브만사 인터뷰 구. 브만사
컴퓨터 모의실험을 통하여 새로운 DNA 염기서열 분석법 제시
[2011 국내 바이오 성과 뉴스 Top 5 선정] POSTECH 화학과 김광수 교수
- 선정된 연구성과의 내용 및 의의
- Nanopore를 통한 DNA 분석 과정은?
- 필요한 기기나 장치는?
- 기술의 장점과 활용은?
- 앞으로의 연구 방향과 계획
- 현재의 연구분야를 하게 되신 과정들은?
- 향후 먹거리가 될 수 있는 과학기술개발을 위해서는…
- 연구를 잘 하기 위한 조언의 한 말씀
일시: 2012년 3월 7일, 오후 2:00
장소: POSTECH 화학관
선정된 연구성과의 내용 및 의의 "DNA 유전체 정보는 생물학적으로 자손들에게 전달되는 정보이다. 그 모든 정보를 통해 인간의 생물학적 정보에 관해 과거에서부터 미래까지 알 수 있기 때문에 앞으로 미래의 인간에 대한 연구까지도 포함할 수 있다. 인간의 게놈 하나가 약 30억 개 정도인데, 그것을 분석하는데 초창기에는 몇 십 년이 걸렸고 지금은 1~2주 내에 해결된다. 그것이 한 시간 이내로 되어서 현장에서 바로 분석할 수 있거나 다양한 게놈 정보를 이해할 수 있다면 유전체에 대한 새로운 이해를 가져다 줄수 있다. 인간의 유전체 분석 방법으로 Sanger 방법이 1세대이고 광학적으로 이미지를 얻는 방법이 2세대인데, 현재까지는 이것이 1~2주 걸리는 가장 좋은 방법이다. 3세대라 불리는 방법의 아이디어는 2000년도 즈음에 나오기 시작했는데 어떻게 하면 전기적 신호로 바로 분석해 낼 수 있을까, 그것도 염기 하나당 micro second 이내로 할 수 없을까 하는 것이다. 그래서 DNA를 nanopore 같은 곳에 집어 넣어 스캔하면서 전기가 신호를 보내면 바로 원하는 정보를 얻을 수 있지 않을까 라는 생각을 했다. 생각은 좋은데 그것을 할 수 있느냐 하는 문제이다. DNA가 nanopore를 통과하면서 어떻게 각각의 ACGT를 구별해 내느냐 하는 문제이다. 각 염기들은 nanopore를 통과할 때 특별한 방향성이 없어, 각 염기의 고유신호가 명확한 전압 위치에 있지 않고 광역 띠를 가진 신호를 주게 된다. 따라서 ACGT 간 전기신호가 서로 많이 중첩되어 그 구분이 어렵다. 그래서 십여 년 동안 계속 3세대인 nanopore를 하자고 말은 하는데 실절적으로 이론 및 실험에 별 진전이 없었다. 우리는 이 문제를 고민해서 결국 새로운 이론적 방법을 제시함으로써 현실화가 가능함을 보여주고 있다." Nanopore를 통한 DNA 분석 과정은? (동영상 자료 03:20~09:10 까지 내용 참조) 필요한 기기나 장치는? "첫 째는 nanochannel이 필요하다. DNA single strand가 통과하는데 넓으면 DNA가 여러 개 붙을 수 있기 때문에, 가능하면 DNA가 한 가닥이 통과될 수 있도록 하는 것이 좋다. 두 번째는 gate voltage를 걸었을 때 빠른 속도로 스캔을 해야 한다. 그냥 전류만 측정하는 것이 아니라 gate voltage를 스캔해야 한다. 그것을 2D 차원으로 해야 하니까 Mega Hertz 정도로 해야 한다. 이것도 현재 가능하며 이제는 Mega Hertz에서 Giga Hertz로 가려고 하는 정도이다. 그런데 이것을 DNA 분석에 적용하는 것은 특별한 기술이 필요하다. 세 번째로 가장 힘든 것이 그래핀 나노리본이다. 홍병희 박사가 내 그룹에서 학생, post doc으로 있다가 성균관대 교수로 가서 그래핀 성장을 성공적으로 이루어 논문을 네이쳐에 발표했다. 그래핀을 한 가닥으로 만드는 것이 힘들다. 재작년 독일 그룹이 금 위에다 그래핀을 만들었는데 금을 녹일 수 없어서 분리가 안 되었지만, 녹일 수 있는 금속 위에서 만들어 산을 처리해서 녹여내 한 가닥으로 만들 필요가 있다. 이것을 분리해서 channel 위에 가져다 놓는 것도 새로운 기술이 필요하다. 이렇게 각각을 한꺼번에 조합하여 만드는 것은 매우 어려운 일이다. 모든 것이 사람 손으로 할 수 없는 나노 작업이기 때문에, 재주껏 molecule이 스스로 가서 붙어줘야 한다. 그러니까 이와 관련된 self-assembly technique이 필요하다." 기술의 장점과 활용은? "사람들이 DNA의 A, C, G, T만 구분하면 되는 것으로 생각하는데 우리는 A, C, G, T의 구분 뿐만 아니라 A와 methylated A가 구분이 되는 것이다. 예를 들어 암 인자가 있다면 그것도 구분할 수 있게 될 것이다. 꼭 DNA 염기가 아니더라도 다른 molecule의 특성을 알아낼 수 있는 새로운 spectroscopy가 되는 것이다. 기존처럼 1D로 측정하는 것이 아니라 2D로 전기전도도를 측정하면 새로운 측정시스템이 되어서 화학이나 생물학, 물리학에 응용할 수 있을 것이다. 이것이 앞으로 더 응용된다면 sequencing이 아니라 암과 같은 질병에 대해서 어떻게 변이가 되는지 공부할 수 있는 기회가 될 것 같다." 앞으로의 연구 방향과 계획 "지금 현재는 우리가 컴퓨터 모의실험을 통해 분석이 가능하다는 것을 밝혔기 때문에 이 이론을 뒷받침하는 작업을 할 것이다. Sequencing을 할 수 있다는 것을 보여주고, 그 다음에는 질병에 관련되는 것이나 변형된 분자들을 분석해 보고 그것이 왜 가능한지 증명하고 뒷받침하게 될 것이다. 실험적인 작업은 이제 시작이다. 이런 장치를 만들려고 셋업하고 있다." 현재의 연구분야를 하게 되신 과정들은? "원래 나는 한 가지만 하기를 원했는데 환경이 그렇게 안 만들어졌다. 어렸을 때에는 초등학교를 십여 군데를 다녔다. 한국에서도 한 2-3년에 한 번씩 자리를 옮겨서 십여 군데에 있었고, 미국에서도 여러 군데를 돌아다녔다. 공부도 그렇다. 처음에는 물리를 좋아했지만 응용화학을 했고, 그러다가 물리가 재미있어서 원자력까지 공부했다. 그래서 물리로 박사 학위를 받았고 화학으로 옮겨서 박사 학위를 또 받았다. 그리고 대학에서 강의를 할 때는 수학, 전자공학, 물리 등을 강의했다. 그런 과정을 거치다가 나중에는 생명과학 분야에 관심이 생겼다. 왜냐하면 인간의 생각과 감정에 대해서 이해를 해 보려고 관심이 생겼는데 너무 힘들었다. 결국은 분자를 이해하고 싶어서 화학이 종착역이 되었다. 그래서 여러가지를 공부하면서 어떤 것은 깊게 알고 어떤 것은 폭넓게 알게 되니, 뭘 하다 보면 무엇이 중요한지 감이 있게 된다. 물리학에서 새롭게 하고 있는 것을 화학에서도 달리 새로운 방법으로 한다면 아주 재미있을 것 같다는 생각을 하게 된다." 향후 먹거리가 될 수 있는 과학기술개발을 위해서는… "우리나라는 나라가 작고 인구가 적어서 불리한 여건을 가지고 있다. 그래서 다른 나라와 과학자 수를 비교해 봐도 그 수가 적은 편이다. 예를 들어 우리가 소프트웨어를 만들어도 한국에서만 쓴다면 만드는데 들인 노력만큼의 수지를 맞출 수가 없다. 하지만 요즘에는 한국과 함께 하고 싶어하는 곳이 꽤 있다. 나는 개인적으로 삼성, LG, 현대와 같은 기업들이 참 잘하고 있다고 생각한다. 이제까지는 한국이 너무 작아서 불가능할 줄 알았는데, 이들 기업들을 보고 반성을 한다. 길이 있음을 느낀다. 남이 하는 것을 넘어서 남들이 생각할 수 없는 한 차원 넘는 것을 할 때, 그리고 그것이 아주 유용할 때 대단한 일을 할 수 있게 되는 것이다. 근래 의사가 흥미있는 직종으로 각광받고 있다. 의사를 하면 수천 명의 생명을 직접 돕게 되지만 수 만을 넘기는 힘들 것이다. 그러나 과학자가 새로운 것을 발견하거나 개발하게 되면 그 영향은 수십 억 명에게 미칠 수 있다. 그런데 그것을 공학적으로 이용했을 때에는 스티브 잡스 처럼 엄청난 돈이 된다. 본인이 과학을 공부해서 세상을 바꾸어 보고 싶다면 진정 자신이 원하는 것을 한 번 해 보는 것이 좋을 것 같다. 평범한 것을 떠나 한 단계를 넘어서 과학이 무엇을 할 수 있는지, 세상을 얼마만큼 변하게 할 수 있는지를 생각하면 과학을 하고 싶은 마음이 생길 것이다." 연구를 잘 하기 위한 조언의 한 말씀 "한국에서 공부를 잘하는 사람은 시험 위주의 공부이기 때문에 남이 해 놓은 것을 별 어려움 없이 잘 습득한다. 그런데 연구라는 것은 완전한 것이 중요한 것이 아니라 세상에 모르는 것들 중에서 중요한 하나를 찾아 답을 구하는 것이다. 거기에는 정보가 거의 없고, 자기가 정보를 채워 넣는 것이다. 그래서 공부와 연구의 메커니즘은 분명히 다르다. 나도 공부를 잘하는 학생이 있으면 모든 것이 다 잘 될 것 같았는데, 그것이 아니라는 것을 많이 느꼈다. 실제 성적이 좋지 않은 학생이 연구에 재미를 발견하게 되었을 때 무섭게 빠져들어 가게 되고 그 때 대단한 무언가가 나온다. 머리는 좋지만 어떤 이유로 인해서 정서적으로 불안해져서 방황하던 학생들이 다시 제자리를 찾았을 때 아주 열정적으로 한다. 그만큼 열정이 있는 학생들이기 때문에 그런 학생들을 환영한다. 그리고 연구를 할 때 전체적으로 중요한 것이 무엇이고 핵심이 무엇인지 알아야 한다. 어떤 단계를 진행하는데 완벽하게 모든 것을 다 공부하려고 하는 학생들이 있다. 물론 완벽도 중요하지만 세상이 빠르게 돌아가는 점이 있고 경쟁적이기 때문에 그에 맞게 어느 정도 보조를 맞춰야 한다. 뛰어난 과학자를 만드는데 힘든 원인 중의 하나가 한국에서는 시험으로 훈련이 되어 있기 때문이다. 대학 입학 시험이 없고 고등학생 때부터 연구를 시켜서 연구를 잘 하면 뽑아주겠다고 하면 많이 발전을 했을 것이다. 지금부터라도 그렇게 한다면 좋을 것 같다. 학교를 따라 가는 것이 아니라 선생님을 따라 가야 한다. 취직을 할 때도 회사를 보고 가는 것이 아니라 자신에게 맞는 일을 찾아 가야 한다. 요즘 학생들은 남들이 많이 가는 학과에 지원해서 가는 분위기이다. 이것은 상당히 큰 문제이다. 남들이 무엇을 하든지 상관하지 않고, 자기가 원하는 것을 선택하고 자기 스타일로 살아가는 자신감을 가져야 할 것 같다. 연구도 그렇게 해야 한다." 인터뷰에 응해주신 김광수 교수님께 감사 드립니다...BRIC |