학과, 조교수
○ 2011 ~ 2012 : 미국 Rockefeller University, 방문교수
○ 2012 ~ 현재 : KAIST 생명과학과, 부교수

4. 주요연구업적
1. Won, H., Lee, H-R., Gee, HY., Mah, W., Kim, J-I., Lee, J.m, Ha, S., Chung, C., Jung, ES., Cho, YS., Park, S-G., Lee, J-S., Lee, K., Kim D., Bae, YC., Kaang, B-K., Lee, MG., Kim E. (2012). Autistic-like social behaviour in Shank2-mutant mice improved by restoring NMDA receptor function. Nature 486(7402):261-5.

2. Kim, J., Woo, J., Park, YG., Chae, S., Jo, S., Choi, JW., Jun, HY., Yeom, YI., Park, SH., Kim, KH., Shin, HS., Kim, D. (2011). Thalamic T-Type Ca2+ Channels Mediate Frontal Lobe Dysfunctions Caused by a Hypoxia-Like Damage in the Prefrontal Cortex.  Journal of Neuroscience. 16;31(11):4063-4073.

3. Won, H., Mah, W., Kim, E., Kim, JW., Hahm, EK., Kim, MH., Cho, S., Kim, J., Jang, H., Cho, SC., Kim, BN., Shin, MS., Seo, J., Jeong, J., Choi, SY., Kim, D., Kang, C., Kim, E. (2011). GIT1 is associated with attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) and ADHD-like behaviors in mice." Nature medicine. 17, 566?572.

4. Park, YG., Park, HY., Lee, CJ., Choi, S., Jo, S., Choi, H., Kim, YH., Shin, HS., Llinas, RR., Kim, D. (2010). CaV3.1 is a tremor rhythm pacemaker in the inferior olive. Proc Natl Acad Sci USA, 8;107(23):10731-6.

 


 

posted by 글쓴이 과학이야기