노벨상 특집/주목받고 있는 우리나라 과학연구 분야

‘노벨상 족집게’가 선정한 나노결정 합성 분야…유전자가위 연구는 선도적

현택환 교수의 나노결정 합성 관련 논문은 지금까지 타 논문에 1660회 인용된 것으로 분석된다(클래리베이트 영상 캡쳐)

국내 연구진의 다양한 분야의 연구가 주목받고 있다. 나노결정 합성 분야의 대가로 평가받고 있는 현택환 서울대 화학생물공학부 교수는 ‘노벨상 족집게’로 불리는 ‘피인용 우수연구자’ 24명 중 1명으로 선정되며 주목받았다. 또한, 유전자가위 분야는 특히 우리나라 연구진이 지속해서 주목할만한 업적을 내고 있으며, 알츠하이머병을 일으키는 새로운 유전인자를 찾아낸 국내 연구도 최근 주목받았다. 코로나19 치명률이 매우 낮은 한국의 김치에 대한 연구도 최근 조명되고 있다.

상위 0.01% 논문 피인용 ‘나노합성 연구’

현택환 서울대 화학생물공학부 석좌교수(56·기초과학연구원 나노입자연구단장)는 과학 전문 데이터 분석업체가 뽑은 올해의 노벨상 수상 유력 후보에 이름을 올리며 주목받았다.

연구데이터 분석기업 클래리베이트 애널리틱스는 전 세계 연구자들이 발표한 논문 5000만여 건의 인용도를 조사해 ‘2020년 피인용 우수연구자’ 24명을 선정해 지난달 발표했다. 분야별로는 생리의학 4명, 물리학 7명, 화학 6명, 경제학 7명으로, 19명은 미국 연구기관 소속이며, 한국인은 현 교수가 유일한 것으로 파악됐다.

클래리베이트는 2002년부터 매년 노벨상 발표에 앞서 주요 시상 분야인 생리의학, 화학, 물리, 경제학 분야에서 우수연구자를 발표하기 때문에, 노벨상에 앞서 항상 ‘노벨상 족집게’로 불린다.

특히 전 세계 논문 가운데 가장 많이 인용된 상위 0.01%의 논문을 쓴 학자들, 여기에 연구의 참신성, 공헌도 등 정성 평가를 반영해 명단을 발표하는 것으로 알려졌다. 지금까지 발표한 명단을 분석하면, 2002년부터 지난해까지 선정된 우수연구자 336명 가운데 54명이 노벨상을 수상했으며, 이 가운데 29명은 선정 뒤 2년 안에 노벨상을 받을 정도다.

클래리베이트 분석자료 중 화학 분야에 이름을 올린 현 교수는 나노결정 합성 분야의 대가로 평가받고 있다. 특히 나노입자를 균일한 크기로 대량 합성하는 표준 기술인 ‘승온법’을 개발해 나노입자의 응용성을 대폭 넓힌 연구가 주목받고 있다. 이렇게 만들어진 나노입자는 의료용 자기공명영상(MRI) 조영제, 촉매, 휘어지는 전자소자 등에 널리 쓰인다.

이처럼 현 교수는 지난 2001년 태양전지부터 암 등 질병 치료에 활용되는 나노입자를 자유롭게 합성할 수 있는 연구를 성공시켰으며, 해당 논문은 지금껏 타 논문에 1660회 인용된 것으로 분석된다. 특히 나노입자를 기존 방법보다 1000분의 1 가격으로 1000배 많이 생산하는 방법은 QLED TV의 토대가 된 것으로 평가받고 있다.

현 교수는 서울대 교수로 임용될 당시 미국 박사과정에서 연구해 왔던 분야가 아닌 새로운 분야에 도전해 보자는 결심을 했고, 그 당시에 떠오르던 나노과학 분야 연구를 시작한 것으로 알려졌다. 이후 그는 제자들과의 공동 연구, 그리고 장기간 한 분야에서 꾸준히 연구할 수 있는 환경으로 의미는 성과를 낼 수 있었던 것으로 나타났다.

한국인이 클래리베이트의 논문 인용 최상위 우수연구자에 선정된 것은 이번이 세 번째로 집계된다. 2014년 유룡 KAIST 교수(IBS 나노물질및화학반응연구단장)가 다공성물질 설계 연구로, 2017년 박남규 성균관대 교수가 페로브스카이트 연구로 이름을 올려 주목받은 바 있다.

알츠하이머 연구와 AI 활용 유전자가위

국내 연구진이 알츠하이머병을 일으키는 새로운 유전인자를 찾아낸 연구결과가 최근 국제 학술지 ‘신경학’(Neurology)에 게재되며 주목받았다.

한국과학기술원(KAIST)은 바이오·뇌공학과 정용 교수 연구팀이 알츠하이머 환자의 뇌 영상·유전자·뇌척수액 데이터 등을 분석해 알츠하이머병 관련 새로운 유전인자를 발견한 것으로 나타났다.

치매를 일으키는 신경 퇴행성 질환인 알츠하이머는 증상을 완화하는 약물은 있지만, 현재까지 개발된 효과적인 치료제는 없는 상황이다. 질환을 일으키는 주요 원인 단백질로는 아밀로이드·타우 단백질이 일려져 있는 가운데, 이들을 표적으로 개발된 신약들이 잇따라 치료에 실패하면서 새로운 치료 타깃에 대한 연구가 떠오르고 있다.

연구팀은 414명의 알츠하이머 스펙트럼 환자를 대상으로 620만개의 단일염기 다형성 분석(유전자 분석)을 통해 환자의 인지 기능에 영향을 주는 새로운 유전인자를 찾아내는데 성공했다. 연구팀은 미국과 캐나다의 63개 연구기관으로부터 얻은 경도인지장애 관련 자료와 알츠하이머 치매 환자로부터 얻은 뇌 영상·유전자·뇌척수액 데이터도 활용한 것으로 알려졌다.

연구팀은 또 뇌 자기공명영상(MRI) 분석을 통해 이 새로운 유전자가 두정엽과 후두엽의 뇌 위축을 일으킨다는 사실을 발견하기도 했다. 이는 기존 아밀로이드·타우 단백질에 의한 뇌 위축 패턴과는 달랐으며, 생물 정보학 분석 결과 해당 유전인자는 항산화 효소 대사와 관련된 유전자로 나타난 것으로 파악됐다.

이에 연구팀은 항산화 조절이 알츠하이머병의 새로운 치료 타깃이 될 수 있음을 밝히며 주목받았다. 향후 연구팀은 이 유전인자가 있는 환자를 대상으로 항산화 치료의 효율성을 검증하는 추가 연구를 진행할 계획이다.

또한, 유전자가위 분야는 특히 우리나라 연구진이 지속해서 주목할만한 업적을 내고 있다. 2018년, 연세대 의과대학 김형범 교수와 윤성로 서울대 전기정보공학부 교수(현 4차산업혁명위원장) 연구팀은 유전자가위를 만들 때 내비게이션처럼 활용할 수 있는 인공지능을 개발하는데 성공하며 주목받았다.

연구에서 김형범 교수는 1만5000개의 가이드 리보핵산(RNA)을 가진 크리스퍼 유전자가위 정보를 제공하고 윤성로 교수는 이를 토대로 딥러닝 기술을 적용한 AI를 만든 것으로 알려졌다. 이 AI는 유전자 교정 효과가 높은 유전자가위를 순서대로 나열해 연구진에게 제시하며, 실제 실험결과와 인공지능이 제시한 예측값의 상관관계 역시 0.87로 높게 나타난 것으로 파악됐다.

특히 연구팀은 AI 시스템을 이용해 유전자가위의 연구환경을 바꾼 것으로 평가받는다. 숙련된 연구자가 유전자가위 1개를 만드는데 평균 3~4일이 걸리고 제대로 작동하는지 검증하는 데는 1~2주일이 더 걸리는 것으로 나타났다.

올해에도 김형범 교수 연구팀은 유전자가위의 안정성을 한층 더 높일 수 있는 AI 프로그램을 개발하는데 성공했다. 연구팀은 다양한 염기교정 유전자가위를 만든 뒤 각각의 효율과 결과물의 빈도를 바탕으로 빅데이터를 구축해 이를 딥러닝 기법으로 분석, ‘염기교정 결과 예측 프로그램’(DeepBaseEditor)을 만들며 주목받았다.

코로나19 대응, ‘김치 연구’ 주목받다

김치에서 분리한 유산균으로 만든 배양액이 바이러스 소독에 효과가 있다는 연구 결과가 최근 공개되면서 김치에 대한 연구가 주목받고 있다.

환경부 소속 국립생물자원관은 김치에서 분리한 자생 유산균 락토바실러스 플란타룸 'NIBR 97'의 배양액이 바이러스 소독에 효과가 있음을 확인했다고 지난달 밝혔다. 이번 연구 결과는 지난달 약리학 분야 국제 학술지인 ‘파마슈티컬스’(Pharmaceuticals)에 게재됐다.

국립생물자원관은 지난 2017년 김치에서 항균력이 우수한 유산균 NIBR 97을 발견했다. 연구진은 올해 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 확산하자 지난 4월부터 해당 배양액의 바이러스 소독 효과를 실험한 것으로 알려졌다.

연구진은 병원성을 제거한 에이즈(HIV) 바이러스 등에 NIBR 97 배양액을 처리했을 때 대부분의 바이러스가 파괴되는 것을 발견해 놀라움을 안겼다. 또 A형 독감 바이러스(H3N2)를 대상으로 한 실험에서도 최대 99.99%의 소독효과를 확인했다. 이에 연구진은 화재와 인체 손상을 일으킬 수 있는 소독용 알코올 대신 김치 유산균 배양액을 대체해 사용할 수 있을 것으로 관측하고 있다.

우리 연구팀의 김치에 대한 연구는 해외 논문을 통해서도 힘을 받고 있다. 프랑스 몽펠리에대 연구팀은 지난7월, 코로나19 사망자와 국가별 식습관 차이를 분석한 논문을 통해 코로나19 치명률이 매우 낮은 한국과 독일의 경우 발효시킨 배추(김치)나 양배추(사워크라우트)를 많이 먹는 공통점이 있다고 밝혔다.

코로나바이러스는 사람 세포막에 존재하는 ACE2(앤지오텐신 전환 효소)와 결합해 몸속으로 침투하는데, 김치나 사워크라우트는 이 결합을 억제하는 효과가 있다고 발표해 주목받았다. 이 연구팀을 이끈 장 부스케 교수는 세계만성호흡기질환퇴치연맹(GARD) 회장을 지낸 호흡기·알레르기 분야의 세계적 권위자로 평가받는다.

류아연 미주 특파원