우리얘기

산호들은 산호초를 만들어 해안을 보호하고, 주거지를 만들며, 풍부한 해산물을 공급하고, 신약물질을 제공하며, 막대한 관광산업 수입을 올리게 하는 매우 중요한 해양생물이다.
이로 인하여 전 세계적으로 약 5억 명이 산호 관련 산업에 종사하고 있으며, 연간 생산액이 약 400조에 이르는 것으로 알려져 있다.
또한 그동안 산호에 관한 국제학술지 논문이 70만 편 이상 출판될 정도로 가장 많은 주목을 받아 온 해양생물 중 하나이다.

산호는 자신의 몸 안에서 서식하는 공생미세조류인 심바이오디니움(Symbiodinium)으로부터 자신이 필요한 에너지의 80-90%를 얻는다.
산호는 주로 빈영양화 해역에서 사는데, 영양염 농도가 높아질 경우 대형해조류들이 대량 번식하여 산호를 죽이기 때문이다.
이 심바이오디니움은 산호 안에 있다가 밖으로 나가 돌아다니기도 하는데,  이러한 빈영양 환경은 심바이오디니움이 광합성을 하는데 매우 불리한 조건이다.
그 동안 과학자들은 '식물인 심바이오디니움이 광합성에 불리한 환경에서 대량으로 존재하며 산호초를 건강하게 유지하게 하는' 역설(paradox)을 풀기위하여 많은 노력을 해왔다.

본 연구팀은 심바이오디니움이 빈영양화 상태에서 세균이나 다른 미세조류를 포식하면서 대량번식 할 수 있음을 밝혀, 산호의 생태생리 연구 중 가장 어려운 난제를 풀게 되었으며, 앞으로 백화현상으로 파괴된 산호초를 복원하는데 큰 기여를 할 것으로 판단된다.

<정해진 교수>

3. 경력사항
  ○ 1995년02월~1995년08월 : 미국 스크립스 해양연구소 박사후연구원
  ○ 1995년09월~2003년08월:  군산대학교 해양학과 전임강사/조교수/부교수
  ○ 2003년09월~현재 : 서울대학교 지구환경과부 부교수/교수
  ○ 2006년06월~2009년07월 : 융합기술원 환경에너지자원연구소 소장
  ○ 2008년06월~현재 : Harmful Algae (Elsevier), Editor
  ○ 2010년06월 ~ 현재 : 교과부-연구재단 해양극지 (해양바이오 기초원천 기술개발사업-해양공생생물 유전체 연구단) 세부연구책임자

4. 주요연구업적
  ○ 2012 교육과학기술부 장관표창
  ○ 2011 2011년도 기초연구사업 우수평가자 100인 선정
  ○ 2011 한국해양과학기술진흥원 공로상
  ○ 2002 제12회 과학기술우수논문상

5. 출판
  ○ SCI급 국제전문학술지 논문 64편 게재
  ○ 국내특허등록 6건, 해외특허출원 2건

1. 배경

분자전자소자(molecular electronics) 분야는, 단일 분자를 이용하거나, 소자의 중심 역할을 하는 활성층이 단 분자 단위로 만들어진 분자박막을 이용한 전자소자에 대한 연구 분야이다.
분자전자소자가 폴리머(polymer) 물질을 기본으로 하는 유기전자소자(organic electronics)와의 차별 점은 분자전자소자의 경우는 단일 분자 단위를 갖는 방향으로 전기장이 가해지므로 분자 내의 분자 궤도에 영향을 주어 분자의 특성을 변화시키고 이를 이용한 소자의 구동이 가능하다는 점이다.
그리고 분자를 이용할 경우, 그 크기와 기능면에서 대량 공정과 소자의 집적화의 부분에서 기존의 반도체 소자에 비해 유리한 장점이 있다.
현재까지 분자전자소자 연구는, 단단한 기판 위(예를 들어, 실리콘 기판)에서의 제작 공정을 거쳐, 전기적 신호의 분석을 통해 물성에 대한 이해와  이론을 바탕으로 다양한 소자로의 적용에 대한 연구가 진행되어 왔다.
하지만, 본 연구진은 이러한 전통적인 연구 관점에서 벗어나, 유기 물질의 유연한 물리적 특성을 이용하여, 2 nm 정도의 두께를 가지는 초박막 단분자박막을 이용한 분자전자소자를 제작하였다.
그리고 제작된 분자전자소자의 다양한 구부러진 상태에서의 전하수송 특성 및 그 메커니즘을 규명하였으며, 나아가 유연전자소자(flexible electronics) 연구 분야에 무한한 접목 가능성과 연구적 가치의 중요성을 제시하였다.

2. 연구결과

유연한 분자전자소자의 모식도

그림 1(a) 는 유연한 분자전자소자 개략도를 보여준다. 소자의 제작공정은 아래의 표 1처럼 유연한 분자전자소자 제작 공정에 설명되어 있다. 총 512개의 소자가 가로 3 cm × 세로 3 cm 크기의 플렉시블 기판에 만들어 졌으며 그림 1(b)에 실제 소자 사진이 포함되어 있다.

유연한 분자소자의 휨 상태에서의 전하수송 특성

그림 2는 분자 소자의 bending test에 대한 데이터이다.
분자 소자가 인장 또는 압축 응력을 받았을 때의 전기적 신호를, 분석을 통하여 소자의 휨 환경에서의 안정성을 규명 하였다.
구부러진 상태에서 온도 변화에 따른 전기 신호를 분석함으로써, 분자의 전자 전달 경로(tunnelling)가 구부러진 상태에서도 유지됨을 알 수 있다.

다양한 휨 상태에서의 분자 소자의 안정성

그림 3으로부터, 매우 극심한 환경이나 다양한 휨 환경에서의 소자 안정성을 확인 할 수 있다.
그림 3(a)에서 볼 수 있듯이 아주 작은 이쑤시개에 감겨진 상태에서도 약 10,000 초(약 2시간 30분) 동안 소자의 성능 저하는 볼 수 없었으며, 그림 3(b)에서 한 축을 돌리거나(각도 > 35°), 혹은 그림 3(c)에서처럼 유리 막대에 사선 형으로 감겨져 있는 상태에서도 소자의 성능은 꾸준한 견고함을 보여 주었다.

2. 학력
  ○ 1992 :  서울대학교 물리학 학사
  ○ 1994 :  서울대학교 물리학 석사
  ○ 2000 :  미국 퍼듀대학교 물리학 박사

3. 경력사항
○ 2000년 ~ 2004년 : 미국 예일대학교 박사후연구원
○ 2004년 ~ 2011년 :  광주과학기술원 신소재공학과 조교수/부교수/교수
○ 2011년 ~현재 : 서울대학교 물리천문학부(물리학전공) 부교수
○ 2007년 ~ 2012년 6월 : 교과부?연구재단 중견연구자(도약연구) 연구책임자
○ 2012년 5월 ~ 현재 : 교과부?연구재단 리더연구자(창의적연구) 연구책임자

4. 주요연구업적
○ 연구 분야 :
- 분자전자소자
- 유기물 기반 메모리 소자
- 반도체 나노와이어 기반 전자소자 및 그래핀 전극 기반 광전자 소자

○ 주요 연구업적 :
1.  Hyunwook Song et al. "Observation of Molecular Orbital Gating", Nature 462, 1039-1043 (2009) (issue of December 24, 2009).
2.  Gunuk Wang et al. "New approach for molecular electronic junctions with multi-layer graphene electrode", Advanced Materials, 23, 755 (2011). Cover Picture Article.
3.  Sangchul Lee et al. "Enhanced Charge Injection in Pentacene Field Effect Transistors with Graphene Electrodes ", Advanced Materials, 23, 100 (2011).
4.  Yongsung Ji et al. "Stable switching characteristics of organic non-volatile memory on a bent flexible substrate", Advanced Materials, 22, 3071 (2010). Cover Picture Article.
5.  Byungjin Cho et al. "Rewritable Switching of One Diode?One Resistor Nonvolatile Organic Memory Devices", Advanced Materials, 22, 1228 (2010). Cover Picture Article.
6.  Sunghoon Song et al. "Three-dimensional integration of organic resistive memory devices", Advanced Materials, 22, 5048-5052 (2010). Cover Picture Article.
7.  Gunho Jo et al. "Hybrid Complementary Logic Circuits of One-Dimensional Nanomaterials with Adjustment of Operation Voltage", Advanced Materials, 21, 2156 (2009). Cover Picture Article
8.  Gunuk Wang et al. "Enhancement of field emission transport by molecular tilt configuration in metal-molecule-metal junction", J. Am. Chem. Soc. 131, 5980 (2009).
9.  Woong-Ki Hong et al. "Tunable Electronic Transport Characteristics of Surface Architecture-Controlled ZnO Nanowire Field Effect Transistors", Nano Lett. 8, 950 (2008) and about 140 more papers.

* Detailed publication list can be found at http://mnelab.com

2. 학력
 ○ 2010년 : 아주대학교 신소재공학 학사
 ○ 2011년 : 광주과학기술원 신소재공학과 석사
 ○ 2011년 ~ 현재 : 광주과학기술원 신소재공학과 박사과정
   
3. 주요발표논문 (Selected journal articles)    
1. Sungjun Park, Gunuk Wang, Byungjin Cho, Yonghun Kim, Sunghoon Song, Yongsung Ji, Myung-Han Yoon & Takhee Lee, "Flexible molecular-scale electronic devices", Nature Nanotechnology (2012)
2. Jun-seok Yeo, Jin-Mun Yun, Dong-Yu Kim, Sungjun Park, Seok-Soon Kim, Myung-Han Yoon, Tae-Wook Kim, and Seok-In Na, "Significant Vertical Phase Separation in Solvent-Vapor-Annealed Poly(3,4-ethylenedioxythiop hene):Poly(styrene sulfonate) Composite Films Leading to Better Conductivity and Work Function for High-Performance Indium Tin Oxide-Free Optoelectronics" ACS Appl. Mater. Interfaces (2012) Online publised.
3. Gunuk Wang, Seok-In Na, Tae-Wook Kim, Yonghun Kim, Sungjun Park, and Takhee Lee, "Effect of PEDOT:PSS-molecule interface on the charge transport characteristics of the large-area molecular electronic junctions", Organic Electronics 13, 771  (2012).

<한정환 교수>

2. 학력
  1978 - 1982  성균관대학교 약학대학 약학학사   
  1982 - 1984  성균관대학교 약학대학 약학석사  
  1987 - 1991  독일, Ruhr University Bochum, 이학박사
  
3. 경력사항
  1992 - 1992 독일, Ruhr University Bochum, Post-doc
  1992 - 1995 스위스, Friedrich Miescher Institute, Post-doc 
  1996 - 2006 성균관대학교 약학대학, 부교수
  1997 - 2006 경기의약연구센터, 연구기획간사
  2006 - 현재 성균관대학교 약학대학 교수
  2007 - 현재 성균관대학교 생명의약협동과정 책임교수
  2010 - 현재  교육과학기술부?한국연구재단 선도연구센터 (MRC, 에피지놈 제어 연구센터) 센터장

4. 전문 분야 정보
- 대한약학회 국제 협력위원장
- 암정복추진기획단 추진위원
- 대한약학회 국제 협력 위원장
- 중앙약사심의위원회 심의위원
  - 응용약물학회, 편집위원 
  - Archives of Pharmacal Research, 편집위원
- 한국분자생물학회 회원
- 저서: 리핀코드의 그림으로 보는 생화학, 약품생화학총정리 등

5. 주요 논문 업적
 - 1990년대 후반기부터 약 20년 동안 에피지놈 분야에서 활동하여 국제학술지(190편), 국내외학술회의(134여회) 발표를 하였음. 아래는 한정환 교수의 최근 주요 대표 논문업적 6편

1. Protein L-Isoaspartyl Methyltransferase regulates p53 Activity. Nat. Commun. Accepted (2012)
2. Myogenic transcriptional activation of MyoD mediated by replication-independent histone deposition. Proc Natl Acad Sci U S A. 108(1):85-90 (2011)
3. Depletion of embryonic stem cell signature by histone deacetylase inhibitor in NCCIT cells: involvement of Nanog suppression. Cancer Res. 69(14):5716-25 (2009)
4. Reversine increases the plasticity of lineage-committed cells toward neuroectodermal lineage. J Biol Chem. 284(5):2891-901 (2009)
5. Histone deacetylase inhibitor apicidin downregulates DNA methyl-transferase 1 expression and induces repressive histone modifications via recruitment of corepressor complex to promoter region in human cervix cancer cells. Oncogene. 27(10):1376-86 (2008)
6. Histone chaperones regulate histone exchange during transcription. EMBO J. 26(21):4467-74 (2007)

Nanopatterning of Mesoporous Inorganic Oxide Films for Efficient Light   Harvesting of Dye-Sensitized Solar Cells
Jeonghun Kim†, Jong Kwan Koh†, Byeonggwan Kim, Jong Hak Kim*, Eunkyoung Kim* 
(Angewandte Chemie International Edition, 51, 28, 6864-6869 (2012) 7월 9일 출판)

○ 전도성 고분자와 태양전지

전도성 고분자는 전기를 흐르게 하는 기능성 고분자로서 전기로 색이 변하는 디스플레이부터 높은 전도도를 이용한 전극제조, 정공 전달 특성을 통한 LED, 태양전지 등 다양한 응용분야에 사용되고 있는 스마트 재료이다.
화학적 구조 변화를 통하여 다양한 특성을 제어할 수 있으며, 연구가 활발히 진행되고 있다.
미래 에너지 생산 기술가운데, 무한한 태양 빛을 이용하는 태양전지는 자연으로부터 많은 에너지를 얻을 수 있는 기술로서, 다양한 소재, 사용 목적, 효율에 따라 많은 기술로 세분화 되며, 상용화 및 저가화를 위해 많은 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이중, 염료감응형 태양전지는 실리콘, 고분자 태양전지에 비해 제조가 쉽고, 단가가 낮으며 상대적으로 높은 효율을 갖기 때문에 미래 태양전지중의 하나로 각광받고 있다.
염료감응형 태양전지는 요오드(I2)를 포함하는 액체전해질을 주로 사용하는데, 이 액체전해질은 고온에서의 팽창으로 인한 누출 및 낮은 안정성을 갖고, 전극의 부식과 같은 심각한 문제를 유발하기 때문에, 이를 고체전해질로 대체하기위한 기술이 활발히 진행되고 있다.
본 연구진은 열에 의해 중합이 되는 높은 전도도를 갖는 전도성 고분자를 정공전달물질로 이용하여 고체태양전지를 개발하였으며, 높은 성능을 보여주었다.
본 논문에서도 전도도가 높은 전도성 고분자를 이용하여 고체전해질로 사용하였으며, 높은 효율을 보여주었다.     

○ 빛 수확기술

최근 들어 세계적으로 태양전지 개발은 동일 면적에서 더 많은 빛을 손실 없이 흡수하여더 많은 전기를 생산해 낼 수 있는 기술개발에 많은 연구가 진행되고 있다.
빛 수확기술에는 나노와이어, 나노튜브, 광결정과 같은 나노구조를 이용하거나 반사필름의 부착, 산란을 일으키는 전해질 등, 빛을 효과적으로 이용하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다.  
나노 패턴을 이용한 빛 수확기술은 실리콘 태양전지, 고분자 태양전지에서 이미 개발되어 효과를 증명하였지만, 태양전지의 큰 주축인 염료감응형 태양전지에서는 나노입자를 광전극으로 사용하고 이를 패터닝 해야 하기 때문에 어려움이 있었다. 

(그림 1) 나노패턴이 형성된 광전극 제조 방법. (a) 나노스탬프의 전자현미경 사진 및 실제 사진 (b) TiO2 계면 코팅 (c) 산성 TiO2 페이스트를 이용한 TiO2 층 제조. (d) 중성 TiO2 페이스트를 코팅. (e-g) 나노스탬프를 이용한 패터닝 공정.

본 연구에서는 PDMS 탄성체 패턴 스탬프를 이용하여 기존의 광전극 위에 간단한 방법으로 무기산화물 나노입자의 패턴을 효과적으로 제조하였다.
[그림 1] 기존의 광전극 제조에 사용되는 나노입자 코팅액은 입자간의 밀집도를 높이기 위하여 산성 물질이 들어있다. 산성을 띄는 물질은 PDMS 탄성체의 표면을 -OH 작용기로 바꾸게 되고, 이 작용기는 TiO2 나노입자 표면에 존재하는 -OH와 반응하여 결합을 하게 되는데, 패터닝 공정에서 건조 후 나노스탬프를 떼어 내는 공정에서 소수성 성질을 갖는 PDMS가 뜯기어 TiO2 표면에 남게 된다.
이는 광전극 패턴 공정 후 친수성 염료용액을 이용하여 염료를 흡착할 때 친수성 용액이 소수성 TiO2 표면을 통해 들어갈 수 가 없고 염료가 흡착되지 않아 태양전지를 제조할 수 없게 된다.
[그림 2d-e] 반면에 중성을 띄는 TiO2 코팅액은 PDMS 표면과 반응하지 않아 PDMS 잔류물 없이 떼어진다. 따라서 염료가 효과적으로 흡착되게 된다.
[그림 2b-c] 이 후에 전도성 고분자를 투입시켜 중합한 후[그림2 f-h] 최종적으로 요오드가 들어가 있지 않은 고체상 염료감응태양전지를 제조한다.[그림 2a] 

(그림 2) (a) 제조된 태양전지 구조. (b-c) 중성 페이스트로 만든 TiO2 광전극의 염료흡착실험. (d-e) 산성 페이스트로 만든 TiO2 광전극의 염료흡착. (f-h) 광전극의 나노구멍에 전도성 고분자 투입. (i) 대면적 전극 위에 나노패턴 생성 후 바로 찍은 사진. (j) 고온에서 열처리 한 후 만든 광전극. (k-l) 염료가 흡착된 빛 반사특성을 가지는 대면적 광전극.

○ 나노 패턴 및 광학적 성질

본 논문에서는 주기가 600nm 이고 패턴 사이즈가 300nm 인 나노패턴 형성을 목표로 하였으며, 최적 패턴사이즈를 빛 반사 성능을 수식으로 부터 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

(그림 3) (a) 산성페이스트로 만든 광전극 표면 전자현미경 사진. (b-c) 산성페이스트로 만들어진 광전극위에 중성 페이스트를 이용하여 만든 나노패턴 단면 및 표면 전자현미경 사진. (d-e) 그림 b-c의 확대 전자현미경 사진. (f) 나노스탬프를 재사용하여 만든 나노패턴 전자현미경 사진. (g-h) 나노스탬프의 원자현미경 사진. (i-j) 나노패턴이 형성된 광전극의 표면 원자현미경 사진.

그림 3과 같이 전자현미경과 원자 현미경을 이용하여 나노스탬프와 패턴이 형성된 나노입자를 확인하였다.
고온에서 열처리 중에 유기물이 타면서 패턴 사이즈가 원래 사이즈에서 조금 줄긴 하였지만, 주기는 600nm로 유지하고 있음을 확인하였으며, 결함 없이 나노 선 패턴이 성공적으로 형성되었음을 확인하였다.
본 연구진은 마이크로부터 수백 나노 크기의 패턴까지 다양한 크기의 패턴과 다양한 모양의 패터닝이 가능하다는 것을 실험을 통해 밝혔다.
또한 사용한 스탬프는 계속 재사용할 수 있다는 것을 확인하였으며[그림 3f], 이를 통해 대량생산 공정에도 적용 가능함을 보여주었다.

(그림 4) (a) 빛의 반사를 이용한 빛 수확기술의 모식도. (b) 나노패턴이 있는 전극과 없는 전극의 반사율 측정. (c) 제조된 염료감응태양전지의 단면 전자현미경 사진. (d) 전도성 고분자의 효과적인 침투를 확인하기 위한 염료감응태양전지의 단면 SEM-EDS 사진 (원소분석). (e) 제조된 태양전지의 전압-전류 그래프. (f) 제조된 태양전지의 양자효율 측정 그래프.

○ 태양전지의 효율 및 다양한 응용가능성

패턴이 형성된 태양전지는 패턴이 없는 태양전지보다 전류밀도가 40% 증가하였으며, 전체적으로 태양전지 광전변환효율은 33% 증가하였다.
[그림 4e-f] 나노패턴만을 이용하여 이정도의 효과는 보고된 바는 없다는 사실에서 효과적인 기술임이 입증되었다. 

이 기술은 나노입자를 효과적으로 마이크로사이즈로부터 나노사이즈까지 이르는 패터닝 공정을 제시한 것으로써, 다양한 염료, 전해질, 무기 나노입자, 재료를 사용하는 염료감응형 태양전지뿐만 아니라 하이브리드 태양전지 및 다양한 광전소자에도 응용될 수 있으며, 패턴의 사이즈와 개수를 늘려 대면적화가 가능하고 나노스탬프를 계속적으로 사용될 수 있기 때문에 대량생산 및 모듈화가 가능한 나노패터닝 공정을 제시했다는 점에서 큰 의의가 있다.

2. 학력
 ○ 1978 - 1982  연세대학교 화학과 학사    
 ○ 1982 - 1984  서울대학교 화학과 석사   
 ○ 1985 - 1990  미국 University of Houston, 화학과 박사

3. 경력사항
 ○ 1990 - 1992  University of Houston, 화학과, Visiting Assistant Professor
 ○ 1992 - 2004  한국화학연구원, 화학소재부, 책임연구원
 ○ 2004 - 현재  연세대학교 화공생명공학과 교수   
 ○ 2004 - 현재  Adjunct Principal Research Scientist, KRICT
 ○ 2006, 2007, 2009  Invited Professor, Ecole Normale Superieure de Cachan,   Paris-6 Univ., Rennes Univ., France 
 ○ 2006 - 2010 나노기술을 이용한 바이오 융합사업 혁신클러스터, 센터장
 ○ 2007 - 현재  ERC (패턴집적형 능동폴리머 소재연구센터) 센터장 
 ○ 2012 Invited Professor, Ecole Normale Superieure de Lyon, France

4. 전문 분야 정보
 ○ 교육과학기술부?한국연구재단 선도연구센터(ERC) 센터장 (2007 - 현재)
 ○ 나노기술을 이용한 바이오 융합산업 혁신 클러스터, 센터장, (2006 - 2011)
 ○ SCI 논문 136편 및 특허 100 건 이상

5. 수상 경력
 ○ 2001 제1회 올해의 여성 과학기술자상, 과학기술부 
 ○ 2006 일본화상학회 회장특상
 ○ 2009 제4회 아모레퍼시픽(AMOREPACIFIC) 여성과학자상 대상 외 다수 

6. 주요 논문업적
- 유기합성을 기반으로 한 공액구조의 기능성고분자 합성 및 응용에 대한 연구를 지향하며, 특히 전도성고분자, 형광고분자를 이용한 디스플레이, 센서, 태양전지, 줄기세포 연구 등의 다양한 응용분야에 폭넓은 연구를 진행하고 있으며, 패터닝 공정을 이용한 광전기적 특성을 제어하는 연구를 활발히 진행하고 있다. Angewandte ChemieInt. Ed., Advanced Materials, Advanced Functional Materials, ACS nano, Chemical Communications, Journal of Materials Chemistry, Macromolecules의 최상급 저널을 포함하여 136편 이상의 SCI 논문을 발표. 국내외 특허 출원 및 등록 100여건 이상.

<김종학 교수>

2. 학력
 ○ 1998   연세대학교 화학공학과 공학사 
 ○ 2000   연세대학교 화학공학과 공학석사
 ○ 2003   연세대학교 화학공학과 공학박사
 ○ 2005   MIT 재료공학과 박사후 연구원 

3. 경력사항 
 ○ 연세대학교 화학공학과 공학사 (1998)
 ○ 연세대학교 화학공학과 공학석사 (2000)
 ○ 연세대학교 화학공학과 공학박사 (2003)   
 ○ MIT 재료공학과 박사후 연구원 (2005)
 ○ 연세대학교 화공생명공학과 조교수, 부교수 (2005-현재)

4. 전문 분야 정보
 ○ 2006 - 현재: 한국 막학회 학술이사, 편집이사, 기획이사
 ○ 2007 - 현재: 한국 화학공학회 NICE지 편집위원
 ○ 2011 - 현재: 한국 광과학회 이사
 ○ 2012 - 현재: 한국 청정기술학회 이사
 ○ 2007년 연세대 우수강의 교수상 
 ○ 2009년, 2011년 연세대 우수업적 교수상 
 ○ 2011년 한국막학회 논문상 수상

 5. 주요 논문업적
- 신에너지 전기화학 소재 분야와 (태양전지, 연료전지, 리튬전지 등), 기능성 고분자, 유무기 나노소재, 나노 복합체, 고분자 전해질, 나노입자 그리고 나노 분리막 분야의 연구를 지향하며, Angewandte ChemieInt. Ed., Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Chemical Communications, Journal of Materials Chemistry, Journal of Physical Chemistry, Macromolecules, Journal of Membrane Science 등 총 160여 편 게재. 국내외 특허 출원 및 등록 50여건. 

<연 구  개 요>

Comparative multi-omics systems analysis of Escherichia coli strains B and K-12
Sung Ho Yoon, Mee-Jung Han, Haeyoung Jeong, Choong Hoon Lee, Xiao-Xia Xia, Dae-Hee Lee, Ji Hoon Shim, Sang Yup Lee, Tae Kwang Oh and Jihyun F Kim*
*Corresponding author: Jihyun F. Kim jfk1@yonsei.ac.kr
http://genomebiology.com/2012/13/5/R37

1. 연구 배경
대장균(Escherichia coli)은 가장 집중적으로 연구된 모델 미생물의 하나로서 과학적 연구뿐만 아니라 산업적 응용을 위해 널리 사용되고 있다. 가장 많이 사용되는 대장균은 K-12와 B로서 유전적, 생화학적 연구와 더불어 바이러스(박테리오파지), 제한효소, 돌연변이, 진화 연구에 활용되어왔다.
김지현 박사 연구팀에서는 지난 2009년 장기 실험진화(experimental evolution) 모델인 REL606 균주와 재조합 단백질, 바이오연료, 바이오소재 등을 대량 생산하는데 쓰이는 세포공장(cell factory)인 BL21(DE3)의 유전체 서열을 해독하여 'Journal of Molecular Biology'에 표지논문으로 발표하였고, 장기 실험진화에서의 유전체 진화 양상을 규명하여 'Nature'지에 아티클 논문으로 게재하였다.
유전형(genotype)과 표현형(phenotype)의 관계를 밝히는 것은 생명체를 시스템 수준에서 이해하는데 필수적이다. 하지만 유전체 서열 비교만으로는 유전형과 표현형 사이의 관계에 대해 제한적인 정보밖에 제공할 수 없다. 연구팀은 이 논문을 통해 컴퓨터 모델링 기법과 접목한 다중 오믹스 데이터의 비교 분석이 유전체 서열 정보가 해독된 생명체의 형질적 특징을 파악하는 새로운 접근 방식임을 전거하였다.

2. 연구 결과
본 연구에서는 대장균(E. coli) B와 K-12 균주의 차이점을 알아내기 위해 유전체(genome), 전사체(transcriptome), 단백체(proteome), 형질체(phenome)와 같은 시스템 전체 수준에서 여러 측면으로 측정한 지표들의 총체적인 정보를 종합하여 분석한 결과를 정리하였다. 또한 대장균 B 균주의 대사 네트워크(metabolic network)를 유전체 수준에서 재구성하였고, K-12 균주와 비교할 때 B 균주에 특징적인 형질들의 유전적 근거를 in solico complementation test를 통해 동정하였다.
이 시스템 분석(systems analysis)을 통해 밝혀낸 K-12 균주와의 차이점은 B 균주가 우수한 아미노산 생합성 능력과 적은 수의 단백질분해효소, 그리고 편모 부재 등 재조합 단백질을 생산하는데 적합한 특성을 가지고 있다는 것과 단백질 분비 시스템을 두 개나 보유하고 있고 단백질 분비에 유리한 세포벽과 세포외막 구성을 가지고 있는 등 생산된 단백질을 세포 밖으로 배출하는데 유리하다는 것이다. 이에 반해 K-12 균주는 고온에 노출되었을 때 이에 대응하는 유전자를 더 많이 발현하고 몇몇 스트레스 조건에 덜 민감하였다.

3. 연구 결론
초고속 대용량 분석 기술의 발전에도 불구하고, 성격이 다른 여러 오믹스 데이터 세트에서 의미 있는 생물학적 지식을 도출하는 것은 여전히 풀기 힘든 과제이다. 이 연구에서는 다중 오믹스 정보를 통합하고 총체적으로 분석하여 대장균 B와 K-12 균주 사이의 세포 대사와 생리상의 차이점을 밝혔다.
이러한 통합적 시스템 분석 방식은 고해상도의 시스템 전체 수준 정보 및 분석 능력과 더불어 대장균 B와 K-12와 같이 매우 유사한 균주가 어떻게 뚜렷이 구별되는 형질을 보여주는지에 대한 통찰을 가능케 한다. 따라서 생명체의 생리와 대사에 대한 체계적인 이해는 이들의 배양 조건과 재조합 균주를 디자인하는데 필수적이다. 

유전체, 전사체, 단백체 정보를 통합 분석하여 도출한 B 균주의 형질

4. 기타사항
□ 연세대는 생명현상을 본질적으로 이해하기 위해서는 분자생물학, 생화학, 생명공학 등이 함께 어우러지고 나아가 NT, IT, MT 등과 융합된 시스템생물학 연구와 교육이 필요하다는 인식 아래 21세기 생명과학 시대를 주도할 우수한 인재를 양성하기 위해 지난 2008년 이과대학 생물학과와 생화학과 그리고 공과대학 생명공학과를 통합하여 생명과학기술과 의생명 분야가 융합된 생명시스템대학(http://bio.yonsei.ac.kr/)을 설립하였다.
□ 우리나라 생명공학의 메카로도 불리는 생명연(http://www.kribb.re.kr/)은 국내 유일의 바이오전문 정부출연 연구기관으로서 생명현상의 이해와 더불어 보건의료, 농업생명, 바이오소재, 환경에너지 분야의 연구개발을 통해 국민보건 향상 및 바이오산업 발전에 기여하고 있다. 또한 생명연은 국내 최고의 유전체 및 생물정보 연구 전문기관으로서 BT와 IT, NT, CT 등 융합기술 연구개발에도 선도적인 역할을 수행하고 있다.
□ 연구팀 홈페이지
 ○ 미생물유전체정보기지(Genome Encyclopedia of Microbes; GEM) https://www.gem.re.kr
 ○ 시스템생명공학연구그룹(Systems Biotechnology Research Group; SyBiRG) http:// sybirg.kribb.re.kr

<김지현 교수> 

3. 주요경력
 ○ 1992~1997  농촌진흥청 경제작물과 농업연구사
 ○ 1993~1996  교육부 국비유학 장학생 (1991 선발)
 ○ 1997~2000  Postdoc. Assoc., Dept. Plant Pathol., Cornell Univ.
 ○ 2000~2012  한국생명공학연구원(KRIBB) 선임연구원, 책임연구원, 센터장
 ○ 2004~2012  과학기술연합대학원대학교(UST) 부교수(겸임), 교수(겸임)
 ○ 2012~현재  연세대학교 생명시스템대학 시스템생물학과 부교수

4. 수상경력 및 주요업적
 ○ UST 2011 우수연구지도상, 2009 우수강의상; 2009 한국생물정보시스템생물학회 온빛상
 ○ 2011 교과부장관상; 2010 KRIBB상 대상; 2009 기초기술연구회 다빈치상 등
 ○ Nature 아티클 논문, Faculty of 1000에서 FFa 19(최상위인 Exceptional)로 평가; 포항공대 생물학연구정보센터 "한국을 빛내는 사람들" 상위피인용논문 선정
 ○ 연구 및 리뷰 논문 70여 편; 국내외 특허 및 프로그램 등록 30여 건 등

<윤성호 박사>

2. 학력
 ○ 1996  KAIST 화학공학과 학사
 ○ 1998  KAIST 화학공학과 석사
 ○ 2002  KAIST 생명화학공학과 박사

3. 주요경력
 ○ 2003~현재  한국생명공학연구원(KRIBB) 선임연구원
 ○ 2006~2010  과학기술연합대학원대학교(UST) 강사
 ○ 2009~2011  Institute for Systems Biology 박사후연구원 (동기간 KRIBB 무급휴직)

4. 주요업적
Yoon SH, Han MJ, Jeong H, Lee CH, Xia XX, Lee DH, Shim JH, Lee SY, Oh TK, Kim JF. 2012. Comparative multi-omics systems analysis of Escherichia coli strains B and K-12. Genome Biol. 13:R37.
Yoon SH, Reiss DJ, Bare JC, Tenenbaum D, Pan M, Slagel J, Moritz RL, Lim S, Hackett M, Menon AL, Adams MW, Barnebey A, Yannone SM, Leigh JA, Baliga NS. 2011. Parallel evolution of transcriptome architecture during genome reorganization. Genome Res. 21:1892-1904.
Hong JW, Kim JF, Oh TK, Yoon SH. 2011. Microfluidic system for biological, chemical, and biochemical assessments. United States Patent 7,906,074.
Barrick JE, Yu D-S, Yoon SH, Jeong H, Oh TK, Schneider D, Lenski RE, Kim JF. 2009. Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli. Nature 461:1243-1247.
Nam D, Yoon SH, Kim JF. 2007. Ensemble learning of genetic networks from time-series expression data. Bioinformatics 23:3225-3231.
Yoon SH, Park YK, Lee S, Choi D, Oh TK, Hur C-G, Kim JF. 2007. Towards pathogenomics: a web-based resource for pathogenicity islands. Nucleic Acids Res. 35:D395-D400.
Yoon SH, Hur C-G, Kang HY, Kim YH, Oh TK, Kim JF. 2005. A computational approach for identifying pathogenicity islands in prokaryotic genomes. BMC Bioinformatics 6:184.

광-바이오(Photo-bio) 인공광합성시스템은 식물이 에너지를 얻는 자연의 광합성 작용에 착안한 것으로, 둘의 가장 큰 차이점은 식물은 포도당을 만드는 반면, 인공광합성 시스템은 무한 청정한 태양광 에너지를 이용하여, 다양한 고부가가치의 화합물을 선택적으로 생산할 수 있다.

시스템은 크게 광촉매를 활용해 태양광에너지를 전환시켜주는 '광에너지 전환부(I)'와 전자전달시스템(II), 그리고 산화 환원 효소의 도움을 받아 정밀화학제품을 생성하는 '바이오촉매(효소) 반응부(III)'가 일체형으로 구성돼 있음. 따라서 "시스템 내에 원료물질과 그에 합당한 효소만 넣어주면 태양광 이외의 아무런 추가에너지 투입 없이 고부가 정밀화학제품을 선택적으로 생산할 수 있으며, 원료물질과 효소를 교체하면 촉매반응을 거쳐 다른 물질도 선택적으로 얻을 수 있다.

 

○ 학 력

 ○ 전문 분야 정보
  인공광합성 기술 개발, 광촉매를 이용한 태양광 수소제조기술 개발