Research

생명과학과 이영숙 교수팀, 열악한 환경 잘 견디는 식물 호르몬 수송체 발견 (2010.1.19)

생명과학과 이영숙 교수 연구팀이 식물이 열악한 환경에 잘 견디게 해주는 호르몬인 아브시스산을 운반하는 수송체를 최초로 발견하여, 가뭄이나 사막의 환경에서도 견딜 수 있는 식물 재배에 새로운 가능성을 열었다. 연구팀은 수분 부족, 고염도, 추위, 더위 등으로 인해 식물이 스트레스를 받을 때 생산되는 호르몬인 아브시스산(ABA・abscisic acid)의 흡수를 조절하는 수송체 에비씨지40(ABCG40)의 존재를 밝혀내는데 성공하였다. 아브시스산이 식물을 보호하기 위해서는 잎의 식물세포 안으로 들어와야 하는데, 이를 운반하는 수송체는 지금까지 규명된 바 없었다. 이영숙 교수, 강주현 박사과정생 및 황재웅 연구교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 ‘글로벌연구실(Global Research Lab) 사업'과 ‘21세기 프론티어연구사업단’의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 ‘미 국립과학원 회보(PNAS)’에 1월 18일자 온라인 속보로 게재되었다. 이번 연구는 글로벌 연구실 사업에 참여하는 식물 수송체 분야의 세계적인 석학인 스위스 취리히대 엔리코 마티노이아(Enrico Martinoia)교수가 참여하였다. 이영숙 교수 연구팀은 ABCG40 유전자를 발현하는 식물은 가뭄에 잘 견디면서 성장하는 반면에, ABCG40 유전자를 발현하지 않는 돌연변이체 식물은 가뭄에 기공을 빨리 닫지 못해 계속 수분을 잃어 시들고 노랗게 마른다는 사실을 발견하였다. 이는 ABCG40 유전자가 만드는 ABCG40 단백질이 아브시스산을 세포 안으로 빨리 흡수하여, 세포 안의 다른 스트레스 내성 유전자들을 활성화시키기 때문이라고 연구팀은 밝혔다. 이번 연구결과는 아브시스산 수송체를 조절하면 가뭄이나 스트레스에 강한 식물을 재배할 수 있다는 새로운 가능성을 보인 것이다. 이영숙 교수는 “이번 연구 성과는 수분 부족 뿐 아니라 염도가 높거나 다른 스트레스 상황에도 잘 견디는 식물을 재배하는 데 도움이 될 것”이라고 연구의의를 밝혔다.

화학공학과 차형준 교수 연구팀, 홍합접착단백질 기반 생체접착물질 개발 성공 (2010.3.12)

화학공학과 차형준 교수 연구팀이 생체 모방 기술과 유전 재설계 기술을 이용하여, 홍합접착단백질을 기반으로 고농도 액상 콜로이드 형태의 코아세르베이트 생체접착물질을 개발하는데 성공하였다. 화학공학과 차형준 교수의 주도 하에 수행된 이번 연구는 교육과학기술부 (장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 ‘중견 연구자지원사업(도약연구)’의 지원을 받아 수행되었다. 연구 결과는 생체소재분야 최고 권위의 과학 저널인 ‘Biomaterials‘誌 3월 1일(현지시간)자 온라인 판에 게재되었고, 5월호에 정식 발간될 계획이다. 또한 국내특허 출원도 마쳤고, 국제특허 출원을 준비하고 있다. 차형준 교수 연구팀은 자연에 존재하는 ‘홍합’이 ‘족사(足絲)’라는 접착단백질을 분비해 단단히 붙어 자라는 성질을 이용하여, 인체에 안전한 차세대 고기능성 생체접착제를 개발하였다. 지금까지 학계에서는 홍합이 어떤 형태로 점도가 높은 고농도 접착 물질을 분비하여, 바닷물에 흩어지지 않고 표면에 접착할 수 있는지에 대한 메커니즘을 명확히 밝혀내지 못했다. 그러나 차형준 교수팀은 홍합이 ‘족사’라는 실 같은 물질로 접착 단백질을 분비해 바위와 같은 표면에 단단히 붙어 자란다는 점을 확인 하였고, 2007년에는 세계에서 유일하게 실제 사용할 수 있는 하이브리드형태의 홍합접착단백질을 대량 생산하였다. 특히 이번 연구에서는 ‘족사’와 같은 매우 좁은 관을 통해서도 분비가 가능하고 접착력도 뛰어난 액상 형태의 고농도 콜로이드 접착물질을 개발하는데 성공하였다. 차형준 교수팀이 개발한 액상 콜로이드 접착물질은 물에 잘 섞이지 않고 표면장력이 매우 낮으며, 기존의 홍합접착단백질 용액에 비해 접착력이 2배 이상 높다. 차 교수팀은 홍합접착단백질 80%와 대표적인 생체재료 중 하나인 히알루론산 20%를 혼합하여, 액상 콜로이드인 코아세르베이트를 개발 하는데 성공하였다. 이 물질은 △접착력이 뛰어나고 △물에 잘 섞이지 않으며 △표면장력이 매우 낮아 탁월한 물리적 특성을 지녔을 뿐만 아니라, 인체에도 안전하게 사용할 수 있는 생체적합성을 지니고 있어 차세대 고기능성 생체접착제로 다양하게 활용될 수 있다. 또한 연구팀은 홍합접착단백질을 이용한 코아세르베이트 형성을 실험을 통해 증명하고, 자연에 존재하는 홍합이 족사를 통해 고농도 접착 물질을 분비한다는 명쾌한 메커니즘을 밝혀냈다. 또한 차 교수팀은 접착력이 뛰어난 코아세르베이트를 이용한 마이크로캡슐을 개발하여, 약물전달을 위한 운반체로서 활용될 수 있는 가능성을 열었다. 접착력이 매우 높은 코아세르베이트를 활용한 마이크로캡슐은 의료용 접착제 등 약물전달 물질로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 기능성 화장품과 식품 첨가물질로도 효율적으로 활용될 수 있다. 차형준 교수는 “이번 연구는 홍합접착단백질을 이용하여 물리적 특성이 뛰어난 액상 콜로이드 형태의 생체접착물질을 개발한 것으로, 지금까지 알려지지 않았던 홍합의 고농도 접착물질 분비 메커니즘을 제안한 의미 있는 연구이다. 이것은 향후 홍합접착단백질을 이용한 의료용 접착제 등 다양한 생체접착소재 활용의 가능성을 열었다”고 연구의의를 밝혔다.

"설탕 한 스푼 더" 습관이 수명 줄인다 (2009.11.6)

생명 이승재 교수, 당분과 수명의 연관성 ‘예쁜꼬마선충’ 통해 밝혀내 당분 조금만 증가해도 20% 수명 단축돼 … “인간에도 비슷한 영향 줄 것” 모든 설탕이나 당분이 비만이나 당뇨병을 일으키는 것 외에도 직접적으로 수명을 단축시킬 수 있다는 연구결과가 나왔다. 생명과학과 이승재 교수는 샌프란시스코 캘리포니아대 신시아 캐년 교수와 함께 예쁜꼬마선충(C.elegans)을 이용해 포도당(glucose)이 글리세롤 수송을 방해해 수명을 낮춘다는 메커니즘을 규명했다. 이번 연구성과는 세계적 과학저널 ‘Cell’의 자매지 ‘세포 물질대사’ 최신호의 ‘주목할 만한 연구성과’로 소개됐다. 특히 이 연구는 인간과 인슐린 신호 체계가 비슷한 예쁜꼬마선충을 이용한 것이어서, 인간 등 포유류에 대한 적용에도 관심이 모아지고 있다. 이 교수팀은 예쁜꼬마선충에 꾸준히 포도당을 넣은 먹이를 준 결과, 당분이 생명연장에 관련된 것으로 알려진 유전자 daf-2나 DAF-16 등에 영향을 주고, 체내의 글리세롤(glycerol)의 수송을 담당하는 아쿠아포린1(aquaporin)단백질을 감소시킴으로써 세포대사를 방해하는 것으로 나타났다고 밝혔다. 이승재 교수는 “인간이나 쥐 같은 포유류의 경우에도 인슐린이 글리세롤 수송을 방해한다는 사실이 밝혀져 있는 만큼 포도당이 인간의 생명 단축에 관련성이 있을 가능성이 높다”며 “혈당지수가 낮은 영양 공급이 생명 연장에 도움을 줄 것으로 추측된다”고 밝혔다. 이번 연구성과는 체내 포도당 합성을 막는 당뇨치료제 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 이승재 교수는 교육과학기술부 WCU(World Class University) 사업의 지원을 받아 예쁜꼬마선충을 이용하여 노화를 조절하는 새로운 유전자를 찾고 이들이 어떻게 작용하는지를 밝히는 연구를 계속할 예정이다.

회오리 바람, 주방용 배기장치로 '변신' (2009.11.11)

이진원 교수팀 (주)토네이도에 기술이전… 11월 시판 들어가 소용돌이 발생기 통해 배기성능 5배↑향상 ․ 에너지 소모율은 1/10 우리 생활에서 흔히 볼 수 있는 회오리바람(와류,渦流)을 이용해 냄새 흡입 배기성능을 획기적으로 높인 대학의 원천기술이 상용화되어 시판을 앞두고 있어 관심을 모으고 있다. 산학협력단(단장 정윤하 연구부총장)은 기계공학과 이진원 교수팀이 개발한 ‘스윌러(swirler)를 이용한 배기장치’ 기술이 (주)토네이도에 기술이전되어, 11월 11일 시판되었다고 밝혔다. 이 교수팀이 개발한 이 기술은 유동 불안정성을 효과적으로 배제시키는 강력한 회오리바람 발생기(스윌러) 기술로, 멀리 떨어진 오염물질에 대해 흡입 성능이 급격히 감소하는 기존 장치에 비해 5배 이상의 흡입⋅배기성능을 보이고 있다. 특히 이 기술은 에너지 소모율도 기존 장치의 10분의 1에 불과해 ‘친환경’ 기술로도 주목을 받았다. 이 기술이 처음 연구 성과로 공개됐을 당시, 대한민국특허대전 동상은 물론 에너지 이용・실내환경 분야 세계 최고 권위의 미국냉동공조공학회(American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers) 최고 논문상인 ‘2005 크로스비 필드상(Crosby Field Award)’을 수상해 학계의 높은 관심을 불러일으킨 바 있다. 지난 3월 (주)토네이도는 이 기술을 이전받아 6개월 간 개발을 거쳐 가정에서 사용하는 주방용 후드(배기장치)로 상용화해 선보였다. 이 제품은 회오리바람을 이용해 연기만 흡입하는 기존 제품과는 달리 연기와 수증기를 모두 흡입시켜 주방의 냄새나 후드의 소음을 획기적으로 줄일 수 있게 제작됐다. 또, 대규모 아파트 등 주거시설에 이 제품을 설치할 경우 쾌적한 주방환경을 구현하는 동시에 주방 냄새 유출 방지를 위한 건축비도 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 정윤하 산학협력단장은 “이 기술은 대학에서 이전할 당시 완성도가 높은 상태였기 때문에 제품의 상용화가 신속하게 진행될 수 있었다”며 “이 제품의 성공 여부는 대학에서 개발한 원천기술의 완성도가 제품 개발과 상용화에 얼마나 중요한지를 판단하는 척도가 될 것”이라고 밝혔다. 한편, (주)토네이도는 이 제품개발을 바탕으로 구이 전문 식당에서 사용하는 영업소용 후드 등 제품군을 넓혀 생산할 계획이다.

수술 중 당신의 뇌는 깨어있는가? (2009.11.30)

POSTECH 공동연구팀, 마취에 의한 무의식 유도 원리를 물리학적으로 제시 같은 영화를 보고도 사람마다 호불호 갈리는 이유도 규명 수많은 환자들이 수술 시 경험하는 전신마취는 그 잠재적인 위험성에도 불구하고, 인간의 뇌를 어떻게 무의식 상태로 유도하는지 지금까지도 잘 알려져 있지 않았다. 최근 마취를 통해 의식 수준의 조절과 의식의 본질을 과학적으로 이해하려는 POSTECH 공동연구팀의 시도가 학계의 주목을 받고 있다. 물리학과 김승환 교수・황은진씨 팀과 서울 아산병원 노규정 교수팀, 이운철 미국 미시건 의대 연구원(POSTECH 박사) 공동연구팀은 사람의 전신마취 실험에서 무의식 상태로의 전이가 뇌의 정보흐름경로의 억제에 의해 일어난다는 증거를 처음으로 제시했다. 이 연구 결과는 이 분야 최고 권위지인 ‘의식과 인지(Consciousness and Cognition)’ 12월 1일자에 주목할 만한 논문(Target Paper)으로 소개됐다. 한-미 공동연구팀은 정맥 마취제인 프로포폴(propofol)을 정상인에게 주사하여 전신마취를 유도한 후, 인지를 다루는 전두엽(뇌 앞부분)에서 감각정보처리를 하는 두정엽(뒷부분)으로의 정보흐름의 방향과 양을 측정하였다. 그 결과, 전두엽에서 두정엽 방향으로의 정보 흐름은 전신마취로 의식을 잃는 것과 동시에 급격히 감소하지만, 그 반대 방향 흐름은 항상 일정하게 유지되는 것을 발견했다. 이는 수술 중 전신마취 상태의 환자의 뇌에서 외부세계로부터의 감각 정보 등 의식하기 “전”의 정보처리는 지속적으로 이루어지고 있지만, 의식한 “후”의 정보처리는 강하게 억제되고 있다는 것을 의미한다. 또한 이러한 결과는 전신마취된 환자의 각성이 갑자기 돌아오는 “수술 중 각성”과 같은 사고를 미연에 예방할 수 있는 새로운 지표 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 김승환 교수는 “학제간 융합 연구를 통해 현재 논란이 되고 있는 의식 소실의 단계적 과정 등 의식의 핵심 수수께끼를 풀어나갈 실마리를 찾았다”고 밝혔다. 이번 연구에서는 또, 각 개인마다 의식 상태와 무의식 상태에서 다른 사람과 구별되는 개인적인 뇌 활동 패턴이 존재한다는 사실도 발견했다. 이는 같은 영화를 보고도 사람마다 다르게 느낀다거나, 동일한 환경에서도 개인별로 다른 경험으로 받아들인다는 사실에 대한 뇌과학적 증거를 제시해주는 흥미로운 결과로 받아들여지고 있다. 세계적 마취의학자인 미 위스콘신대학교 앤소니 허츠(Anthony Hudetz)는 POSTECH 공동연구팀 연구에 대한 특별 초청 논문(Commentary)에서 “마취와 의식에 대한 신경학적 이해의 새로운 길을 열었다”고 높이 평가했다. 이번 연구 결과는 앞으로 뇌사, 식물인간, 수면, 간질 등 다양한 의식과 무의식 상태에서 특징적인 정보흐름구조의 존재와 역할을 규명해나가는 데에도 기여할 것으로 전망된다.

물 흡수 스스로 조절하는 인공 '연잎 돌기' 개발 (2009.10.14)

화학공학과 용기중 교수팀, 나노선 이용해 초발수성 표면 제작 기술 개발 Applied Physics Letters 최신호 표지논문 선정… 표면 특성 쉽게 변화 가능 스스로 먼지 닦는 페인트⋅습기 안차는 자동차 유리에 응용 비가 내리면 스스로 먼지를 닦는 페인트, 습기가 차지 않는 자동차 유리 등을 개발할 수 있는 기술이 자연현상인 ‘연잎효과(Lotus Effect)’를 응용해 개발되었다. 화학공학과 용기중 교수⋅박사과정 곽근재 씨 연구팀은 연잎효과를 활용, ‘다양한 물질의 나노선(nano wire)에 발수물질을 코팅해 초발수성 표면을 제작’하는 기술을 개발했다. 이 연구결과는 응용물리분야의 국제적 학술지 ‘어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)’ 10월호 표지논문으로 선정돼 학계로부터 큰 관심을 끌고 있다. 연잎 표면 위 나노미터(nm) 크기의 돌기와 돌기에 씌워진 기름성분 때문에, 물방울이 떨어지거나 비가 올 경우 물이 뭉쳐져 아래로 굴러 떨어지고, 그 때문에 연잎이 깨끗한 상태를 유지한다는 ‘연잎 효과(Lotus Effect)’에 착안한 연구팀은 돌기 대신 나노선을 합성해 연잎의 돌기와 같은 효과를 내도록 했다. 또, 다양한 유기화학물질을 연잎의 기름성분 물질의 역할을 하도록 함으로써 초발수성 표면을 제작하는데도 성공했다. 특히, 이번 기술은 표면의 특성을 변화시키는 방법으로서, 나노선 합성을 통한 상향식 방법(Top-down)과 이미 합성된 나노선에 자외선을 노출시키는 하향식 방법(Bottom-up) 등 2가지 방법을 동시에 개발해 더욱 화제다. 이와 함께, 기존 연구와는 달리 표면에너지로 인한 물방울의 동적 변화를 초고속 카메라를 통해 밝혀낸 결과, 실제로 비가 내리거나 물을 뿌리는 환경에도 적합한 것으로 나타나 상용화도 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 다양한 물질 표면에 응용이 가능한 이 연구는, 먼지나 오염물의 흡착 방지 기술과 화학세제 없이도 빗물과 함께 씻겨 내려갈 수 있도록 하는 ‘자정작용 페인트’와 같은 친환경 기술의 개발에도 응용될 수 있으며, 습기가 끼지 않는 자동차 유리, 투명도를 조절하는 스마트 윈도우(smart window) 등에도 활용될 전망이다.

국내 연구팀, 수소를 직접 분리하는 나노다공성 소재 합성 성공 (2009.7.31)

국내 연구팀은 PST-1(POSTECH number 1)으로 명명된 새로운 조성의 극미세공을 갖는 제올라이트 분자체를 합성하여 수소(분자크기, 2.89Å)보다 약간 큰 이산화탄소(3.30Å) 또는 아르곤(3.40Å) 혼합가스의 분리 실험을 통해 PST-1이 수소를 상온에서 선택적으로 빠르게 분리할 수 있음을 발견하였다. 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 도약연구사업(구 국가지정연구실사업)과 21세기 프론티어 연구개발사업의 일환인 ’이산화탄소저감 및 처리기술개발사업단‘의 지원을 받아 POSTECH 환경공학부/화학공학과 홍석봉 교수의 주도하에, 석⋅박사 통합과정 2년차 신지호씨가 제1저자로 참여하였으며, 연구 결과는 화학분야에서 세계최고 권위의 학술지인 '앙게반테 케미 (Angewandte Chemie)'지에 7월 31일자 온라인판에 화제의 논문(Hot paper)으로 게재되었다. 연구팀은 포타슘 양이온과 갈륨을 이용하여 지금까지 전혀 보고되지 않았던 새로운 조성의 PST-1 제올라이트를 합성, 포항가속기연구소에서 측정한 X-선 회절 데이터 분석을 통해 그 내부에 2.0Å 보다 작은 크기의 균일한 세공이 존재함을 확인하였으며, 이 제올라이트의 가스 분리 특성을 연구한 결과, 아르곤이나 이산화탄소와 같은 크기가 큰 기체분자들은 흡착하지 않으나, 그 구조가 매우 유연하여 가장 작은 기체분자들, 특히 수소기체만을 선택적으로 흡착하는 성질을 밝혀냈다. 이번 연구가 국제적으로 주목받게 된 배경에는 PST-1 제올라이트가 매우 낮은 온도(60℃)에서도 쉽게 물이 빠져나가며, 800℃ 이상의 고온에서도 그 구조를 안정적으로 유지할 수 있어 세계 최초로 수소나 헬륨 같은 작은 기체분자들에 대한 선택적 분리소재로 적용될 수 있는 가능성을 제시하였기 때문이다. 또한 PST-1 제올라이트는 대표적 온실가스인 이산화탄소의 보다 효율적인 분리에도 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 홍 교수는 “현재 사용되고 있는 수소 분리 공정은 300℃ 이상의 고온을 필요 하거나 수소 외의 불순물을 제거하는 방식이기 때문에 PST-1 제올라이트의 합성으로 보다 경제적이며 선택적인 고순도 수소 제조 공정 개발이 가능할 것”라고 밝혔다. 이에 홍 교수는 PST-1 제올라이트의 혁신적 분리 특성을 이용한 고순도 수소 제조 및 이산화탄소 분리 공정의 개발이 환경 및 에너지 분야의 핵심적인 기술이 될 것을 고려하여 현재 국제 특허를 준비 중에 있다.

화학공학과 김진곤 교수팀, 친환경 테라급 정보저장소재 개발 (2009.9.14)

화학공학과 김진곤 교수팀은 상온에서 압력을 이용해 테라급의 초고밀도 정보 저장이 가능한 고분자 소재 및 정보 저장 기술을 개발하는데 성공했다. 김진곤 교수팀은 원자힘 현미경(Atomic Force Microscope : AFM) 탐침이 고분자 표면에 기계적 접촉을 함으로 정보를 저장하는 기술을 바탕으로, 폴리스틸렌-폴리노르말펜틸메타아크릴레이트(PS-b-PnPMA) 블록공중합체 박막 위에 상온에서 AFM 탐침에 압력을 가하여 나노 패턴을 제작할 수 있는 기술을 개발했다. 김 교수와 조아라 박사과정생이 LG전자와 공동으로 진행한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 ‘리더연구자지원사업 창의연구(기존 창의적연구진흥사업)'의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노기술분야에서 세계적으로 권위 있는 과학저널인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 온라인판에 9월 14일자로 게재되었다. 김 교수팀이 이번에 개발한 기술은 2.54㎠(1 inch2) 당 1.03테라비트(Tb)를 저장할 수 있으며, 특히 이 기술은 그 동안 350℃까지 가열해야만 제작이 가능했던 기존의 기술과는 달리, 압력만으로 상온에서 패턴을 제작할 수 있어 고온 성형에 따른 에너지 소비를 획기적으로 줄일 수 있는 친환경 기술이라는 점에서 주목을 받고 있다. 현재 차세대 테라급 정보저장소재 개발에 주력하고 있는 미국 IBM사의 연구기술은 정보 저장에 따른 일련의 과정에서 고분자 필름에 유동성을 주기 위해 AFM 탐침에 상온 350℃까지 가열하는 장치를 사용하고 있다. 그러나 이 방법은 고온에서 사용 가능한 AFM 탐침을 제조하는 것이 어려울 뿐 아니라, 고분자 필름으로의 열전도가 0.3% 이하에 불과해 효율이 낮고, 온도 조절에 따른 에너지 소비가 많다는 단점이 제기되어 왔다. 김 교수팀은 이러한 단점을 극복하기 위해 폴리스틸렌 계열 블록공중합체를 자체 개발하였고, 이 물질이 가진 ‘압력가소성’으로 상온에서도 초고밀도 저장소재를 개발할 수 있게 되었다. 이번 연구를 주도한 김진곤 교수는 “압력만으로 상온에서도 나노구조를 만들 수 있는 고분자 조립체를 이용하여 나노패턴을 손쉽게 만들 수 있게 되었다”며, “이번 연구 성과는 세계적인 기업들이 앞 다투어 개발하고 있는 고집적 정보소재 관련 기술에 토대를 마련하였다”고 연구 의의를 밝혔다.

변온동물, 온도에 대응해 수명 조절한다 (2009.5.12)

생명과학과 이승재 교수, ‘예쁜꼬마선충’ 이용해 온도와 수명 관계 밝혀내 변온동물도 항온동물처럼 온도 대한 조절 시스템 갖춰 美 UCSF 캐년교수, “고교 교과서를 다시 쓸 만한 연구성과” 주변의 온도에 따라 체온이 변하는 지렁이, 개구리와 같은 변온동물(變溫動物)의 신경세포가, 주변 온도의 변화에 대응해 노화 속도와 수명을 조절한다는 연구결과가 나왔다. 생명과학과 이승재 교수는 샌프란시스코 캘리포니아대(University of California, San Francisco) 신시아 캐년(Cynthia Kenyon) 교수와 함께 변온동물 중 하나인 예쁜꼬마선충(C. elegans)의 온도감응 신경세포가 온도에 따른 수명 변화를 스스로 조절하는 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구성과는 세계적인 과학전문저널 ‘셀(Cell)’의 자매지인 ‘커런트 바이올로지(Current Biology)’ 최신호를 통해 발표됐다. 일반적으로 예쁜꼬마선충은 섭씨 25도 정도의 온도에서 움직임, 음식 섭취와 소화와 발육이 빠르기 때문에 15도 정도의 환경에서 자란 예쁜꼬마선충보다 노화가 속히 진행되며 수명도 짧다. 이 교수는 실험을 통해 온도감응 신경세포를 없애면 높은 온도에서 훨씬 빨리 죽음에 이른다는 사실과 함께, 온도감응 신경세포가 스테로이드 신호 경로의 활동을 바꾸면서 수명에 영향을 미친다는 것을 밝혀냈다. 또, 연구팀은 예쁜꼬마선충의 온도감응 시스템이 25도 정도의 온도에서 노화의 진행을 억제하고 있으며, 이 같은 시스템은 항온동물(恒溫動物)이 체온을 조절하는 것과 비슷하다고 결론지었다. 이승재 교수는 “예쁜꼬마선충이 가진 온도감응시스템은 온도가 상승하더라도 노화 속도를 정상으로 유지하도록 한다”며 “이번 연구로 변온동물이 열에 대한 반응을 스스로 통제함으로써 수명을 조절한다는 사실을 제시했다”고 설명했다. 연구의 교신저자로 참여한 캐년 교수는 “이번 연구성과는 고등학교 생물 교과서에 변온동물에 관한 단원을 다시 쓰게 할 만한 놀라운 성과”라고 평가했다. 이승재 교수는 앞으로 교육과학기술부 WCU(World Class University) 사업의 지원을 받아 예쁜꼬마선충을 이용하여 노화를 조절하는 새로운 유전자를 찾고 이들이 어떻게 작용하는지를 밝히는 연구를 계속할 예정이다.

화학과 정성기 교수팀, 혈뇌장벽 투과할 수 있는 약물전달기술 개발 (2009.6.22)

뇌에 침투한 인간면역결핍바이러스의 증식을 억제 화학과 정성기 교수팀이 생체기능조절물질개발사업단(단장 유성은)과 BK21사업(POSTECH 분자과학사업단 주관) 지원으로 혈뇌장벽(Blood-brain barrier : BBB)을 투과할 수 있는 약물전달체를 개발했다. 정성기 교수팀은 “소르비톨이라는 약물전달체를 이용하여 인간면역결핍바이러스(HIV)의 증식을 억제하는 대표적 약물인 AZT (azidothymidine;지도부딘)를 생쥐의 혈뇌장벽을 투과하여 뇌조직으로 전달하는 데 성공하였다.”고 밝혔다. 이 연구 결과는 영국화학회에서 발간하는 화학분야의 세계적 권위지인 “Chemical Communications“의 인터넷판(advance article, 2009.6.22)에 게재되었다. 에이즈를 일으키는 병원체로 알려진 인간면역결핍바이러스(HIV) 에 인체세포가 감염되면, 역전사효소(reverse transcriptase)에 의하여 HIV의 유전물질이 인체세포의 염색체에 편입이 되고 인체세포는 더 많은 HIV를 생산하는 방식으로 바이러스는 증식하게 된다. 일반적으로 에이즈 치료는 HIV 역전사효소의 활동을 억제하여 HIV의 증식을 저지시킬 수 있는 치료제를 이용하고 있으며, 이러한 원리의 약물들을 뉴클레오시드 역전사효소억제제(NRTI: nucleoside reverse transcriptase inhibitor)라고 부른다. 그러나 뇌를 포함한 중추신경계는 그 기능적 중요성 때문에 혈뇌장벽(Blood-brain barrier)이라는 특수한 보호체계를 가지고 있어서, 해로운 외부 물질들이 뇌에 쉽게 침투를 못할 뿐만 아니라 질병 치료에 유용한 대부분의 약물성분들도 뇌로 전달되지 못한다. 따라서 약물전달을 위한 혈뇌장벽의 극복은 뇌신경계질환 치료제의 개발에 있어서 풀어야 할 최우선 과제로 평가되고 있다. 치료제 약물성분이 혈뇌장벽을 통과하여 뇌조직으로 유입되기 위해서는 적절한 약물전달체 개발과 이 약물전달체와 치료제의 합성 기술 개발 등이 필요하며, 이 부분에 대한 연구는 매우 활발하게 이루어지고 있으나 아직까지 완전히 해결되지 못한 과제로 남아있다. 합성물이 혈뇌장벽을 통과하기 위해서는 적정의 분자량, 전하, 수용성 및 지용성의 균형 등이 까다롭게 요구되는데, 이러한 조건들을 충족하는 약물 또는 약물전달체의 디자인과 합성의 어려움이 현재 기술의 한계이다. 연구팀은 2007년 소르비톨이라는 당질(carbohydrate)을 근간으로 하는 약물전달체를 개발한 바 있으며, 동 연구는 이를 이용하여 뇌조직으로 감염된 에이즈(AIDS)의 치료를 가능케 하는 뉴클레오시드 역전사효소 억제제(NRTI)의 전달기술을 개발한 것이다. 약물전달체와 약물의 고유한 기능을 침해하지 않으면서 두 물질을 결합시켜야하는 어려움을 극복하기 위하여, 연결기(linker)를 도입하여 약물전달체와 AZT를 쉽게 결합할 수 있었으며, 이때 AZT는 피전달체(cargo)로서 약물전달체의 도움을 얻어 혈뇌장벽을 통과할 수 있었다. 쥐를 이용한 생체(in vivo) 실험을 통하여 약물전달체와 대표적 NRTI인 AZT의 결합체가 쥐의 혈뇌장벽을 통과하여 뇌조직까지 효율적으로 전달됨을 관찰하였다. 정성기 교수팀은 이번에 새롭게 개발한 약물전달체 시스템에 기반하여 뇌종양, 알츠하이머병 등의 난치성 중추신경계(central nervous system: CNS)질환 치료에 필수적인 약물개발 연구가 더욱 가속화 될 것으로 전망하였다.