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수학자들 뭉쳐 암재발 해결…생물학적 난제 풀어

수학자들이 생물학 난제를 수학적 모델로 해결했다. 이를 이용하면, 암재발도 제어할 수 있을 전망이다. 기초과학연구원(IBS)은 의생명 수학 그룹 김재경 CI(KAIST 수리과학과 교수)와 POSTECH 수학과 김진수 교수, KAIST 공학생물학대학원 조병관 교수 공동연구팀이 수학적 모델링을 통해 세포 내부에서 발생하는 생물학적 잡음을 제거하고 세포의 운명을 정밀하게 제어할 수 있는 '잡음 제어 원리'를 이론적으로 확립했다고 29일 밝혔다. IBS 측은 이번 이론 확립으로 단일 세포 정밀 제어 뿐만 아니라, 향후 암 치료 및 합성생물학 분야 난제를 해결할 새로운 이정표가 될 것으로 기대했다. 연구의 시작은 암 치료가 성공적으로 끝났는데도 재발하거나, 강력한 항생제를 써도 일부 세균이 살아남는 이유에서 비롯됐다. 이 같은 핵심 원인 중 하나가 세포 내부에서 무작위로 발생하는 '생물학적 잡음(Biological Noise)'이 지목됐다. 유전자가 같은 세포라도 단백질 양이 저마다 달라 약물 치료를 피해 살아남는 '아웃라이어(Outlier, 튀는 세포)'가 생겨나기 때문. 그간 과학자들은 세포 집단 평균값만 조절할 수 있었을 뿐, 개별 세포에서 일어나는 불규칙한 변동성을 제어하는 일은 오랜 숙제였다. 기존 유전자 회로 기술은 세포 집단의 평균 단백질 양은 맞출 수 있었으나, 개별 세포 간 편차인 잡음은 오히려 증폭시키는 한계가 있었다는 것이다. 연구팀은 이를 '냉온탕을 오가는 샤워기'에 비유했다. 샤워기 물 온도를 평균 40도에 맞췄더라도, 펄펄 끓는 물과 얼음물이 번갈아 나온다면 정상적인 샤워가 불가능한 것과 같다는 것이다. 즉 '평균의 함정'에 빠져 통제를 벗어난 소수 세포들이 암 재발이나 항생제 내성을 일으키는 주범이 된다. 연구팀은 이 문제 해결을 위해 '잡음 제어기(Noise Controller, NC)'라는 새로운 수학적 모델을 고안했다. 먼저 시스템 최종산출물이 서로 결합해 짝을 이루는 '이합체(dimer) 반응'을 이용해 세포마다 달라지는 산출물 분산을 조절할 수 있을지를 검토했다. 그 과정에서 이합체 반응이 세포 상태 흔들림, 즉 잡음을 감지하는 센서 역할을 할 수 있음을 확인했다. 하지만 초기 시도에서는 이 방법만으로 세포 간 차이를 줄이는 데 한계가 있었다. 이에 따라 특정 물질이 필요 이상으로 많이 만들어질 경우 이를 바로 줄여주는 장치가 함께 필요하다고 판단했고, 단백질이 과도하게 많아지면 즉각적으로 분해하는 '분해 기반 작동(degradation-based actuation)' 원리를 결합했다. 그 결과, 외부 환경 변화에도 세포 내 잡음 수준을 일정하게 유지하는 '잡음 견고 완전 적응(Noise RPA)'을 이론적으로 구현해냈다. 이를 통해 세포 간 편차를 보편적인 생물학적 시스템이 도달할 수 있는 최소 수준 파노인자(Fano factor)를 1인 수준까지 억제하는 데 성공했다. 연구팀은 이 모델을 대장균 DNA 복구 시스템에 가상으로 적용해 성능도 입증했다. 기존 시스템에서는 DNA 손상을 복구하는 단백질의 양이 세포마다 크게 달라 약 20% 세포가 복구에 실패해 사멸했다. 하지만, 잡음 제어기(NC)를 적용해 모든 세포 단백질 양을 균일하게 조절하자 사멸률을 7%까지 낮출 수 있었다. 정교한 수학적 원리만으로 세포 생존율을 획기적으로 끌어올린 것이다. 이는 기존의'평균 제어' 패러다임을 넘어, 개별 세포 하나하나를 정밀하게 다루는 '단일 세포 제어'를 실현했다는 점에서 의미가 크다. 연구를 이끈 김재경 CI는 "생명 현상에서 운이나 우연으로 치부되던 세포 간 잡음을 수학적 설계를 통해 제어 가능한 영역으로 가져왔다는 데 의의가 있다”며, "앞으로 암 치료 내성 극복, 고효율 스마트 미생물 개발 등 정밀한 세포 제어가 필수적인 분야에서 핵심적인 역할을 할 것”이라고 밝혔다. 공동 교신저자인 김진수 POSTECH 교수는 "반응 네트워크 이론을 이용한 세포 내 잡음의 이론적 수식에서 출발해 실제 생물학적 기전을 설계했다는 점에서, 수학 모형의 힘을 잘 보여주는 연구”라고 강조했다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF=15.7)'에 최근 실렸다.

2025.12.29 16:39박희범

초기 위암세포 자율성장 경로 밝혀...새로운 항암치료 가능성 제시

발병 초기단계 위암세포가 주변 도움 없이 스스로 성장 신호를 만들어 증식하는 과정이 과학적으로 규명됐다. 위암 초기 단계 치료 방법으로 도입될 가능성도 제시됐다. 기초과학연구원(IBS)은 유전체 교정 연구단 이지현 연구위원 연구팀이 위암에서 오랫동안 설명되지 않았던 '암세포의 자율적 성장' 메커니즘을 실험적으로 입증했다고 24일 밝혔다. 이 연구위원은 "대장암의 경우 특정 유전자 돌연변이를 통해 세포 성장과 증식을 조절하는 WNT(윈트, 신호전달단백질) 신호가 지속적으로 활성화되는 과정이 잘 알려져 있지만, 위암에서는 발병 초기 세포가 어떻게 주변환경으로부터 독립해 나가는지 밝혀진 부분이 많지 않았다"며 "오가노이드(장기유사체) 기술을 통해 규명했다"고 설명했다. 이 연구위원은 "돌연변이와 직접적 관련이 없는 WNT 신호 물질을 제거했음에도 오가노이드가 여전히 성장하는 현상이 관찰됐다. 이 예상치 못한 결과를 계기로 연구가 본격화됐다"며 "기존에 알려진 특정 신호 분자에만 초점을 맞춰 연구를 진행했다면 발견하기 어려웠을, 두 신호 체계 사이의 새로운 연결 고리를 우연한 관찰을 통해 포착하게 된 것"이라고 부연설명했다. 연구팀은 이후 다양한 생쥐 모델을 활용한 추가 실험을 통해, 위암에서는 여러 돌연변이가 단계적으로 축적돼 WNT 신호 분비가 나타나는 것이 아니라, MAPK 신호를 활성화할 수 있는 단일 돌연변이만으로도 암세포가 MAPK 신호 활성과 WNT 신호 활성이라는 두 가지 주요 줄기세포 신호 체계를 동시에 조절할 수 있음을 확인했다. MAPK는 암세포가 성장·증식 스위치로 가장 자주 이용하는 신호계 중 하나다. 연쇄 인산화(도미노) 경로를 말한다. 연구팀은 쥐 모델과 오가노이드 모델을 구축하고, 세포 성장에 필요한 외부 신호를 하나씩 제거하는 방식으로 실험을 설계했다. 그 결과 정상 위 점막 세포는 외부 신호가 차단되면 성장이 멈춘 반면, 전암 단계의 세포 가운데 특정 유전자 변이를 가진 세포는 외부 도움 없이도 지속 성장하는 것을 확인했다. 연구팀은 "실험결과 위암 환자의 약 3분의 1에서 발견되는 유전자 변이(KRAS 또는 HER2)가 중요한 역할을 한다는 사실이 확인됐다"며 "이러한 변이가 활성화되면 세포에 '성장' 신호를 전달하는 MAPK 신호 경로가 과활성화되고, 이 신호가 다시 위 점막 상피세포에서 WNT 신호 분자의 발현을 유도한다는 점을 밝혀냈다"고 덧붙였다. WNT 신호는 위 점막 세포의 재생과 유지를 조절한다. 정상 상태에서는 주변 환경에서 공급된다. 그러나 암 발생 초기에는 암세포가 이 신호를 스스로 만들어내면서, 더 이상 암세포를 둘러싼 신호 환경인 '미세환경(niche)'에 의존하지 않아도 증식할 수 있는 상태로 전환됐다. 연구팀은 또 MAPK 신호가 활성화될 경우 WNT 신호를 만드는 유전자 발현이 뚜렷하게 증가하는 반면, 이 신호를 차단하면 암세포 자율적 성장이 다시 억제되는 것도 확인했다. 이는 위암 초기 단계에서 암세포의 자율적 성장이 MAPK–WNT 신호 축에 의해 조절된다는 사실을 보여준다. 연구진은 이 메커니즘이 실제 환자에서도 적용되는지를 확인하기 위해 위암 환자 유래 오가노이드를 이용한 검증 실험도 진행했다. 세브란스병원 및 독일 드레스덴 의과대학과 국제 공동연구를 진행했다. 이지현 연구위원은 "위암에서 기존에 알려지지 않았던 신호 체계 간의 연결을 규명했다는 점에서 중요한 기초과학적 의의를 지닌다"며 "연구팀은 현재 이번 연구를 통해 규명한 특정 위암 아형을 표적으로, 정상 세포에는 독성이 거의 없으면서 위암 세포만을 선택적으로 제거할 수 있는 분자를 발굴하는 연구를 진행중"이라고 말했다.

2025.12.24 13:13박희범

"성장 호르몬 투여하면 기억력 세포 회복"

키와 신체 조직 성장 등에 관여하는 성장호르몬이 뇌의 기억 형성 과정에도 깊이 관여한다는 사실이 밝혀졌다. 기초과학연구원(IBS)은 기억 및 교세포 연구단 강봉균 단장 연구팀이 학습이 이뤄지는 순간과 그 직후 뇌 해마의 강하게 활성화된 신경세포에서 성장호르몬이 빠르게 생성되며, 성장호르몬이 기억을 저장하는 세포 성숙에 핵심적인 역할을 한다는 사실을 규명했다고 21일 밝혔다. 기억은 특정 경험을 할 때 활성화된 일부 신경세포에 저장되며, 이 세포를 '기억저장 세포(engram cell)'라고 한다. 기억이 형성되기 위해서는 기억저장 세포의 구조와 기능이 바뀌는 성숙(maturation)이 필요하다. 즉 기억을 실제로 저장하고 다시 꺼낼 수 있는 기능적 상태로 전환돼야 한다. 그러나 기억저장 세포의 성숙이 언제 시작되고 어떤 분자적 기전에 의해 조절되는지는 명확히 밝혀지지 않았다. 연구진은 기억저장 세포의 성숙 과정에서 새롭게 만들어지는 단백질에 주목했다. 이 단백질은 신경세포의 구조와 기능 변화를 이끄는 데 직접 관여하며, 세포 변화의 여부가 기억 형성의 성패를 좌우할 수 있기 때문이다. 이에 연구진은 학습 과정에서 단백질이 만들어지는 시점이 기억 형성에 미치는 영향을 분석했다. 연구진은 생쥐가 특정 환경을 위험한 상황으로 인식하고 기억하도록 하는 학습 실험을 진행했다. 학습 시점을 기준으로 단백질 합성을 억제하는 약물을 서로 다른 시간대에 투여해, 기억 형성 과정에 미치는 영향을 비교했다. 이후 같은 환경에 다시 노출했을 때 생쥐가 보이는 행동 변화를 통해 기억 형성 여부를 평가했으며, 동시에 학습에 관여한 기억저장 세포에서 시냅스 구조와 전기생리학적 특성이 어떻게 달라지는지도 분석했다. 그 결과, 학습이 끝난 뒤 단백질 합성을 억제하는 경우에는 기억 회상 능력이 유지됐지만, 학습이 이뤄지는 순간을 포함한 초기 단계에서 단백질 합성을 차단하는 경우 생쥐의 기억 회상 능력이 크게 감소했다. 기억저장 세포에서도 기억이 형성될 때 신경세포 간 연결이 강화되는 시냅스 변화가 관찰되지 않았다. 이는 기억 형성에 필요한 단백질이 학습 과정과 그 직후 매우 이른 시점에 만들어져야 하며, 이 짧은 시간 동안의 분자적 변화가 기억저장 세포의 성숙과 이후 기억 유지·회상을 좌우한다는 것을 보여준다. 또한 연구진은 학습 초기 단계에서 만들어지는 단백질 가운데 성장호르몬이 학습 직후 해마에서 빠르게 증가한다는 사실을 확인했다. 특히 성장호르몬은 학습 시 활성화된 신경세포에 특이적으로 나타났다. 연구진은 성장호르몬이 기억 형성에 직접 관여하는지 검증하기 위해 성장호르몬의 신호 전달을 방해하도록 설계된 호르몬 변이체를 해마 신경세포에 발현시켰다. 그 결과 단백질 합성을 억제했을 때와 마찬가지로 기억저장 세포의 시냅스 변화가 나타나지 않았고, 기억 회상 행동 역시 감소했다. 나아가 외부에서 성장호르몬을 주입하는 실험도 수행됐다. 단백질 합성을 억제해 기억 형성이 저해된 상태에서 성장호르몬을 보충하자 기억저장 세포의 구조적·기능적 변화가 일부 회복됐으며, 학습 내용을 떠올리는 행동도 되살아났다. 이는 성장호르몬이 기억 형성 과정을 직접적으로 조절하는 핵심 인자임을 시사한다. 강봉균 단장은 “그동안 기억 형성 과정은 주로 신경전달물질과 시냅스 변화 중심으로 연구돼 왔다”라며, “이번 연구는 신체 성장 조절 인자로 알려진 성장호르몬이 기억저장 세포의 기능적 변화를 직접 조절할 수 있음을 보여주며, 기억 형성을 이해하는 신경과학적 틀을 확장하는 계기가 됐다”라고 밝혔다. 연구는 국제 학술지 '사이언스 어드벤시스(Science Advances, IF=12.5)'에 온라인 게재됐다.

2025.12.21 10:21박희범

IBS 등 4개국 연구진, 원자핵 질서 뒤집힌 '반전의 섬' 추가 발견

우리나라를 비롯한 이탈리아, 미국, 프랑스 등 4개국 연구진이 원자핵 구조가 뒤집히는 독특한 물리현상인 '반전의 섬'을 추가로 발견했다. 이는 물이 낮은 곳에서 높은 곳으로 흐르는 것과 유사한 현상이다. 기초과학연구원(IBS)은 희귀핵연구단 하정수 YSF가 3개국 연구팀과 그동안 중성자가 매우 많은 핵에서만 나타난다고 알려졌던 '반전의 섬(Island of Inversion)' 현상을 양성자와 중성자 수가 같은 '대칭 핵'에서도 처음 확인했다고 8일 밝혔다. 이 연구는 희귀핵연구단과 이탈리아 파도바 대학교, 미국 미시간 주립 대학교, 프랑스 스트라스부르 대학교 등이 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다. YSF는 IBS의 차세대 연구리더 육성 프로그램으로 영 사이언티스트 펠로우라고 부른다. 원자핵은 핵자(양성자와 중성자)가 여러 층의 껍질에 배치되는데, 통상 에너지가 낮은 껍질부터 채워지며 안정된 형태를 유지한다. 그러나 특정조건에서는 에너지가 높은 층의 껍질에 자리할 때 오히려 더 안정된 상태가 되는 역전 현상이 일어나는데, 이를 '반전의 섬'이라고 부른다. 기존에 알려진 '반전의 섬'은 ▲중성자 과다로 인한 껍질 간격 감소 ▲전통적 마법수의 에너지 장벽 낮아짐 ▲텐서(force) 및 스핀-궤도 상호작용의 변화 ▲중성자 비율이 높아지면 양성자·중성자의 궤도 상호작용이 변하면서 적층된 에너지 준위 재배열 등의 요인에 따라 발생하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어 전통적 핵껍질 모형에서는 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 등이 마법수로 불린다. 이 숫자에 해당하는 핵은 상대적으로 안정적이지만, 중성자 수가 극단적으로 많아지면 '반전의 섬' 현상이 발생한다. 연구팀은 몰리브덴-84와 몰리브덴-86이라는 중성자가 적은 두 희귀 핵을 비교한 결과 이같은 '반전의 섬'을 확인했다. 이들 두 핵은 양성자 수(42개)가 같고 중성자만 두 개가 차이(각각 42개, 44개)가 난다. 실험은 미국 미시간 주립 대학교 국립 초전도 사이클로트론 연구소(NSCL)에서 생성된 몰리브덴-84와 몰리브덴-86 방사성동위원소 빔을 표적에 충돌시키는 방식으로 진행됐다. 빔이 표적에 충돌하면 원자핵은 잠시 에너지를 머금은 들뜬 상태가 되고, 이후 감마선을 방출하며 다시 에너지가 낮은 본래의 안정된 구조인 바닥 상태로 돌아간다. 연구팀은 이때 방출되는 감마선을 정밀하게 측정해 들뜬 상태가 얼마나 지속됐는지 측정했다. 원자핵이 바닥 상태로 되돌아가는 데 걸리는 시간은 원자핵의 실제 구조가 어떤 형태인지를 밝히는 단서가 되기 때문이다. 분석 결과, 몰리브덴-84는 바닥 상태로 매우 빠르게 복귀했으며, 길게 늘어나거나 납작해진 강한 변형을 보였다. 반면 몰리브덴-86은 변형이 훨씬 적었다. 중성자 단 2개의 차이로 원자핵의 모양과 구조가 크게 달라지는 뚜렷한 대비가 드러난 것이다. 연구팀이 이 데이터를 여러 핵 형태를 가정한 이론 계산과 비교한 결과 몰리브덴-84의 강한 변형은 여러 핵자가 높은 껍질을 차지하는 역전 현상이 일어날 때만 재현됨을 확인했다. 즉, 몰리브덴-84는 반전의 섬의 특성과 정확히 부합하는 구조를 갖는 것이다. 특히 몰리브덴-84는 양성자와 중성자 수가 같은 대칭 핵(N=Z)이다. 대칭 핵에서는 양성자와 중성자가 거의 구분되지 않고 함께 움직이기 때문에, 여러 핵자가 한꺼번에 높은 껍질로 이동하는 집단적 껍질 들뜸이 나타나기 유리하다. 하정수 YSF는 "이번 연구는 이러한 집단적 들뜸이 실제로 강한 변형과 구조 반전으로 이어진다는 것을 명확히 확인함으로써, 대칭 핵에서도 반전의 섬이 형성된다는 사실을 실험적으로 입증했다"고 설명했다. 연구팀은 또 이번에 확인된 구조 반전이 원자핵을 구성하는 핵력 중 하나인 '삼핵자 힘(three-nucleon force)'과 밀접하게 연관되어 있음을 밝혔다. 삼핵자 힘은 세 개의 핵자가 동시에 존재할 때 나타나는 추가 상호작용이다. 이론 계산에서 삼핵자 힘을 제외하면 실험에서 관측된 강한 변형이 재현되지 않았기 때문에 연구팀은 이 삼핵자 힘이 반전의 섬을 형성하는 핵심 요소라고 분석했다. 실험데이터 분석을 주도한 하정수 YSF는 “이번 연구는 대칭 핵에서도 반전의 섬이 나타날 수 있음을 보여준 첫 사례"라며 "원자핵 구조 변화에 대한 기존 이론을 확장하는 중요한 발견이다. 희귀동위원소의 구조 예측 정확도를 높이고 새로운 핵모델 개발에도 큰 도움이 될 것”이라고 설명했다.

2025.12.08 10:34박희범

'기자가 뽑은 올해의 과학자상'에 김백민·김재경·박기덕 3인 수상

'올해의 과학자상'에 김백민 부경대학교 환경해양대학 교수, 김재경 기초과학연구원(IBS) 의생명수학그룹 CI 겸 KAIST 수리과학과 부교수, 박기덕 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소장이 선정됐다. 한국과학기자협회(회장 이은정)는 '기자가 뽑은 올해의 과학자상' 수상자로 이들 3명을 선정했다. 또 대한민국 과학기자상과 과학커뮤니케이터상, 하반기 과학취재상 등 총 17명의 수상자를 발표했다. '대한민국과학기자상'은 김윤미 MBC 기자에게 돌아갔다. 과학커뮤니케이터상에는 ▲심시보 기초과학연구원(IBS) 기획협력본부장, ▲안주현 중동고등학교 교사, ▲이광렬 고려대학교 화학과 교수, ▲이성민 한국항공우주연구원 홍보실장, ▲이효종 쿠키스튜디오 대표 프로듀서, ▲장병영 산림청 대변인실 사무관, ▲조아라 한국건설기술연구원 홍보실장이 각각 선정됐다. 하반기 과학취재상의 상허과학기사상은 ▲고재원 매일경제신문 기자, ▲대덕넷 취재부(길애경·김지영·홍재화), ▲신방실 KBS 기자, ▲이성규 YTN 기자가, ▲머크의학기사상은 과학동아(김태희·김소연)와 한국일보 엑설런스랩(김혜영·손영하·이서현)이 각각 수상했다. 이번 선정은 한국과학기자협회가 과학·의학 분야 취재를 담당하는 회원 기자 31명으로 구성된 심사위원단을 구성해 평가했다. 심사위원장을 맡은 안준모 고려대학교 행정학과 교수는 “과학 언론상 수상자는 과학 현장의 목소리를 담아내고 문제의 본질을 파헤치며, 나아가야 할 방향을 제시하는 수준 높은 저널리즘을 선보였다. 앞으로 과학언론이 사실에 기반한 비판적 통찰과 따뜻한 인간적 시선을 함께 지닌 균형 잡힌 저널리즘으로 발전해 가기를 기대한다”고 심사 소감을 밝혔다. '과학언론상' 시상은 오는 25일 서울 중구 롯데호텔 서울 소공동점에서 열리는 '2025과학언론의 밤'에서 진행된다. 과학언론상은 한국과학창의재단과 과학기술출연기관장협의회, 건국대학교, 한국머크 헬스케어가 후원한다.

2025.11.18 13:32박희범

우울증 치료제 효과가 반밖에 안되던 이유가…뇌 당사슬 교란서 원인 찾아

우울증을 일으키는 새로운 기전이 규명됐다. 기존 우울증 치료제는 효과가 절반 정도에 불과하다. 기초과학연구원(IBS)은 기억 및 교세포 연구단(전 인지 및 사회성 연구단) 이창준 단장, 이보영 연구위원 연구팀이 만성 스트레스가 뇌 이마 쪽 전전두엽의 단백질 분자 끝에 결합하는 당(탄수화물) 사슬을 교란시켜 우울증을 유발한다는 새로운 뇌 분자 기전을 규명했다고 5일 밝혔다. 우울증은 심리적·환경적·유전적 요인이 복합적으로 작용하기 때문에 다양한 발병기전이 보고돼 왔다. 그러나 실제 치료제는 대부분 신경전달물질 조절에 주로 집중, 세로토닌 조절 기반 항우울제를 가장 널리 썼다. 그러나 이는 효과를 보이는 환자가 절반에 그치는 단점이 있었다. 연구팀은 단백질 기능과 안정성을 조절하는 '당쇄화'에 주목했다. 당쇄화는 단백질에 작은 당(탄수화물) 사슬이 붙어 단백질 구조와 기능을 바꾸는 과정이다. 암·바이러스 감염·퇴행성 질환 등 다양한 질환에서 중요한 분자 기전으로 주목받아 왔다. 연구팀은 먼저 고성능 질량분석기를 이용해 정상 생쥐의 뇌 9개 영역의 'O-당쇄화' 조성과 양상을 정밀 분석한뒤, 뇌 부위마다 서로 다른 당쇄화 특성이 있음을 확인했다. 이후 만성 스트레스 모델 생쥐의 뇌를 정상 뇌와 비교한 결과, 전전두엽을 포함한 일부 영역에서 'O-당쇄화'에 뚜렷한 변화가 나타나는 것을 확인했다. 특히 단백질에 붙은 당 사슬 말단에 시알산(sialic acid)이 덧붙어 안정성을 높이는 시알산화(sialylation)가 줄어들고, 이를 담당하는 당전이효소(St3gal1) 발현이 감소하는 것도 확인했다. 연구팀은 이 효소 감소가 실제 우울증 행동에 미치는 영향을 확인하기 위해 정상 생쥐와 스트레스 모델 생쥐의 전전두엽에서 효소 발현을 조절하는 실험을 진행했다. IBS 기억 및 교세포 연구단 서영숙 선임연구원(제1저자)은 "정상 생쥐 전전두엽에 효소의 발현을 억제하자 스트레스를 받지 않았음에도 의욕 상실, 긴장 증가 등 우울증 증상이 나타났다"며 "반대로 스트레스 모델 생쥐의 전전두엽에서 효소의 발현을 증가시키자 우울증 증상이 완화되는 결과를 확인했다"고 말했다. 이는 당전이효소(St3gal1) 감소가 우울증 증상을 직접 유발하고 조절하는 핵심 분자 요인라는 것을 의미한다는 것. 연구팀은 또 단백질 분석과 전기생리학적 신호 측정 실험을 통해, 당전이효소(St3gal1_ 감소에 따라 신경세포 연결 단백질인 뉴렉신2(NRXN2)의 당 사슬 구조가 불안정해지고, 뇌 회로 균형을 유지하는 억제성 신경세포의 기능이 저하되는 것도 확인했다. 작은 당 사슬 변화가 뇌 회로의 연결과 균형을 담당하는 핵심 요소 모두에 영향을 미쳐, 결국 감정 조절 시스템 전체가 무너질 수 있다는 것이다. 이보영 연구위원은 “이번 연구는 뇌의 당쇄화 이상이 우울증 발병과 직접적으로 연결됨을 보여줬다”며, “신경전달물질 중심의 기존 접근을 넘어, 새로운 우울증 치료 및 진단 표적 발굴로 이어질 수 있는 중요한 단초가 될 것”이라고 말했다. 이창준 연구단장은 “우울증은 사회적 부담이 큰 질환이지만 기존 치료제에는 분명한 한계가 있다”며, “이번 성과는 우울증 치료뿐만 아니라 PTSD(외상후스트레스장애), 조현병 등 다른 정신질환 연구로 확장될 수 있어, 보다 광범위한 치료 전략 개발로 이어질 수 있을 것”이라고 강조했다. 연구결과는 미국과학진흥협회(AAAS) 발간 다학제분야 대표 저널 '사이언스 어드밴시스(Science Advances, 2025 JCR IF=12.5, 5year IF=14.1)'에 지난 4일(한국시간) 온라인으로 게재됐다.

2025.10.05 16:29박희범

한국수학 70년만에 처음 세계 최대 응용수학학회 기조강연 무대에 서다

기초과학연구원(IBS) 수리 및 계산 과학 연구단 의생명 수학 그룹 김재경 CI(KAIST 수리과학과 교수)가 최근 캐나다 몬트리올에서 열린 'SIAM(산업 및 응용수학회) 연례학회' 기조강연자로 나서 화제다. 김 CI 강연은 1952년 학회 창립 이후 70여 년 만에 한국인으로는 처음 나서는 것. 올해 최연소 기조 강연자이기도 하다. 이 행사는 전 세계 3천여 명 이상의 수학자, 공학자, 데이터 과학자가 참여하는 세계 최대 규모의 응용수학 학술대회다. 김재경 CI는 그동안 수학, 기계학습, 계산과학 등 다양한 학제 간 연구를 통해 수면·생체리듬의 메커니즘을 규명하고 디지털 치료 및 신약 평가로 확장하는 등 세계적으로 꾸준히 주목 받아왔다. 김 CI 강연 주제는 수학적 모델링과 인공지능(AI) 융합을 통해 인류 건강 문제를 해결하는 최신 연구 성과를 소개했다. 김CI는 최근삼성 갤럭시워치8에 수면 알고리즘을 탑재해 관심을 끌었다. 김 CI는 강연에서 “수학과 인공지능 융합은 맞춤형 헬스케어와 정밀 의학을 현실화하는 핵심 도구”라며, “이번 강연은 한국 수학이 세계적 연구 무대에서 중심적 역할을 할 수 있음을 보여주는 중요한 이정표”라고 밝혔다.

2025.08.25 13:32박희범

[인터뷰]임기철 GIST총장 "AI 전진기지 만들어 갈 것"

임기철 GIST 총장이 지난 달 4년 임기 반환점을 돌았다. 그동안 광주 인공지능(AI) 집적단지를 기반으로 AI대학원 설립 등을 추진하는 등 남들보다 반걸음 앞서 나갔다. 그동안 30개 항목에 달하는 혁신도 밀어 붙였다. GIST가 세계적인 대학으로 나아가기 위해서는 '스케일-업'이 필수라는 화두도 던졌다. AI정책전략대학원 설치와 지스트홀딩스 설립, 발전기금 확보 등 지난 2년간 주위를 돌아볼 겨를 없이 '절치부심했던' 임 총장으로부터 GIST 후반기 경영 구상에 대해 들어봤다. ▲AI가 현안이다. AI 단과대 설립 등 임기 후반기 AI 육성책에 대해 말해달라. -지난 2년이 AI 인재 생태계 기초를 마련한 시기였다면, 앞으로 2년은 이를 실제로 작동시키고 대내외 확산시키는 '실행의 시기'가 될 것입니다. 정부도 4대 과학기술원을 대상으로 AI 단과대 신설을 고민 중인 것으로 압니다. 전국 3개 과학기술원과 지역 거점 국립대학들이 선제적으로 AI 단과대를 설립, 국가 AI인재 양성의 선도적 역할을 수행해 나가야 할 시점입니다. GIST는 이미 AI 대전환 시대를 선도할 전략적 학사조직 개편을 단행했습니다. 올해 2월 14개 학부·학과 체제를 4개 단과대학으로 개편하고, 정보컴퓨팅대학을 중심으로 AI 기반 교육 체계를 구축했습니다. 앞으로 AI 기반 3개 대학원, 즉, 기존의 AI정책전략대학원에 순환경제대학원과 기술경영전문대학원(MoT)을 보태, 조만간 출범시킬 계획입니다. 다양한 제조와 접목하는 'AI+X 전략' 실현 "박차" 올해 3월 환경부 특성화대학원 사업에 선정돼 순환경제대학원, 즉 'AI 기반 순환경제 클러스터링 학제전공'을 출범시켰습니다. AI 기술을 활용해 에너지와 자원을 유기적으로 순환시키고 이를 통합 분석·관리할 수 있는 인재를 양성해 기후 위기와 자원 고갈 등 환경 문제에 대응하고자 합니다. 또, 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 주관하는 기술경영 인재양성 사업에 선정됐어요. 내년 3월 '기술경영전문대학원(MoT)' 개원을 준비 중입니다. ▲정부가 광주를 AI 집적 단지로 육성 중이다. GIST 역할과 기여는 무엇인가. -AI를 다양한 산업 분야와 접목하는 'AI+X 전략'을 실현 중입니다. 제조 AI 중요성은 더 언급이 필요없지요. GIST는 광주와 AI 기반 융합 산업의 혁신 허브로 도약하기 위해 최선을 다할 것입니다. 대표적인 성과로 총사업비 390억 원 규모의 'AI반도체 첨단공정 팹(FAB)' 구축 사업을 꼽을 수 있습니다. 오는 2026년 완공 예정인 이 팹은 첨단 반도체 공정이 가능합니다. AI집적단지의 디자인 단계부터 GIST 중앙기기연구소 실증까지 원스톱 공정 체계를 구축하게 될 것입니다, AI와 바이오 융합 연구에서도 두각을 나타내고 있습니다. AI 기반 신약 개발을 위한 'AI기반 중대분자 연구센터'가 과기부 글로벌 선도연구센터에 선정돼 500억 원 규모의 지원을 확보했습니다. 뇌질환 조기진단을 위한 'AI+나노융합 연구단'도 과기부 이노코어 사업에 선정됐습니다. 조만간 모든 일들이 꽃을 피울 것으로 확신합니다. ▲광주 AI 인프라에 대해 평가해 달라. -수도권에 비해 인프라 면에서는 다소 열세일 수 있지만, 오히려 유연한 규제와 실증이 가능하다는 장점이 있어요. 'AI 실증도시'로서의 잠재력이 어느 지역보다 큽니다. 현재 GIST를 중심으로 국가 AI데이터센터, ETRI, 한국자동차연구원, 한국전자기술연구원 등 주요 연구기관이 연구 클러스터를 형성하고 있어요. 전국적으로도 드문 경쟁력입니다. 정부에서 광주를 'AI+X 실증특구'로 지정, 규제 샌드박스형 지원을 확대한다면 GIST는 AI 기반 신약개발, 자율주행, 스마트팩토리, 스마트그리드 등 분야별 실증과 사업화를 가속화하고 비상할 완전 체계를 갖추게 될 것입니다. ▲주요한 연구성과 3가지만 말해달라. -문학과 물리학의 경계를 넘은 융합 연구를 첫 번째 성과로 꼽고 싶습니다. 인문사회과학부 이수정 교수와 학사과정 3학년 학생 두 명이 함께, 이상 시인의 '오감도 시제4호'를 물리학적 관점에서 재해석한 연구를 수행했습니다. 이상 시인 '오감도' 물리학적 관점으로 재해석…화제 전통적으로 해석이 어려웠던 숫자 배열을 도넛 형태의 수학적 구조, 즉 토러스(torus)로 바라보고 전자기학의 '스토크스 정리'와 벡터장의 '헬름홀츠 정리'를 적용해 시 전체의 구조와 의미를 새롭게 밝혀냈습니다. 문학 작품에 물리학 이론을 적용한 이례적인 시도지요. 관련 논문은 '한국시학연구'에 게재됐습니다. 학부생이 주도할 수 있도록 발판을 마련해 준 연구라는 점에서도 교육적·학문적으로 큰 의미가 있습니다. 두 번째는 단일 분자의 양자 상태를 실시간으로 제어한 첨단 나노과학 연구입니다. IBS 양자변환연구단장을 맡고 있는 화학과 김유수 교수 연구팀은 같은 화학과 이마다 히로시 교수 연구팀과 함께, 테라헤르츠(THz) 빛을 주사터널현미경(STM)에 결합한 '광학 STM' 기술을 개발했습니다. 단일 분자 내 전하 이동과 여기자(exciton)의 생성·소멸 과정을 피코초(1조 분의 1초) 단위로 실시간 관측하고 제어하는 데 성공했습니다. 이 기술은 기존보다 훨씬 빠르고 정밀하게 전자를 조작할 수 있어, OLED나 유기 태양전지처럼 여기자 제어가 성능을 좌우하는 소자의 효율 향상에 기여할 것입니다. 한·일 연구진이 긴밀히 협력해 'Science'에 성과를 발표한 점에서도 의미가 큽니다. 세 번째는 젊은 연구자의 창의력과 도전 정신이 돋보이는 신소재·로봇 융합 연구입니다. 신소재공학과 최영재 교수 연구팀이 광과 DNA 가교제를 활용해 빛으로 형태를 자유롭게 제어할 수 있는 '트랜스포머 마이크로 로봇' 기술을 개발했습니다. 광반응성 수화젤(hydrogel)에 자외선과 가시광선의 파장을 달리 비추면, 외부 전원 없이도 로봇의 구조를 정밀하게 변형·프로그래밍할 수 있는 기술입니다. 마이크로 퍼즐 조립이나 미세 물체를 잡는 동작 구현에 성공했습니다. 루메닉스·테디메디·엘브이비 등 연구소기업 3개 '대박' 기대 향후 의생명·반도체·환경 감시 분야의 초소형 로봇 기술로 확장 가능성이 높습니다. 최 교수는 성과 발표 당시 영화 '터미네이터'에서 영감을 받아 시작한 연구라며, 언젠가는 액체 로봇을 만드는 것이 목표이라고 밝혀 주위에 깊은 인상을 남겼습니다. ▲내년 주목할 만한 연구실이나 연구소기업이 있나. -최근 실험실 기반 창업이 활발히 이어지고 있고, 그중에는 기술 경쟁력과 사업화 가능성을 모두 갖춘 팀들이 성장 궤도에 진입하고 있습니다. 가장 먼저 소개해 드리고 싶은 곳은 '루메닉스(Lumenics)'입니다. 이 기업은 GIST 고등광기술연구원(APRI)의 신우진 수석연구원이 창업한 레이저·광학 전문 스타트업입니다. 드론 탐지나 조류 퇴치용 레이저, 해양 및 산업용 계측 장비 등 다양한 응용 분야에서 자체 레이저·광학 기술을 확보하고 있습니다. 내년에는 상용화 진입과 기술 고도화 면에서 의미 있는 성과가 기대됩니다. 바이오·의료 분야 스타트업으로는 '테디메디(TEDi MEDi)'도 주목할 만합니다. 의생명공학과 김재관 교수님이 이끄는 이 팀은 근적외선 기술을 활용해 비약물 기반 수면개선 웨어러블 기기를 개발해 현재 임상 시험을 진행 중입니다. 지난해엔 CES(국제전자제품박람회)에도 참가해 기술력을 인정받았습니다. 수면장애뿐 아니라 치매나 뇌질환 예방·개선 등으로 확장 가능성이 큰 디지털 치료제 플랫폼입니다. 마지막으로 소개할 기업은 올해 상반기 중 설립된 '㈜엘브이비(LVB)'입니다. 신소재공학과 엄광섭 교수 창업 기업입니다. 차세대 리튬금속배터리(LMB)의 고성능화를 위한 바나듐 산화물 기반 양극소재 기술을 개발하고 있습니다. 안정성을 겸비한 대면적 전극 제조와 대량 생산 공정에 강점을 갖고 있어, 고에너지·고출력 배터리 수요가 급증하는 시장에서 충분한 경쟁력을 보여줄 수 있을 것으로 기대됩니다. GIST 실전 창업 프로그램을 통해 발굴한 사례입니다. 연구 성과를 기반으로 한 딥테크 창업입니다. ▲사업단 유치 등 GIST 내실도 잘 키우고 있다는 평가를 받는다. 추가 계획있나. -총장으로 부임하고 기초과학 연구 역량 강화를 위해 IBS 연구단 유치에 특별한 노력을 기울여 왔습니다. 현재 화학과 물리 분야 두 연구단이 자리를 잡아 활발히 연구를 진행 중입니다. 화학 기반의 융합 연구 분야인 '양자변환연구단'은 화학과 김유수 교수께서 단장을 맡아 지난해 9월부터 본격 가동 중입니다. 물리 분야 '상대론적 레이저과학 연구단'은 물리·광과학과 김경택 교수께서 지난해 12월부터 이끌고 있습니다. 연구단 이름이 다소 생소하게 느껴질 수 있지만, 각각 최첨단 양자과학과 레이저 과학 분야에서 혁신적 성과 창출을 목표로 세계 최고 수준의 기초과학 연구를 수행하고 있습니다. IBS 2개 연구단 유치이어 하반기 추가 연구단 출범 준비도 세 번째로 유치가 예정된 연구단은 생명과학과 뇌과학, 생체 시스템 간의 상호작용에 관한 융합 연구를 주제로 할 예정입니다. 현재 연구단장 선임 절차가 마무리 단계에 있습니다. 올해 하반기 중 출범을 목표로 준비 중입니다.관련 세부 내용은 조만간 공식 발표할 예정입니다. IBS 캠퍼스 내 GIST 소속 연구단 3개가 모두 갖춰지면, 국내외 우수 연구자들이 활발히 협력하는 견고한 연구 생태계가 조성돼 GIST의 기초과학 연구 기반이 한층 더 탄탄해질 것입니다. 이같은 연구단 유치가 광주광역시를 중심으로 한 호남 지역 발전에도 긍정적인 파급 효과를 가져올 것으로 기대합니다. 현재 IBS 연구단 32개 중 호남권에는 GIST가 유치한 2개 연구단만 위치해 있어요. 이 외에는 수도권에 7개, 중부권(대전)에 16개, 영남권에 7개가 분포해 있습니다. GIST는 지속적인 연구단 유치 추진으로 지역 간 불균형을 깨고, 우수한 연구 인력과 첨단 연구 시설이 호남 지역에 뿌리내리도록 앞장 설 것입니다. 지역 과학기술 혁신과 산업 생태계 발전은 물론 지역 경제 활성화, 청년 인재의 지역 정착에도 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 기대합니다. ▲지스트홀딩스 투자 성과 등에 대해 말해달라. -지스트홀딩스는 'GIST 비전 2053'의 핵심 내용인 유니콘급 기업 30개 배출을 목표로 설립된 기술지주회사입니다. 올해는 죽상동맥경화증 치료제 개발 기업 '㈜파고젠'(생명과학과 박대호 교수)과 Web3 기반 AI 플랫폼 개발 기업 '리버밴스㈜'(전기전자컴퓨터공학과 이흥노 교수)에 각각 1억 원씩 직접 투자해 첫 기술지주 투자 성과를 만들어 냈습니다. 75억 원 규모 운용 자산 마련…"다양한 투자 기회 창출할 것" 지난해 4월 설립한 지스트홀딩스는 대학기술지주 중 최단 기간으로 한국모태펀드 중기부 소관 50억 원 규모의 창업초기 펀드 운용사로 선정됐어요. 6월에는 교육부 소관 25억 원 규모의 대학창업펀드 운용사로도 연달아 선정되며 총 75억 원 규모의 운용자산을 마련했습니다. 2025년 1·2차 정시 모태펀드에서 모두 운용사로 선정된 대학기술지주로는 지스트홀딩스가 유일해 업계의 주목을 받고 있습니다. 향후 공동운용사 방식의 모태펀드 조성과 4대 과기원 간 크로스 펀드 구성 등을 추진, 더 다양한 투자 기회를 창출할 계획입니다. ▲국방, 우주 등 현재 전략적으로 추진하는 사업이 있나. -GIST는 AI뿐만 아니라, 국방과 우주 분야에서도 미래 전략기술에 선제적으로 대응하고 있습니다. 지난 3월, 기존 고등광기술연구소를 '고등광기술연구원'으로 승격시켰어요. 산하에 '미래우주국방융합연구본부'를 신설해 정밀 레이저, 위성 광학, 국방 광센서 등 다양한 국방 광기술의 체계적 고도화를 추진 중입니다. 현재 GIST는 방위사업청 지정 전문연구기관으로 전자전, 고출력 레이저, 군 통신, 차세대 에너지 시스템 등 약 100억 원 규모의 국방 R&D를 수행하고 있습니다. 지난 2월에는 AI·빅데이터 기반으로 우주기술을 선도하기 위한 '미래우주항공 연구센터(G-STAR센터)'를 신설했습니다. 이 센터는 NASA 출신 최성임 교수가 이끌고 있습니다. AI기반 우주기술, 우주 로보틱스, 우주 바이오 등의 연구를 수행합니다. 전남 고흥 우주발사체 국가산단과 긴밀히 협력해 인재 양성과 기술 개발에도 앞장설 계획입니다. ▲지역에 기여하고, 협력하는 방안도 적극 모색중인 것으로 아는데. -AI, 모빌리티, 지능형 로봇, 에너지, 헬스케어 등 지역 전략 산업과 연계된 5대 게임체인저 기술 개발을 핵심 과제로 삼고 있습니다. 이를 위해 전남권 10개 시·군에 과학기술특임대사를 임명하고, 각 지자체 주력 산업에 특화된 교수 중심의 기술 지원 체계를 강화하고 있습니다. 글로컬대학30과 라이즈(RISE) 사업 등 지역 대학들과의 공동 연구와 인재 교류를 통해서도 지역 혁신경제 조성에 적극 참여하고 있습니다. ▲지역 특색이 강한 만큼 보이지 않는 텃새도 있을 듯한데, 경영 애로는 없나. -총장이라는 위치는 본래 매 순간 중요한 결정을 내려야 하는 자리입니다. 특히 변화의 속도가 빠른 지금과 같은 시기에는 더욱 어려운 자리입니다. 정권이 바뀌고, 교육·연구 환경이 요동치고 있습니다. 외부 변화에는 지금까지 잘 대응해왔습니다. GIST는 특히, 내부적으로 흔들릴 겨를이 없습니다. 지금 뒤떨어지면, 다시 일어서는데 더 많은 노력이 필요하게 됩니다. "지역에 뿌리 둔 국가과학기술 거점으로 성장해 나갈 것" 저는 GIST 구성원들의 저력을 믿습니다. 동시에 GIST를 설립부터 함께 만들어온 지역민들의 깊은 애정도 믿습니다. GIST는 지역사회의 오랜 염원 속에서 탄생한 기관이며, 앞으로도 지역에 뿌리를 둔 국가과학기술 거점으로 성장해 나가야 합니다. 구성원들과 함께, 그리고 지역사회와 함께, GIST의 미래를 향한 여정을 흔들림 없이 이어가겠습니다. ▲정부 과학기술계 거버넌스와 연구개발 방향 등에 대한 정책 전문가로서 조언 한마디 해달라. -오늘날은 과학기술이 국가의 생존 전략인 시대입니다. 미국과 중국의 기술 패권 경쟁이 심화되는 가운데 AI, 양자기술, 바이오, 우주와 같은 기술을 얼마나 빨리, 얼마나 깊이 있게 확보하느냐에 따라 앞으로의 국가 경쟁력이 결정될 것입니다. R&D는 이제 국가의 전략 자산이자 미래세대를 위한 투자로 인식되어야 하며, 지금처럼 단기성과 중심의 연구 지원으로는 세계적인 경쟁에서 살아남기 어렵습니다. 그런 맥락에서 최근 과학기술부총리제 논의와 R&D 예산 심사 권한의 과기정통부로 이관 등 국정기획위원회의 개편 고민은 'AI 3대 강국' 실현을 위한 매우 타당하고 전략적인 방향이라고 평가합니다. AI 컨트롤타워를 고민하고 예산 집행의 일관성을 확보한다는 점에서 시의적절할 뿐 아니라, 제가 그동안 강조해온 국가 과학기술 거버넌스 개편 방향과도 일맥상통합니다. 여기에 더해, 2~3조 원 규모의 R&D 예비비 제도를 도입해 글로벌 위기와 불확실성에 대응할 수 있는 유연한 재정 체계를 구축할 필요가 있습니다. 또한 정부출연연구기관의 보다 높은 자율성과 유연성을 부여하기 위한 PBS 제도 폐지 추진 등도 공감합니다. AI 개발은 대규모 인프라를 필요로 하며, 이는 어느 한 기관의 노력만으로는 감당하기 어렵습니다. 지방 대학이 그 전진기지로서 중요한 역할을 해야 하며, GIST는 그 대표 사례가 될 것입니다. 새 정부가 과학기술 중심의 국가 혁신을 힘차게 이끌어간다면, GIST도 광주에서 기술 주권 확보와 인재 양성에 적극적으로 동참하며 'AI 기반 초격차 혁신강국' 실현에 힘을 보태겠습니다.

2025.08.10 11:00박희범

외상후 스트레스 장애(PTSD) 없애려면...

공포스러운 기억 등으로 인해 일어나는 외상후 스트레스 장애(PTSD) 원인이 뇌 속 별세포에 기인한 것으로 나타났다. 별세포를 조절하는 방법으로 PTSD의 근본적인 치료 가능성도 확인했다. 기초과학연구원(IBS)은 29일 인지 및 사회성 연구단(단장 이창준)이 이화여대 뇌융합과학연구원 류인균 석좌교수 연구팀과 함께 공포 기억이 사라지지 않는 PTSD의 병리기전을 규명하고, 뇌 속 비신경세포인 별세포(Astrocyte)가 만드는 억제성 신경전달물질 가바(Gamma-Aminobutyric Acid, GABA)를 새로운 치료 표적으로 제시했다. PTSD 치료제는 대부분 세로토닌 수용체를 조절하는 항우울제가 사용된다. 하지만 효과를 보이는 환자는 20~30%에 불과하다. 치료 반응 속도도 느리다. 연구팀은 PTSD 환자, 외상 경험자, 일반인으로 구성된 380여 명의 대규모 뇌영상 데이터를 분석했다. 분석결과 PTSD 환자의 전전두엽(감정조절 등 인지 담당)에서는 억제성 신경전달물질 가바 농도가 비정상적으로 증가하는 반면, 뇌 혈류량은 감소된 것을 발견했다. 이창준 IBS 단장은 최근 연구에서 뇌 속 비신경세포인 별세포가 마오비(MAOB, 가바 생성에 관여)라는 효소를 통해 가바를 생성한다는 것을 규명한 바 있다. 이창준 단장은 "임상 뇌영상 분석 결과에 따르면 PTSD에서 나타나는 전전두엽 기능 저하가 별세포에 의한 가바의 과도한 축적에서 비롯됐다"고 설명했다. 실험에서 별세포 마오비가 활성화되면 공포 반응이 장시간 지속됐다. 반대로 마오비 활성을 억제, 정상 수준으로 되돌리자 이같은 반응이 완화됐다. 연구진은 마오비 효소를 선택적으로 억제하는 신약 후보 물질 'KDS2010'을 PTSD 동물모델에 투여한 결과 효과가 나타났다고 언급했다. 별세포 가바 농도와 뇌혈류량이 정상 수준으로 회복된 것. 이 신약 후보물질은 이창준 IBS 단장 기초연구로부터 개발된 약물이다. 안전성 검증을 마치고 현재는 임상 2상을 진행중이다.

2025.07.29 12:22박희범

기존보다 30배 더 빠른 생명과학 데이터 분석도구 개발

기존보다 최대 30배 빠른 생명과학 데이터 분석 도구가 개발됐다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영)은 의생명 수학그룹 김재경 CI(KAIST 수리과학과 교수) 연구팀이 세포 분류(클러스터링) 결과의 안정성을 수학적으로 평가해 불안정한 결과를 새로운 방법으로 걸러내는 분석 도구 'scICE'를 개발하고, 깃허브 사이트에 공개했다고 3일 밝혔다. 이 도구는 깃허브를 통해 누구나 활용이 가능하다. 'scICE'는 한 번의 분석만으로도 얼마나 일관성 있게 결과가 도출됐는지를 수학적으로 평가한다. 새로 도입한 '불일치 계수(IC)'(결과값 유사성 판별 기준)를 통해 많은 계산량이 요구되는 연산 없이도 클러스터 간 안정성을 정량적으로 판단할 수 있다. 제1저자인 김현 선임연구원은 "모든 세포를 일일이 비교하던 기존 방식과 달리, 불일치 계수를 활용한 안정성 평가는 클러스터 구조 간 유사성만 평가해 비교 대상을 획기적으로 줄일 수 있어 분석 시간을 크게 단축한다"고 설명했다. 연구팀은 뇌, 폐, 혈액 등 다양한 조직에서 수집된 48개의 실제 및 모의 'scRNA-seq' 데이터에 'scICE'를 적용해 유효성을 입증했다. 기존 분석 결과 중 약 3분의 2는 통계적으로 불안정하며 신뢰하기 어렵다는 사실도 밝혀냈다. 반면, 'scICE'는 신뢰할 수 있는 결과만을 선별해 연구자의 시간과 계산 자원을 절약하면서도 정확도를 한층 높였다. 또한, 'scICE'는 일반적인 클러스터링으로는 놓치기 쉬운 희귀한 세포 유형을 효과적으로 탐지했다. 실제 일부 데이터에서 찾기 어려웠던 희귀 면역세포들을 'scIC'E 기반의 서브클러스터링을 통해 안정적으로 식별해냈다. 'scICE'는 기존 방법보다 최대 30배 빠른 속도로 분석을 완료하는 것이 최대 장점이다. 대용량 데이터 처리에도 효율적이다. 김재경 CI는 “수학적 아이디어가 어떻게 생명과학의 핵심 문제를 해결하고 분석 과정을 혁신할 수 있는지를 보여주는 성과”라며, “클러스터링 신뢰도의 중요성이 간과되어 온 측면이 있는데, 이번 기회로 scICE가 생명과학 분야에서 신뢰도 높은 데이터 해석을 가능케 하는 표준 도구로 자리 잡기를 기대한다”고 전했다.

2025.07.03 12:01박희범

수학 잘하니 약물 약효-부작용 찾는 것도 "단한번에"

4년제 대학생이 수학적 접근 방식으로 생명과학 실험 설계를 혁신할 방법을 제시해 화제다. 기존 신약 개발에서는 수많은 농도 조건에서 반복 실험을 거쳐 약물 간 상호작용을 분석하고, 저해상수를 추정하는 방식이 사용돼 왔다. 이 방법은 지금까지 6만 편 이상의 논문에 활용될 만큼 널리 쓰였다. 최근, 학부생이 제 1저자로 참여한 국내 연구진이 단 하나의 저해제 농도만으로 저해상수를 정확히 추정할 수 있는 획기적인 분석법을 제안해 주목 받고 있다. KAIST(총장 이광형)는 수리과학과 김재경 교수 연구팀(IBS 의생명 수학 그룹 CI)이 충남대 약대 김상겸 교수팀, 기초과학연구원(IBS) 의생명수학그룹과 공동연구를 통해, 단 하나의 실험으로 약물 저해 효과를 예측할 수 있는 방법을 찾았다고 15일 밝혔다. 약물 저해 효과는 한 약물이 특정 효소의 작용을 억제함으로써 다른 약물의 대사(분해 및 처리 과정) 또는 생리학적 효과에 영향을 주는 현상을 말한다. 연구팀은 수학적 모델링과 오차 지형 분석을 통해 정확도 향상에 기여하지 않는 저해제 농도를 제거하고, 단 하나의 농도만으로도 저해상수를 정확하게 추정할 수 있는 새로운 분석법 '50-BOA'를 제안했다. 이 기법을 실제 실험 데이터에 적용한 결과, 기존보다 75% 이상 실험 효율이 향상됐다. 정확도 역시 개선됐다. 연구팀은 저해상수 추정 과정을 수학적으로 분석한 결과, 기존 방식에서 활용되는 데이터의 절반 이상이 실제 추정에 불필요하거나, 오히려 왜곡을 초래할 수 있음을 밝혀냈다. 저해제 농도를 다양하게 사용하는 기존 방식보다, 충분히 높은 저해제 농도 하나에서 추정한 결과가 더 정확하고 효율적일 수 있다는 점을 규명했다. 나아가 저해제 농도와 저해상수 간의 관계를 나타내는 식을 정칙화(최적화에서, 잘못 설정된 문제를 풀거나 과적합을 방지하는 기법)로 추가해, 정확도를 높였다. 연구팀은 "단 하나의 저해제 농도만으로도 저해상수를 정확하게 추정할 수 있어, 실험 횟수를 크게 줄이면서도 오히려 정확도를 높인 획기적인 기법"이라며 "이 방법을 실제 약물 데이터에 적용해, 기존보다 75% 이상 적은 데이터만으로도 저해상수를 정확하게 추정해냈다"고 설명했다. 또한, 누구나 쉽게 활용할 수 있도록 엑셀 기반의 사용자 친화적인 분석 소프트웨어도 개발자 플랫폼인 깃허브(https://github.com/Mathbiomed/50-BOA)에 함께 공개했다. 충남대 김상겸 교수는 “이번 연구는 수십 년간 정형화된 약물 실험 설계를 근본적으로 재검토하게 만들었다”며, “단순한 실험 효율 향상을 넘어, 약효와 부작용 예측의 정확도를 높일 수 있는 새로운 표준이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다. KAIST 김재경 교수는 “수학이 실험 설계를 바꾸고, 생명과학 분야의 연구 효율성과 재현성을 근본적으로 높일 수 있음을 보여주는 대표적 사례”라고 덧붙였다. 연구 논문은 KAIST 융합인재학부 장형준 학사과정과 수리과학과 송윤민 박사가 공동 제1 저자로 참여했다. 연구결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 6월 5일 자에 게재됐다. 한편 이번 연구는 한국연구재단, 기초과학연구원, KAIST의 지원을 받아 수행됐다.

2025.06.15 12:00박희범

얼굴 가볍게 마사지하면 알츠하이머· 치매 예방 큰 효과

가벼운 얼굴 마사지 만으로도 노화로 인해 발생하는 알츠하이머나 치매 등 노인성 질환을 예방할 수 있다는 연구결과가 국제 학술지 네이처에 게재됐다. 기초과학연구원(IBS)은 혈관 연구단(단장 고규영, KAIST 의과학대학원 특훈교수)이 뇌 속 노폐물이 얼굴(눈·코 옆) 피부 아래 림프관과 턱밑샘 림프절로 이어진 경로로 배출된다는 사실을 동물 실험으로 입증했다고 5일 밝혔다. 이 연구는 한국생명공학연구원 국가영장류센터 이영전 박사 연구팀과 협업했다. 연구팀은 이 배출 경로에 0.02kgf/㎠의 압력으로 물리적 자극을 가하면 뇌척수액 배출이 2~3배 늘어난다는 것을 확인했다. 가벼운 마사지 정도의 비침습적인 방법으로 뇌 노폐물을 원만히 처리할 수 있다는 것이다. IBS 진호경 혈관연구단 선임연구원(공동제1저자)은 "뇌척수액 배출이 노화로 인한 질환과 밀접한 관련이 있다는 사실은 이미 알려져 있다"며 "얼굴 피부 밑에 뇌 노폐물 배출 경로를 새로 찾은 것에 큰 의미가 있다"고 설명했다. 뇌에서 생성되는 대사 노폐물은 뇌척수액을 통해 밖으로 배출된다. 이 노폐물이 배출되지 않고 뇌 속에 쌓이면 신경세포를 손상시켜 인지기능 저하나 치매를 유발한다. 또 노화가 진행되면 뇌척수액 노폐물 배출 능력도 급격히 떨어진다. 연구팀은 생쥐와 원숭이 모델 실험을 통해 인간에게도 원숭이 처럼 얼굴에 뇌척수액 배출 경로가 존재할 가능성을 처음 확인했다. 고규영 단장은 "생쥐 실험을 통해 턱밑샘 림프절이 비강 림프관, 안와주위 림프관, 입천장 림프관과 연결된 뇌척수액 배출 통로임을 확인했다"며 "특히, 보조 턱밑샘 림프절이 기존에 밝힌 비인두 림프관망으로부터 뇌척수액 배출을 담당한다는 새로운 사실을 밝혔다"고 부연 설명했다. 뇌척수액은 인간의 두개골 내에 150~200ml 정도 존재한다. 뇌에서 생기는 노폐물과 신경독성 대사한물을 제거, 뇌 기능의 항상성을 유지하는 역할을한다. 뇌척수액 배출경로에 대한 연구는 지난 1875년 처음 시작됐다. 그러나 구체적인 경로를 규명한 것은 지난 2019년과 2024년 IBS 혈관 연구단이 처음이고, 이번에 원숭이 모델 실험을 통해 뇌척수액 배출 경로 상세 지도를 완성했다. 고규영 단장은 "천경부 림프관을 포함한 포괄적인 배출 경로를 처음 규명했다"며 "뇌척수액 얼굴 배출 경로가 원숭이에서도 확인됐기에, 인간에게도 유사한 뇌척수액 배출 경로가 존재할 가능성을 강력히 시사한다"고 덧붙였다. 고 단장은 또 "경부 림프관 결찰 실험 및 형광 추적자 관찰 실험을 통해 천경부 림프 시스템이 경부 림프관을 통한 뇌척수액 배출의 50%에 달하는 상당량의 뇌척수액 배출에 기여하고 있음도 새롭게 밝혀냈다"고 말했다. 연구팀은 늙은 쥐와 젊은 쥐를 비교, 노화가 뇌척수액 배출 경로에 미치는 영향도 분석했다. 노화에 따라 비강 림프관은 약 80% 감소하고 입천장 림프관 면적과 판막 수가 각각 9~17%, 43~71% 감소했다. 또 경부조직 섬유아세포가 18배 증가했다. 이같은 변화는 뇌척수액 배출 감소를 야기해 알츠하이머 등 신경퇴행성 뇌질환 발생 및 악화와 연관될 수 있음을 시사한다고 연구팀은 밝혔다. 노화에 의해 일어나는 다각적 증상과 밀접한 관련성이 있다는 의미다. 윤진희 선임연구원(공동 제1저자)은 “노화에 따라 약화된 뇌척수액 배출 기능을 정밀한 물리적 자극으로 개선할 수 있지만, 고강도 자극은 오히려 역효과를 내기 때문에 정교한 강도 조절이 중요하다”며 “자극 세기를 실시간 정밀하게 측정하는 장비를 개발해 피부에 가하는 자극을 세밀하게 조절하는 방법으로 실험했다”고 밝혔다. 연구를 이끈 고규영 단장은 “뇌 속 노폐물을 청소하는 뇌척수액 배출 경로의 지도를 완성한 것은 물론, 뇌척수액 배출을 뇌 외부에서 조절하는 새로운 방법을 제시했다”며, “향후 치매를 포함한 신경퇴행성 질환 연구에 이정표가 될 것"으로 기대했다. 연구결과는 세계적인 학술지 네이처(Nature, IF 50.5)에 5일 온라인으로 게재됐다.

2025.06.05 00:00박희범

IBS, 금성 관측 위성제작업체로 '나노애비오닉스' 선정

기초과학연구원(IBS)은 오는 2041년까지 금성을 관측할 위성 제작 업체로 나노애비오닉스를 선정했다고 2일 밝혔다. 나노애비오닉스는 초소형위성 플랫폼을 설계·제작하고, IBS는 국내협력사와 과학 탑재체를 통합해 환경 테스트, 발사 서비스 조율, 발사 및 초기 궤도 운용을 담당한다. IBS 기후 및 지구과학 연구단 행성대기 그룹(이연주 CI)은 오는 2026년 첫 위성인 '클로브샛(CLOVESat)-1'을 발사할 계획이다. 태양 활동 주기(약 11년)를 포괄하는 장기 데이터 확보가 미션이다. IBS는 금성 전체를 오는 2041년까지 15년간 장기 관측하기 위해 3년마다 초소형위성을 지구 저궤도로 보낼 계획이다. '클로브샛-1'은 자외선부터 근적외선 영역까지 네 개 파장대역에서 편광필터를 포함한 총 8개 채널 관측기기로 금성 구름 상단 고도 변동성 및 수직 구조, 이산화황 가스 분포, 그리고 미확인 흡수체 등을 조사한다. IBS 행성대기 그룹 책임자인 이연주 CI는 "과거에는 지구와 비슷한 환경이었던 금성이 현재 생명체가 살 수 없게 된 이유, 즉 화산 활동, 태양-대기 상호작용, 행성 기후 변화 등을 밝히는 데 도움을 줄 것"으로 기대했다.

2025.06.02 11:17박희범

IBS, 박쥐로 세계 최대 바이러스 실험모델 구축…"코로나 등에 선제 대응 가능"

동물에서 온 바이러스, 동물 장기로 막는다국내 연구진이 바이러스 감염 특성과 면역 반응을 분석할 수 있는 실험용 플랫폼을 개발했다. 신·변종 바이러스와 미래 팬데믹에 선제 대응이 가능해질 전망이다. 과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) 한국바이러스기초연구소와 유전체 교정 연구단이 한국에 서식하는 박쥐에서 유래한 장기 오가노이드를 구축했다고 16일 밝혔다. 연구결과는 국제 학술지 사이언스(5월16일자)에 게재됐다. 오가노이드는 성체 및 배아 줄기세포를 실험실 환경에서 분화한 3차원 장기유사체다. 유사 장기로 불린며, 손상 장기를 치료하거나 동물 실험 모델을 대체하는데 쓰인다. 이번에 구축한 박쥐는 사스코로나-2(SARS-Cov-2), 메르스코로나(MERS-CoV), 에볼라, 니파 등 고위험 인수공통바이러스 자연 숙주로 알려져 있다. 박쥐 유래 신·변종 바이러스가 고위험 전염병이나 팬데믹을 유발할 잠재적 위협이 되는 이유다. IBS 연구진은 우리나라를 비롯해 동북아시아 및 유럽에 널리 서식하는 식충성 박쥐인 애기박쥐과(Vespertilionidae) 및 관박쥐과(Rhinolophidae) 박쥐 5종으로부터 기도, 폐, 신장, 소장의 다조직 오가노이드 생체 모델을 구축했다. 연구진은 이 같이 새로 구축한 박쥐 오가노이드를 활용해 코로나(SARS-Cov-2, MERS-CoV), 인플루엔자, 한타 등 박쥐 유래 인수공통바이러스 특이적 감염 양상과 증식 특성을 규명했다. 또 선천적 면역 반응도 정량적으로 확인했다. 연구진은 "이는 쥐 오가노이드가 바이러스-면역 상호작용을 규명할 수 있는 중요한 연구 플랫폼으로 활용될 수 있다는 것"이라며 "야생 박쥐 분변 샘플에서 두 종류의 변종 바이러스를 찾아내고, 이를 배양하고 리하는 데에도 성공했다"고 말했다. 연구진은 기존 3차원 박쥐 오가노이드를 2차원 배양 방식으로 개량, 고속 항바이러스제 스크리닝에 적합한 실험 플랫폼으로 확장했다. 3차원 오가노이드는 모양과 크기가 균일하지 않아 자동화된 실험이 어렵고, 분석과 평가에도 시간이 오래 걸리는 데 반해, 연구진이 개발한 2차원 플랫폼은 오가노이드 유래 세포를 평평한 배양판에 펼쳐 균일한 세포층을 형성해 실험이 용이하고 분석이 빠르다. 연구진은 이 플랫폼을 활용해 분리한 박쥐 유래 변종 바이러스를 대상으로 렘데시비르(Remdesivir) 등 항바이러스제의 효과를 정량적으로 분석한 결과, 기존 세포주 시스템보다 감염 억제 효과를 더 민감하고 정확하게 반영하는 것을 확인했다. 연구를 주도한 김현준 선임연구원은 "박쥐 오가노이드가 신·변종 바이러스의 감염성 평가와 치료제 선별에 모두 활용 가능한 생리학적 모델로 기능할 수 있음을 실증했다"며 "이번 플랫폼을 통해 그동안 세포주 기반 모델로는 어려웠던 바이러스 분리, 감염 분석, 약물 반응 평가를 한 번에 수행할 수 있게 됐다”고 말했다. 구본경 단장은 “실제 박쥐 장기의 생물학적 환경을 실험실에서 구현해 낸 점에 주목할 필요가 있다”며, “특히 바이러스에 대한 박쥐 조직의 감염 반응을 정량적으로 추적할 수 있게 됨으로써, 인수공통감염병의 병리 메커니즘 연구에 중요한 전환점이 될 것”이라고 덧붙였다. 최영기 소장은 “글로벌 감염병 연구자들에게 표준화된 박쥐 모델을 제공하는 바이오뱅크(Biobank) 자원으로서 중요한 의미를 갖는다”며, “박쥐 유래 신·변종 바이러스 감시(surveillance) 및 팬데믹 대비(pandemic preparedness)에 기여할 수 있는 핵심 플랫폼이 될 것"으로 기대했다.

2025.05.16 08:19박희범

IBS 신임 감사에 김유식 전 과기자문회의 지원단장 선임

김유식 전 과학기술정보통신부 국가과학기술자문회의 지원단장(58)이 기초과학연구원(IBS) 제5대 상임감사로 선임됐다. 김 신임 감사 임기는 오늘부터 오는 2028년 4월 6일까지다. 김 감사는 서울대학교 건축학과를 졸업했다. 과학기술정보통신부 재직 중 영국 서식스대학교에서 과학기술정책 석사 학위를 취득했다. 벨기에 유럽연합 주재 대한민국 대사관 과학참사관, 과학기술전략과장, 미래인재정책과장, 성과평가정책국장 등을 역임했다. 국가과학기술자문회의 지원단장을 맡아 자문회의 운영과 정책 자문을 지원하고, 주요 정책 의제의 기획·조정 실무를 총괄해왔다.

2025.04.07 11:10박희범

mRNA 백신 작동원리 세계 최초 규명

코로나 19이후 새로운 치료 플랫폼으로 각광받는 mRNA 백신의 작용 원리가 처음 규명됐다. 과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단(단장 김빛내리 서울대 생명과학부 석좌교수)이 mRNA 백신의 세포 내 전달과 분해를 제어하는 단백질 군의 작동원리를 규명했다고 4일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 사이언스에 4월 4일 온라인 게재됐다. 코로나19 백신으로 대표되는 mRNA 기반 기술은 감염병 대응뿐 아니라 암 백신, 면역 및 유전자 치료 등 다양한 활용이 가능하다. mRNA 합성 기법과 체내 전달 물질인 지질나노입자 개발을 통해 mRNA 기술은 혁신적인 치료 플랫폼으로 각광받고 있다. 그러나 치료용 RNA가 체내에서 어떻게 작동・조절되는지 구체적인 기작은 제대로 알려지지 않았다. 또한 코로나19 백신의 주역인 'N1-메틸수도유리딘' 변형 염기가 mRNA 백신의 효능 혁신과 상용화를 이끌었지만 무엇이 효능을 높였는지, 원리가 무엇인지는 분명치 않았다. 이에 IBS 연구진은 mRNA를 제어하는 세포 내 인자들을 찾아내기 위해 유전자가위를 이용한 '녹아웃(제거) 스크리닝'을 면밀하게 진행했다. mRNA 치료제의 효능을 높이고 부작용을 없애려면 mRNA가 세포로 유입・조절되는 인자와 활용되는 과정을 이해해야 가능하기 때문이다. 녹아웃 스크리닝은 유전자 가위를 이용해 유전자를 개별적으로 제거, 분석하는 작업이다. 연구결과 연구진은 mRNA가 세포 내로 전달・유입되는 데 필요한 핵심 단백질 인자들과 조절 경로를 밝혀냈다. 세포막 표면에 있는 '황산 헤파란' 분자가 mRNA를 감싼 지질나노입자와 결합해 세포 내 유입을 촉진하고, 이를 통해 지질나노입자가 세포내 소포체로 들어가는 것을 확인했댜. 또 양성자 이온 펌프 'V-ATPase'는 소포체 내부를 산성화시키고 지질나노입자가 양전하를 띄도록 해 소포체 막을 일시적으로 파열시키는데, 이 막이 깨지면서 mRNA가 세포질로 방출, 단백질로 발현한다. 연구진은 RNA 치료제에 대한 주요 억제 인자와 함께 외부 RNA의 침입을 경보하는 양성자 이온의 중요한 역할도 최초로 발견했다. 세포질 내 'TRIM25' 단백질이 mRNA를 침입자로 인식하고 제거한다. 이 단백질은 소포체 막이 파열되면서 방출되는 양성자 이온에 의해 활성화되며, 외인성 RNA에 특이적으로 표적・결합해 다른 절단 효소 및 보조 단백질과 함께 RNA를 빠르게 절단하고 분해했다. 연구진은 mRNA를 결합・제거하는 TRIM25 단백질이 N1-메틸수도유리딘 변형 염기에는 그 결합력이 현저히 감소, mRNA를 절단・분해하지 못한다는 사실도 발견했다. 김빛내리 단장은 "mRNA 치료제 효능과 안정성을 한 단계 높여갈 이론적 토대가 마련됐다고 보면 된다"며 "RNA뿐 아니라 면역, 세포신호 분야에도 새로운 연구 방향을 제시할 것"으로 기대했다.

2025.04.04 03:12박희범

국내 첫 SF영화 해설서 '웰컴투 과학극장'…"호기심+원리 모두 잡다"

SF 영화를 과학적 시각으로 풀어쓴 국내 첫 과학영화 해설책 '웰컴투 과학극장' 북콘서트가 오는 4월 26일 대전 유성 카페쿠아에서 개최된다. 이날 행사에는 '웰컴투 과학극장' 저자인 헬로디디(대덕넷) 김요셉 이사가 독자들과 7년 동안 40명의 과학자와 함께 했던 SF 영화 콘텐츠의 궁금증과 과학기자의 삶에 대해 진솔한 대화의 시간을 가질 예정이다. '웰컴투 과학극장'(출판 동아시아)은 김 이사가 운영했던 '짜과해(짜고 치는 과학영화 해설)' 프로그램 경험을 바탕으로 저술했다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)과 기초과학연구원(IBS), 한국전자통신연구원(ETRI) 등 국내 유수 연구기관 과학자 40여 명이 참여해 SF영화 속 과학적 요소를 심층 분석했다. 김요셉 이사는 "단순한 영화 해설서가 아닌, 영화 속 상상이 어떻게 현재 과학기술과 맞물려 발전하고 있는지 생생하게 보여주려 했다"고 설명했다. 이 책은 총 256쪽에 모두 5부로 구성됐다. 1부 '우주와의 조우'에서는 우리가 한 번쯤 접해봤던 우주영화 '스타워즈', '아바타', '그래비티' 등을 통해 우주 개발의 미래를 들여다봤다. 2부는 요즘 주목받는 인공지능이 테마다. '그녀', '알리타' 등 인공지능 관련 영화를 통해 AI와 인간의 공존 문제를 철학적으로 접근했다. 3부 '어벤져스의 과학'에서는 히어로물 속에 숨겨진 과학 원리와 기술적 가능성을 분석했다. 4부에서는 '가짜와 진짜, 진실을 찾아서'가 주제다. '매트릭스, '레디 플레이어 원' 등 가상현실 영화를 통해 실제와 가상의 경계를 고찰했다. 5부는 '인물에 얽힌 과학 이야기'를 다뤘다. '마리 퀴리, '천문' 등 실존 인물을 다룬 영화 속 과학을 살펴봤다. 김요셉 이사는 "SF영화에서 영감을 얻은 상상력이 실제 연구실에서 다양한 과학기술로 현실화되고 있다"며 "이 책을 통해 청소년들이 과학에 좀 더 관심을 갖고, 언젠가 실제 연구를 통해 새로운 발견을 하는 계기가 될 것"으로 기대했다. 김 이사는 "과학에 익숙지 않은 사람들도 쉽게 읽을 수 있도록 만들려 했다"며 "과학을 영화와 함께 들여다보면, 진정한 인간의 내면도 보일 것"이라고 덧붙였다. 한편 김요셉 이사는 지난 2002년 과학산업 전문 미디어 헬로우디디(대덕넷)에 입사해 기자로 활동하며, 정부출연연구기관 등 연구 현장을 지켜왔다. KAIST 과학저널리즘대학원에서 공학 석사학위를 받았다.

2025.03.27 17:29박희범

"이어폰끼고 달릴 때 음악이 잘 안들리는 이유 있었다"

이어폰을 끼고 달리기를 할 때 우리는 음악 소리를 제대로 인지하지 못할 때가 많다. 이같은 이유를 기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환 연구단 연구팀이 과학적으로 규명했다. IBS는 이승희 시냅스 뇌질환 연구단 부연구단장(KAIST 생명과학과 부교수) 연구팀이 동물실험을 통해 뇌가 행동 상태에 따라 감각 정보를 다르게 통합하는 기전을 규명했다고 26일 밝혔다. 연구팀에 따르면 쥐가 달릴 때는 시각 정보를 우선 처리하고, 가만히 있을 때는 청각 정보를 우선 처리한다는 것이다. 논문 제1저자인 최일송 박사후연구원은 "실험을 통해 감각 정보를 효과적으로 통합하는 과정이 행동 상태에 따라 변화한다는 것을 확인했다"고 말했다. 연구팀은 시각·청각 정보가 통합되는 뇌 영역을 찾기 위해 실험 쥐 특정 뇌 부위를 인위적으로 비활성화하는 약물주입실험과 이를 조절하는 광유전학 실험을 진행했다. 이 결과, 후두정피질(PPC)이 시각 정보 처리에 중요한 역할을 하며, 이 영역이 비활성화되면 청각 정보를 우선 처리한다는 것을 발견했다. 연구팀은 뉴런의 활성 정도를 측정하는 칼슘 이미징 실험을 통해 후두정피질 뉴런들이 어떻게 반응하는지 분석했다. 가만히 있는 경우, 후두정피질의 시각 뉴런은 청각 신호에 의해 억제돼 쥐가 청각 정보를 우선 처리했다. 반면, 쥐가 달리면 청각 신호가 후두정피질로 전달되지 않아 시각 정보가 우선 처리됐다. 그러나 청각 피질 자체는 달리는 동안에도 안정적으로 작동해 청각 정보 처리가 유지됨도 확인했다. 최일송 박사후연구원은 "개별 감각 처리 능력은 달라지지 않았다"며 "시각 정보와 청각 정보가 뇌에서 통합되는 과정이 행동 상태에 따라 조절됨을 시사한다"고 말했다. 연구를 이끈 이승희 부연구단장은 “이번 연구는 감각 정보가 뇌에서 처리될 때 개별 감각 자체는 안정적으로 유지되지만, 이를 통합하는 방식은 행동 상태에 따라 유연하게 조절됨을 밝힌 중요한 발견”이라고 말했다. 이 부연구단장은 "이 연구가 앞으로 감각처리장애 치료를 목표로 하는 특정 뇌 신경회로의 작동 방식을 제시하는 데 기초적인 토대가 될 것"으로 기대했다. 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈의 3월 7일자 온라인으로 게재됐다.

2025.03.26 10:47박희범

소행성 '베누' 충돌, 육지에는 재앙·바다에는 축복 [우주로 간다]

소행성 베누가 지구와 충돌할 경우 지구에 어떤 영향을 줄지를 연구한 논문이 발표됐다. IT매체 기즈모도는 5일(현지시간) 국내 기초과학연구원(IBS)이 태양계에서 위험한 것으로 알려진 소행성 베누의 지구 충돌을 시뮬레이션한 연구 결과를 보도했다. 해당 연구 결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 실렸다. IBS 기후물리 연구센터(ICCP) 악셀 팀머만이 이끄는 연구진은 베누와 같은 중간 크기의 소행성 충돌로 인해 지구의 기후와 생명체가 어떤 영향을 받을 지에 대해 연구했다. 지구는 과거에 더 심한 소행성 충돌을 겪은 바 있다. 지금으로부터 약 6천600만 년 전 10km 폭의 소행성이 지구를 강타해 공룡을 포함해 일부 생명체들이 멸종되는 일이 있었다. 베누는 폭 500m로, 이보다는 더 작으나 베누와 같은 중간 크기의 소행성은 태양계에서 더 흔하다. 해당 연구 공동 저자인 악셀 팀머만은 "평균적으로 중간 크기의 소행성은 약 10만~20만 년마다 지구와 충돌한다"며, "이는 초기 인류 조상들이 과거 이런 사건을 경험했을 수 있으며, 이는 인류 진화와 심지어 우리 자신의 유전적 구성에 잠재적인 영향을 미칠 수 있음을 의미한다"고 밝혔다. 연구진은 베누와의 충돌로 인해 1억~4억 톤(t)의 먼지가 상층 대기로 분출해 지구 기후와 대기, 육상 식물의 광합성과 바다의 플랑크톤에 영향을 미칠 것이라고 밝혔다. 연구에 따르면 먼지로 인해 태양 빛이 어두워지면 지구 표면 온도가 최대 섭씨 4도까지 낮아지고 강수량은 15% 감소하며, 오존층은 약 32%나 감소할 것으로 예측됐다. ICCP 연구원이자 해당 연구의 주저자인 란 다이 박사후 연구원은 "갑작스러운 겨울은 식물이 자라기에 불리한 기후 조건을 제공해 육상 및 해양 생태계의 광합성이 약 20~30% 감소하게 될 것"이며, "이로 인해 세계 식량 안보에 엄청난 혼란이 초래될 가능성이 크다"고 밝혔다. 하지만 나쁜 소식만 있는 것은 아니다. 충돌로 베누에 있던 철 성분의 먼지가 지구를 뒤덮을 경우, 바다에 퍼져 규산염이 풍부한 해조류가 번성할 수 있다. 연구 결과에 따르면 베누 충돌 약 6개월 후 바다 속 플랑크톤이 회복해 소행성 충돌 전보다 성장률이 높아질 것으로 예상됐다. 팀머만은 "이는 바다 생물권에 축복이 될 수 있으며, 육상 식물 생산성의 장기적 감소와 관련된 식량 불안을 완화하는 데 도움이 될 수 있다"고 설명했다. 하지만, 베누와의 충돌을 너무 걱정할 필요는 없다. 2182년 9월 24일 베누가 지구와 충돌할 확률은 0.037%로 매우 낮은 편이다. 최근 발견된 소행성 2024 YR4는 2032년 지구에 충돌할 확률이 1.9%로 베누보다 높은 편이다.

2025.02.06 14:57이정현

우주 기원 밝힐 암흑물질, 국내 한빛 원자로에서 세계 처음 발견

국내 연구진이 우주의 숨겨진 기원을 밝힐 암흑물질을 국내 원자로에서 찾았다. 미세한 신호지만, 세계 처음 발견했다. 기초과학연구원(IBS)은 지하실험 연구단(단장 김영덕)이 이끄는 국내 공동연구진이 상용 원자로를 활용한 네온(NEON) 실험을 통해 가벼운 암흑물질을 탐색하는데 성공했다고 6일 밝혔다. 실험을 주도한 고영주 연구위원 "기존 가속기 실험이나 천문학적 관측으로 접근하기 어려웠던 초경량 암흑물질을 탐색할 새로운 가능성을 세계 최초로 열었다"고 설명했다. 암흑물질은 우주의 질량·에너지 구성에서 약 27%를 차지한다. 그러나 지금까지 암흑물질 성질이나 상호작용을 직접 관찰한 사례는 없다. 연구진이 수행한 네온 실험은 1~1천 keV/c²(킬로전자볼트/광속제곱)에 해당하는 초경량 영역 암흑물질 탐구를 위해 독창적으로 설계했다. 실험은 전남 영광군 소재 한빛 원자력본부 제3발전소에서 진행됐다. 연구진은 2.8 기가와트(GW) 열출력의 원자로에서 약 23.7m 떨어진 지점에 탈륨-도핑 요오드화나트륨 섬광 검출기를 설치했다. 검출기는 배경 방사선을 최소화하도록 액체 섬광체, 납, 폴리에틸렌으로 구성된 다층 차폐 구조를 갖췄다. 고영주 연구위원은 "이후 1년 4개월 동안 암흑물질 신호 데이터를 수집했다"며 "원자로의 가동 기간 데이터와 정지 기간 데이터를 비교 분석해 신호 데이터의 신뢰도를 높였다"고 말했다. 연구진은 이 실험결과 1~10 keV의 에너지 범위에서 미세한 신호를 정밀히 분석하는 데 성공했다. 실험을 주도한 이현수 부연구단장은 "원자로에서 발생하는 고에너지 광자가 암흑광자를 매개로 가벼운 암흑물질을 생성하고, 이 암흑물질이 전자와 상호작용할 가능성을 실험으로 직접 탐색한 세계 최초의 연구"라고 부연 설명했다. 핵분열 과정에서 방출된 고에너지 광자가 전자와 상호작용해 암흑광자가 생성될 수 있고, 이 암흑광자는 가벼운 암흑물질로 붕괴할 수 있다는 이론적 제안을 실험적으로 입증한 것. 연구진은 암흑물질 신호와 배경 잡음을 구별하는 독창적 알고리즘을 데이터 분석에 도입해 신호 해석 능력을 크게 향상시켜 대만 연구진의 텍소노 실험 대비 약 1천배 더 높은 탐색 감도를 기록했다고 언급했다. 이현수 부연구단장은 “기존 암흑물질 연구의 한계를 극복하고, 우주 형성의 비밀을 풀어가는 획기적인 전환점이 될 것”이라고 전했다. 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 지난 1월 14일 게재됐다.

2025.02.06 09:46박희범

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