우리얘기

생체 바이오 물질의 관찰을 통한 기질 특성 연구는 예전부터 의·공학 분야에서 매우 활발하게 진행되었다.
특정 단백질, 바이러스 또는 암세포 등의 생체 바이오 물질을 이미징하고자 할 때, 기존의 전반사 기반 형광 현미경(Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy) 같은 경우 회절 한계(diffraction limit) 로 인한 분해능(resolution) 한계 때문에, 구체적이고 정확한 분석이 어렵다.
최근에는 수십에서 수 나노미터(nano-meter)의 분해능을 얻을 수 있지만, 이는 상당히 고가의 특수 영상장비의 구비를 통해서만 가능하였다.
 
수 백 나노미터 사이즈 단위의 주기적 원형 패턴(pattern)으로 이뤄진 금속 나노홀 구조(metallic nano-hole structure)칩을 Electron-beam lithography 방식으로 제작한 후, 일반적으로 사용되는 전반사 형광 현미경 시스템에 접목시키면, 나노홀 표면 근접장 분포(near-field distribution)의 변형과 함께, 매우 강하게 국소화(localization)된 필드(field) 영역, 이른바 핫스팟(hot spot)이 생성된다. 나노구조(nanostructure)가 주기적으로 패턴되었기 때문에 핫스팟도 주기적 형태로 얻을 수 있으며, 이를 이용한 선택적 형광 영상법, 이른바 '나노미터 단위의 국소적 샘플링(NLS)' 방식을 통해 수 십 나노미터 크기의 분해능을 갖는 이미지를 얻는데 성공하였다.

이번 연구에 사용된 바이오 물질은 모터 단백질(motor proteins) 중 하나인 키네신(kinesin)과 2차원 평면상에서 특정 속도를 가지고 자유롭게 이동하는 마이크로튜불(microtubules)로서, 국내에서는 이러한 바이오 물질을 이용한 초고분해능 광학 영상법에 대한 연구의 전례가 많지 않았다는 점에서 큰 의의를 갖는다.

김동현 교수 연구팀은 나노홀 표면에서 형성되는 핫스팟 커널(kernel)을 이용하여 카메라를 통해 얻어진 마이크로튜불 이미지를 초고분해능 영상으로 복원해냈다. 이 같은 방법의 개발은 전 세계적 관심사인 세포 내 단백질의 동적 움직임 및 기질 분석, 세포와 다른 분자 간, 박테리아 또는 바이러스 간의 상호 작용에 대한 영상화 가능성을 제시한다.
 
2010년에도 이 연구팀은 불규칙적으로 제작된 나노섬(nano-island) 구조칩을 이용한 초고분해능 광학 영상 시스템 개발에 대한 연구를 진행하였으며, 당시의 연구 결과는 핫스팟을 이용한 바이오 물질의 영상화 방법으로써 기존 전반사 형광 현미경이 갖는 회절 한계를 극복할 수 있다는 연구 결과를 이미 입증한 바 있다.  

2. 학력
  1988 - 1993    서울대학교 전자공학과 학사
  1993 - 1995    서울대학교 전자공학과 석사
  1995 - 2001    Massachusetts Institute of Technology 전기공학부 박사
 
3. 경력사항
  2001 - 2002 미국 Corning Inc. Sr. Research Scientist
  2003 - 2004 미국 코넬대학 박사후연구원
  2004 - 현재 연세대학교 전기전자공학부 교수
  2011 - 현재 연세대학교 의료기기기술연구소 센터장

<김규정 박사>

4. 수상실적
  2008.  하이서울 서울시 장학생
  2008.  OSA Biomedical Optics Topical Meeting, 최우수발표상
  2009.  SPIE Optical Science and Engineering 장학금 수상
  2009.   대학 Intellectual Property-Ocean 공모전 자유부문 대상 수상
  2010.   연세대학교 대학원 최우수 논문상 수상
  2011.   SPIE　Optical and Photonics 장학금 수상

Ras Stabilization Through Aberrant Activation of Wnt/beta-catenin Signaling Promotes Intestinal Tumorigenesis Jeong, W.J. et al. (Science Signaling - 2012. 4.10)

라스(Ras)는 21 킬로달톤(KDa) 크기의 작은 지(G)-단백질들의 그룹에 속하며, 포유동물에서 K-, N-, H-Ras의 세 종류가 대표적인 것들로 알려져 있다. 라스가 처음으로 밝혀진 이후 30년의 세월이 지났지만, 라스는 여전히 암과 관련하여 가장 중요한 연구개발 대상으로 남아있다.
라스는 세포성장을 조절하는 중요한 단백질로 아랫단계인 어크(ERK) 및 PI3 kinase-Akt 신호전달계들을 한꺼번에 조절할 수 있는 신호전달의 스위치적인 역할을 수행한다. 정상적인 상황에서는 윗 단계로부터 유입되는 상피세포성장인자(EGF)와 같은 세포성장신호에 여부에 따라 GDP 혹은 GTP가 결합함으로 인해 불활성화 혹은 활성화 상태로 전환되며 신호전달을 조절한다(그림 1).

라스유전자에 돌연변이가 일어난 암환자들에서는 라스가 항상 GTP가 붙는 비정상적으로 활성화되어있는 형태로 만들어지며, 이 경우 GDP가 붙은 불활성화 상태로 돌아가지 못해 아랫단계로 항상 세포성장 신호를 보내는 결과가 되어 암 발생에 기여한다.  
  
이번 최강열 교수 연구진의 연구는 윈트(Wnt)라는 또 다른 세포성장 신호전달계를 통해 라스단백질이 분해될 수 있음을 밝혔으며, 이 때문에 돌연변이에 의해 GTP가 붙은 활성화형태의 라스가 만들어진다 해도, 분해되어 없어지기 때문에 암이 생기지 않음을 밝혔다.
이 연구는 수많은 연구자들이 지금까지 연구해온 라스라는 중요 단백질이 단백질분해수준에서 조절될 수 있음을 보여준 최초의 연구라는데 중요성이 있다고 하겠다.
더욱이 이 같은 조절이 사람과 동물의 암 발생에 중요한 역할을 수행한다는 것을 환자샘플과 모델동물을 이용해 확인했다. 새로운 라스분해 원리를 요약하면, 윈트신호전달이 낮게 유지되는 상황에서 (예로서 윈트신호전달계의 신호억제 인자들인 Apc 혹은 Axin가 과발현 등으로 기능을 잘 수행할 경우) GSK3b라는 인산화효소가 활성상태가 되어 트레오닌(Thr)-144, 와 Thr-148 번을 인산화 시킨다. 
이같이 인산화된 라스는 베타티알시피(b-TrCP)-E3-ligase 라는 단백질 분해에 관련되는 물질복합체가 결합할 수 있고, 이를 통해 라스는 유비퀴틴화 되어 26S 프로테아좀에 시스템에 의해 분해된다. 

암을 유발할 수 있는 형태(GTP결합)의 활성화된 라스의 경우, APC의 돌연변이같은 비정상적인 윈트신호에 의해 분해되지 않고 축적되면, 비정상적인 세포성장을 유도하여 암이 유발될 수 있다.
보통의 경우에는 돌연변이가 일어난 형태의 라스가 많이 만들어 진다고 하더라고 분해되어 암 발생을 유도하지 않으나, APC의 돌연변이에 의해서, 윈트신호가 활성화된 경우에는, 돌연변이가 일어난 GTP-Ras가 분해되지 않고 많이 축적되게 되어 아랫단계에 비정상적으로 세포성장 신호를 보내어 암을 발생시킴을 암환자와 동물모델을 통해 확인되었다.

이 같은 동물수준에서의 윈트신호에 의한 라스안정성 조절이 사람의 암 발생에서도 중요함을 사람의 대장암샘플을 이용하여 확인하였다.

이 경우 사람의 APC가 유전적으로 돌연변이가 일어난 FAP (familial type adenomatos polyposis coli) 환자샘플을 이용하여, 라스의 인산화 및 양적 상태를 윈트신호전달계 활성화 상황과 비교하여 보여주었다.

그림 7. APC가 돌연변이가 있는 가족력을 가진 환자(FAP; familial type adenomatos polyposis coli-사진 좌측아래)의 대장암 조직에서 윈트 신호전달계 활성화 마커인 베타카테닌(b-catenin)과 라스가 동시에 증가되나 인산화가 일어난 라스는 반대로 감소함을 보여주는 결과다. 오른쪽 그림은 다양한 암 진행 상태에서 베타카테닌과 라스가 비례적으로 증가하나, p-Ras는 감소함을 보여 준다.

-오늘날 라스를 타깃으로 하는 항암제 개발의 한계점- 

대장암을 비롯한 대부분의 암에서는 활성화 형태의 라스돌연변이가 매우 높은 비율로 발견되고 있으며(대장암에서는 30-50%, 췌장암에서는 90%), 이 같은 돌연변이는 결합된 GTP가 가수분해 될 수 없는 활성화형태로서 지속적으로 세포성장신호를 보내기 때문에 암이 발생하는데 기여한다.
라스가 암 발생, 특히 진행에 가장 중요한 원인인 것이 잘 밝혀진 이유로 해서, 활성화된 라스를 제어하는 항암제 개발은 라스와 암과 관련성이 발견된 이후, 수많은 암연구자들은 물론 제약회사에서 크게 관심을 가져왔다.
대표적인 라스 제어 항암제 개발방법으로 시도된 것은 뉴클레오타이드 유사물질을 이용하여, 활성화된 GTP-Ras에서 라스를 떼어내려는 시도를 하였으나, GTP-Ras간의 결합력이 워낙 강해 GTP의 결합을 못하게 하는 유사물질 개발은 대부분이 실패했다.
또한 라스에 결합하여 그 활성을 억제하는 저분자화합물을 개발하려는 시도도 라스단백질의 구조상 저분자 화합물이 달라붙을 수 있는 공간이 마땅하지 않아 (그림 8) 이에 대한 연구개발도 대부분 실패로 끝났다. 

 

그림 8. 라스는 GTP(붉은색)가 높은 친화력을 가지고 달라붙어있고, 또한 구조적으로 저분자 화합물이 붙기 힘든 구조를 취하고 있다.

앞서 설명한 바와 같이 라스가 기능을 수행하기 위해서는 작용하는 장소인 세포막으로 위치 이동되는 것이 매우 중요하다. 따라서 라스가 세포막으로 이동하는데 필요한 파네실화(Fanesylation)를 억제하는 파네실트랜스퍼라제 저해제(Farnesyltransferase inhibitor; FTI)는 지난 20년간 수많은 암 연구자들과 제약회사들에 의해서 항암제 개발이 시도되었다.
하지만 이 저해제에 의해서 라스의 파네실레이션이 억제되어도 저라닐저라닐레이션(Geranylgeranylation)이라는 부수적인 지질화에 의해서 여전히 세포막으로 이동할 수 있음이 밝혀졌다.
따라서 파네실트렌스퍼라제 저해제 항암제개발에 제동이 걸렸으며, 이와 더불어 효과나 안정성 부작용 등의 문제가 밝혀짐으로써, 현재로서는 많은 연구자의 경우 라스를 직접 조절 할 수 있는 항암제 개발은 실패로 끝났다! 라고 판단하는 상황에 있다.
하지만 라스를 직접 제어하는 항암제 개발의 중요성에 대해서는 아직 모두 인정하고 있는 상황이다. 오늘날 많이 사용되기 시작했으며, 2017년까지 판매가 급증 하리라 예상되고 있는 차세대의 항암제로 알려진 상피세포성장인자수용체(EGFR) 작용하는 특이적인 상피세포성장인자 수용체 단클론항체항암제(EGFR mAb)들이 K-Ras에 돌연변이가 있는 환자에서 효과가 없음이 밝혀짐으로서 라스를 직접 제어하는 항암제 필요성은 그 어느 때 보다 더욱 절실 하다고 하겠다.

-연구 의의-

라스를 분해시키는 메커니즘을 밝힌 이번 연구결과는 돌연변이가 일어나 활성화된 라스를 가지는 암환자를 치료할 수 있는 한계극복용 라스제어 화합물 항암제를 개발하기 위한 초석이 될 전망이다.
최강열 교수 연구진은 현재 연구를 통해 라스를 분해하는 저분자화합물을 화합물라이브러리 스크리닝을 통해 발굴하였고, 종양저해 효과를 확인하였으며, 같은 대학의 한균희 교수와 공동으로, 유사화합물들을 합성하여 약효가 증진되고 안정성 있는 항암제로 개량하는 연구를 진행하고 있다.
이들 화합물항암제들은 돌연변이에 의해 활성화된 라스를 분해하는 혁신적인 항암제로 개발될 수 있을 전망이다. 이 저분자 라스분해 항암제는 파네실트란스퍼라제 항암제들의 개발이 실패로 돌아간 상황에서 직접적으로 라스를 제어하는 한계 극복형 항암제가 될 전망이다.
특히 이 화합물들은 라스에 직접 작용하기 때문에, 상피세포수용체(EGFR) 단클론항체항암제들에 효과를 보지 못하는 K-Ras 돌연변이 환자들의 치료에 적용할 수 있는 한계극복용 항암제가 될 전망이다.
마지막으로 라스의 경우 ERK 신호전달계는 물론, 라스가 조절하는 것으로 알려진 암 발생과 관련된 또 하나의 중요 신호전달계인 PI3 kinase-Akt 신호전달계를 조절하기 때문에 오늘날 항암제의 개발 방향인 이상적인 다중타겟항암제가 될 전망이다.
실제 2012년 현재 많은 연구자들이 ERK와 PK3 kinase-Akt 신호전달계를 각각의 신호전달계들을 저해하는 항암제들이 함께 처리했을 때(combinatory therapy시) 항암효과가 뛰어남이 관찰되었는데, 연구진이 개발하고 있는 라스분해 항암제의 경우는 단일 화합물로 이들 주요 신호전달계들을 동시에 제어할 수 있는 이상적인 항암제가 될 전망이다.

<최강열 교수>

2. 학력사항
  1978.2 - 1985.2   연세대학교  생명공학 학사   
  1988.8 - 1993.8  퍼듀대학교  생화학/생명과학 박사 
    
3. 경력사항 
  1993.9 - 1995.2     하버드 의과대학 생화학-분자약리학 박사후연구원
  1995.2 - 2001.8    연세의대 생화학-분자생물학교실 조/부교수
  2001.8 - 2004.8   연세대학교 공과대학 생명공학과 부교수
  2004.9 - 현재  연세대학교 생명시스템대학 생명공학과 교수
  2006.3 - 2007.2  연세대 유전체 협동과정 주임교수
  2003.1 - 현재  Experimental and Molecular Medicine, Editor
  2009.1 - 현재  Journal of Biochemistry, Associate Editor
  2007.1 - 현재  The Open Chemical and
    Biomedical methods Journal, Editorial Board
  2009.1 - 현재  World Journal of Stem Cells,  Editorial Board
  2009.9-2010.7         연세대 생명공학과 학과장
  2005.3 - 2009.8  국가지정연구실(NRL) 책임자
  2009.2 - 현재  단백질기능제어이행연구센터(ERC) 센터장 

4. 주요성과 

Woo-Jeong Jeong, Juyong Yoon, Jong-Chan Park,Soung-Hoon Lee, Seung-Hoon Lee, Saluja Kaduwal Hoguen Kim, Jong-Bok Yoon,  Kang-Yell Choi. 2012. Ras Stabilization Through Aberrant Activation of Wnt/beta-Catenin Signaling Promotes Intestinal Tumorigenesis. Science Signaling. 5, 1-14.

Byung-San Moon, Hyun Yi Kim, Mi-Yeon Kim, Dong-Hwa Yang, Jong-Min Lee, Kyung-Won Cho, Han-Sung Jung, and Kang-Yell Choi. 2011. Sur8/Shoc2 Involves Both Inhibition of Differentiation and Maintenance of Self-renewal of Neural Progenitor Cells via Modulation of ERK Signaling. Stem Cells. 29, 320-331

Ju-Yong Yoon, Kyoung-Hwa Koo, and Kang-Yell Choi. 2011. MEK1/2 Inhibitors, AS703026 and AZD6244, may be potential therapies for K-rasMutatedColorectalCancerthatisresistantto EGFR Monoclonal Antibody Therapy. Cancer Research. 71:445-453.

Dong-Hwa Yang, Ju-Young Yoon, Soung-Hoon Lee, Vitezslav Bryja, Emma R. Andersson, Ernest Arenas, Young-Guen Kwon, Kang-Yell Choi. 2009. Wnt5a is Required for Endothelial Differentiation of Embryonic Stem Cells and Vascularization via Pathways Involving Both Wnt/Beta-Catenin and PKCa. Circulation Research. 104, 372-379.

Sung-Eun Kim , Ju-Yong Yoon, Woo-Jeong Jeong, Soung-Hoo Jeon, Yoon Park, Jong-Bok Yoon ,Young Nyun Park, Hoguen Kim, and Kang-Yell Choi. 2009. H-Ras is degraded by Wnt/b-catenin signaling via b-TrCP-mediated polyubiquitination. Journal of Cell Science. 122, 842-848. (Cover paper/highlight paper)

Kang-Yell Choi., D. M. Lyons, and E. A. Elion. (1994). Ste5 thether multiple protein kinase in the MAP kinase cascade required for mating in Saccharomyces cerevisiae. Cell. 78, 499-512.

Edge-carboxylated graphene nanosheets via ball milling In-Yup Jeon et al.
(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)

그래핀 나노시트는 0차원 플러렌, 1차원 탄소나노튜브, 3차원 흑연과 같은 탄소 나노물질의 동소체로서 2차원의 벌집모양의 결정구조가 판형으로 밀집되어 있는 구조를 가지고 있으며, 이 신물질은 다양한 응용 가능성을 지니고 있어 최근 학계로부터 엄청난 관심을 일으키고 있다.
그래핀 나노시트를 제조하기 위해서는 스카치테이프를 이용한 박리법, SiC기판에 성장시키는 에피택시 성장법, 화학 증기 증착법 (CVD), 산화 흑연 (GO)의 용액 박리 등 여러 기술들이 보고되었다.
스카치테이프를 이용한 박리법이 높은 품질을 가지는 그래핀 나노시트를 발견함으로 해서 노벨상을 수상하는 영예를 안았으나 이 방법은 매우 낮은 수율로 인해 대면적의 그래핀 나노시트 필름을 제작 하는 데에는 적합하지 않다.
30 인치 이상의 대면적 그래핀 나노시트 필름이 진공 상태에서 정교하고 세심한 제조 공정인 화학 증기 증착에 의해 제조되었으나, 이 역시 제조과정이 까다롭고 고가이기 때문에 대량생산에는 적합하지 않다.
흑연을 산화하여 산화 흑연으로 제조한 후에 용액상에서 박리하여 환원시키는 제조법은 현재 널리 보고되어 있으며 전 과정이 용액 내에서 진행되며 대량생산이 용이한 장점이 있다.
그러나 흑연 층간의 강한 반데르발스(Van der Waals) 인력으로 인해 용액 박리법은 강한 산화제를 필요로 하며 또한 까다로운 여러 공정이 수반된다.
이러한 부식성의 산화제는 탄소 기저면(basal plane)에 수많은 화학적·물리적 결함을 도입해서 종종 심각한 손상의 원인이 된다.
결과적으로 이 방법은 손상된 기저면을 복구시키기 위해 산화 그래핀을 환원시켜 환원된 산화 그래핀을 만드는 것이 필수적이다.
하지만 안타깝게도 환원 과정에는 위험한 환원제가 사용되지만, 환원이 전부 일어나지도 않는다 (~70%). 환원된 산화 그래핀은 여전히 산화된 기능기와 구조적 결함을 가지고 있으므로, 추가적으로 고온에서 가열냉각 (annealing) 과정을 거쳐야 한다.
 위에 언급된 산화 그래핀 제조법의 한계점을 극복하기 위해, 본 연구팀은 드라이아이스 존재 하에서 볼밀에 의해 간편하지만 효과적·친환경적·가장자리 선택적 기능화로 산화되지 않은 흑연 제조의 새로운 방법을 보고한다.
가장자리가 카르복실화된 흑연 (edge-carboxylated graphite, ECG)은 높은 수율로 제조되며, ECG는 용액 과정에 유용한 그래핀 나노시트로서 자가 박리를 일으켜 다양한 극성 용매에 매우 잘 분산된다.
산화 그래핀과는 달리 가장자리가 선택적으로 기능화된 흑연은 기저면의 높은 결정 구조를 보호할 수 있다.
가장자리에 붙어있는 기능기들은 서로 반발하는 성질을 지니고 있기 때문에 효과적으로 흑연의 가장자리를 벌리게 되며, 이는 용매 내에서 자가 박리를 일으키게 된다.
분산된 용액은 높은 품질의 그래핀 나노시트/필름의 제조를 가능하게 한다.
그 예로 산화 그래핀보다 더 뛰어난 1214 S/cm의 전기 전도도를 가지는 대면적의 그래핀 나노시트 필름은 기판 위에 필름을 형성하고 열로 기능기를 없애므로 해서 쉽게 제조할 수 있는 대면적의 그래핀 나노시트 필름은 또한 볼밀에서 카르복실화를 위해 사용된 반응물인 드라이아이스의 사용은 대기 중의 이산화탄소 배출과 지구에서 악영향을 줄이거나 없애기 위해 이산화탄소를 포획 및 저장하기에 용이할 수 있다.
유해한 화학물질도, 까다로운 공정도 없는 새로 개발된 볼밀 공정은 매우 낮은 제조단가에서 높은 품질의 그래핀 나노시트를 대량생산으로 기존의 제조법을 능가한다. 

Trends and seasonal cycles in the isotopic composition of nitrous oxide since 1940
대기 중 산화이질소 (N2O) 동위원소의 60년 변화추세와 계절 변동성

국내 연구진의 주도하에 대기 중 산화이질소(N2O) 안정동위원소의 계절 변동성이 처음으로 밝혀졌다.
서울대학교 지구환경과학부 박선영 연구교수와 김경렬 교수 연구팀은 미국 UC Berkeley 대학 Kristie A. Boering 교수 및 호주 CSIRO 기후관측센터 L. Paul Steele 박사 연구팀과의 공동 연구를 통해 산화이질소 동위원소의 계절 주기성을 밝힘으로써, 산화이질소의 생물-지구화학 순환을 규명하는 새로운 과학적 기틀을 제시하였다.
그 연구결과는 지구과학분야 최고 권위의 학술지인 네이처 지구과학(Nature Geoscience) 3월 11일자 온라인판에  발표되었다.
 
사람들의 농업혁명을 이루어낸 질소비료가 만들어 낸 원하지 않는 부산물인 산화이질소는 지구온난화 및 기후변화와 관련된 교토의정서가 규정한 주요 온실기체이며, 성층권 오존층 파괴를 촉매하는 대기 물질이다.
과학자들은 다음 세기에는 산화이질소에 의한 오존층 파괴가 냉매로 사용되어온 CFC와 같은 할로겐화합물의 효과를 능가할 것으로 전망한다.
할로겐화합물들은 생산과 사용의 규제로 현재 감소 추세에 있지만, 산화이질소의 경우 그 대기 중 농도가 산업혁명이후 지속적으로 증가하는 추세에 있고 최근 더욱 가파르게 상승하고 있다.
산화이질소의 자연적·인위적 생성원들을 규명하고 생성원의 차이에 따른 발생량을 측정하는데 있어서 가장 큰 과학적 난제는, 산화이질소가 광분해로 소멸되는 장소인 성층권 공기의 영향을 정량적으로 밝히는 것이었다.
 
서울대 박선영 교수, 김경렬 교수 연구팀은, UC 버클리 대학, 호주 온실기체 연구팀과 함께 1940년 이후 지난 60여년 동안 이 기체의 동위원소가 변화해온 과정을 추적하는 연구를 통하여 산화이질소의 증가가 농업 생산 증대를 위한 지속적인 비료 사용에 기인한 것임을 확인하였고, 비료 사용으로 미생물에 의한 토양 내 질산화 반응 (nitrification)이 탈질산화 반응(denitrification)에 비해 더욱 활성화됨을 밝혔다.
더욱이 산화이질소 동위원소 분포가 계절에 따라 주기적으로 변화하는 것을 최초로 증명하고, 동위원소 분포 계절변동의 폭과 주기가, 산화이질소의 생성원을 규명하고 성층권에서 발생하는 광분해의 영향 정도를 밝히는 새로운 척도임을 제시하였다.
본 연구는 토양내 미생물 생태, 성층권 광화학, 성층권-대류권 상호 공기 순환, 해양내 질소 화학 및 순환, 기후학 등 광범위한 분야에 향후 미칠 학문적 영향이 인정되어 네이처(Nature) 학술자매지인 네이처 지구과학(Nature Geoscience)에  게재된 것이다.
 본 연구의 서울대팀 공동저자인 김경렬 교수는 산화이질소의 분포에 미치는 성층권 광화학의 영향을 동위원소 분석을 통해 최초로 증명하고, 이 연구 결과를 1993년 사이언스(Science)지에 게재한 바가 있다.
또한 지구환경과학부 석좌교수였던 Paul J. Crutzen 교수에게 1995년 노벨화학상을 안긴 연구 성과가 바로 산화이질소를 포함한 질소화합물들이 관여하는 오존 형성과 파괴 기작에 대한 규명이었다.
 
본 논문의 제 1저자로서 연구를 주도한 박선영 연구교수는 "세계 인구 증가에 따른 식량 및 에너지 문제는 화학비료와 생물연료(biofuels)의 사용을 가속화시킬 것이며, 이에 따라 산화이질소의 배출은 지속적으로 증가될 것"이라고 경고한다.
따라서 "산화이질소 배출규제의 근거확보를 위하여 산화이질소 동위원소 분포의 시?공간적 변동에 대한 지속적 모니터링이 필요하며, 상대적으로 연구가 미흡한 해양에서의 산화이질소 생성 및 변화에 관한 연구가, 자연계 산화이질소 순환의 완전한 이해를 위해 반드시 진행되어야한다"라고 강조한다.

4. L. Paul Steele,  Ray L. Langenfelds, Paul J. Fraser, and Paul B. Krummel (공동저자) (Paul.Steele@csiro.au; Ray.Langenfelds@csiro.au; Paul.Fraser@csiro.au; Paul.Krummel@csiro.au)
호주 기후연구센터/CSIRO 대기 및 해양 연구소 (Centre for Australian Weather and Climate Research /CSIRO Marine and Atmospheric Research) 책임 연구원
  연구 분야: 남반구 온실기체 분포 특성 및 공기 시료 장기 보존에 관한 연구. Nature 및 Science 논문 다수 게재.

5. David M. Etheridge, Dominic Ferretti, Tas.D. van Ommen, and Cathy M. Trudinger (공동저자) (David.Etheridge@csiro.au; domferretti@yahoo.com; Tas.Van.ommen@aad.gov.au; Cathy.Trudinger@csiro.au)
 호주 기후연구센터/CSIRO 대기 및 해양 연구소/타스마니아 대학 (Centre for Australian Weather and Climate Research /CSIRO Marine and Atmospheric Research/University of Tasmania) 책임 연구원
  연구 분야: 극지방 빙핵 및 firn에 포집된 과거 공기시료에서의 온실기체 연구

● 학    력

▶1977 ∼ 1981       서울대학교 학사 (화학 전공)
▶1981 ∼ 1983       한국과학기술원 석사 (물리화학 전공)
▶1986 ∼ 1991       Univ. of North Carolina at Chapel Hill 박사 (분석화학 전공)

● 경    력

▶2011 ∼ 현재
▶2004 ∼ 2011
▶1993 ∼ 2004
▶2010 ∼ 현재
▶2010 ∼ 현재
▶2012 ∼ 현재
▶2008 ∼ 현재
인하대학교 화학과 (Inha Fellow Professor)
인하대학교 화학과 (교수)
한림대학교 화학과 (교수)
Asian Journal of Atmospheric Environment (편집장)
X-Ray Spectrometry (편집위원)
한국대기환경학회 (부회장)
한국환경분석학회 (부회장)

● 주요업적 : 대기 미세입자의 측정 분석 기술 개발 및 응용
□ 대기 미세입자의 특성을 명확히 규명할 수 있는 새로운 단일입자 분석 기술을 개발하고 다양한 대기 환경에서의 대기 입자의 물리화학적 특성을 규명
□ 대기입자 특성 분석 분야에서 세계적인 선도 연구를 수행해 왔으며, 대기입자 특성을 명확히 규명함으로써 지구 기후 변화 및 인체 건강에 미치는 영향을 파악하는데 크게 기여

압전 에너지 발전소자는 기존의 태양전지, 풍력, 연료전지등과 같은 친환경 에너지와 달리 주변에 존재하는 미세진동이나 인간의 움직임과 같은 소모성의 기계적 에너지를 전기에너지로 무한히 추출할 수 있는 새로운 개념의 친환경에너지 발전소자로서 자연계에 존재하는 미소에너지원을 활용할 수 있는 장점이 있다. 

전 세계적으로 압전 에너지 발전소자의 출력 향상을 통해 차세대 에너지원으로서의 응용을 위한 실용화 연구가 활발히 진행되고 있지만, 여전히 낮은 출력을 나타내고 있다. 그 중 무기물 압전 반도체를 기반으로 한 압전 에너지 발전소자의 경우, 무기물 압전 반도체 내부에 존재하는 자유전자가 기계적 응력에 의해 발생되는 압전 포텐셜을 감소시켜 압전 효율이 감소하는 것으로 알려져 있다. 

이번 연구는 무기물 압전 반도체 내부에 존재하는 자유전자를 효과적으로 제거하여 고효율의 압전 에너지 발전소자를 구현하기 위한 효과적인 방법으로, n형의 무기물 압전 반도체 물질인 산화아연(ZnO)과 p형의 P3HT(Poly(3-hexylthiophene))를 나노구조로 제어·접합시켜, P3HT 내부에 존재하는 정공과 산화아연 내부에 존재하는 자유전자를 결합시켜 제거하고, 추가적으로 압전 포텐셜에 의한 유·무기물 계면에서 페르미준위(Fermi Level)의 변화를 유도하여 압전 효율을 크게 증가시켰다.
뿐만 아니라 출력향상을 위해 전도성 폴리머인 PCBM(phenyl-C61-butyric acid methyl ester)과 P3HT를 섞어 압전 포텐셜에 의해 추가적인 전하가 공급될 수 있도록 소자를 설계하여 압전 출력을 대폭 향상시켰다.
유·무기물 하이브리드 구조를 이용한 압전 에너지 발전소자는 기존 무기물 압전 반도체만을 이용한 압전 에너지 발전소자와 비교하여 0.068%의 기계적 응력 하에서 압전 전압 및 전류밀도가 각각 18배(1.45V), 3배(6.05μA/cm2)로 증가하였고, 에너지 변환효율이 0.5%에서 18%로 36배(0.88W/cm3) 이상 대폭 증가되었다.
이러한 결과를 바탕으로 연구팀은 배터리와 같은 외부의 전력공급원 없이 유·무기물 하이브리드 구조를 이용한 압전 에너지 발전소자만으로 적색, 녹색, 청색 발광다이오드(LED)를 구동시킴으로써 차세대 에너지 기술 분야에서 획기적인 결과를 거둔 것으로 평가받고 있다.

그림 2. n형 무기물 압전 반도체인 산화아연(ZnO)과 P형 P3HT 기반 유·무기물 하이브리드 구조의 압전 에너지 발전소자의 구조(a) 및 에너지 발전 메커니즘(b), 측정된 압전 전압(c), 전류밀도(d)

그림 3. n형 산화아연과 P3HT:PCBM 기반 유·무기물 하이브리드 구조의 압전 에너지 발전소자의 구조 및 에너지 발전 메커니즘(a), 측정된 압전 전압(b), 전류밀도(c)

그림 4. 유·무기물 하이브리드 구조 기반 압전 에너지 발전소자의 직·병렬 연결에 통한 측정 전압(a), 전류밀도(b) 및 LED 적색, 녹색, 청색 발광다이오드(LED) 구동

3. 경력사항
○ 2004년 ~ 2005년 : University of Cambridge, Research Associate 
○ 2005년 ~ 2009년 : 금오공과대학교 전임강사, 조교수
○ 2009년 ~ 현  재 : 성균관대학교 신소재공학부 조교수, 부교수

4. 주요연구업적
○ "Large-Scale Synthesis of High-Quality Hexagonal Boron Nitiride Nanosheets for Large-Area Graphene Electronics", K. H. Lee, H. J. Shin, J. Y. Lee, I. Y. Lee, G. H. Kim, J. Y. Choi, and S.-W. Kim, Nano Lett., 12, 714 (2012)
○ "Controlled Growth of Semiconducting Nanowire, Nanowall, and Hybrid Nanostructures on Graphene for Piezoelectric Nanogenerators", B. Kumar, K. Y. Lee, H.-K. Park, S. J. Chae, Y. H. Lee, and S.-W. Kim, ACS Nano, 5, 4197 (2011)
○  "Sound-Driven Piezoelectric Nanowire-Based Nanogenerators", S. N. Cha, J.-S. Seo, Seong Min Kim, H. J. Kim, Y. J. Park, J. M. Kim, and S.-W. Kim, Adv. Mater., 22, 4726 (2010)
○  "Fully Rollable Transparent Nanogenerators Based on Graphene Electrodes", D. Choi, M.-Y. Choi, W. M. Choi, H.-J. Shin, J.-S. Seo, J. Park, S.-M. Yoon, S. J. Chae, Y. H. Lee, S.-W. Kim, J.-Y. Choi, S. Y. Lee, and J. M. Kim, Adv. Mater., 22, 2187 (2010)
○ "Mechanically Powered Transparent Flexible Charge-Generating Nanodevices with Piezoelectric ZnO Nanorods", M.-Y. Choi, D. Choi, M.-J. Jin, I. Kim, S.-H. Kim, J.-Y. Choi, S. Y. Lee, J. M. Kim, and S.-W. Kim, Adv. Mater., 21, 2185 (2009)

3. 경력사항
○ 2006년 ~ 2006년 : 포항공과대학교 시스템바이오다이나믹스 센터 박사후 연구원
○ 2007년 ~ 2008년 : University of California at Berkeley (UC-Berkeley), Bioengineering, Berkeley Sensor and Actuator Center (BSAC), Biomolecular Nanotechnology Center (BNC) 박사후 연구원
○ 2008년 ~ 2010년 : 삼성종합기술원, Flexible Electronics Group 전문연구원
○ 2010년 ~ 현  재 : 경희대학교 기계공학과 전임강사, 조교수

4. 주요연구내용
○ "Control of naturally coupled piezoelectric and photovoltaic properties for multi-type energy scavengers", D. Choi, K. Y. Lee, M. J. Jin, S. G. Ihn, S. Y. Yun, X. Bulliard, W. Choi, S. Y. Lee, S.-W. Kim, J. Y. Choi, J. M. Kim, Z. L. Wang, Energy Environ. Sci., 4, 4607 (2011)
○  "Charge-Generating Mode Control in High-Performance Transparent Flexible Piezoelectric Nanogenerators", H.-K. Park, K. Y. Lee, J.-S. Seo, J.-A. Jeong, H.-K. Kim, D. Choi, and S.-W. Kim, Adv. Funct. Mater., 21, 1187 (2011)
○  "Fully Rollable Transparent Nanogenerators Based on Graphene Electrodes", D. Choi, M.-Y. Choi, W. M. Choi, H.-J. Shin, J.-S. Seo, J. Park, S.-M. Yoon, S. J. Chae, Y. H. Lee, S.-W. Kim, J.-Y. Choi, S. Y. Lee, and J. M. Kim, Adv. Mater., 22, 2187 (2010)
○ "Self-organized Hexagonal Nanopore SERS", D. Choi, Y. Choi, S. Hong, T. Kang, and L. P. Lee, Small, 6, 1741 (2010)
○ "Additional Amplification of SERS via Optofluidic CD-based Platform", D. Choi, T. Kang, H. Cho, Y. Choi and L. P. Lee, Lab on a Chip, 9, 239 (2009)

3. 경력사항
○ 2011년 ~ 현  재 : 교육과학기술부, 한국연구재단 글로벌박사펠로우쉽(Global Ph.D. Fellowship) 선정·수행 중

4. 주요연구내용
○ "Controlled Growth of Semiconducting Nanowire, Nanowall, and Hybrid Nanostructures on Graphene for Piezoelectric Nanogenerators", B. Kumar, K. Y. Lee, H.-K. Park, S. J. Chae, Y. H. Lee, and S.-W. Kim, ACS Nano, 5, 4197 (2011)
○ "Control of naturally coupled piezoelectric and photovoltaic properties for multi-type energy scavengers", D. Choi, K. Y. Lee, M. J. Jin, S. G. Ihn, S. Y. Yun, X. Bulliard, W. Choi, S. Y. Lee, S.-W. Kim, J. Y. Choi, J. M. Kim, Z. L. Wang, Energy Environ. Sci., 4, 4607 (2011)
○ "Charge-Generating Mode Control in High-Performance Transparent Flexible Piezoelectric Nanogenerators", H.-K. Park, K. Y. Lee, J.-S. Seo, J.-A. Jeong, H.-K. Kim, D. Choi, and S.-W. Kim, Adv. Funct. Mater., 21, 1187 (2011)
○ "Piezoelectric touch-sensible flexible hybrid energy harvesting nanoarchitecture", D. Choi, K. Y. Lee, K. H. Lee, E. S. Kim, S. Y. Lee, S.-W. Kim, J.-Y. Choi, and J. M. Kim, Nanotechnology. 21, 405503 (2010)

A role for O-GlcNAcylation in setting circadian clock speed Kim, E.Y. et al. (Genes and Development - 2012. 3.1. 출판)

이 지구상에 존재하는 모든 생명체들은, 생체시계를 통하여 지구의 자전결과 나타나는 낮/밤의 변화, 그리고 더 나아가서는 일 년을 주기로 나타나는 계절의 변화를 미리 예측하고 이에 맞게 행동할 수 있게 되었다. 
따라서 인간의 수면/기상 주기와 같은 여러 가지 행동 및 생리적인 현상 등이 24시간의 주기를 갖는 생체리듬을 나타낸다.

생체시계의 분자생물학적인 작용 기전은 아주 하등한 단세포 동물로부터 사람에 이르기 까지 종간 진화적 보존성이 매우 높은데 특히 사람을 포함하는 포유류의 생체시계에 관한 이해는 초파리를 모델로 한 일련의 연구로부터 가능하였다.
전사인자인 dCLOCK (dCLK)과 CYCLE (CYC) 단백질이 dPERIOD (dPER)와 TIMELESS (TIM) 단백질의 발현을 촉진하고 dPER 단백질은 TIM 단백질과 이합체 (dimer)를 이루어 dCLK과 CYC의 활성을 저해하여 자신의 발현을 억제함으로써 생체시계 유전자 및 생체시계의 조절을 받는 유전자의 발현이 진동 (oscillation) 하도록 하는 Tranascriptional/Translational Feedback Loop (TTFL)이 생체시계 작동의 분자적 기전이다.
특히 dPER 단백질은 많은 Ser/Thr 잔기에서 시간에 따라 인산화가 조절되고, 그 결과 dPER 단백질의 양, 활성, 그리고 핵 안으로의 이동 등이 조절됨으로써 생체시계 시스템에서 시간을 알려주는 분자적 지표로 인식되고 있다.

앞서 언급한 TTFL에 의해 생체시계 유전자들이 24시간의 주기를 가지고 발현이 진동 (oscillation) 하기 위해서는 dPER 단백질이 합성된 후 바로 dCLK/CYC의 활성을 억제하지 않고 어느 정도 시간이 경과한 후 dCLK/CYC의 활성을 억제하는 것이 필요하다.
따라서 dPER 단백질이 합성된 후 세포질에서 어느 정도 머물러 있다가 특정 시간에 핵 안으로 이동하도록 조절하는 것이 동물이 24시간의 생체리듬을 갖도록 하는데 중요한 조절 기전이 될 것임이 제시되어 왔으나 어떤 시그널이 dPER가 일정 시간 동안 세포질 안에 머무르도록 하는지에 대해서는 알려진 바가 없었다.
본 연구에서는 단백질의 O-GlcNAc 수식화가 Ser/Thr 잔기에 일어나고 인산화와 다양한 상호작용을 통해 단백질의 활성을 조절한다는 사실에 기반을 두어 O-GlcNAc 수식화가 생체시계의 작동에 영향을 미칠 수 있는지 조사하여 본 결과, dPER 단백질이 O-GlcNAc 수식화될 수 있음을 처음으로 밝혔다.
더욱이 초파리를 이용한 다양한 유전학적인 연구기법을 이용하여 O-GlcNAc 수식화가 dPER 단백질의 안정성 및 핵 안으로 이동하는 타이밍을 조절함으로써 생체시계가 24기간의 주기를 유지할 수 있도록 한다는 것을 개체수준에서 입증하였다.

매우 흥미롭게도 초파리에서 dPER 단백질의 O-GlcNAc 수식화는 시간에 따라 조절되었다.

dPER 단백질의 O-GlcNAc 수식화가 dPER 단백질에 어떠한 영향을 미치는가, 그리고 어떠한 기전을 통하여 생체시계의 속도를 조절하는가를 조사해 본 결과 먼저 O-GlcNAc 수식화는 dPER 단백질을 안정화 시킨다는 사실을 발견하였다 (그림 3, A 와 B).
초파리 뇌에서 생체시계는 약 150개의 신경세포들에 의해서 조절되며, 특정 그룹들의 신경세포들이 생체리듬의 서로 다른 특징들을 조절하는 것으로 잘 알려져 있다.
특히 small ventral lateral neuron (sLNv)은 외부에서 오는 시간의 정보가 없을 때 초파리의 행동이 생체리듬을 유지하도록 하는데 중요한 기능을 담당한다. 이 신경세포에서 dPER 단백질의 시간에 따른 세포내 분포정도를 조사해 본 결과, ogt의 발현이 저하되어 O-GlcNAc 수식화가 적게 일어난 dPER 단백질은 합성된 후 세포질 내에 머무르지 못하고 이른 시간에 핵 안으로 이동하는 것을 확인할 수 있었고 (그림 3, C와 D), 반면에 ogt의 발현이 증가하여 O-GlcNAc 수식화가 많이 된 dPER 단백질은 오랜 시간 세포질 내에 머무르며 핵 안으로 이동이 더뎌지는 것을 확인할 수 있었다.
이는 생체시계 세포에서 ogt의 발현 정도에 따라 생체리듬의 주기가 빨라지거나 느려지는 것과 일치하는 결과이다.

O-GlcNAc 수식화의 기질이 되는 UDP-GlcNAc 이 포도당으로부터 만들어지기 때문에 단백질의 O-GlcNAc 수식화는 세포에서 영양 상태를 감지하는 시그널로 알려져 있다. 생체시계는 빛 자극 뿐 아니라, 영양/대사에 의해서도 영향을 받는 것이 잘 알려져 있다.
본 연구에서 생체시계의 핵심 단백질인 dPER 단백질이 O-GlcNAc 수식화에 의해 조절되고, 이러한 조절이 생체시계의 속도를 바꿀 수 있음을 밝혀냄으로써 영양/대사에 의해 생체시계가 조절 되는 신호체계를 이해하는데 실마리를 제공하였는데 매우 의의가 크다고 하겠다.

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4. 주요성과 
1.  Kim, E.Y.*, Jeong, E.H., Park, S., Jeong, H.J., Edery, I., Cho, J.W.* (2012) A role for O-GlcNAcylation in setting circadian clock speed. Genes Dev. 26(5):490-502 (*Co-corresponding author)
2.  Sun, W.C., Jeong, E.H., Jeong, H.J., Ko, H.W., Edery, I., Kim, E.Y. (2010) Two distinct modes of PERIOD recruitment onto dCLOCK reveal a novel role for TIMELESS in circadian transcription. J. Neurosci. 30(43):14458-69.
3.  Ko, H.W. *, Kim,E.Y.*, Chiu,J., Vanselow,J.T., Kramer,A., Edery,I. (2010) A hierarchical phosphorylation cascade that regulates the timing of PERIOD nuclear entry reveals novel roles for proline-directed kinases and GSK-3beta/SGG in circadian clocks. J. Neurosci. 30(38):12664-75. (*Co-first author)

2. 학력사항
  1977.3 - 1982.2   연세대학교 생물학과 학사   
  1982.3 - 1984.2  연세대학교 생물학과 석사  
  1987.3 - 1993.1  Univeraity of California, Davis PhD 

3. 경력사항
  1993.2 - 1996.2   SUNY Stony Brook 박사후연구원  
  1996.3 - 현재 연세대학교 시스템생물학과/융합오믹스 의생명과학과 교
  현재            융합오믹스 의생명과학과 학과장, 한국당과학회 회장, 한국분자세포생물학회 교육위원장, International Glycoconjugates Organization 한국대표, 4th ACGG Symposium 조직위원장, 24th International Symposium on Glycoconjugates 조직위원장 
4. 주요성과
1. Won Ho Yang, Ji Eun Kim, Hyung Wook Nam, Jung Won Ju, Hoe Suk Kim, Yu Sam Kim, and Jin Won Cho (2006) Modification of p53 with O-linked N-acetylglucosamine regulates p53 activity and stability. Nature Cell Biology 8: 1073-1084
2. Won Ho Yang, Sang Yoon Park, Hyung Wook Nam, Do Hyun Kim, Jeong Gu Kang, Eun Seok Kang, Yu Sam Kim, Hyun Chul Lee, Kwan Soo Kim, and Jin Won Cho (2008) NFκB activation is associated with its O-GlcNAcylation state under hyperglycemic conditions. P Natl Acad Sci USA 105:17345-17350
3. Sang Yoon Park, Hyun Sil Kim, Nam Hee Kim, Suena Ji, So Young Cha, Jeong Gu Kang, Ichiro Ota, Keiji Shimada, Noboru Konishi, Hyung Wook Nam, Soon Won Hong, Won Ho Yang, J?rgen Roth, Jong In Yook, Jin Won Cho (2010) Snail1 is stabilized by O-GlcNAc modification in hyperglycemic condition. EMBO J 29, 3787-3796

최근  Embryonic stem cells (ESCs) 특이적인 전사인자를 이용하여 체세포를 ESCs과 동일한 상태 즉 유도만능줄기세포 (induced pluripotent stem cells, iPSCs)로  reprogramming이 가능하게 되었다.
그러나 특정 체세포에서 특이적으로 발현하는 전사인자들을 도입, 전혀 다른 형질을 가진 adult stem cells로의 직접 리프로그래밍 여부는 아직 알려진 바 없다.
최근 분화된 체세포에 reprogramming 유전자 (Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc) 또는 세포 특이적인 전사유전자들을 적용하여 신경세포, 심근세포, 혈액전구세포, 간세포, 외배엽줄기세포로의 직접 리프로그래밍의 유도가 성공적으로 이루어졌다.
기존의 연구에 따르면, 신경세포 특이적인 전사유전자 및 microRNA를 적절히 조합하여 생쥐와 인간의 fibroblast를 다양한 신경세포로 직접 리프로그래밍이 가능함이 밝혀졌다.

이러한 유도신경세포 (induced neurons, iN cells)는 신경세포와 유사한 유전자 발현 양상은 물론 활동전위를 발생시킬 수 있었으며 이 결과는 체외에서 직접 리프로그래밍을 통해 생산된 유도신경세포가 체내 유래 신경세포와 기능적으로도 매우 유사하다는 것을 보여준다.
그러나 자기재생능 (self-renewal) 없는 유도신경세포는 체외에서 일정기간 이상 배양이 어렵고 따라서 충분한 양의 세포를 확보할 수 없기 때문에 직접 리프로그래밍에 관여하는 분자 세포학적 기전을 이해하기 어렵고 나아가 세포치료에 필요한 충분한 양의 세포를 얻어내는 것이 현실적으로 불가능하다.
현재까지 가장 잘 알려진 성체줄기세포인 신경줄기세포 (Neural stem cells; NSCs)는 자기재생능은 물론 신경세포 (neurons), 성상세포 (astrocytes), 희돌기교세포 (oligodendrocytes) 로의 분화능력을 갖추고 있다.
따라서 섬유아세포의 신경줄기세포로의 직접 리프로그래밍은 궁극적으로 신경세포뿐만 아니라 신경 관련 세포들을 대량 확보할 수 있는 기술로 적용 가능하다.
본 연구진은 신경줄기세포 특이적인 전사유전자와 줄기세포 특이적 전사유전자를 적절히 조합하여 fibroblast를 기능성을 구비한 유도신경줄기세포 (induced neural stem cells, iNSCs)로 직접 리프로그래밍에 성공하였다.

iNSCs는 뇌 조직에서 유래된 신경줄기세포와 형태학적 특성, 자기재생능, 후생학적 상태, 체내와 체외 분화능에서 매우 유사하였다.
또한 본 연구진은 fibroblast에서 iNSCs로의 직접 리프로그래밍이 체세포 특이적인 유전자의 발현이 시간이 지남에 따라 비활성화되는 점진적 방식 (gradual process)으로 이루어짐을 발견하였다.
따라서 이 연구결과는 체세포를 실질적으로 자기재생능과 정상적인 기능성을 겸비한 성체줄기세포로의 직접 리프로그래밍을 유도한 첫 번째 연구사례로 사료된다.

2. 학력
  1994-2001  건국대학교 학사 (축산학)
  2001-2003  건국대학교 석사 (가축번식학)
  2005-2008 건국대학교 박사 (생명공학)
     
3. 경력사항
  2008 - 2011  독일 Max Planck 연구소, 박사후 연구원
  2011 - 현재  건국대학교, 총장석학교수
  2011 - 현재  건국대학교 의학전문대학원 줄기세포교실 부교수
 
4. 전문 분야 정보
  - 연구 분야
   1) 생쥐의 배아줄기세포와 외배엽줄기세포, 인간 배아줄기세포를 기반으로 하는 전분화능의 기작에 대한 연구
   2) 유도만능줄기세포의 생산과 역분화 기전에 대한 연구
   3) 유도만능줄기세포를 이용한 신약개발과 질병발생 기작에 대한 연구
   4) 체세포를 다른 형태의 체세포 혹은 성체줄기세포로 직접 리프로그래밍을 유도하기 위한 연구
   5) 직접 리프로그래밍 기법을 이용 임상수준의 유도만능줄기세포와 성체줄기세포의 생산에 대한 연구
   6) 역분화 과정과 생식세포의 발달, 분화과정 그리고 개체의 발달과정에서 수반되는 후생유전학적 리프로그래밍의 기작에 대한 연구

- 수행 과제
   2011-현재 : 교육과학기술부(한국연구재단) 일반연구자지원사업(우수신진연구)
   2011-현재 : 교육과학기술부(한국연구재단) 원천기술개발사업 (바이오.의료기술개발사업)
- 연구 논문
   SCI 및 SCI(E) 28편

Coherent control of collective atom phase for ultralong, inversion-free photon echoes
B. S. Ham (Phys. Rev. A Rapid Communications. USA - 2012. 4. 1 출판)

무어의 법칙에 기초하여 지난세기를 이끌어 온 현대문명의 해심동력인 전자컴퓨터는 단위소자의 처리속도에서 볼 때, 그 기술적 진보는 사실상 멈추었다 해도 과언이 아니다.
무어의 법칙에 따른 나노기술의 발전은 결국 스스로를 파괴할 수밖에 없는 양자세계로 향하고 있어 양자현상은 더 이상 피할 수 없는 디지털 시대의 딜레마였다.
한편, 1995년 쇼어의 양자컴퓨팅 알고리즘은 양자역학에 기초한 미래 양자기술 발전을 추동시켰으나, 17년이 지난 현재 겨우 10여개의 양자큐빗을 구현하는데 그쳐 양자컴퓨팅에 대한 근본적인 회의가 생겨나고 있다.
그러나 아프리카 오지까지 보급되는 인터넷의 확장과 아이폰의 등장으로 촉발된 무선통신용량의 폭발적 증가세는 조만간 고전통신으로는 도저히 감내해낼 수 없는 지경에까지 내 몰릴 것이 확실시된다.
양자정보의 기술적 발전은 "더 빠르게"라는 무어의 법칙에서 "더 많이"와 "더 안전하게"라는 미래기술의 진보를 요청하고 있다. 즉, 고전적 통신용량의 한계를 극복할 대안으로 한 펄스에 여러 개의 양자정보를 중첩하여 전송하는 양자통신과 무조건적 보안에 기초한 양자암호는 이미 시대의 화두가 되어버린 셈이다.
 
양자통신은 고전적 디지털통신과 마찬가지로 전송거리에 한계(약 100km)가 있다. 고전통신에서 전송거리의 한계를 중계기 혹은 증폭기를 사용하여 무한거리로 확장할 수 있듯이, 양자통신에서는 양자리피터를 사용하여 극복하게 된다.
이 양자리피터에 있어 핵심소자는 양자메모리인데, 장거리 양자통신을 위해 필요한 양자메모리의 저장시간은 최소 1초로 알려져 있다.
불행하게도 현재까지의 관측된 양자메모리 저장시간은 1초보다 훨씬 짧으며 그 원리적 한계는 천분의 일초 정도에 불과한 스핀위상전이시간이다. 결국 물리학적 원리 극복 없이는 장거리 양자통신의 실용화는 요원한 셈이다.
 
인하대학교 함병승 교수는 이미 2009년 네이처 포토닉스에 장거리 양자통신을 가능케 하는 장시간 양자메모리 프로토콜을 제안한 바 있다.
이 양자메모리 프로토콜은 라만에코에 '광잠금(optical locking)'이란 독특한 방식을 적용한 것으로서 그 저장시간이 수 시간까지 연장될 수 있는 획기적인 것이었으나, 스핀에코를 광신호로 치환하는 부가적 과정과 광밀도역전(population inversion)에 따른 자발방출/자극방출로 인한 양자소음(quantum noise) 문제를 내포하고 있었다. 
 
2011년 함병승 교수는 '이중재위상'방식을 최초로 포톤에코에 적용하여 양자소음문제를 해결하였으며, 2012년 이를 '광잠금'과 결합하여 양자메모리 저장시간은 스핀밀도전이시간, 즉 수 시간까지 가능하고 밀도재역전(이중재위상)으로 인해 양자소음이 제거된 새로운 양자메모리 프로토콜을 제안하였다.
이에 따르면, 양자광신호의 다중양자모드 즉 다중양자광정보의 동시적인 장시간 저장이 가능하여 비로소 장거리 양자통신이 실용화될 수 있는 전기를 마련하였다.
본 논문은 2012년 4월 1일자 미국 물리학회 저널 Phys. Rev. A의 Rapid Communications에 게재될 예정인데, Rapid Communications은 PRL과 더불어 양자광학분야 최고의 논문으로 인정받는다.

3. 경력사항
 ○ 1996-1999 : 미국 MIT 및 공군연구소 박사후연구원
 ○ 1999-2003 : 한국전자통신연구원 선임연구원
 ○ 2000-2003 : 과기부지정 창의연구단장 (양자정보처리연구단) 및 한국전자통신연구원 팀장
 ○ 2003-2008 : 인하대학교 정보통신대학원 부교수
 ○ 2006-현재 : 교과부, 연구재단 지정 리더연구자지원사업 창의연구단장 (광양자정보처리연구단)
 ○ 2008-현재 : 인하대학교 전기공학부 교수
 ○ 2011-현재 : 인하대학교 인하펠로우 교수 (IFP)

4. 주요 연구 업적 및 수상
  ○ 1997 : 고체에서 전자기유도투과 최초 관측 (PRL게재 및 Science News에 보도)
  ○ 2002 : 고체에서 느린빛/정지빛 최초 관측 (PRL게재 및 Nature News에 보도)
  ○ 2009 : 장시간 양자메모리 프로토콜 제안 (Nature Photonics 게재)
  ○ 2010 : 교과부, 연구재단 이달의 과학기술자상 수상
  ○ 2010 : 인천시 과학기술대상 수상
  ○ 2010 : 기초연구우수성과 100선