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포항공과대학교 생명과학부 황인환 교수 (1)
"식물의 Cellular Systems Biology의 이해"

인터뷰 내용
 - 세포시스템연구실의 연구 주제
 - 식물을 시스템적으로 이해하기 위한 접근 방법
 - 현재 연구의 직접적인 타겟은?
 - 인공세포 연구의 현 주소와 목표
 - 앞으로 연구 계획과 방향
 - 연구 성과

일시: 2005년 9월 15일, 오전 10:00

장소: 포항공과대학교 생명과학부

황인환 교수 약력




실험실 동영상 보기

세포시스템연구실의 연구 주제

"최근 우리 실험실 이름을 "cellular systems biology"라고 바꿨다. 요즘 systems biology가 approach 개념으로 접근하는 경향이 있는데 우리는 세포를 하나의 system으로 이해하자는 의미에서 출발하였다. 세포가 무엇으로 구성되어져 있고 어떤 방식으로 어떤 장소에서 활성이 일어나는지, 이런 것들이 합쳐져서 나중에는 세포로서 활성을 나타난다는 개념이다. 방법적인 면에서 시스템적인 approach를 해야 하지만, 단백질 하나를 보더라도 세포 시스템 측면에서 바라보려고 노력한다."

식물을 시스템적으로 이해하기 위한 접근 방법

"세포는 수많은 단백질로 구성되어 있고, 세포를 깨면 각 단백질이 활성을 나타내기는 하지만 그 단백질의 활성이 세포의 활성이라고 보기는 어렵다. 고등생물로 진화해갈수록 진핵세포의 특징은 각 부분으로 나눠져 있다는 것이다. 어떤 단백질은 특정 장소에서만 일어나야 한다는 전제를 가지고 있다. 그래서 우리 연구는 단백질 이동 관점에서 출발했다.

단백질 이동 이유는 각자 장소에 가서 활성하기 위한 것이다. 세포내 signaling이 일어나고 있을 때 그 signaling은 각각 장소에서 일어나서 합쳐져야만 세포의 활성이 주어지기 때문에 결국 단백질이 어떤 장소에 가서 활성을 하느냐를 이해하게 되면, 단백질이 합쳐져 세포가 되었을 때 어떻게 전체적으로 나타나는지 개념을 줄 수 있을 것으로 생각한다.

각 세포들이 단백질 하나를 만들더라도 어느 장소에 가서 일을 할 것인지 미리 정해놓고 만든다. 그래서 우리는 단백질이 어디로 가고 어느 장소에서 활성을 나타내는지를 주로 본다. 단백질 분해 효소만 보더라도 세포질에 있을 때와 소기관에 있을 때 기본적인 단백질 활성 자체는 같을지 모르지만 세포에서 보면 그 활성이 전혀 다르게 이해될 수 있는 것이다. 그런 면에서 우리는 단백질 하나하나가 만들어져서 세포의 어느 장소로 이동하는지 대단히 관심을 가지며 결국 합쳐져서 하나의 세포라는 관점에서 이해하려고 한다."

현재 연구의 직접적인 타겟은?

"우리들 연구는 특정 소기관이 아니라 엽록체, 골지체, 소포체 등 많은 소기관을 동시에 다루고 있다. 단백질이 이동해 갈 때 한 기관으로 바로 가는 경우도 있지만 여러 기관을 거쳐서 이동하기 때문에 단백질 이동과정 차원에서 보고 있다. 엽록체 같은 경우는 세포질에서 만들어져서 바로 엽록체로 이동하는데 이 과정에서 세포가 어떤 방법으로 단백질을 엽록체로 보내줄지 결정 방법에도 관심을 가지고 연구하고 있다. 그리고 단백질이 소기관으로 이동하는 경로를 알면 소기관의 기능도 유추할 수 있다."

인공세포 연구의 현 주소와 목표

"식물연구를 하다보면 동물연구와 늘 비교하는 입장이 된다. 동물연구가 더 앞서 있고 인간에게 더 직접적이다. 약을 개발하더라도 사람에게 적용되기 쉽기 때문에 왜 사람들이 그 연구를 해야 하는지 이해시키기 훨씬 더 쉬운데 식물연구자들은 왜 식물을 연구해야 하는지를 좀더 잘 설명해야 하는 한다.

식물 연구도 사람을 위한 것이다. 사실 식물이 병든 것 하나하나가 사람들에게 흥미롭지는 않다. 병든 식물은 뽑아내 버리면 그만이니까. 그러나 전체 식물에 병이 들면 그것은 사람에게 엄청난 영향을 준다. 식물 연구 그 자체보다는 그것을 통해서 사람에게 얼마나 이로운가 하는 개념으로 접근이 맞는 것 같다. 그래서 식물을 어떤 식으로 이용할 수 있느냐, 잘 이용해서 사람에게 도움이 될 수 있도록 하는 것이 중요한 연구주제의 하나가 된다.

사실 우리는 식물에서 굉장히 많은 의약품을 얻고 있다. 식물을 잘 이용해서 보다 쉽게 사람들이 기존에 생각하지 않았던 것을 만들어낼 수 있다. 그러려면 기존 세포를 바꿔야 한다. 기존의 만들던 것을 더 많이 만들어 내거나 새로운 단백질을 식물에서 만들어내려면 식물의 기존 metabolism을 바꿔야 한다. 예를 들면, 항체를 동물에서 만들어내려면 1g에 백만$가 든다면 식물세포에서 만들 때는 천$면 된다. 생산단가가 낮아지면 보다 많은 사람이 약물의 혜택을 누릴 수 있게 된다. 이런 것이 인공세포의 개념이다. 기존의 만들지 않던 새로운 단백질이나 영양소를 질 좋게 만들 수 있다면 인간의 복지에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.

많은 과학자들이 이미 단편적으로 그 연구를 하고 있다. 우리 연구실에서는 식물세포 내 단백질 이동연구를 하고 있는데 식물 세포 소기관들이 어떤 일들을 할 수 있고 어떻게 단백질을 보내는지 연구를 통해서 단백질 행동을 자유자재로 조절할 수 있다고 생각한다. 인공세포를 만드는 것은 새로운 단백질을 제공하거나 단백질 위치를 이동하는 등등의 과정이 필요하고 지금 우리가 하고 있는 연구는 인공세포를 만들기 위한 기초 연구가 될 것이다.

완벽한 인공세포를 만들려면 많은 세월이 필요하다. 지금 우리는 좋은 출발점에 있다고 생각한다. 창의연구가 지금 8년째 접어들고 있는데 그 동안 무(無)에서 상당히 국제적인 수준의 세포 내 단백질 움직임을 이해하고 세포 내 소기관으로 가는데 어떤 신호가 필요하고 누가 관여하는데 꽤 많은 정보를 가졌다고 생각하지만 여전히 갈 길은 멀다."

앞으로 연구 계획과 방향

"우리의 연구는 여전히 기초연구에 머물러 있다. 단백질 하나를 특정 소기관에 보내기 위해서는 어떤 신호(단백질에 붙는 꼬리표와 같은 것)가 필요하고 어떻게 생겼는지, 이것을 재조합해서 인공적으로 단백질을 원하는 소기관으로 보낼 수 있는지 연구를 하고 있는데, 몇몇 실험은 이미 성공적인 결과를 보고 있다. 지금은 모델 단백질을 가지고 테스트하고 있는데, 실용적인 단백질 한두 개를 선정해서 원하는 소기관으로 보낼 수 있는지, 그리고 원하는 단백질을 많이 만들 수 있는지 테스트할 예정이다. 이 연구가 성공하면 다음 단계는 아마도 다른 연구 그룹에 넘겨서 다음 연구를 진행할 수 있게 하거나 공동연구를 진행할 생각이다.

실험실 학생과 함께 기초연구와 원천기술 개발에 집중 할 것이고 연구 성가 나오면 응용으로 넘기거나 공동연구로 가는 것이 맞다고 본다. 지금까지 우리 실험실에서 시스템적 연구를 할 수 있다는 것을 증명하는데 7~8년이 걸렸다. 앞으로 여전히 많은 것을 밝혀야 한다."

대표적인 연구 성과

"Plant Cell 저널은 식물분야에서는 상당히 인정받는 저널인데 우리 연구실에서 이 저널에 매년 1~2편 논문을 발표하고 있다. 점점 더 수준 높은 저널로 연구를 발표해 내고 있다. 이를 통해 단백질 이동이나 단백질이 소기관에 들어가는 과정에 관여하는 단백질을 5개 이상 최초로 발견하고 정확한 기능을 설명했다."

관련 사이트: 세포시스템연구실,

기자: 장영옥
촬영/사진: 박지민
동영상 편집: 유숙희

  
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