포스테키안

2018 봄호 / 포스텍 연구소 탐방기 / 포항공대 생명공학연구센터

2018-04-19 94

포항공대 생명공학연구센터

우리나라의 바이오산업은 IT를 이어받아 우리 경제를 살릴 구원 투수로, 경제협력개발기구(OECD)는 바이오기술이 발전하여 IT(정보기술), NT(나노기술) 등 신기술과 융합함으로써 2030년에는 바이오 경제가 IT 기반 경제에 버금가는 효과를 나타낼 것으로 예상하고 있습니다. 이번 봄호에서는 POSTECH 생명공학 분야의 우수한 연구인력과 기술을 바탕으로 국가산업과 인류사회의 복지 증진에 기여하는 무궁무진한 가능성이 열려 있는 포항공대 생명공학연구센터에 대해 알아 보겠습니다.

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(Interview 안재우박사)

포스텍 내 바이오 기술 전문연구기관, PBC (POSTECH BIOTECH CENTER)

포항공대 생명공학연구센터(이하 PBC(POS TECH BIOTECH CENTER))는 2000년 11월 설립 후 18여 년 동안 포스텍 바이오 분야의 대표적인 연구기관 역할을 수행하고 있습니다. PBC는 대학의 우수한 인재 양성과 함께, 산업체들과의 산학협력 체제를 바탕으로 첨단의 생명공학 연구를 수행한 연구결과를 사업화하는 Translation Research 전문 연구소입니다. PBC에서는 기초연구와 응용연구를 함께 수행하고 있으며 국내대학에서는 좀처럼 찾아보기 드문 최첨단의 시설을 갖춘 대형 연구소입니다.

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PBC의 3대 중점 연구분야 : 분자의약, 식물바이오텍, 나노바이오텍

PBC에서는 연구의 효율적인 수행을 위하여 분자의약, 식물바이오텍, 나노바이오텍 이렇게 3개의 연구 분야로 구분해 중점 운영하고 있으며 연구의 유연성과 연구 분야 간의 상호 협력 증진을 위해 노력하고 있습니다.

각 연구 분야에 대해 간단히 소개하자면, 첫 번째로 분자의약 분야에서는 생명 현상과 질병에 대한 분자 및 세포 수준에서 새로운 발견을 통하여 난치병 예방, 진단 그리고 치료에 유용한 새로운 기술과 소재 개발에 전념하고 있습니다. 그 대표적인 예로 면역학을 바탕으로 바이러스 및 암 치료와 관련된 연구를 하시며,  DNA vaccine 방법을 이용하여 자궁경부암을 치료하는 연구 성과를 통해 외과적 수술이 어려운 많은 환자들을 위한 신약 개발에 앞장서고 있습니다.

두 번째로, 식물 바이오텍 분야에서는 모델 식물 및 다양한 작물을 연구 시스템으로 하여 다양한 생명현상을 규명하고 이것을 토대로 우수 품종 생산 및 산업화를 도모합니다. 기초연구분야에서는 식물의 분화 및 발달, 다양한 신호전달, 식물면역시스템, 세포 내 단백질 이동과 물질의 세포간 이동과 같은 연구를 진행하고 있고, 응용 분야에서는 바이오에너지 관련 바이오매스 생산, 광합성 효율, 환경 정화연구, 작물 분자 육종 기술 개발에 중점을 두고 있습니다.

세 번째로, 나노 바이오텍 분야에서는 생물학적 현상을 깊이 이해하고 나노 과학 기술을 이용하여 생물학, 약학, 의료 진단 및 치료 연구에 필요한 도구를 만드는 목적을 가지고 있습니다. 바이오-AFM 연구팀은 단일 생분자 거동을 분석하고, 펨토몰 농도 수준 아래로 DNA, RNA, 단백질 바이오 마커를 검출하는 데 집중해 왔고, 나노 바이오 촉매팀은 주로 새로운 합성 촉매를 개발하는 데 관심을 갖고 이를 생리활성 물질의 합성에 적용코자 노력하고 있습니다.

이 중점 연구분야별 대표적인 산업화 성과로 분자의약에서는 제넥신(성영철 교수), 식물바이오텍에서는 바이오앱(황인환 교수), 그리고 나노 바이오텍 분야에서는 NB POSTECH(박준원 교수)을 예로 들 수 있습니다.

첨단 생명공학 연구에 꼭 필요한 연구 인프라가 잘 갖춰진 연구소

PBC 내에는 분자의약, 식물바이오텍, 나노바이오텍 각 분야에 알맞게 잘 맞춰진 일반실험실과 세계적인 수준의 동물실험시설이 구축되어 있습니다. 일반실험실은 벽이 없는 구조로 되어 여러 분야의 연구를 접할 수 있는 융·복합형 구조로 구성되어 있습니다. 그리고, 연구센터 건물 내 대형강당과 세미나실 등이 잘 갖춰져 있어 세계 석학들께서 포스텍을 방문하시면 꼭 PBC를 들리시곤 합니다. 또한 동물실험실에는 SPF 실험동물(마우스) 300여 종이 사육되고 있으며 전 세계 유일의 무균/무항원 동물시설(GERM FREE)이 구축되어 있습니다. 이처럼, 생명공학 분야의 특화된 연구 장비와 시설들이 잘 구축되어 있기 때문에 PBC에서는 세계최고 수준에 걸 맞는 기초과학 및 기초과학 기반 순수기초연구를 진행하고 있으며 기초과학연구원(IBS) 캠퍼스연구단 또한 PBC 내에 입주하여 활발한 연구를 수행하고 있습니다.

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미래 신약개발을 이끄는 PBC X 포항 4세대 방사광 가속기

PBC는 오랜 시간 축적해 온 연구역량을 바탕으로, 최근에 포스텍 내 완공된 4세대 방사광 가속기를 활용해 신약 기술을 개발하는 ‘가속기 기반 신약 프로젝트(NBA 프로젝트)를 진행 중입니다. 몸에 이상이 생겼을 때 복용하는 약 대부분은 해당 약물이 환자 몸 속의 표적 단백질에 특이적으로 결합하여 표적 단백질의 기능을 조절하면서 치료 효과를 냅니다. 최근에는 신약개발에 단백질 구조기반 신약개발1 방법이 주로 사용되고 있습니다. 구조기반 신약개발 과정은 매우 효과적인 방법임에도 불구하고 이 방법을 사용하는 데는 한계가 존재합니다. 매우 높은 해상도의 표적단백질의 구조를 알아야지 결합할 수 있는 물질을 예측할 수 있는데 아직까지 신약 표적 단백질들 중에서 구조가 밝혀져 있는 것이 많지 않기 때문입니다. 특히 60% 이상의 약물의 표적이 되는 세포막 단백질들의 경우에는 단백질을 순수분리하고 큰 결정을 만드는 것이 거의 불가능하여 신약개발에 어려움을 겪고 있습니다. 하지만 세계에서 3번째로 완공된 포항 4세대 방사광 가속기를 사용하면 이러한 한계들을 극복할 수 있습니다. 4세대 방사광 가속기는 기존의 3세대 가속기 보다 100억 배 밝은 강력한 빛을 생산하여 아주 작은 단백질 결정(nano-crystal)으로도 구조 분석이 가능하고, 구조기반 신약개발에 꼭 필요한 높은 해상도의 단백질 결정 구조를 얻을 수 있습니다. PBC는 포항 4세대 방사광 가속기를 활용하여 세포막 단백질의 구조분석을 통해 신약 후보물질 도출시간과 비용을 획기적으로 단축할 수 있는 기술을 개발하여 지역에 신약개발 분야의 미래성장동력으로 한 축을 담당하고자 노력하고 있습니다. NBA프로젝트를 통해 신약개발 기술의 한계를 극복한다면, 보다 빠른 방법으로 제2, 제3의 신약 원천기술을 개발할 수 있을 것입니다.

글로벌 R&D 연구소로 도약을 꿈꾸는 PBC

PBC는 풍부한 연구 인프라와 연구 역량을 바탕으로 서울대병원 및 서울대의대 등 국내 유명 대학병원과 상호협력 및 공동연구를 진행하고 있으며 국내외 산업체와의 기술사업화 연구 또한 활발히 이루어 지고 있습니다. 현재까지 동아제약, 일진그룹, SKT, CJ그룹과 같은 산업체들과의 산학공동연구 성과를 만들어 냈으며, 앞으로도 이러한 기술사업화를 협력, 조정하는 역할을 수행하여 연구성과를 실질적으로 성과 창출로 연결하는 중개, 지원 역할도 수행하고자 합니다. 또한, PBC가 세계적인 바이오 전문 연구소로 발전하기 위해서 글로벌 네트워크 구축 기반을 다지고 있고, 현재 협력 중인 스웨덴 카롤린스카 연구소, 미국 아리조나주립대와 같은 바이오/의료분야 우수 연구소를 유치하는 사업을 추진 중이며, 스위스와 일본 등의 세계적인 가속기연구소와 협력사업을 진행하여 글로벌 R&D 연구소로 도약을 꿈꾸고 있습니다.

1 단백질 구조기반 신약개발 방법은 단백질의 3차원 구조를 알아낸 다음 표적단백질과 특이적으로 결합하는 물질들을 컴퓨터로 예측하고 실제로 물질을 표적단백질과 반응시켜 결합부위의 구조, 및 결합방식을 더 세밀히 조사하여 신약 개발을 하는 방법이다.

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알리미 22기 김민지 | 생명과학과 16학번