1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

저는 머신러닝 기술을 활용해 기존 합성생물학 기술을 고도화함으로써, 산업균주를 이용한 유용물질 생산 효율을 높이는 것을 목표로 연구를 진행해왔습니다.

제가 생산하고자 했던 타겟 물질은 콜라겐으로, 제약·화장품 등 여러 산업 분야에서 각광받는 소재입니다. 그러나 현재 유통되는 콜라겐은 대부분 동물성으로, 윤리적 문제와 교차오염, 면역반응 등의 한계를 안고 있습니다. 이에 중국에서는 인간 콜라겐 유전자를 효모에 도입해 합성생물학 기반 콜라겐을 생산하는 연구를 활발히 진행하며 다수의 특허를 출원하고 있습니다.

이러한 흐름 속에서, 저는 콜라겐 소재의 국산화 및 고도화를 목표로 한국콜마와 협업하여 본 연구를 수행하게 되었습니다. 세부 목표는 인간 콜라겐 1형 유전자를 코리네박테리움 글루타미쿰에 도입해 콜라겐을 분비 생산하는 것으로, 세포 파쇄 없이 배양액 상등액만으로 콜라겐을 회수해 생산 효율을 높이고자 했습니다.

연구 과정이 순탄하지만은 않았습니다. 초기에는 발현 전략 수립 과정에서 거듭된 실패로 좌절감을 느끼기도 했지만, 포기하지 않고 연구를 이어간 끝에 상등액에서 희미하게 분비되는 콜라겐을 확인할 수 있었습니다. 이를 최적화하기 위해 바이오파운드리를 활용해 다양한 시그널펩타이드와 프로모터(본 연구실 자체 제작 상시발현 프로모터 포함) 조합 실험을 진행했고, 그 결과 분비 생산의 핵심이 시그널펩타이드 선정에 있음을 확인했습니다.

저는 여기서 멈추지 않고 단백질 언어 모델과 분류 모델을 적용해 최적의 시그널펩타이드를 탐색함으로써, 합성 시그널펩타이드 제작과 선정 문제에 대한 해답을 찾을 수 있었습니다. 나아가 성균관대학교 김근형 교수님 연구실과 협업하여 human cell line 배양 실험으로 유효성을 검증한 결과, hASC(인간 지방유래 줄기세포) 배양에서 합성생물학 기반 휴먼 콜라겐이 기존 동물성 콜라겐보다 우수한 효과를 보임을 입증하였습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

본 연구를 수행한 성균관대학교 식품생명공학과 우한민 교수님 연구실은 코리네박테리움 등을 숙주로 하여 합성생물학과 대사공학 기술을 접목함으로써 유용물질 생산 연구를 진행하고 있습니다. 더불어 바이오파운드리를 활용해 실험 설계와 운용의 효율성을 높이는 연구를 통해 합성생물학 분야의 발전에 힘쓰고 있습니다. 연구실의 자세한 정보는 ( https://sites.google.com/site/smsblab/Home) 을 참고해 주시면 감사하겠습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

연구자로서 가장 중요한 덕목은 끈기라고 생각합니다. 아무리 좋은 아이디어와 전략이 있다 한들 끝까지 밀고 나가야만 비로소 빛을 발하기 때문입니다. 그리고 이 '끝까지 수행한다'는 것은 단순히 인내하며 결과를 기다리는 것 이상의 의미를 지닙니다. 꾸준히 해야 할 일을 지속하다 보면 예상치 못한 돌파구를 찾기도 하고, 실패 속에서도 분명 배우는 것이 있기 때문입니다. 저 역시 이번 연구를 진행하며 심리적으로 크게 위축되었던 시기가 있었지만, 그럼에도 포기하지 않았기에 좋은 결과로 이어질 수 있었다고 생각합니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

아직 박사 학위를 받은 지 얼마 되지 않아, 감히 조언이라 할 수 있을지 모르겠습니다. 그럼에도 몇 마디 드려보자면, 연구를 하다 보면 예상치 못한 결과를 마주할 때가 많습니다. 저 역시 석사과정 때는 그런 순간마다 조급한 마음이 들곤 했습니다. 하지만 석 박사 과정을 거치며 느낀 것은, 모든 결과에는 나름의 의미가 있다는 사실입니다. 예상치 못한 실험 결과를 마주했을 때 그것을 해석하고 좋은 결과로 만들어가는 과정 자체가 많은 것을 배우게 하고, 성장의 밑거름이 된다고 생각합니다. 그 과정을 거치다 보면 분명 한 단계 발전한 연구자가 되어 있을 것입니다.

또한 문제를 여러 시각에서 바라보고, 그로부터 새로운 아이디어를 이끌어낼 수 있다면 연구를 더 좋은 방향으로 발전시킬 수 있으리라 생각합니다. 다만 이 부분은 저 스스로도 아직 부족하다고 느끼는 지점이라, 앞으로 더 정진하고자 합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 2026년 10월부터 미국 Washington University in St. Louis(WashU)의 Fuzhong Zhang 교수님 연구실에서 박사후 연구원으로 근무하게 되었습니다. Zhang 교수님 연구실은 합성생물학을 기반으로 거미줄 단백질, 홍합 접착 단백질 등 자연 소재를 모사한 고성능 바이오소재를 미생물 공장을 통해 생산하는 연구로 잘 알려져 있습니다. 지금까지 제가 수행해 온 연구가 유용 단백질을 균주를 통해 효율적으로 분비 생산하는 방법을 찾는 과정이었다면, 이곳에서는 지금까지 쌓아온 합성생물학과 머신러닝을 접목하여 새로운 호스트 시스템과 새로운 타겟 소재에도 적용해볼 수 있는 tool로써 확장하는 연구를 수행할 수 있기를 기대하고 있습니다. 이 곳에서도 참신하고 좋은 연구 성과를 만들어, 제 연구가 다시 한번 한빛사에 소개될 수 있으면 좋겠습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

먼저, 학위 과정 동안 제 연구를 믿고 기다려주신 지도교수님 우한민 교수님께 진심으로 감사드립니다. 또한 본 연구를 시작할 수 있도록 도움을 주신 한국콜마 박병준 소장님과 연구원분들께도 감사드립니다. 연구 후반부에 콜라겐의 적용성을 검증하는 데 큰 도움을 주신 성균관대학교 의과대학 김근형 교수님과 채수정 연구원님께도 깊이 감사드립니다. 이 외에도 실험 과정에서 크고 작은 도움을 아끼지 않은 허유빈 박사님, 박준성 박사과정생을 비롯한 모든 실험실 구성원들께도 고마운 마음을 전합니다.

이 자리를 빌려, 학위 과정 내내 경제적·정서적으로 변함없이 지지해주신 부모님께도 감사하고 사랑한다는 말씀을 드리고 싶습니다. 그리고 가장 힘든 시기에 늘 곁에서 응원해주고 제 꿈을 지지해준 남편에게 고맙고 사랑한다는 말을 전하고 싶습니다.