건국대 암·줄기세포·신소재 분야 세계적 연구성과 잇따라
암 진행 막는 ‘만능 효소’ 세계 첫 발견
건국대 미생물공학과 안성관 교수와 배승희 박사 팀은 최근 생체 효소 중 하나인 ‘뮬란(MULAN)’이 암 촉진효소인 ‘Akt’를 분해해 암세포를 빨리 죽게 하고 암 확산도 억제한다는 사실을 세계에서 처음으로 규명해 생명과학 분야 권위 학술지인 ‘셀 리서치(Cell Research)’에 발표했다. 20여 년간 Akt에 대항할 효소를 찾아온 과학계의 숙제를 푼 것이다.
Akt는 활동이 미약해도, 과도해도 문제가 되는 인체 내 중요한 효소다. 폐암이나 백혈병 등의 암 속에서는 Akt가 과도하게 활동하는 현상이 공통적으로 목격돼 왔다. 이 효소는 정상세포에서보다는 암세포에서 그 활동이 크게 활기를 띤다. 암세포 성장을 빠르게 하며 항암제에 내성이 생기게 한다. 이 때문에 과학계에서는 Akt를 없애버리거나 과도한 활동을 막기만 하면 암세포의 죽음을 촉진할 수 있을 것으로 생각했으나 지금까지 그런 물질을 찾지 못했다.
뮬란은 다른 연구팀에서도 발견했지만 그 역할을 규명한 건 안 교수팀이 처음이다. 연구팀은 뮬란이 다른 물질에는 영향을 미치지 않고 Akt만 표적으로 하며 그런 일을 하는 장소도 미토콘드리아라는 사실을 알아냈다. 미토콘드리아는 세포 내 소기관으로 세포의 생존과 사멸에 관여한다.
만약 뮬란을 이용해 신약을 개발했을 때 생체 내 다른 물질에도 영향을 미치면 자칫 부작용으로 작용할 수도 있다. 그래서 이 같은 메커니즘의 규명은 중요하다. 안 교수는 “뮬란을 이용한 항암제 개발에 새로운 돌파구를 마련한 성과”라고 말했다.
“교수-학생 자체적으로 이뤄낸 연구성과 뿌듯”
“순수 우리 기술만으로 효소를 발견했다는 것이 자랑스럽다”는 안성관 교수와 그의 제자 배승희 박사(제1저자)의 인연은 특별하다. 배 박사가 학부생 3학년이던 2002년, 안 교수가 우리대학에 임용됐다. 암 연구를 하고 싶었던 배 박사는 안 교수를 찾아갔고 그렇게 올해까지 10년째 인연이 계속되고 있다. “아버지가 암으로 고생하셨기 때문에 암을 극복할 수 있는 획기적인 방법을 찾고 싶었어요.” 이것이 배 박사가 말하는 암 세포 연구의 이유다.
실제로 이번에 기능이 밝혀진 ‘뮬란’은 암 치료 과정에서 매우 뛰어난 효능을 갖고 있다. 뮬란이 분해 작용을 하는 Akt는 모든 세포의 성장 및 발달에 관여해 ‘마스터 스위치’라고도 불린다. 하지만 암세포의 경우 Akt가 과도하게 활성화 돼 암의 전이 및 재발을 일으킨다. “암연구의 키워드는 항암제 내성에 관한 것이에요. 암세포가 내성이 생기면 항암치료를 해도 효과가 없어요. 하지만 뮬란은 암세포를 활성화시키는 Akt의 분해를 유도함으로써 암 발달 과정을 억제시킬 수 있죠.” 또, 백혈병과 같은 혈액암에도 뮬란이 치료제로 이용될 수 있다는 것이 안 교수와 배 박사의 설명이다. 이러한 연구결과는 5년 안에 상용화될 수 있을 것으로 보인다.
하지만 연구가 처음부터 쉬웠던 것은 아니다. “연구 초기에는 암세포 관련 장비가 전혀 없어서 힘들었어요. 무엇보다도 이를 위한 연구비 확보가 가장 큰 문제였죠.” 안 박사와 배 박사가 입을 모아 지적한 것은 ‘연구 환경의 열악함’이었다. 충분한 연구를 진행할 수 있는 지원이 부족했다는 것이다. 때문에 효소의 기능을 밝혀냈을 때의 기쁨은 더 컸다. “처음으로 뮬란이 Akt를 분해시킨다는 것을 발견했을 때는 정말 기분이 좋았어요. 세계 60억 인구 중에 그 사실을 아는 사람은 저밖에 없는 거잖아요.” 당시 상황을 전하는 배 박사의 표정에서 그때의 기분을 느낄 수 있었다.
안 교수가 이번 연구에 대해 무엇보다도 자랑스럽게 여기고 있는 점은 바로 우리 대학 자체 연구로 ‘뮬란’의 기능을 밝혀냈다는 점이다. “척박한 연구 환경 속에서도 처음부터 끝까지 우리 손으로 만든 연구라는 점에서 의의가 있어요. 대부분 해외연구소와 공동연구를 하곤 하는데 이번 연구는 건대 학생들과 자체적으로 이뤄낸 연구에요. 우리도 할 수 있다는 자신감이 생긴 거죠.” 이렇게 말하는 안 교수의 얼굴에는 자부심이 가득했다. 실제로 안 교수의 연구실에는 더 좋은 대학의 대학원에 진학할 기회가 있었는데도 우리대학에 남아 연구를 진행하는 연구원들이 많다. 그는 “내년에도 학생들과 함께 한다면 더 좋은 결과를 낼 것이라 자신 할 수 있어요”라고 덧붙였다. 배 박사도 “상황이 많이 열악하지만 긍정적으로 극복하려는 자세가 중요하다고 봐요”라며 부족한 환경에서도 포기하지 말 것을 당부했다. 안 교수와 그의 연구팀이 만들어낼 다음 성과 역시 기대해 볼 만하다.
암과 면역거부 등 한계 극복한 유도신경줄기세포 개발
건국대 의학전문대학원 줄기세포교실 한동욱(36) 교수는 최근 면역거부 반응과 종양 발생 가능성이 없는 새로운 성체줄기세포를 생산하는데 성공해 과학학술지 ‘셀' 자매지인 <셀 스템 셀(Cell Stem Cell)>에 관련 연구결과를 게재했다. 한 교수는 체세포를 성체줄기세포인 ‘유도신경줄기세포’로 직접 역분화(逆分化)하는 데 세계에서 처음으로 성공해 기존의 줄기세포의 한계와 부작용을 극복하고 치매 등 퇴행성 뇌질환 치료에 새로운 가능성을 열었다.
“종양 부작용 없는 ‘유도성체줄기세포’ 세계 첫 성공”
체세포의 시계를 거꾸로 돌려 줄기세포처럼 분화능력을 갖게 만든 유도만능줄기세포는 수정란을 사용하지 않지만 남아 있는 미분화세포가 종양을 만들 수 있다는 게 단점이다. 이 때문에 최근엔 체세포를 치료에 필요한 신경세포나 간세포로 직접 바꾸는 기술이 개발됐다. 하지만 이렇게 만든 세포는 치료에 사용할 수 있을 만큼 오래 많이 배양할 수 없는 것이 한계다.
건국대 연구팀은 세계 최초로 체세포를 직접 성체줄기세포로 바꾸는 데 성공했다. 시계를 거꾸로 돌리는 유전자와 신경줄기세포 유전자를 함께 넣어 만든 이른바 ‘유도 신경줄기세포’를 처음으로 유도해냈다.
뇌에서 각종 신경세포로 분화되고 1년 이상 길게 배양할 수 있는데다 종양 걱정도 없다. 한 교수는 “체세포에 신경줄기세포 특이적인 유전자를 이용해서 체세포를 신경줄기세포로 직접 역분화를 유도한 세계 최초의 보고라는 것이 가장 큰 의의”라고 말했다. 앞으로 치매를 비롯한 퇴행성 뇌질환이나 척수손상 환자들은 자신의 체세포를 뽑아 직접 치료에 이용할 수 있는 새로운 가능성이 열릴 것으로 기대된다.
‘꿈의 소재’ 그래핀 표면 주름구조 세계 첫 규명
건국대 물리학부 박배호 교수와 최진식 김진수 박사팀은 지난해 7월 ‘꿈의 소재’로 불리는 그래핀(graphene)의 표면에 주름이 존재하며, 하나의 그래핀 조각에서도 구역에 따라 주름 방향이 다르다는 사실을 세계 최초로 밝혀 세계적 과학전문지 ‘사이언스’(Science)에 개재했다.
박 교수팀은 ‘기계적 박리법’을 통해 분리한 그래핀에서 미세한 주름 구조와 함께 주름 방향이 다른 구역(도메인)을 확인했다고 밝혔다. 그래핀은 흑연의 탄소원자 배열과 같은 모양이지만 두께는 원자 하나 정도에 불과한 2차원의 탄소 나노구조체로, 전자가 빠르게 이동할 수 있어 전도성이 탁월한 데다 강도 등 물리적 성질도 뛰어나 꿈의 소재로 불리는 신소재다.
연구팀은 또 열처리 공정을 거치면 그래핀 전체를 일정한 마찰력을 가질 수 있게 만들 수 있다는 사실도 입증했다.
박배호 교수는 “그래핀의 주름 구역 존재와 함께 주름 구조를 조절할 수 있다는 사실을 확인했다.”면서 “휘어지는 전자소자 등의 분야에서 응용할 수 있을 것”이라고 설명했다.
플래시보다 1,000배 빠른 신개념 메모리 개발
건국대 WCU(세계수준연구중심대학)사업의 지원을 받는 물리학부 이상욱 교수팀은 지난해 3월 탄소나노튜브와 전기역학시스템을 기초로 기존의 플래시 메모리보다 전달속도가 1,000배 빠르고 전력 소모도 크게 줄일수 있는 새로운 차세대 비휘발성 메모리 소자를 개발해 세계적 과학 저널인 네이처의 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션스지에 발표했다.
컴퓨터에 저장돼 있는 1GB(기가바이트) 크기의 대용량 영화 한 편을 휴대용 저장장치(USB)로 옮기는 데 1초도 안 걸리는 차세대 메모리가 우리 기술로 개발된 것이다.
건국대 물리학부 이상욱 교수와 서울대 물리천문학부 박영우 교수가 공동 참여한 연구진은 “현재 사용하는 플래시메모리보다 정보를 저장하고 삭제하는 속도가 1000배 이상 빠른 신개념 메모리를 개발했다”고 밝혔다.
연구진은 전하(電荷·전기의 성질을 갖는 작은 입자)를 전달하는 방식을 바꿔 차세대 메모리의 정보처리 속도를 크게 높였다. 메모리는 전하를 담는 그릇 역할을 하는 플로팅게이트에 전하를 넣고 빼는 식으로 신호를 만든다. 플로팅게이트에 전하가 있으면 ‘1’, 없으면 ‘0’이란 신호가 생긴다. 트랜지스터는 이 신호를 읽어 정보를 처리하는데 현재 방식은 전기가 잘 통하지 않는 절연층으로 전하를 통과시키기 위해 고압의 전기를 쓰기 때문에 속도가 느릴 뿐 아니라 전력 소모량도 컸다.
연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 외부에서 금속판을 플로팅게이트에 직접 접촉시켜 전하를 곧바로 주입하는 새로운 방식을 세계 최초로 시도했다. 여기에 실리콘 트랜지스터 대신 지름 1nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 크기의 탄소나노튜브로 만든 트랜지스터를 적용해 응답 속도를 높였다. 그 결과 정보처리 속도가 크게 높아졌고, 전력 소모량은 기존 플래시메모리의 10만분의 1에 그쳤다.
건국대학교 개요
독립운동의 맥동 속에서 태어난 당당한 민족사학 건국대학교는 1931년 상허 유석창 선생께서 의료제민(醫療濟民)의 기치 아래 민중병원을 창립한 이래, 성(誠) 신(信) 의(義) 교시를 바탕으로 ‘교육을 통한 나라 세우기’의 한 길을 걸어왔다. 서울특별시 광진구 능동로 서울캠퍼스와 충북 충주시 충원대로 GLOCAL(글로컬) 캠퍼스에 22개 단과대학과 대학원, 4개 전문대학원(건축전문대학원, 법학전문대학원, 경영전문대학원, 의학전문대학원), 10개 특수대학원을 운영하며 교육과 연구, 봉사에 전념하고 있다. 건국대는 ‘미래를 위한 도약, 세계를 향한 비상’이란 캐치프레이즈 하에 새로운 비전인 ‘르네상스 건국 2031’을 수립, 2031년까지 세계 100대 대학으로 도약하는 것을 목표로 ‘신지식 경제사회를 선도하는 글로벌 창의 인재’를 양성하고 있다.
웹사이트: http://www.konkuk.ac.kr
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8월 8일 11:30
