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슈퍼박테리아 방패 ‘바이오필름’ 무력화 치료 플랫폼 개발
병원 내 감염의 주요 원인 중 하나로 알려진 슈퍼박테리아 ‘메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA, 이하 포도상구균)’은 기존 항생제에 대한 높은 내성뿐 아니라 강력한 미생물막인 바이오필름(biofilm)을 형성함으로써 외부 치료제를 효과적으로 차단한다. 이에 우리 연구진은 국제 연구진과 함께 미세방울(microbubble)을 이용해 유전자 표적 나노입자를 전달하여 바이오필름을 무너뜨리고 기존 항생제가 무력한 감염증에 대한 혁신적 해결책을 제시하는 플랫폼 개발에 성공했다.
우리 대학 생명과학과 정현정 교수 연구팀이 미국 일리노이대 공현준 교수팀과의 공동연구를 통해, 포도상구균이 형성한 세균성 바이오필름을 효과적으로 제거하기 위해 유전자 억제제를 세균 내부로 정확하게 전달하는 미세방울 기반 나노-유전자 전달 플랫폼(BTN‑MB)를 개발했다고 29일 밝혔다.
연구팀은 먼저, 포도상구균의 주요 유전자 3종<바이오필름 형성(icaA), 세포 분열(ftsZ), 항생제 내성(mecA)>을 동시에 억제하는 짧은 DNA 조각(oligonucleotide)을 설계하고, 이를 탑재해 균내로 효과적으로 전달할 수 있는 나노입자(BTN)를 고안했다.
여기에 더해, 미세방울(microbubble, 이하 MB)을 사용해 포도상구균이 형성한 바이오필름인 미생물막의 투과성을 높인다. 연구팀은 두 가지 기술을 병용해, 세균의 증식과 내성 획득을 원천적으로 차단하는 이중 타격 전략을 구현했다.
이 치료 시스템은 두 단계로 작동한다. 먼저, 미세방울(MB)이 포도상구균이 형성한 세균성 생체막내 압력 변화로 나노입자(BTN)의 침투를 가능하게 만든다. 이어서, BTN이 생체막의 틈을 타 세균 내부로 침투해 유전자 억제제를 정확하게 전달한다. 이를 통해 포도상구균의 유전자 조절을 일으켜 생체막 재형성, 세포 증식, 그리고 항생제 내성 발현이 동시에 차단된다.
돼지 피부 감염 생체막 모델과 포도상구균 감염 마우스 상처 모델에서 시행한 실험 결과, BTN‑MB 치료군은 생체막 두께가 크게 감소했으며, 세균 수와 염증 반응도 현저히 줄어드는 뛰어난 치료 효과를 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 기존 항생제 단독 치료로는 달성하기 어려운 수준이며, 향후 다양한 내성균 감염 치료에도 적용할 수 있는 가능성을 보여준다.
연구를 주도한 정현정 교수는 “이번 연구는 기존 항생제로는 해결할 수 없는 슈퍼박테리아 감염에 대해 나노기술, 유전자 억제, 물리적 접근법을 융합해 새로운 치료 해법을 제시한 것”이라며, “향후 전신 적용 및 다양한 감염 질환으로의 확장을 목표로 연구를 지속할 것”이라고 설명했다.
해당 연구는 우리 대학 생명과학과 정주연 학생과 일리노이대 안유진 박사가 제1 저자로 참여했으며, 국제학술지‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’에 5월 19일 자로 온라인 게재됐다.
※ 논문 제목: Microbubble-Controlled Delivery of Biofilm-Targeting Nanoparticles to Treat MRSA Infection
※ DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202508291
한편, 이번 연구는 한국연구재단과 보건복지부의 지원을 받아 수행됐다.
2025.05.29 조회수 1917 -
질병 판단·신약 발굴까지‘한국형 챗GPT 플랫폼’개발한다
우리 대학 디지털바이오헬스AI연구센터(센터장: KAIST 김재철AI대학원 예종철 교수)에서 과학기술정보통신부의 ‘AI 최고급 신진연구자 지원사업(AI 스타펠로우십)’에 선정되어, 2025년 5월부터 2030년 12월까지 총 115억 원을 투입해 질병을 스스로 추론하고 판단하고 신약을 발굴하는 AI 기술과 플랫폼을 본격적으로 개발한다.
본 과제는 신진 연구자 중심의 혁신적 AI 연구 생태계를 조성하고 바이오·의료 분야의 전문 지식체계를 활용하고 이를 자동으로 확장할 수 있는 추론형 AI 에이전트 개발을 목표로 한다.
김재철 AI대학원 예종철 교수를 책임연구자로 하여, KAIST의 최윤재, 이기민, 안성수, 박찬영 교수 등 신진연구자들과, 주재걸, 김우연 교수 등 중견 연구자들이 공동으로 프로젝트를 수행한다. 이들은 KAIST 내 다양한 연구실과 협력해 AI 추론의 이론적 기초부터 실용화까지 아우르는 전 주기적 연구를 수행할 예정이다.
구체적으로는 ▲다양한 의료 지식체계를 통합해 진단 및 치료의 정밀성과 신뢰성을 높이는 고성능 추론 모델 구축, ▲기호 기반 추론과 신경망 모델을 효율적으로 결합한 융합형 추론 플랫폼 개발, ▲‘셀 온톨로지(cell ontology)’ 기반의 신약 개발 및 바이오마커 발굴 AI 기술 확보 등을 주요 목표로 삼고 있다.
또한, 삼성서울병원, 네이버클라우드, ㈜히츠 등 산업계와 의료기관과의 긴밀한 협력을 통해, ▲의료 지식체계를 활용한 임상 진단 AI, ▲신약 개발을 위한 AI 기반 분자 타겟 탐색, ▲지식 확장이 가능한 AI 추론 플랫폼의 상용화까지 실현하는 것을 목표로 한다.
KAIST 디지털바이오헬스AI연구센터장 예종철 교수는 “AI 추론 모델 개발 경쟁이 본격화되는 시점에서, KAIST가 세계 최고 수준의 신진 연구자들과 함께 바이오·의료 분야에 특화된 AI 기술 개발을 이끌게 되어 매우 영광스럽게 생각한다”며 “2025년부터 6년간 진행될 과제 종료 이후에는 참여 신진연구자들이 연구 성과 면에서 세계 1위 수준에 도달할 수 있도록 최선을 다할 것”이라고 포부를 밝혔다.
한편, AI 스타펠로우십은 박사후연구자 및 임용 7년 이내 교원이 프로젝트 리더(PL)로 참여해 주도적으로 연구를 이끄는 신설 사업으로, 대학내의 다수의 연구실과 수요기업이 컨소시엄을 구성해 운영된다.
KAIST는 이번 사업을 통해 삼성서울병원, 네이버클라우드, 히츠 등과 함께 바이오·의료 융합형 AI 인재를 육성하고, 핵심 기술의 상용화를 동시에 추진해 나갈 계획이다.
2025.05.23 조회수 1117 -
KAIST-농림축산식품부와 맞손, 우리나라 농업의 미래를 바꾼다
우리 대학은 농림축산식품부와 협력하여 우리나라 농업의 미래의 이끌 첨단 과학기술 연구 수행, 창업생태계 조성, 및 융복합 인재 양성을 위해 업무협약을 체결한다.
업무협약식은 KAIST 대전 본원에서 개최되며 농림축산식품부 송미령 장관과 KAIST 이광형 총장 등 20여 명이 참석한 가운데 진행된다.
이번 협약은 KAIST 공학생물학대학원 김상규 교수가 합성생물학 등 첨단기술을 농업 분야에 적용하여 현장의 문제를 해결하기 위한 협력 연구를 계기로 추진됐다. 농업의 현장성과 과학기술의 융합 가능성을 보여주며, 농식품부와 KAIST 간 보다 체계적인 협력체계로 이어지는 중요한 전환점이 되었다.
우리 대학은 그동안 첨단바이오 기반의 디지털 농업 분야에서 혁신적인 융합연구와 창업 활동을 수행해 왔지만, 영농 분야의 창의적인 인재 양성을 위한 교육 프로그램이 부족한 실정이었다.
이를 보완하기 위해, 2023년부터 농식품부의 영농창업특성화 대학*과 KAIST 연구실을 연계하는 그린 유알피(Green URP)**를 통해 농업 문제 해결형 연구를 발굴·수행하고, 융복합 인재를 양성해 왔다.
* 영농창업특성화 대학: 충남대, 경북대, 전남대, 전북대, 연암대
**그린 유알피(Green Undergraduate Research Program): 학부 학생들의 농업 분야 연구 프로그램
이번 협약을 계기로, 우리 대학은 수요맞춤형 URP 프로그램을 강화하고, 2026년부터 공학생물학대학원 중심으로 디지털 그린바이오 석박사 트랙을 신설할 예정이다. 이를 통해 농업 현장 문제 해결을 위한 기술 개발과 함께, 창업으로 이어질 수 있는 단계별 프로그램도 함께 제공할 계획이다.
아울러 미래 농업 분야 연구 협력을 확대하고, 그린바이오 벤처캠퍼스*와의 연계를 통해 농산업 혁신 생태계를 조성하고 지속 가능한 농업기술 기반을 마련해 나갈 방침이다.
*그린바이오 벤처캠퍼스: 농림부에서 추진하는 그린바이오 분야에 특화된 벤처 창업·기업을 발굴·육성하기 위한 전문 시설
농식품부 송미령 장관은 “기후변화, 농업인력 감소 등 난제에 대응하여 농산업의 기술혁신과 융합 인력 양성이 시급한 과제가 되었다”며, “이러한 때에 KAIST와 농식품부가 업무협약을 체결하여 과학기술을 기반으로 농업현장의 문제를 해결하고 농업의 미래 성장산업화를 위해 함께 협력해 나갈 수 있게 되어 매우 뜻깊게 생각하며, 내실있는 성과들이 나올 수 있도록 농식품부도 적극 협력하겠다”고 밝혔다.
이광형 총장은 “KAIST는 첨단 바이오, AI 디지털 기술을 바탕으로 농업혁신의 허브가 되고자 한다. 공학생물학대학원을 중심으로 농업 현장의 문제를 첨단기술로 풀어내는 융합 인재를 양성 및 창업 지원을 통해서, 과학기반의 농업 생태계가 구축되도록 적극 지원하겠다”고 밝혔다.
2025.04.24 조회수 1386 -
‘노벨상 펀드’, HFSP 2025, 윤영규·신우정 교수 선정
생명과학 분야의 ‘노벨상 펀드’로 불리며, 지금까지 31명의 노벨상 수상자를 배출한 ‘휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(HFSP)’에서 우리 대학 연구진이 2025년 수상자로 선정됐다. 이번 수상은 KAIST의 학제 간 융합연구와 혁신적 연구 역량이 다시 한 번 전 세계적으로 인정받았다는 점에서 큰 의미를 가진다.
우리 대학 전기및전자공학부 윤영규 교수와 바이오및뇌공학과 신우정 교수가 2025년 휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(HFSP) 상을 받게 됐다고 1일 밝혔다. 두 교수는 올해 첫 선정자를 배출한 액셀러레이터 트랙에 선정되어 향후 2년간 약 10만 달러를 지원받게 된다.
휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(HFSP)은 생명과학 분야 세계 최고 권위의 국제 연구 지원 프로그램으로, 독창적인 학제 간 융합 국제공동연구를 수행할 역량이 있는 연구자를 선별, 새로운 접근법으로 생명 기전을 밝히는 연구를 지원하자는 취지로 1997년 G7 국과 유럽연합의 주도로 설립됐다. 대한민국은 2004년부터 이사국으로 참여하고 있다.
전기및전자공학부 윤영규 교수는 광학적 뇌 기능 영상 촬영 및 분석을 주제로 다수의 국제적 협력연구와 선도연구를 수행해 인정받았으며, ‘조류 신경계 확산광단층촬영 데이터 분석’연구를 주제로 미국 텍사스오스틴 대학교 보테로 교수, 미국 워싱턴 대학교 컬버 교수, 독일 보훔 루르 대학교 군투르쿤 교수와 한 팀을 구성하여 환경적, 진화적 요인이 신경계에 미치는 영향에 관해 연구할 예정이다.
윤 교수는 “뇌과학 기술을 연구하는 전자공학자로서 우수한 생명과학 연구자들에게 주어지는 HFSP 상을 받게 되어 영광이고 뇌과학 기술의 발전에 반드시 기여하겠다”고 소감을 밝혔다.
한편, 바이오및뇌공학과 신우정 교수는 ‘신경생리학에서 피부 마이크로바이옴, 면역계, 감각신경계의 상호작용 연구’를 주제로 영국 임페리얼 칼리지 런던의 시모네 드 지오바니 교수, 미국 예일 대학교 롱 판 교수, 이스라엘 와이즈만 과학 연구소의 이란 일리납 교수와 한 팀을 구성해 피부 마이크로바이옴-면역-신경계의 복잡한 상호작용에 대해 피부 환경을 모사하는 사람 ‘피부모사칩’을 활용해 연구를 진행할 예정이다.
신 교수는 “이번 연구를 통해 순수과학과 공학의 절묘한 만남을 구현해 보고 싶고, 공학적 접근법을 이용해 피부 마이크로바이옴을 세계적인 과학자들과 함께 연구할 수 있는 훌륭한 기회를 얻어 영광이다”라고 소감을 밝혔다.
한편, 휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(HFSP)은 1989년 설립 이래로 73개국, 8,500명 이상의 연구자를 지원했으며, 우리나라는 2025년 지원 대상자를 포함해 총 83명이 지원을 받았다.
2025.04.01 조회수 2166 -
바이오혁신경영전문대학원, 제2회 바이오벤처 엑셀러레이션 프로그램 운영
우리 대학 바이오혁신경영전문대학원(원장 권영선)은 국내 바이오벤처 생태계 강화를 위한 제2회 'KAIST 바이오벤처 엑셀러레이션 프로그램'을 3월 15일 시작했다.
이번 프로그램은 시리즈 A(Series A) 펀딩을 받았거나, 받을 예정인 초기 바이오벤처 기업을 대상으로 하며, ▲연구개발 프로세스 및 사업 모델 확립을 통한 시장 진입 가속화 ▲자금 조달 지원 ▲글로벌 진출 지원을 목표로 한다.
특히, 바이오혁신경영전문대학원의 MBA 과정 학생들은 참여 기업들과 12주간 협력해 ▲사업모델 검토 ▲시장 및 경쟁환경 분석 ▲R&D 마일스톤 수립 ▲재무 및 조직 운영계획 수립 등 실질적인 사업계획 수립을 지원하며, 프로그램 종료 후에는 벤처캐피탈과의 연계를 통해 투자 유치 기회도 제공할 예정이다.
KAIST BioVenture Acceleration Program의 차별점은 다음과 같다.
1. 제약바이오 및 헬스케어 산업 특화 프로그램
2. 업계 최고 전문가의 자문 제공
3. 실제 기업 운영에 활용 가능한 사업계획 수립 지원
프로그램에는 바이오 헬스케어 산업 최고 전문가로 구성된 자문위원이 참여하며, 주요 자문 위원으로는 강지수 박사(BNH Investment 전무이사), 김도형 대표(주)(온힐, 前 노터스 창업자), 김지현 대표(前 Abbott Asia Commercial Operation Head), 김홍일 대표(Kunicorn Investment), 김희경 KAIST 겸임교수(前 삼성바이오에피스 임상의학 총괄), 박영철 박사(AITox 대표이사), 박준태 박사(보건산업진흥원, 前 US FDA Reviewer), 손미경 대표(Genaxis), 이마세 박사(인벤티지랩 CSO, 前 동화약품 연구소장), 이승주 대표(오름테라퓨틱스), 허민행 대표(前 Boston Scientific Korea & ASEAN) 등이 참여한다.
참여 기업으로는 ▲(주)마이크로트 ▲티셀로지 ▲토르 테라퓨틱스 ▲JUVIC ▲바이오리버트가 선정됐으며, 이들은 학생들과 함께 2025년 봄 학기 <바이오벤처혁신창업론> 수업에서 협업한다.
프로그램 종료 후에는 BNH Investment, 솔리더스인베스트먼트, Kunicorn Investment 등 바이오 헬스케어 분야 벤처캐피탈이 참여 기업에 대한 투자 검토를 진행할 예정이다.
이번 프로그램을 총괄하고 있는 박기환 바이오혁신경영전문대학원 초빙교수(前 동화약품 대표이사)는 "이 프로그램은 KAIST가 우리나라 제약바이오산업 생태계를 강화하고, 학생들의 Action Learning을 촉진하고자 기획된 프로그램으로서, 초기 바이오벤처 기업에 실질적인 컨설팅과 네트워크 강화를 제공하는 동시에, 학생들에게는 실제 기업 경영에 참여하는 경험을 쌓는 기회가 될 것" 이라고 밝혔다.
2025.03.17 조회수 1611 -
대만 포모사 지원 바이오 R&D센터 설립 및 약 180억원 투자 유치
우리 대학은 대만의 3대 기업 중 하나인 포모사그룹과 바이오 의료 분야에서 협력을 위한 협약을 체결했다.
포모사그룹 상무위원이자, 그룹 내 바이오 및 친환경에너지 분야를 이끄는 샌디 왕(王瑞瑜, Sandy Wang) 회장은 우리 대학에 바이오 의료 연구센터를 설립하고 5년간 약 180억원 이상의 자금을 투자하기로 했다. 또한 연구 결과를 사업화하기 위해 우리 대학과 포모사그룹은 KAIST 출자회사인 ㈜KAIST홀딩스와 국내에 조인트 벤처를 설립한다.
양 기관의 협력은 2023년 초 우리 대학이 포모사그룹이 설립하고 지원하는 명지과기대(明志科技大學), 장경대학교(長庚大學) 및 장경기념병원(長庚記念醫院) 등과 포괄적인 교류 협력에 관한 협약(MOU)를 맺으며 시작됐다. 이후 샌디 왕 회장이 2024년 5월 우리 대학을 방문하여 보다 구체적인 업무협약(MOA)을 체결한 바 있다.
KAIST 홀딩스는 정부출연기관인 우리 대학이 투자유치와 사업을 위해 설립한 지주회사로서 포모사 그룹과 협력하여 50:50 지분 구조의 조인트 벤처 설립을 추진한다. KAIST 홀딩스는 KAIST의 지적재산권을 출자하고, 포모사 그룹은 이에 상응하는 자금을 투자하는 형태이다.
KAIST-포모사 조인트 벤처는 향후 설립될 KAIST-포모사 바이오 의료 연구센터에 연구비를 지원하고 생성된 지적재산권의 실시권을 확보하여 본격적인 사업을 추진할 예정이다.
KAIST-포모사 바이오 의료 연구센터는 퇴행성 뇌질환을 가진 수백명의 환자로부터 조직을 얻어 만들어진 ‘뇌 오가노이드 뱅크’를 구축하여 노화와 질병의 근본적인 원인을 밝힐 고차원적인 데이터를 확보한다. 우리 대학의 세계적인 인공지능 기술력으로 대규모 환자 데이터를 분석해 노화와 질병의 원인을 찾아낼 것으로 기대된다.
본 사업으로 5년 뒤인 2030년까지 10종 이상의 난치성 뇌질환 치료제를 발굴하고 인간 세포 중심 진단 및 전임상 사업을 포함해 20여개 이상의 사업으로 확장하여 약 2500억원 규모의 가치를 창출할 수 있는 인프라와 지적재산권을 확보할 예정이다.
대만의 장경기념병원은 병상 1 만개와 하루 35,000명의 환자를 담당하고 있으며 환자의 조직과 임상 데이터가 체계적으로 축적하고 있다. 장경기념병원은 퇴행성 뇌질환 환자의 조직을 분화시켜 KAIST-포모사 바이오 의료 연구센터로 보내면 이를 뇌 오가노이드로 제작하여 질병 연구와 신약 개발에 활용하는 공동연구를 수행하게 되며, 이를 통해 세계 최대 규모의 환자 조직 데이터 뱅크가 확립할 수 있다.
김대수 생명과학대학장은 “이번 KAIST와 포모사그룹의 협력은 공동연구를 넘어 조인트 벤처를 설립하는 등 개발 기술의 글로벌 상용화까지 염두에 둔 새로운 연구 협력 모델로, 바이오메디컬 연구개발을 촉진하는 계기가 될 수 있다는 점에서 의미가 크다.”라고 말했다.
이번 협약으로, 오송 K-바이오스퀘어 내 KAIST 첨단재생의공학센터를 추진해 온 KAIST는 실질적인 글로벌 파트너를 확보하게 되었다.
김경수 대외부총장은 “KAIST는 줄기세포, 유전자 편집기술 등 최첨단 바이오메디컬 분야에서 우위를 선점하기 위해, 세계 최고 전문가 유치, 글로벌 협력 파트너 발굴 등을 위해 그동안 많은 노력을 기울여 왔고, 이러한 결과들은 궁극적으로 오송 K-바이오스퀘어 사업으로 연계될 수 있다”는 점을 강조하였다.
이어 김 대외부총장은 “특히, 줄기세포 치료 등 임상경험이 풍부한 대만 최고의 포모사 장경기념병원과의 실질적인 협력은 KAIST가 추진하는 바이오 혁신 전략의 중요한 축이 될 것이다.”라고 전망했다.
포모사 샌디 왕 회장은 “이번 투자와 협력은 KAIST의 연구개발 능력과 연구진의 열정에 대한 신뢰를 바탕으로 이루어졌다. 이를 통해 기업의 사회적 환원 책임을 실천하고, 인류의 복지와 건강을 지키기 위한 중요한 첫걸음을 KAIST와 함께 할 것이다. 나아가, 바이오 분야의 성공적 협력을 계기로, 모빌리티, 반도체 등 다양한 분야로 협력 확대를 기대한다”라고 강조했다.
이광형 총장은 “이번 협약으로 KAIST의 바이오 기술이 해외로 진출하게 된 매우 중요한 사건으로 평가한다” 면서 “이번 협력을 계기로 IT 산업 중심 구조를 가진 대만과 한국 양국이 바이오 산업분야에서 함께 새로운 성장동력을 창출하게 될 것”을 기대한다고 했다.
한편, 포모사 그룹은 선친인 왕융칭(王永慶) 회장이 일군 회사다. 플라스틱 PVC 생산 세계 1위 기업으로 반도체, 철강, 중공업, 바이오, 배터리에 이르기까지 대만경제의 핵심 산업을 주도하고 있다. 왕융칭 회장은 자신이 일군 기업과 재산은 ‘국민의 것’이라는 신념 아래 재산을 사회에 환원하는 모범을 보여 대만 국민에게 존경받았다.
2025.02.17 조회수 2030 -
KAIST-충남대 바이오 융합연구 협력 업무협약 체결
우리 대학은 충남대학교와 ‘공동연구협력에 따른 바이오 분야 융합연구 활성화를 위한 업무협약’을 체결했다고 15일(수) 밝혔다.
첨단 바이오분야는 5000조 세계시장을 대상으로 국가간 경쟁이 치열하므로 교육 및 연구개발의 중복투자를 막고 국내 대학간 협력하는 시너지 창출 전략이 필요하다. 첨단 바이오 핵심 연구개발을 수행 중인 우리 대학은 이웃에 위치한 의학 약학 농학 수의학 등 다양한 바이오 분야의 특화된 충남대와의 본격적인 협력에 나선다.
양 대학은 협약 체결을 통해 바이오 분야 융합연구 활성화를 추진하기 위한 공동연구 협력으로 단기간에 세계적인 바이오 분야 가치 창출을 기대하며 국내 대학 간의 공동협력의 중요한 모델과 이정표를 제시하게 될 것이다.
이번 협약에 따라 양 대학은 ▲연구센터 설립을 통한 상호 관심 분야 주제 발굴 및 공동연구 추진 ▲연구 기자재, 시설물 등 인프라 공동 활용 ▲학과 신설을 통한 전문인력 교류 및 양성 ▲ 교수진 참여 공동 교육과정 개발 및 운영 등 다양한 협력 방안을 추진할 예정이다.
충남대 김정겸 총장은 “이번 협약을 통해 충남대와 KAIST가 국내는 물론 글로벌 바이오 융합연구를 위한 전략적 구심점으로 발돋음할 것으로 기대된다.”며 “충남대는 KAIST와의 이번 협력을 바탕으로 우리 연구자들이 혁신적인 연구에 도전하고, 성과를 달성함으로써 글로벌 연구자로 성장할 수 있도록 미래를 위한 지원과 관심을 아끼지 않겠다.”고 말했다.
이광형 총장은 “그동안 긴밀히 유지되어 온 양교간 상호협력을 바탕으로, 바이오 연구 역량과 인프라가 결합하여 융합연구의 새로운 지평을 열 수 있기를 기대한다”면서 “KAIST는 충남대학교와 전문인력 교류, 공동 교육과정 개발, 학생 창업 교류 확대 등을 통해 국가와 지역사회 발전에 더욱 기여할 수 있기를 바란다.”고 강조했다.
우리 대학과 충남대는 1월 15일, 충남대 대학본부 대회의실에서 이광형 총장, 충남대 김정겸 총장 등 양 기관 관계자들이 함께한 가운데 업무협약식을 개최했다.
2025.01.16 조회수 2705 -
신개념 생체형틀법 캠바이오(CamBio) 개발
생물학적 구조는 인공적으로 복제하기 어려운 정도의 복잡한 특징을 가지고 있지만 이러한 생체 구조체를 직접적으로 활용여 제작하는 생체형틀법*은 다양한 분야의 응용으로 사용됐다. KAIST 연구진이 이전에 활용할 수 없었던 생체 구조체를 활용하고, 생체형틀법을 통해 적용될 수 있는 영역을 넓히는데 성공했다.
*생체형틀법: 바이러스부터 우리의 몸을 구성하는 조직과 장기에 이르기까지 이러한 생체 구조의 기능을 활용하고자, 생체 구조를 형틀로 사용하여 기능성 구조재료를 만들어내는 방식
우리 대학 신소재공학과 장재범, 정연식 교수 공동연구팀이 생체 시료 안의 특정 내부 단백질을 활용하고 높은 조정성을 지닌 생체형틀법을 개발했다고 10일 밝혔다.
기존의 생체형틀법 방법은 주로 생체시료의 외부 표면만을 활용하거나, 한정된 치수와 샘플 크기로 인해 다양한 생체 구조체들의 구조-기능 상관성을 활용하여 기능성 나노구조체를 제작하기 어렵다는 한계를 가지고 있다.
이런 문제를 해결하고자 연구팀은 다양한 생체 내부 구조체를 활용하고, 높은 조정성을 가지는 생체형틀법을 연구했다.
연구 결과, 다양한 단백질들로 구성된 생체 시료 안에서 특정한 단백질 구조체로부터 선택적으로 다양한 특정 및 크기를 가진 나노구조체를 합성할 수 있는 ‘캠바이오(CamBio, Conversion to advanced materials via labeled Biostructure’라는 생체형틀법을 개발했다. 캠바이오(CamBio) 방식에서는 여러 제조·생물 분야 기술들을 병합하여 생체 시료에서 제작할 수 있는 기능성 나노구조체의 높은 조정성을 확보했다.
반복적으로 항체를 붙이는 기술, 세포를 일정한 모양으로 배열하는 기술, 그리고 조직을 얇게 자르는 기술을 통해, 캠바이오(CamBio)로 만든 기능성 나노구조체가 물질 감지에 사용되는 표면증강 라만산란(SERS)* 기판에서 향상된 성능을 보였다.
*표면증강 라만산란(SERS): 빛을 이용해 아주 적은 양의 물질도 감지할 수 있는 기술로, 금이나 은 같은 금속 표면에서 특정 물질이 빛과 반응하며 신호가 크게 증폭되는 원리
연구팀은 세포 속 골격 단백질을 이용해 만든 나노입자 체인은 반복적으로 항체를 붙이는 과정을 통해 구조를 더 자유롭게 조정할 수 있었고, 최대 230% 향상된 SERS 성능을 보였다.
또한, 연구팀은 세포 내부의 구조체를 활용하는 것에서 확장해 고기 내부에 있는 근육 조직을 동결 절편기를 활용해 시료를 얻고, 이에 캠바이오 과정을 수행해 금속 입자들로 이루어진 주기적인 밴드를 가지고 있는 기판 제작에도 성공했다. 이와 같은 방식으로 기판을 제작하는 것은 생체 시료를 활용해 대면적으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 가격 경쟁력을 가지는 방식임을 보인다.
연구팀이 개발한 캠바이오는 활용될 수 있는 생체시료의 범위를 넓힘으로써 다양한 연구 분야가 직면한 문제를 해결할 방식으로 생체형틀법이 사용될 것으로 기대된다.
제1 저자인 송대현 박사과정은 “캠바이오를 통해서 더욱 다양한 단백질 구조체를 활용할 수 있는 생체형틀법을 포괄적으로 적립했다”라며 “유전자 편집이나 3D 바이오프린팅과 같은 최신 생물 기술 및 새로운 물질 합성 기술과 결합이 계속된다면, 다양한 응용 분야에 생체 구조가 활용될 수 있을 것이다”라고 말했다.
신소재공학과 송대현 박사과정, 송창우, 조승희 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science )'에 지난해 11월 13일 자 온라인 공개됐다. (논문명 : Highly Tunable, Nanomaterial-Functionalized Structural Templating of Intracellular Protein Structures Within Biological Species) https://doi.org/10.1002/advs.202406492
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 과학난제도전융합연구개발사업 (한국연구재단 2024), 과학기술정보통신부 선도연구센터 (웨어러블 플랫폼소재 기술센터, 한국연구재단 2023), 과학기술정보통신부 선도연구센터 (글로벌 생체융합 인터페이싱 소재 센터, 한국연구재단 2024), 과학기술정보통신부 국가생명연구자원 선진화사업 (바이오 데이터 품질선도센터, 한국연구재단 2024) 등의 지원을 받아 수행됐다.
2025.01.10 조회수 4181 -
신약 개발 기업 HLB 그룹과 전격 협력
우리 대학이 미래 첨단 바이오 의료시대를 대비해 연구 투자 및 산학협력 확대를 위해 16일(월) 대전 본원에서 HLB(주)(에이치엘비, 이하 HLB) 그룹(회장 진양곤)과 포괄적인 상호협력 협약을 맺는다.
이번 협약을 통해 두 기관은 암, 파킨슨병 등 난치성 질환 신약을 발굴하기 위한 교육과 연구를 전격적으로 추진할 예정이다.
국내 바이오 의료분야의 GDP 기여율은 1.6%에 불구하고, 연간 약 7,000조에 이르는 세계 신약 시장에 차지하는 비율도 미미하다. 한국경제의 반도체, 배터리, 자동차 산업 의존도가 매우 높은 만큼 바이오 의료분야의 약진이 절실한 상황이다.
이에 우리 대학은 첨단 바이오 분야 발전을 위해 생명과학기술대학 산하에 ‘공학생물학대학원’과‘줄기세포및재생의료대학원’프로그램 개설한 바 있다. 또한 지자체 및 신약 개발 기업과 전방위적인 협력으로 바이오 의료분야 선순환 발전을 위한 돌파구 마련에 노력하고 있다.
HLB 그룹은 혁신적인 간암 치료제 리보세라닙을 개발하고 있으며, 임상 3 상후 FDA 승인 절차를 밟고 있는 신약 개발 기업이다. 또한 HLB는 노인인구 증가에 따른 퇴행성 질환 치료제 개발과 노인건강 관련 사업에 투자를 강화하고 있다.
최근 HLB는 우리 대학 신약개발 교원창업기업인 ㈜뉴로토브에 160억을 투입하여 자회사로 인수한 바 있다. 새롭게 꾸려진 ㈜HLB 뉴로토브(대표 김대수, 심경재)는 파킨슨병 및 근긴장이상증, 우울증 등 난치성 뇌질환 치료제 개발에 본격적으로 도전하고 있다.
진양곤 HLB 그룹 회장은 “두 기관의 협력은 파킨슨병, 근긴장이상증 등 대표적 난치성 뇌 질환 치료제를 개발하고 있는 ㈜HLB 뉴로토브의 기술개발에 중요한 이정표가 될 것”이라고 전했다. 이어, "(주)HLB 뉴로토브를 성공적인 학내 창업 모델로 성장시켜 성공 경험과 노하우를 공유해 KAIST의 창업 생태계 활성화하고, 이를 통해 혁신 기술에 대한 개방형 산학 투자가 활발히 일어나는 선순환 구조를 만들어갈 것”이라고 밝혔다
이광형 총장은 "KAIST와 HLB는 이번 협약을 통해 암 및 퇴행성 뇌 질환 치료제 개발을 포함한 바이오 의료분야의 혁신적인 신약 개발과 기술개발에 적극적으로 협력할 계획"이라고 말했다. 또한, "과학기술과 제약 산업의 융합을 통해 인류의 건강과 삶의 질 향상에 기여하고, 미래 바이오 의료시대를 함께 준비해 선도할 것”이라고 강조했다.
16일(월) 개최한 협약식에는 이광형 총장, 김대수 생명과학기술대학장 등과 HLB 진양곤 회장, 임창윤 부회장 등 주요 경영진이 참석했다.
2024.12.16 조회수 3052 -
바이오 경로 이미지 분석하는 AI 최초 개발
유전자, 단백질, 대사물질 등 복잡한 정보를 표현하는 바이오 경로 이미지는 중요한 연구 결과를 내포하고 있지만, 이미지 기반 정보 추출에 대해 그동안 충분한 연구가 이뤄지지 않았다. 이에 우리 연구진은 바이오 경로 정보를 자동으로 추출할 수 있는 인공지능 프레임워크를 개발했다.
우리 대학 생명화학공학과 김현욱 교수 연구팀이 바이오 경로 이미지에서 유전자와 대사물질 정보를 자동으로 추출하는 기계학습 기반의 ‘바이오 경로 정보 추출 프레임워크(이하 EBPI, Extraction of Biological Pathway Information)’를 개발했다고 28일 밝혔다.
연구팀이 개발한 EBPI는 문헌에서 추출한 이미지 속의 화살표와 텍스트를 인식하고, 이를 기반으로 바이오 경로를 편집 가능한 표의 형태로 재구성한다. 객체 감지 모델 등의 기계학습을 사용해 경로 이미지 내 화살표의 위치와 방향을 감지하고, 이미지 속 텍스트를 유전자, 단백질, 대사물질로 분류한다. 그 후 추출된 정보를 통합해 경로 정보를 표 형식으로 제공한다.
연구팀은 74,853편의 논문에서 추출한 바이오 경로 이미지와 기존 수작업으로 작성된 경로 지도를 비교하며 EBPI의 성능을 검증했다. 그 결과, 높은 정확도로 바이오 경로 정보가 자동으로 추출됐음을 확인했다.
EBPI를 사용해 대표적인 바이오 경로 데이터베이스에 포함되지 않은 생화학 반응 정보를 대량의 문헌 내 바이오 경로 이미지로부터 추출하는 데에도 성공했다.
다양한 산업적 가치를 지닌 대사물질들의 생합성 관련 문헌을 EBPI로 분석한 결과, 문헌에서는 보고가 됐지만, 기존 데이터베이스에서는 누락된 생화학 반응들이 확인된 것이다. 화학산업에서 다양한 응용분야를 갖는 1,4-부탄디올, 2-메틸부티르산, 하이드록시티로솔, 레불린산 및 발레로락탐의 생합성 경로를 예시로 이러한 발견을 제시했다.
연구를 총괄한 김현욱 교수는 “이번 연구에서 개발된 EBPI는 대규모 문헌 데이터 분석에 있어 중요한 도구가 될 것이며 생명공학, 대사공학 및 합성생물학 분야에서 바이오 경로 이미지를 AI로 분석하는 최초의 사례로, 관련 연구의 실험 디자인 및 분석 시 유용하게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
생명화학공학과 권문수 박사과정생과 이준규 박사과정생이 공동 제1 저자인 이번 연구는 대사공학 및 합성생물학 분야의 대표적 국제학술지인 대사공학(Metabolic Engineering, JCR 분야 상위 10% 이내)에 11월호에 게재됐다.
※ 논문명 : A machine learning framework for extracting information from biological pathway images in the literature
※ 저자 정보 : 권문수(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 이준규(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 김현욱(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 3명
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 및 농촌진흥청의 농업미생물사업단의 지원을 받아 수행됐다.
2024.11.28 조회수 5302 -
이제 골격근도 제작 가능하다
인체의 상당 부분을 차지하는 골격근을 이제 우리 연구진에 의해 랩온어칩과 같은 첨단 바이오 제조 기술을 적용해 안정적인 제작이 가능하게 됐다.
우리 대학 기계공학과 바이오미세유체 연구실 전성윤 교수 연구팀이 기계공학과 심기동 교수팀과 공동 연구를 통해, 체외 삼차원 환경에서 골격근 조직을 제작하는 바이오 미세유체시스템(Biomicrofluidic system)*을 개발했다고 27일 밝혔다.
*바이오 미세유체시스템: 반도체 회로 제조 등에 사용되는 포토리소그래피(Photolithography) 공정 등을 기반으로 제작되는 마이크로 스케일의 시스템으로, 세포 및 생체조직 배양, 유동 생성 및 제어 등에 활용됨
연구팀은 해당 연구에서 자체 개발한 미세유체시스템을 사용해 골격근 조직 배양에 있어 큰 비중을 차지하는 하이드로겔의 구성 성분, 겔화 시간, 세포의 농도를 조절해 다양한 조건에서 삼차원 근육 밴드를 제작했다.
또한, 제작된 골격근 조직에 대해 근육의 수축력 및 반응 속도 측정과 함께 조직 형태, 기계적 특성, 골격근 성장 및 분화와 관련된 유전자 발현 비교 등 다양한 분석을 진행했다. 그리고 결과 분석을 통해 최적의 근육 조직 제작법을 확립했으며, 이러한 최적의 제작법으로 배양했을 때 견고한 골격근 조직이 제작된 것을 확인했다.
조직공학 및 배양 시스템 설계의 중요성을 강조한 이번 연구에서는, 하이드로젤 특성이 3D 근골격계 조직 발달에 미치는 영향을 조사했다. 주요 연구 결과에 따르면 하이드로젤의 기계적 특성은 세포 분화와 조직 기능을 높인다.
전성윤 교수는 “이번 연구는 인공 골격근 조직 배양에 있어 세포가 함유된 하이드로젤 제조에 대한 조건의 영향을 탐구함으로써 기존의 균일하지 못한 배양 방식에 가이드라인을 제시하고, 치료 응용 및 질병 모델링을 위한 조직 공학 최적화를 위한 필수 인사이트를 제공한다. 그리고 향후 골격근뿐 아니라 심장이나 골수와 같은 인공 생체 조직 제작에 도움을 주고 본 플랫폼은 노화나 우주 미세중력등에 의한 근감소증을 비롯한 여러 근골격계 질병 연구에 활용 될 것을 기대한다”고 말했다.
기계공학과 김재상 박사 및 김인우 박사과정 학생이 공동으로 진행한 이번 연구는, 국제 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced functional materials)’에 2024년 10월 7일자로 게제됐다.(논문명 : Strategic Approaches in Generation of Robust Microphysiological 3D Musculoskeletal Tissue System. https://doi.org/10.1002/adfm.202410872)
한편 이번 연구는 한국연구재단 및 BK21 사업의 지원으로 수행되었다.
2024.11.27 조회수 5891 -
페트병 대체할 미생물 플라스틱 생산 성공하다
현재, 전 세계는 플라스틱 폐기물로 인한 환경 문제로 인해 큰 골머리를 앓고 있다. KAIST 연구진이 생분해성을 가지면서 기존 페트병을 대체할 미생물 기반의 플라스틱 생산에 성공해서 화제다.
우리 대학은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 시스템 대사공학을 이용해 PET(페트병) 대체 유사 방향족 폴리에스터 단량체를 고효율로 생산하는 미생물 균주 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.
유사 방향족 다이카복실산은 고분자로 합성시 방향족 폴리에스터(PET)보다 나은 물성 및 높은 생분해성을 가지고 있어 친환경적인 고분자 단량체*로서 주목받고 있다. 화학적인 방법을 통한 유사 방향족 다이카복실산 생산은 낮은 수율과 선택성, 복잡한 반응 조건과 유해 폐기물 생성이라는 문제점을 지니고 있다.
*단량체: 고분자를 만드는 재료로 단량체를 서로 연결해 고분자를 합성함
이를 해결하기 위해 이상엽 특훈교수 연구팀은 대사공학을 활용, 아미노산 생산에 주로 사용되는 세균인 코리네박테리움에서 2-피론-4,6-다이카복실산과 4종의 피리딘 다이카복실산 (2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘 다이카복실산)을 포함한 5종의 유사 방향족 다이카복실산을 고효율로 생산하는 미생물 균주를 개발했다.
연구팀은 대사공학 기법을 통해 여러 유사 방향족 다이카복실산의 전구체로 사용되는 프로토카테츄산의 대사 흐름을 강화하고 전구체의 손실을 방지하는 플랫폼 미생물 균주를 구축했다.
이를 기반으로 전사체 분석을 통해 유전자 조작 타겟을 발굴해 76.17g/L의 2-피론-4,6-다이카복실산을 생산하였고, 3종의 피리딘 다이카복실산 생산 대사회로를 신규 발굴 및 구축하여 2.79g/L의 2,3-피리딘 다이카복실산, 0.49g/L의 2,4-피리딘 다이카복실산, 1.42g/L의 2,5-피리딘 다이카복실산을 생산하는 데 성공했다.
또한, 연구팀은 2,6-피리딘 다이카복실산 생합성 경로 구축 및 강화를 통해 15.01g/L의 생산을 확인하며 총 5종의 유사 방향족 다이카복실산을 고효율로 생산하는 데 성공했다.
결론적으로, 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘 다이카복실산을 세계 최고 농도로 생산하는 데 성공하였다. 특히 2,4-, 2,5-피리딘 다이카복실산은 기존에 극미량 (mg/L) 생산되던 것을 g/L 규모의 생산까지 달성하였다.
이번 연구를 기반으로 다양한 폴리에스터 생산 산업공정으로의 응용이 기대되며, 유사 방향족 폴리에스터 생산에 관한 연구에도 적극 활용될 수 있으리라 기대된다.
교신저자인 이상엽 특훈교수는 “미생물을 기반으로 유사 방향족 폴리에스터 단량체를 고효율로 생산하는 친환경 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 연구가 앞으로 미생물 기반의 바이오 단량체 산업이 석유 화학 기반의 화학산업을 대체하는 데 일조할 것”이라고 밝혔다.
해당 연구 결과는 국제 학술지인 `미국 국립과학원 회보(PNAS)'에 10월 30일 자 게재됐다.
※ 논문명 : Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the production of pyrone and pyridine dicarboxylic acids
※ 저자 정보 : 조재성(한국과학기술원, 공동 제1저자), 찌웨이 루오(한국과학기술원, 공동 제1저자), 문천우(한국과학기술원, 공동 제1저자), Cindy Prabowo (한국과학기술원, 공동저자), 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 5명
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제(과제 책임자 이상엽 특훈교수)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.11.07 조회수 9134