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[2003 한국과학상 수상] 서울대 약대 김성훈 교수 (1)
"우리 연구는 소재와 패러다임 두 가지 면에서 Unique"

인터뷰 내용
 - 단백질합성효소 네트워크연구단
 - ARS 단백질 연구 배경
 - 소재와 패러다임에서 Unique
 - 경쟁 or 공동 연구
 - ARS 네트웍 연구 진행 과정
 - 바이오 산업에 활용될 수 있는 연구결과와 효과
 - 앞으로 집중 할 연구주제

일시: 2003년 1월 29일, 오후 5:00

장소: 포항공대 생명과학과

김성훈 교수 약력


단백질합성효소 네트워크연구단은?

연구원은 총 15-20명 정도 유지되고 있고 이 중에서 senior scientist들이 3-4분 연구실을 이끌고 있다. 단백질 합성 효소 네트웍이라는 말은 원래 없는데 우리 연구실에서 처음 만들어 쓰고 있다. 우리 연구실은 aminoacyl-tRNA synthetases라는 효소들이 수행하는 새로운 signaling network을 찾아내고 여기에 관여하는 단백질 기능 연구, 의약품 개발 연구를 한다.

ARS 단백질 연구 배경

Aminoacyl-tRNA synthetases를 ARS라고 부르기 시작한 것도 내가 처음이다. 외국의 다른 연구진들은 이 효소를 AARS라고 부른다. 이 효소는 MIT(Massachusetts Institute of Technology)에서 postdoctoral fellow 때부터 연구하던 것이다. 내가 박사학위를 하던 당시 DNA binding protein 연구가 유행을 했다. Transcription factor를 찾거나 DNA sequence를 인식하는 방법 등에 관한 연구가 활발했는데 나도 석사, 박사 과정에서 DNA binding protein을 연구해서 비교적 좋은 연구결과를 얻어 cell, nature 저널에 발표를 했었다.

그러나 DNA binding protein 연구는 조금 지루했다. 그보다 훨씬 구조가 복잡한 RNA binding protein이 RNA를 인식하는 방식에 의문이 생겼고 aminoacyl-tRNA synthetases(ARS)라는 효소에 처음 관심을 가지게 되었다. ARS 단백질은 유전자 암호를 단백질로 전환시켜주는데 관여하는 효소이기 때문에 대부분 진화학자들은 이 단백질이 생명의 초기 태동기부터 진화해 왔을 것으로 보고 있다. 이미 오래 전부터 알려져와서 생물학연구의 main stream에도 벗어나 있지만 나는 체질적으로 그런 것들을 좋아한다. 처음부터 ARS 효소의 기본적인 research(enzymology)에는 관심이 없었다. 간혹 이 효소에 관한 좋은 논문이 나오면 수집을 했는데, splicing factor로 작용하거나 세포 내에 전혀 예상하지 못하는 곳에서도 발견되는 내용이었다. 이렇게 간헐적을 발표되는 자료를 통해서 단순히 우연히 일어나는 결과는 아닐 것이란 생각이 들었다. 그래서 이 효소들의 새로운 기능을 전체적으로 살펴보는 연구 계획을 세웠다.

한국으로 귀국한 때가 한참 인간 유전체 사업이 끝나 가는 시점이었고, 유전체 사업이 끝나면 그 다음은 단백질 기능 연구가 중요해 질것이라는 판단이 섰다. 애초부터 Genome Project는 우리나라가 참여를 못했으니 우리가 할 수 있는 일은 Genome Project가 끝나기 몇 년 전부터라도 단백질 기능에 관한 연구를 해야된다는 생각이었다. 이런 것들이 복합적으로 작용을 해서 ARS 연구를 하게 되었다.

우리연구는 소재와 패러다임에서 Unique

tRNA synthetases 관련 연구에서 우리 연구실이 세계에서도 유일한 편이다. 우리는 signal transduction이나 protein network 연구를 위해 다른 연구실처럼 signaling molecule을 쓰는 것이 아니라 효소 자체를 소재로 사용한다. 우리 연구가 소재와 패러다임 이 두 가지 면에서 유일하고 독보적이고 싶었다. 1998년 처음 연구를 시작할 당시는 network이라는 용어가 일반적이지 않았다. Network이란 단어를 썼더니 과학기술부에서도 별로 안좋아 했다. 지금은 주요 저널에서도 흔하게 볼 수 있는 단어가 되었다. 연구 방향은 제대로 설정한것 같은데 앞으로 얼마나 잘 할 수 있을 지가 문제이다.

경쟁 or 공동 연구

우리 연구의 단점이자 장점은 어느 시스템에서 이 효소가 기능을 할지 예상할 수가 없다는 것이다. 그래서 우리 연구는 무수히 다양한 분야로 진행될 수 있다.

최근에는 tumor cell cycle 관련 연구를 진행 중이지만 그 전에는 cell death와 핵 내에서 transcription control 연구를 했다. 이렇듯 우리 연구는 수많은 연구 영역을 넘나들 수 밖에 없다. 한 연구영역으로 들어갈 때 마다 그 분야의 세계적인 연구 그룹과 만나게 된다. 우리는 늘 새로운 molecule을 가지고 그 분야에 도전하는 것이므로 사실은 논문 발표가 아주 힘든 편이다. 처음에는 이런 점이 우리 연구의 장점이라고 여겼는데 순진했던 것 같다. Transcription field에서 t-RNA가 transcription factor라고 주장을 하면 사람들이 얼마나 놀랄까? 우리의 주장을 잘 받아줄 것이라고 생각을 했는데, 기존 연구자들은 받아들이고 인정하기보다는 더 많은 증명을 요구해 왔다.

이런 어려움은 지금도 겪고 있는데, 중간에는 여러 번 절망 했었다. 최근에는 조금 상황이 바뀌어 공동연구를 하자는 그룹도 생겼다. tRNA synthetases의 enzymology 자체만으로는 더 이상 흥미 있는 결과가 없다는 것을 그들도 알고, 나도 알고 있다. 그러나 tRNA synthetases가 signaling molecule로 작용할 수 있는 측면은 어디서 오는 것이며 어떻게 활용할 수 있을 것인가를 밝히는 연구는 기존 연구자들에게 새로운 돌파구일 가능성을 충분히 주고 있다. 그래서 내가 MIT에서 처음으로 tRNA synthetases를 접하게 해준 교수님도 최근에는 이쪽 분야에서 활발히 연구를 진행하고 있다. 선생님이 최대의 라이벌이 된 셈이다.

ARS 네트웍 연구 진행 과정

우리는 주로 human을 대상으로 연구를 진행하고 있다. Human genome project와 시간을 맞추기 위한 이유도 있었다. 당시 2002년 정도에 Human genome project가 끝날 예정이므로 그 전에 우리는 한 100 여개의 molecule이라도 미리 찾아서 탄탄하게 연구 해 놓자는 생각이었다. 그래서 20개의 human clone들을 전부 만들어서 massive two-hybrid screening하기 시작했다. 당시 찾아낸 binding molecule과 그 map을 아직 우리가 가지고 있다. 이 연구는 이미 3년 전에 완성이 되었지만, 2가지 이유로 발표는 안 했다. 하나는 그것을 발표해서 성공을 했을 경우, 그 결과가 다른 사람이 다음 연구를 진행하는데 기반으로 쓰여질 것이 분명했고, 많은 다른 연구자들이 그 연구에 들어왔을 때 경쟁할 수 있는 준비가 우리는 아직 안된 상태였다. 두 번째는 어쩌면 발표도 어려웠지 않았을까 생각이 든다. tRNA synthetases하고 signaling molecule의 map을 어떤 확실한 증명도 없이 발표를 했을 때 주요 저널에서 그것을 타당한 이야기로 받아줄지 자신도 없었다. 그래서 최근에는 mouse genetics를 많이 한다. In-vivo data를 많이 얻어서 in-vitro와 in-vivo의 data가 확신을 줄때만 논문 발표를 하고 있다.

바이오 산업에 활용될 수 있는 연구결과와 효과

창의적연구진흥사업은 3년을 기준으로 발전을 한다. 처음에는 ARS 연구를 아주 의욕적으로 시작을 했지만, 다른 연구자들이 믿어주지 않는다는 의외의 복병이 발생했다. 그래서 우선은 이런 연구 결과가 있다는 사실을 세계에 많이 알리기 위해 첫 3년은 비교적 보편적인 저널(JBC 등)에 많은 수의 논문을 발표하는 전략으로 나갔다.

1단계가 지나고 2단계부터는 2가지 비전을 설정했다. 논문 수를 줄이더라도 수준을 더 높이자는 것과 산업화와 직접 연결될 수 있는 연구를 하겠다는 것이었다. 괜찮은 결과가 나오면 특허화하고 산업화와 연결 시키려고 노력했다. 연구결과를 산업화하는 노력에서 얻은 것도 많고 잃은것도 많았다. 국내 제약업계나 산업계에서는 우리 연구와 같은 신물질이나 신기능에 대한 반응이 아주 회의적이었다. 오히려 외국에서 좋은 반응이 왔고 지난 봄에는 중국의 시네파마슈티컬 회사와 항암 사이토카인 기술이전을 계약을 체결해서 지금 전임상실험을 준비하고 있다. 이것을 발판으로 최근에는 영국에서 우리 연구를 도와주는 바이오테크와 손잡고 주요 제약회사와 협상을 하고 있다. 일단 외국은 새로운 것이라는 사실만으로도 처음 반응이 좋다는 것이다. 그래서 우리나라도 빨리 새로운 것과 원천 기술에 관한 관심을 많이 가졌으면 좋겠다.

산업화는 우리나라 바이오가 앞으로 추진해 나가야 할 방향이기 때문에, 논문을 몇 편 더 손해 보더라도 해야 되는 일이 아닌가 생각한다.

앞으로 집중할 연구주제와 그 이유는?

나는 2가지 측면에서 독창적이고 싶었다. 하나는 소재이고 두 번째는 패러다임이다. 두 가지 중에서 패러다임에 더 큰 애착이 간다. 우리 연구의 주소재는 ARS단백질이지만 이 단백질 각각의 역할을 보는 것 보다도 생명체 전체와 연결해서 볼 수 있는 눈이 더 필요하고 중요하다. 21세기 생명과학은 생명체 전체를 시스템적으로 이해하는 방향으로 발전할 것이라 확신한다. 그러나 단지 우리가 정말 전체를 보는 눈을 가질 수 있느냐는 회의 때문에 나도 학위 과정에는 분자생물학 공부를 했었고, 그 중에서 structural biology를 했다. 그렇지만 전체를 두루 아우를 수 있는 연구를 하고 싶었고 그래서 네트웍 연구를 붙잡고 하게 된 것이다.

처음 창의단을 시작하면서 연구원을 모집할 때 이론을 도와줄 수 있는 사람을 반정도, 그리고 실제 실험으로 증명할 수 있는 사람을 나머지 반으로 구성하고 싶었는데 뜻처럼 되질 않았다. 물리, 수학, 컴퓨터과학 등 분야 전공자가 생물학을 연구하면 네트웍 이론을 세우기에 좋은데 이런 사람을 찾기가 너무 힘들었다. 우리나라는 아직 전공 간의 벽이 너무 높아서 전공을 옮기거나 복수 전공을 하는 것을 상당히 부담스러워 하는 것 같다. 당시 bioinformatics가 지금처럼 익숙한 용어가 아니었던 것도 이유가 되었다.

내가 원하던 방향은 아니었지만 우리 연구실에 생물학 실험 연구자들이 많아서 그 동안의 연구는 아주 실험적으로 진행되었다. 최근에는 사람을 직접 구하는 것보다 공동 연구 쪽으로 방향을 바꾸었다. 그리고 물리나 수학 전공자들에게 생물학에 이런 소재가 있다는 것을 알려주고 싶어서 물리학 관련 학술대회나 세미나에서 강연을 직접하기도 하고 참석도 하고 있다. 앞으로는 점점 더 global protein level에서 이론과 실험을 접목하는 연구를 하고 싶다.

관련 사이트: 단백질합성효소 네트워크연구단

기자 장영옥
사진, 촬영 김수정
동영상 편집 유숙희

  
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