한빛사 인터뷰
Pacific Northwest National Laboratory, 현 University of North Carolina at Greensboro
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
연구 소개, 동향, 및 전망
질량분석기 (Mass spectrometry) 를 이용한 단백체학 (Proteomics) 은 생물학 연구에서 부터 기초의학, 임상의학 연구에 이르기까지 많은 분야에서 높은 신뢰도를 가지고 만개 이상의 단백질을 동시에 상대/절대정량을 할 수 있는 기술입니다. 최근에 들어 단일세포 간의 단백체 차이를 보고자 하는 single-cell proteomics (scProteomics) 연구의 필요성이 대두 되었지만, 증폭이 불가능한 단백질 수준에서의 세포 내 단백질 동정 및 정량 연구를 하기 위해서 민감도를 향상시킬수 있는 기술의 개발이 필요하였습니다. 이에 본 연구에서는 nanoPOTS robot을 이용한 기존의sample prep 방법에 더하여 LC-FAIMS-MS를 이용한 TIFF (Transferring Identification based on FAIMS Filtering) 질량분석기법의 개발을 통해 각 단일세포의 단백질들을 동정 및 정량성 결과를 향상시켰을 뿐만 아니라, 상업적 구입이 가능한 CellenONE system을 도입하여 향후 다른 연구실에서도 수십 수백 개의 단일세포들을 동시에 단백체 분석을 할 수 있는 가능성을 제시하였습니다. 특히 이 연구에서는 자체 개발된 nested-nanowell (N2) chip상에서 cell sorting, digestion 및 TMT labeling에 이르기까지 모든 시료준비 과정을 한번에 진행하여 각 단일세포의 단백질들을 최대한 로스없이 추출하고 분석할 수 있는 workflow를 제시하였습니다. 앞으로 이러한 기술을 가지고 단세포들 간의 proteome heterogeneity 차이를 정량적으로 연구하여 단일세포 분자기능 및 특정조건에서 서로 다른 세포 유형 간 분자의 정량적 변화를 심층적으로 들여다볼 수 있을 것이라 기대합니다.
연구과정중의 에피소드
본 연구를 위해서는 수십 nano-liter volume의 시료를 공기중으로 증발없이 다루어야 합니다. 하지만 건조한 기후 조건을 가진 미국 서북부 지역에서, 또한 매우 건조한 겨울날씨 속에서 이는 저에게 굉장히 큰 도전이였습니다. 그렇기에 수많은 실패를 겪어가며 건조한 환경가운데서도 single-cell 을 다루는 기술을 터득하였을때 그 기쁨은 이루 말할 수 없었습니다. 또한 이 프로젝트는 COVID-19이 터지기 직전에 시작이 되어 연구기간의 대부분이 코로나 기간과 맞물리며 제한된 실험실 출입 및 자택근무등 여러가지 어려운 상황가운데 진행이 된 연구였기에 저에게 매우 소중한 업적이 아닐 수 없습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
단일세포 단백체학 기술개발의 필요에 동참하기 위해 저는 이 분야의 선구자 역할을 하고 있는 Ying Thu 의Senior scientist, PNNL)의 지도 하에 Pacific Northwest National Laboratory 에서 post-doctor 로 근무하여 본 연구의 주저자로 참여하게 되었습니다. PNNL은 질량분석기의 최신 기술개발에서 부터 이를 응용한 proteomics, metabolomics, lipidomics 등의 분야에서 선두적 역할을 하고 있습니다. 또한 omics 분야 뿐만 아니라 토양, 식물 연구에서부터 배터리, 핵연료 연구에 이르기 까지 4500여명의 과학자로 이루어진 다양한 연구팀들이 상주하며 자유로운 토론과 협업을 통해 심도있는 연구를 추구해 나가고 있습니다. 본 기관에서 근무하는 1년 6개월의 시간동안 연구에 대한 것도 많이 배웠지만 무엇보다 한 과학자로서 가져야 하는 마음가짐, 훌륭한 과학자들과의 네트워크, 그리고 그들과 협업하는 자세, 및 미국국가연구소의 시스템에 대해 알게 된 것이 저에게는 큰 수확이라 할 수 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
초창기 Proteomics는 기초생물연구에 많이 사용되는 기술이였지만 이제는 기초의학에 이어 임상의학에 이르기까지 보다 폭넓은 분야에서 사용이 되고 있습니다. 저는 어려서부터 임상의사의 꿈을 가지고 있었지만 대학원 진학을 하며 clinical proteomics를 전공하게 되었고, 제가 현재 가지고 있는 지식이 임상의학의 발전에 한 물꼬를 트고 있는 것을 볼 때 큰 자부심과 보람을 느낍니다. 특히 PNNL에서 경험한 scProteomics의 기술개발은 지금까지 기술의 부재로 다가서지 못했던 희귀질병의 정밀한 단백질 바이오마커의 발굴에 한발 더 다가갈 수 있는 밑바탕이 될 거라 확신합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
scProteomics는 이제서야 그 기법이 조금씩 적립이 되고 있지만, 더 나은 결과를 얻기 위해서 아직까지 더 많은 기술 개발이 필요한 분야입니다. 새로운 기술을 선두해 나가기 위해서는 쏟아져 나오는 수많은 연구들의 동향을 늘 파악하고 있어야 하며 새로운 시각으로 연구를 바라보며 창조적인 아이디어를 낼 수 있어야 합니다. 무엇보다 정밀한 기기를 다루기 위해서는 각종 기기에 대한 이해력과 더불어 뛰어난 기기조작 능력이 필수적이며 새로운 기기의 응용력 또한 요구되어집니다. 이를 위해 다른 분야의 과학자들과 늘 토론하고 배울 수 있는 능력 또한 키워져야 합니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
현재 저는 University of North Carolina의 Center for Translational Biomedical Research department에서 research scientist로 근무 있습니다. 이곳은 여러 병원들과 협업을 통해 multi-omics 기법을 통해 질병들의 마커를 발굴하고 질병예측모델을 만드는 연구소입니다. 이곳에서 제가 배운 scProteomics 기법을 응용하여서 매우 제한된 임상시료에서 심도있는 단백체 연구를 할 수 있는 기술개발을 하는 것이 현재 진행중인 프로젝트며 향후 오토메이션을 통한 제한적 임상시료의 large-scale연구를 진행할 계획입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
그 무엇보다 먼저 여기까지 저를 이끌어 주신 하나님께 모든 영광을 돌립니다. 그분의 계획하심 가운데 만나는 사람들과 거쳐가는 모든 장소에서 늘 위로함을 얻었고 감사한 시간들을 가질 수 있었습니다. 또한 이 자리를 빌어 대학원 과정을 잘 마칠 수 있도록 도와주신 서울의대 김영수 지도 교수님과 제가 이 분야에서 꼭 필요한 지식을 알려주신 서울대병원 한도현 교수님에게 특별히 감사의 인사를 드리고 싶습니다. 힘든 박사과정의 시간들을 함께 걸어갔던 동료 선후배들의 얼굴도 하나씩 떠오르네요. 늘 서로 배려하고 격려해서 그 시간을 무난히 지나가고 이제는 사회 곳곳에서 함께 성장하고 있는 그들에게도 심심한 감사의 인사를 남깁니다.
무엇보다 남들보다 많게는 10여년 늦게 공부를 시작한 노학도였던 저에게 늘 응원과 지원을 아끼시지 않았던 부모님과 장모님, 그리고 비록 지금은 곁에 없지만 따뜻한 말씀 많이 해주시던 장인어른에게도 이 자리를 빌어 감사한 제 마음을 전하고 싶습니다. 많이 부족했던 저를 가족이라는 이유로 사랑으로 늘 감싸주고 응원해주었던 매형과 누나, 그리고 처가 식구들에게도 제 마음을 전합니다.
마지막으로 세 아이의 엄마이자 제 아내로서의 역할을 잘 감당하며 언제나 제 곁을 지켜준 아내 유은지와 세딸 예진, 예주, 예슬이.. 그들의 이해와 헌신, 그리고 사랑이 있었기에 이 인터뷰가 있을 수 있었다고 꼭 전해주고 싶네요. 감사하고 사랑합니다.
#PNNL
#Single-cell proteomics
#scProteomics
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