독창적인 바이오영상기술 개발해 생명과학의 차세대 연구기법 지표 제시
독창적인 바이오영상기술 개발해 생명과학의 차세대 연구기법 지표 제시
  • 김남근 기자
  • 승인 2014.11.20 16:13
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[이슈메이커=김남근 기자]
[Leading Researcher] 카이스트 생명과학과 허원도 교수 (IBS 인지 및 사회성 연구단 그룹리더)


독창적인 바이오영상기술 개발해 생명과학의 차세대 연구기법 지표 제시

대한민국 기초과학 분야의 단단한 기틀 다지다



세포 내에 존재하는 수많은 단백질들은 복잡하고 거대한 네트워크상에서 각각의 특이적인 기능을 수행한다. 이렇게 다양한 단백질들의 기능을 규명하기 위해 그동안 많은 연구자들은 유전적인 방법으로 단백질을 없애거나 약물을 처리하는 방법 등을 사용하였으나 이러한 연구방법들은 발달과정에서 동물 모델에 부작용이 발생하고, 세포 내의 특정한 위치에서 단백질 기능을 조절할 수 없는 등 여러 한계점들이 있었다. 이러한 한계점들을 극복하고자 동물 세포 및 실험동물에 적용할 새로운 연구 방법 개발에 대한 연구자들의 관심이 높아지고 있다.




광범위하게 활용될 수 있는 획기적 연구 결과 도출

  식물광수용단백질을 이용하여 광유전학(optogenetics)분야와 바이오이미징분야의 다양한 원천기술을 개발하고 있는 카이스트 생명과학과의 허원도 교수는 최근 빛을 이용하여 세포 내 특정 단백질의 기능을 원격으로 조정할 수 있는 원천기술인 ‘광유도 분자올가미’(LARIAT : Light-Activated Reversible Inhibition by Assembled Trap) 기술을 개발하는데 성공했다. 이 기술은 청색 빛에 반응하는 식물 단백질의 상호작용과 다중체 단백질을 인간 세포에 적용하여, 세포에 빛을 쬐어주었을 때 세포 내부에 순간적으로 단백질 복합체인 올가미가 형성되는 기술이다. 이번에 개발된 올가미 기술로 세포의 분열, 성장, 이동 등에 관여하는 다양한 단백질들의 기능을 특이적으로 저해할 수 있는 사실을 규명하였으며, 빛을 쬐어주는 시간과 위치를 조절함으로써 특정 단백질의 기능을 저해하고 차단할 수 있다는 사실을 밝혔다. 또한, 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 다양한 단백질들의 기능을 이해하고 더 나아가 뇌와 같이 복잡한 신경망의 구조로 형성된 인체의 기관에서 특정 부위의 세포 또는 단백질이 전체 기관의 기능에서 어떠한 역할을 담당하는지 규명하는데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

  이번 연구로 개발된 올가미(LARIAT) 기술을 활용해 세포의 이동, 세포분열 등의 중요한 생명현상들을 빛으로만 불활성화할 수 있고, 이 모든 과정들을 빛을 켜고 끔에 따라 매우 쉽고, 가역적으로 조절할 수 있으며 광범위하게 활용될 수 있다는 점에서 획기적이라 볼 수 있다. 이번 연구 결과는 생화학 연구방법 분야 세계 최고권위 저널인 네이처 메소드(Nature Methods) 6월호에 게재되며 연구의 영향력을 세계적으로 인정받았다.

  최근 허 교수는 올가미 기술 외에도 광유전학분야에서 다수의 영향력 있는 원천기술을 개발했다. 신경세포에 별도의 성장물질처리 없이 오직 빛만을 사용해 신경세포의 성장을 유도하는 ‘광유도 뇌신경세포 성장인자수용체’(OptoTrk) 기술을 개발해 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 온라인판 6월 4일 자에 게재하였으며, 마치 장난감 로봇을 리모콘으로 조정하듯 빛을 이용하여 세포의 움직임을 원격조정할 수 있는 원천기술인 광활성섬유아세포성장인자수용체1(optoFGFR1) 기술을 개발해 ‘케미스트리 & 바이올로지’ (Chemistry & Biology) 7월호(6월 26일 온라인 논문)에 표지논문으로 게재했다.

  허원도 교수는 “우리 연구실은 지난 2009년부터 빛을 이용하여 세포막수용체와 2차 신호전달물질, 그리고 다양한 신호전달단백질을 제어하는 기술들을 개발하고 있습니다. 이렇게 개발한 광유도 단백질 및 세포제어 기술은 세포·신경·실험동물(optogenetics)을 비롯하여 암세포를 이용한 차세대 연구기법으로 이용되어 새로운 연구결과를 창출할 것입니다”라며 연구에 대한 자부심을 내비쳤다.




자연에 대한 애정이 바탕 된 순수한 연구 펼치다

  허원도 교수는 스탠퍼드대학에서의 10여년의 연구원생활을 정리하고 2008년 카이스트 생명과학과에 부임하여 암세포 및 신경세포를 비롯한 다양한 세포에서 일어나는 복잡한 신호전달과정(Cell Signaling)을 독창적인 바이오영상(Bio-Imaging)기술들을 개발하여 수많은 단백질들의 기능을 다양한 세포에서 연구하고 있다. 2013년에 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성연구단 바이오이미징 그룹리더로 참여하여 국내의 바이오이미징 및 세포 신호전달연구를 선도하고 있다. 이 같은 연구를 통해 개발된 바이오영상 기술들은 광범위한 연구 분야에 적용할 수 있기 때문에 국내외 세포생물학 및 바이오영상연구분야 연구팀들과 적극적으로 공동연구를 수행할 수 있는 가교역할을 하고 있다.

  지난 2003년, 지방대 출신의 과학자가 생명과학분야의 세계적 학술지 ‘셀’(cell)지에 표지 논문을 게재하며 세계적인 주목을 받았었다. 그 주인공은 자연에 대한 순수한 애정과 열정으로 연구를 펼치고 있는 허 교수였다. 2003년 질병의 발병원인을 밝히기 위해 인간 세포에서 150개의 small GTP결합단백질을 직접 분리해, 100개의 small GTP결합단백질의 세포모양분석방법을 통해 기능을 한꺼번에 밝혀 국내외 세포신호전달 학계를 떠들썩하게 했다. 2006년에는 살아 있는 세포내에서 125개의 small GTP결합단백질들의 분포를 바이오이미징방법으로 분석하여 37개의 단백질들이 세포막의 인지질인 PIP2와 PIP3에 결합한다는 새로운 이론을 “사이언스”(Science)지에 보고하였다. 이러한 연구 내용에서 알 수 있듯이 허 교수의 연구에 대한 집념과 열정은 타의 추종을 불허한다. 

  허 교수는 “연구는 항상 호기심을 가지고 즐거운 마음으로 해야 합니다”라며 “즐거운 마음이 생기려면, 연구가 취미가 되어야 하며, 특기가 되고 생활이 되어야 합니다. 연구자는 많은 실패 속에서, 성공하는 몇 %의 새로운 연구결과를 위해 끊임없는 경쟁 속에서 연구를 해야 하기 때문에 연구에 대한 호기심과 즐거운 마음이 없으면 평생하기 힘들 것이다”라고 연구에 대한 진정성 있는 자세를 내비쳤다.

  연구에 대한 긍정적인 마인드와 인적네트워킹을 통해 암 발생의 분자적 메커니즘과 기억·학습·인지 등과 같은 뇌 기능의 분자적 메커니즘을 밝히고자 주야불식(晝夜不息) 연구에 매진하고 있는 허원도 교수. 그의 열정적이고 순수한 연구 자세가 많은 후학들에게 귀감이 되어 국내 기초과학 분야의 단단한 기틀이 만들어지기를 기대해본다.


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