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[2005.3.15] [연구현장 탐방] 포항공대 식물단백질이동연구단 황인환 교수

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  • 작성자 이태화
  • 2014-01-10

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[2005.3.15] [연구현장 탐방] 포항공대 식물단백질이동연구단 황인환 교수



 







[연구현장 탐방]


포항공대 식물단백질이동연구단- 황인환 교수





식물단백질이동연구단


황인환 단장


고등 생명체의 가장 커다란 특징은 생명체를 이루는 가장 기본 단위인 세포가 다양한 부분(세포 소기관, organelle)으로 나누어져 있으며, 세포 전체의 활성을 이들 각 세포 소기관(organelle)들이 나누어 분업적으로, 또한 각 소기관 특이적으로 역할을 수행하고 있다는 것이다.





포항공대 식물단백질이동연구단은 식물세포를 연구대상으로 하여 이들 다양한 세포 소기관의 활성에 가장 필수적인 소기관 특이 단백질들의 생성과 이동과정, 그리고 이들 과정에 관여하는 단백질 및 지질들의 특성을 규명하여, 이를 바탕으로 다양한 세포 소기관의 생성, 유지 및 상호 조절작용을 연구하고 있다.





이러한 기초연구를 통해 생명현상에 대한 이해의 폭을 넓히는데 커다란 기여를 하고자 식물세포를 더 유용한 새로운 세포로 재프로그램 할 수 있는 원천기술을 확보하는데 애쓰고 있다. 또한 이러한 기술을 이용하여 21세기 새로운 생명산업 창출에 기여하는 것이 이 연구단의 목표이다.



세포를 하나의 시스템 측면에서 이해





생명체의 출발은 세포라는 대단히 정교한 시스템이 스스로를 복제하여 그 존재를 계속 이어나갈 수 있는 능력을 획득한 시점이라 할 수 있다. 고등 생명체는 다시 이들 세포들이 연계하여 하나의 시스템을 만들 수 있는 능력을 획득한 후에 가능해졌다. 생명현상을 이해하기 위하여 많은 연구들이 수행되었는데, 지금까지 연구의 주된 흐름은 단백질 하나, 또는 신호전달과정 하나, 하나를 독립적인 대상으로 분석학적 기법을 통하여 이들의 기능과 역할을 이해하고자 하는 것이었다.





하지만, 이 모든 것들이 세포라는 시스템상의 한 부분들이며, 이들의 개별적인 기능이나 활성보다는 세포라는 전체 시스템 내에서 이들의 역할을 규명하는 것이 생명현상을 이해하는데 대단히 필수적이라는 인식이 점차 새롭게 대두되었으며, 이는 생명과학 분야에 ‘systems biology'라는 새로운 개념으로 나타나게 되었다고 한다.





이 연구단은 세포가 어떻게 생명현상을 나타내는지를 이해하기 위하여 세포의 구성시스템, 운영시스템 및 활성조절 시스템들을 연구하는 것을 목표로 하여 다양한 연구를 수행중이다.





앞서 언급한 바와 같이, 고등생명체의 세포는 다양한 소기관들로 구성되어 있으며, 이들 소기관들은 소기관 특이적인 기능을 수행하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이들 세포 소기관들의 생성, 유지, 상호작용 및 역할에 관한 연구는 세포를 이해하고, 궁극적으로 생명현상을 이해하는데 필수
적이다. 또한 이들 소기관의 생성, 유지, 역할 및 상호작용을 이해하기 위하여서는 이들을 구성하는 단백질들과 역할을 수행하는 단백질들, 생성 및 유지 등을 조절하는 단백질들의 역할 규명도 필요하다.













이러한 연구목표를 가지고 다양한 접근법으로 연구수행에 임한 연구단은 세포 소기관의 구성, 생성, 유지, 역할에 관여하는 다수의 단백질을 확보하고 그들의 기능을 분자수준에서 규명하였다. 또한 이를 통하여 소기관의 생성, 유지 및 역할에 대한 이해의 폭을 넓혔다. 한편, 세포의 활성 담당하는 단백질들이 이들 소기관에 적절하게 분배되어야 이들 소기관들이 기능을 수행할 수 있는데, 이 단백질 분배 과정 역시 대단히 복잡한 단백질과 단백질, 또는 단백질과 지질들 간의 상호작용을 통한 네트워크 과정을 통하여 일어난다.





이 연구단은 이 과정에 관여하는 많은 수의 단백질들을 확보하고 이 단백질들이 어떤 활성을 가지고 있으며, 또한 이들이 단백질 이동과정에 어떤 역할을 수행하는지를 분자 수준에서 규명하여 이 과정의 이해도를 높였다. 이와 같은 연구실적을 통하여 국내에서 거의 불모지와 다름없었던 식물세포생물학 분야의 수준을 크게 향상시켰으며, 계속해서 국내의 다양한 연구실과 공동연구를 수행중이다. 또한 이 연구단에서 개발한 다양한 DNA나 연구기법들을 적극적으로 공여하고 있다고 한다.





이 연구단을 이끌고 있는 황인환 단장은 “이와 같은 연구를 바탕으로 식물 세포를 새로운 기능을 갖는 인공세포 시스템으로 reprogramming 할 수 있는 원천기술을 확보할 수 있을 것”이라고 하면서 “인류가 산업화 사회로 발전하면서 생겨난 환경문제, 폭발적인 인구증가로 인한 식량문제 등 수많은 문제 해결에 인공세포 시스템이 대단히 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다. ‘인공세포’는 21세기 들어서 생명과학분야에 나타난 새로운 개념으로, 기존의 세포를 리프로그래밍(reprogramming)하여 새로운 기능을 갖게 하거나, 이미 세포가 가지고 있는 기능을 증진시킨 reprogrammed cell을 뜻한다.





세포 reprogramming을 통한 인공세포 시스템의 연구는 미 시사주간지 newsweek (2004년 10월)가 선정한 미래의 10대 발명에 포함된 항목이며, 21세기 생명과학분야의 핵심 분야 중 하나로 꼽힌다. 응용 분야도 다양해 세포 reprogramming을 통한 신약개발 및 생산, 의료용 및 산업용 단백질 대량생산, 신기능 식물체 개발, 환경 정화용 식물체의 개발 등에 광범위하게 활용될 수 있다고 한다.





이 연구단에서도 인공세포 시스템을 이용하여 인간이 필요로 하는 화학물질(의약품 등)을 좀 더 안전하게 만드는 방법 연구, 의료용 및 산업용 단백질의 대량 생산, 더 나아가 인류가 필요로 하는 고부가가치의 바이오 재료(바이오 에너지, 바이오 섬유, 바이오 플라스틱 등) 생산까지 응용의 범위를 예상하고 있다.





불모지 같았던 식물세포생물학 분야 수준 크게 제고





현재 이 연구단은 약 20여명의 연구원들과 학생들로 구성되어 있다고 한다. 연구원들은 각자 독립적인 연구 프로젝트를 수행하지만 서로 유기적으로 연결되어서 시너지 효과를 얻을 수 있도록 연구주제가 구성되어 있다고 황단장은 소개했다. 황 단장은 연구원들간의 활발한 의견교환과 토론이 가능한 분위기에서 보다 심도있는 연구가 수행될 수 있도록 독려하고 있으며, 연구활동에 필요한 지원은 세포생물학 분야의 최첨단 연구시설 및 전문 기술진으로부터 받고 있다고 말했다.





"7년간 이 연구사업을 수행해오는 동안 가장 보람 있었던 순간은 우리 연구단에서 나온 결과들에 대해 같은 분야의 다른 연구자들이 이를 인정하고 인용해 줄 때였으며, 또한 우리 연구단에서 좋은 과학자들을 배출했을 때 가장 즐거웠다”고 황 단장은 말했다." 하지만, 국내 연구자들의 pool이 적은 점이 큰 애로 사항이라고 털어놓았다. 또한, 점점 진취적이고 도전적인 젊은 과학도들이 줄어들고 있는 점도 안타까운 일 중의 하나라고 지적했다. 청년 과학도의 감소는 결국 유능한 과학인재 양성을 어렵게 하므로 이에 대한 혁신적인 제도적 뒷받침이 마련되기를 희망했다.













한편, 창의과제가 있기 전까지는 사실상 국제무대에서 경쟁할 수 있는 연구여건이 없었으나, 이 창의과제와 같은 연구사업을 통하여 명실상부하게 국제적으로 경쟁할 수 있는 여건이 마련되었다고 밝힌 황 단장은 “초기엔 거의 idea 수준에서 연구를 시작했는데, 이제는 국제적으로 인정받는 수준에 이를 만큼 상당한 연구실적이 쌓이게 되어 큰 보람을 느낀다.”고 했다.





다만 “일종의 일몰 시스템으로 운영되는 지금의 운영방식으로는 그간의 연구과제들을 더 이상 지속적으로 발전시킬 수 없다”며 “현재 수준의 연구, 또는 그 이상의 연구가 계속 진행될 수 있도록 지속적인 지원이 절실하다.”고 요청했다. 다른 분야의 창의과제 역시 마찬가지이겠지만 이 연구 프로그램을 통해서도 원천기술에 도전할 수 있는 기회들이 제공되었다고 생각되며 이같은 연구과제를 지속적으로 운영할 수 있도록 후속지원책이 마련되기를 희망했다.





그는 “과학 기술의 발전은 결국은 사람들이 해내는 것이며 또한 오랜 시간이 걸린다는 것이다. 따라서 정책 입안자들이나 연구자 개개인은 이 점을 명확히 이해해야 할 것이다. 국가의 과학 기술 수준을 세계 최고로 끌어올리기 위해서는 정책입안자들은 수월성에 바탕을 둔 선발을 통하여 헌신된 연구자들을 발굴하여, 최고의 연구 지원 프로그램을 만들어 지원하여야 할 것이다. 또한 이렇게 헌신된 과학자들이 그들의 꿈에 따라서 살아갈 수 있는 사회적 환경의 조성이 필요할 것 같다.”고 평소의 소신을 밝혔다.





한편, 앞으로도 식물체를 이용한 생명과학 관련연구를 계속 하고 싶다는 황 단장은 “식물체는 먹거리일 뿐만 아니라 우리 인류에게 의약품과 같은 수많은 자원을 공급해 주고 있는 고마운 존재이며 이러한 식물체를 잘 이용하면 인류는 무궁무진한 자원을 얻을 수 있을 것으로 생각된다.”면서 “특히 식물체에 분자생물학이나 세포생물학과 같은 현대의 생명과학적 기법을 적용하여 수많은 biomaterial을 생산하게 된다면 우리나라와 같이 부존자원이 부족한 나라에 크나큰 기여를 할 수 있을 것”이라고 기대했다.