국내 자생 천연물 사용 … 부작용 거의 없어
간암 발생률 1위인 우리나라에서 새로운 B형 간염치료제가 개발됐다. 한국생명공학연구원(원장 양규환) 이영익 박사팀이 개발한 B형 간염치료제는 국내 자생식물인 진주초(필란더스 유리나리아)로부터 바이러스성 B형 간염에 특효를 보이는 컴파운드 M을 추출하여 만든 것으로 바이러스성 B형 간염을 일으키는 e항원의 분비를 차단, 원천적으로 간염에서 간경화, 간암으로 이어지는 것을 차단하는 효과가 있다.
기존의 치료제인 인터페론은 면역력을 일시적으로 높여주고 라미뷰딘은 DNA 중합요소의 활동을 억제해 바이러스의 DNA 복제를 일시적으로 저해하여 효과를 나타냈으나 시간이 지나면 변종 바이러스가 생기고 e항원이 계속 분비돼 간경화나 간암으로 진전되는 확률이 높다는 문제가 있었다.
연구팀은 새로 개발한 컴파운드 M을 B형 간염에 감염된 동물과 e항원을 생성하는 동물을 대상으로 약효실험을 한 결과, e항원생성이 급격히 감소하고 e항체생산과 면역세포가 현저하게 증가한다는 것을 확인했다. 이영익 박사는 “기존의 화학적으로 처리한 치료제는 높은 생산비용과 장기적인 개발기간이 소요되는 것은 물론, 변종 바이러스의 출현 등의 부작용이 많았다”면서 “새롭게 개발된 치료제는 천연치료제로 단기간에 저렴한 비용으로 개발할 수 있었으며 약리시험과 독성시험결과, 장기간 복용에도 부작용이 나타나지 않았다”고 말했다.
국내 첫 우주관측위성 발사
갤렉스위성 탑재체 개발, 은하형성등 연구
지난해 4월 28일 케네디 우주센터에서 발사된 자외선 우주관측위성(GALEX : Galaxy Evolution Explorer)의 핵심부분인 과학탑재체(자외선 우주망원경) 개발과 검사, 위성운영 및 디지털 관측자료 분석 S/W 개발 등을 국내 팀이 주도, NASA의 첨단 과학위성 탑재체 개발기술을 축적하는 개가를 이뤄냈다.
연세대 자외선 우주망원경연구단(단장 이영욱 천문우주학과 교수)이 주도적으로 개발한 탑재체 개발기술은 갤렉스 계획에 사용되는 관측자료 분석기술 및 자외선 은하진화 모델연구 등에 이용되고 있다. 연구단에서 독자적으로 개발한 바 있는 ‘자외선 은하연령측정법’을 이용한 ‘우주의 나이 문제 연구’등은 현대 우주론 연구의 최대 난제를 해결하기 위한 과학임무 수행과 NASA의 첨단우주관측위성 개발기술을 동시에 만족시킨 것으로 지난 98년 6월부터 NASA 제트추진연구소(JPL)와 캘리포니아 공대 등과 공동으로 갤렉스 기술을 수행해왔다.
특히 연구단의 연구결과는 이미 지난 99년 11월 4일자 <네이처>지와 2002년 7월 26일자 <사이언스>지에 게재되는 등 국제적으로 주목받아 왔다는 점에서 의미가 있다고 할 수 있다. 연구단은 갤렉스가 보내오는 자외선 우주관측자료를 이용, 갤렉스 계호기의 주요 과학임무를 통해 현대우주론 연구의 최대 난제인 우주나이와 ‘빅뱅이후 은하의 형성 시점 연구’에 크게 기여할 것으로 기대된다. 이영욱 교수는 “갤렉스를 이용해 수행되는 자외선 우주관측 연구는 이제까지 한번도 시도된 적이 없는 창의적인 연구로 우주과학사에 크게 남는 것은 물론, 노벨상을 받아도 될 만한 최고 수준”이라고 평가했다.
암억제 단백질 성분발견
2년간 해외서 검증, 250만불에 수출
서울대 약대 김성훈 교수는 p38 단백질이 세포 이상 증식을 억제하고 조직의 분화 발생에 매우 중요한 역할을 담당하고 있음을 규명, 세계적 학술지인 6월 22일자 <네이처 제네틱스>에 실렸다. 또한 세포내 단백질 합성효소들의 세포내 활성과 안정성을 유지함에 있어 p38이 가장 중요한 스위치(switch) 역할을 하고 있고 생명유지에 필수적 유전자라는 사실을 규명해내 2002년 미학술원학술지인
김 교수가 발견해낸 p38은 여러 종류의 단백질 합성효소들과 거대한 복합체를 구성하고 있는데 지난 20여년간 이 단백질의 존재를 알고 있었으나 생체내 기능에 대해서는 전혀 이해되지 못하고 있었다. 김 교수는 이후 연구를 통해 p38 유전자가 손상된 쥐에서 여러 장기의 형성과 분화에 심각한 장애가 발생했다는 사실을 발견하고 이러한 현상과 관계있는 p38의 숨겨진 기능을 추적했다. 연구과정 중, 김 교수는 이 단백질이 중요한 발암유전자의 활성을 억제함으로써 세포의 이상 증식을 억제하고 각종 조직의 정상적인 분화 발생과정에서 상당히 중요한 역할을 담당하고 있음을 규명해냈다. 김 교수의 이 같은 연구내용이 <네이처 제네틱스>에 실리게 된 과정에는 재미있는 일이 있었다.
단백질 합성 기작에만 주로 관여할 것으로 기대되고 있던 p38이 전혀 기대하지 않았던 세포증식 조절과 암형성의 억제 기작을 가지고 있었다는 사실에 대해 그 발견의 의외성과 중요성으로 인해 <네이처 제네틱스> 심사관들로부터 처음에는 찬성과 반대의 분리된 평가를 받기도 했었던 것. p38의 기능은 그 발현 유전자가 신규 암억제 유전자로서 정의될 가능성이 있어 현재 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
연료전지 나노탄소 소재
충전없이 노트북 컴퓨터 휴대폰 등 사용기대
차세대 연료전지 분야에서 우리나라도 자체적으로 기술 우위를 확보할 수 있는 길이 열렸다. 서울대 응용화학부 현택환 교수 연구실은 광주과학기술원 신소재공학과 성영은 교수 연구실과 공동으로 연료전지의 성능을 획기적으로 향상시킬 나노탄소소재를 개발했다. 연료전지는 전기자동차 등의 차세대 동력원으로 전세계적으로 아주 활발한 연구개발이 이뤄지고 있을 뿐 아니라 10년 후 우리나라의 차세대 성장산업에도 포함되어 있는 전략적 기술 중 하나로 꼽히고 있다. 연료전지는 충전이 필요 없기 때문에 노트북 컴퓨터와 휴대폰 등 전자기기의 2차전지를 대체할 차세대 전지로 각광받고 있다.
현 교수 연구진이 개발한 탄소나노코일은 아주 넓은 표면적과 좋은 결정성을 동시에 가지고 있어 백금촉매입자들을 효과적으로 분산함과 동시에 우수한 전기전도도를 자랑하는 것이 특징. 기존의 촉매담체로 이용되고 있는 탄소들에 비해 월등한 성능을 가지고 있으며 연료전지 촉매담체로 현재 가장 널리 사용되고 있는 탄소소재인 벌칸탄소에 비해 동일한 실험조건에서 6배 이상의 전류를 얻은 바 있다.
이 탄소나노코일의 제조공정에는 아주 간단하고 값싼 원료들이 사용되기 때문에 쉽게 대량생산이 가능하다고 한다. 이 연구결과로 연료전지 상업화의 가장 큰 걸림돌이었던 값비싼 백금의 사용량을 획기적으로 줄여 경제성은 물론, 연료전지의 상용화가 훨씬 앞당겨질 것으로 기대된다.
전력기기용 고온초전도선
세계 3번째 개발 성공, 상용화 단계 진입
고온초전도선은 전력케이블과 변압기, 모터 등 주요 전력기기의 소재로 MRI와 SMES 등 초전도선을 응용해 개발할 수 있는 거의 모든 기기에 적용이 가능한 소재다.
한국전기연구원(원장 권영한) 오상수 박사팀이 (주)넥상스코리아(대표 손융용)와 함께 공동으로 개발한 고온초전도선은 길이 1km급이며 임계 전류는 50A급으로 차세대 초전도응용기기 개발에 광범위하게 활용될 수 있다. 기존의 금속도체를 이용한 발전기, 변압기, 전력선 등의 전력설비로는 향후 대용량 초고속 정보통신의 폭발적인 수요와 함께 지속적으로 급증하는 전력수요를 감당하는데 한계가 있고 에너지나 환경적 측면에서 손실이 상당히 크다.
따라서 이번 고온초전도선의 개발은 의미가 크다고 할 수 있다. 초전도선은 액체질소나 액체헬륨 등의 극저온 냉매로 냉각했을 때 전기저항이 0인 상태에서 많은 전류를 손실 없이 흘릴 수 있는 첨단 소재다.
따라서 기존의 전기기기에서 사용하는 구리나 알루미늄 등의 금속선을 초전도선으로 대체하게 되면 전력손실을 30%이상 대폭 줄임으로써 효율향상과 기기의 소형화를 이룰 수 있는 환경 친화적인 차세대 초전도응용기기기의 실용화시킬 수가 있다. 오 박사팀이 개발한 고온초전도선은 테이프 형태의 길이로 전체길이는 약 1km이며 단면적은 1㎟로 내부에 55심의 초전도체 필라멘트가 박혀있는 구조로 되어 있다.
길이 500m 길이에서 50A이상의 성능을 요구하는 초전도케이블에는 바로 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 성능을 갖는 고온초전도선은 미국의 AMSC사와 일본의 스미모토사에 이어 우리나라가 3번째다.
1.열처리 직전의 1km PIT 선 2.1km급 고온초전도선을 들고 있는 모습 3.55심 필라멘트를 적층한 PIT 선 4. 55심 필라멘트로 구성된 PIT 선재의 단면
우주관측용 원자외선분광기
우주망원경 보유국 진입… 작성 가능
순수 우리나라 기술로 개발된 최초의 우주망원경 FIMS(Far-ultraviolet IMaging Spectograph)가 지난해 9월 러시아 플레세츠크 우주기지에서 발사됐다. 한국천문연구원(원장 조세형)과 한국과학기술원(총장 홍창선)이 공동 개발한 FIMS는 그동안 국내 기술진에 의해 축적된 우주망원경으로서 향후 대형우주망원경 국내 개발의 토대를 마련한 것으로 평가받고 있다. FIMS는 발사 후 최소 2년간 우주공간에서 활동하면서 세계에서 처음으로 원자외선 영역에서의 전천지도를 작성할 수 있게 함으로써 우리 은하의 새로운 모습을 밝혀낼 것으로 기대되고 있다.
FIMS는 특히 21세기 천문우주과학 분야의 숙원 중 하나인 우리은하 내부에 산재하는 고온 가스체의 구조와 분포 및 물리적 성질을 규명할 것으로 보인다. 지난 98년 과학위성 1호의 주탑재체로 선정되어 개념설계를 거친 바 있는 FIMS는 2000년에는 공학모형을,
2001년에는 인증모형이 개발되어 우주환경 시험을 통과했다. 이후 2002년 실제 우주공간에 발사될 비행모형을 개발해 우주환경시험 및 광학계 검교정(calibration)을 마쳤다. 한국천문연구원의 한 관계자는 “우주 전 영역에 대해 원자외선분광관측을 수행하게 될 FIMS는 극히 미약한 원자외선 조차도 검출할 수 있도록 되어 있어 가스덩어리의 분포를 알아낼 수 있으며 궁극적으로는 우리 은하의 진화연구에 결정적인 역할을 하게 될 것으로 추정된다”고 말했다. 한국천문연구원은 현재 FIMS 개발에 의해 얻어진 기술을 바탕으로 국내 우주관측연구의 수준을 국제수준으로 향상시키기 위해 일본과 우주망원경(SPICA) 국제공동 개발사업을 추진 중이다.
차세대 지능로봇‘오토로’
자기위치 인식기능 갖춘 청소로봇 상용화
지난해 차세대 성장산업에 포함된 지능로봇분야에도 청신호가 켜졌다. 한국원자력연구원(원장 장인순)의 창업벤처인 지능로봇전문 벤처기업 (주)한울로보틱스(대표 김병수)는 원자력발전소 등 원자력 관련 시설에 적용했던 기술을 토대로 로봇에 응용, 세계 최고 수준의 지능적 청소기능을 가진 가정용 청소 로봇 ‘오토로’(OTTORO)를 개발한 것.
이 청소로봇은 무인 정밀, 안전 청소를 필요로 하는 원자력발전소의 환경을 응용한 것으로 벽면을 타거나 V자형으로 움직이는 기존의 청소방식에서 탈피해 바둑판식 청소를 한다. 강한 흡입력은 물론, 첨단주행 기능도 있어 가구 등을 손상시키지 않고 말끔히 청소하는 자기위치인식기능을 갖췄다.
기존에 출시된 국내외 청소로봇들은 기초적인 충돌감지센서만을 사용, 청소방법이 단지 벽을 따라 가거나 랜덤(공을 벽으로 던지면 V자형으로 튕겨 나오는 현상)하게 이동하는데 비해 오토로는 하루 종일 청소해도 청소가 되지 않는 구석청소까지 가능하다. (주)한울로보틱스는 지난 98년 원자력연구원에서 창업한 벤처기업으로 동기식 로봇이동방식에 대한 세계적인 기술을 보유하고 있다.
비아그라 작용원리 규명
부작용 없는 차세대 신약 발굴 핵심 기술 확보
부작용 없는 차세대 발기부전 치료제 뿐 아니라 체내에서 약효를 나타내기 위해 작용하는 PDE(phosphodiesterase) 단백질이 관여하는 천식과 심장질환, 정신질환 등에 관련된 신약 개발 연구가 획기적으로 진전될 것으로 전망된다.
과기부 연구사업의 지원을 받고 있는 크리스탈지노믹스(주)(대표 조중명)가 비아그라를 포함, 3종의 발기부전 치료제들이 PDE 단백질과의 작용기전을 원자수준에서 세계 최초로 규명한 결과를 발표했다. 이러한 연구결과는 작년 9월 4일자 <네이처>지에 실렸다. 연구에 따르면 비아그라의 부작용은 두통과 안면홍조, 소화 불량, 일시적 색각장애, 심장마비 등이 있는데 이는 발기부전과 관련되는 PDE 5를 억제하는 과정에서 이와 유사한 다른 PDE 계열의 단백질 즉, 천식과 관련이 있는 PDE 4나 심장과 관련이 있는 PDE 3, 눈과 관련되어 있는 PDE 6과 상호작용하기 때문이다.
따라서 PDE 5에 대해서만 선택적으로 작용하는 치료제를 발굴해내면 이러한 부작용을 개선할 수 있으며 이러한 선택성을 확보하기 위해서는 PDE 5와 비아그라와의 결합체의 입체구조를 알아내는 것이 필수요인이다.
따라서 이러한 연구결과로 PDE 5와 비아그라와의 결합체의 입체구조를 밝힘으로써 비아그라 등 발기치료제의 부작용을 최소화하고 약효가 개선된 새로운 치료제를 발굴할 수 있는 길이 열리게 된 것이다. <네이처> 심사위원들은 이 연구가 학술적인 가치뿐 아니라 산업적인 가치도 상당히 크다는 것에 의견을 모으고 게재하게 됐다고 밝혔다.
반도체 재료 ‘저유전물질’
속도 2배 향상, 전력 생산비용 30% 절감
반도체 칩의 속도를 향상시키고 전력 손실을 줄이는데 필요한 고집적·저전력·고성능을 가진 세계 최고 수준의 반도체 칩 제조용 소재인 저유전 층간물질이 개발됐다. 서울대 차국헌 교수팀이 개발한 이 저유전물질은 반도체 집적 공정에서 층간 절연물로 사용되는 세계 최고수준의 반도체용 물질로 평가받고 있다. 반도체는 일반적으로 고집적화 됨에 따라 금속 배선의 선폭 및 간격이 100 나노미터 이하로 작아진다. 또한 8층 이상의 다층으로 배선을 해 배선 공정이 칩의 속도에 막대한 영향을 미친다. 차국헌 교수팀의 저유전물질 개발 배경에는 속도에 영향을 미치는 신호지연현상을 막기 위해 금속배선의 저항을 줄이고 금속배선과 배선 사이의 간섭현상 및 신호지연을 막기 위해 기존의 이산화규소(SiO₂:유전율 4.2)를 대체할 수 있는 유전율 2.7이하인 새로운 층간유전체 물질의 필요에 있었다.
이 기술은 유기실리케이트 메트릭스에 유전율이 1인 공기를 수 나노미터 이하의 크기로 도입, 유전율을 현저하게 낮추고 나노기공의 함량을 조절해 층간절연물질의 유전율을 연속적으로 낮출 수 있는 기술이다. 이 기술을 배선공정에 적용하면 기존의 알루미늄 및 SiO₂를 이용한 배선공정보다 반도체 칩의 속도가 2배 정도가 향상돼 동영상 구현이 쉽고 소비전력도 30%이상 감소할뿐더러 제조비용도 30% 이상 감소하는 효과가 있다. 이 기술은 외국 회사에 비해 1년 이상 앞선 기술로 평가받고 있다. 서울대 김형준 교수(전자공학과)는 “국제적 비교평가에서 우수한 판정을 받은 것은 향후 반도체 국제 시장에서 국내 반도체 기술이 우위를 선점할 수 있는 쾌거”라고 높이 평가했다.
전 세계 반도체 회사들이 나노기공을 도입, 유전율을 2.5이하로 낮추면서 반도체 제조공정에서 열적 기계적 물성이 우수한 저유전 물질을 개발하기 위해 막대한 투자를 하는 상황에서 저유전물질이 반도체 제조공정에 적용되면 파급효과가 지대할 것으로 전망된다. 이 기술은 현재 참여기업인 (주)LG화학에서 대량생산을 위해 준비 중에 있다.
개발된 저유전물질은 해외에서 개발하고 있는 저유전물질보다 물성이 월등히 좋고 약 1년 이상의 기술 격차를 보이고 있다.
광우병 내성 소, 무균 돼지
축산물 교역증대와 이식용 인간장기 대체 기대
서울대 황우석 교수팀은 ‘광우병 내성 소‘와 ‘무균 미니돼지’를 세계 최초로 생산하는데 성공했다. 이는 우리 생명공학기술이 이미 세계 최고 수준에 와 있음을 입증한 것이다.
프리온 단백질을 조절해 광우병을 예방하는 방법은 총 두 가지. 하나는 생체 내에 축적되지 않으면서 정상기능을 하는 프리온 변이단백질을 수정란에 과발현시키거나 아예 프리온 유전자가 제거된 개체를 생산하는 방법이다.
다른 하나는 광우병 발병을 차단하는 물질을 개발하는 것. 연구팀은 이 가운데 정상기능을 하는 프리온 변이단백질을 과다 발현시켜 광우병 유발 프리온 단백질을 억제하는 방법을 택했다. 결국 4마리의 건강한 복제소를 탄생시켰고, 이후 같은 방법으로 15마리를 추가로 임신시켰다. 황 교수팀은 이번 광우병 내성소 연구과정에서 프리온 변이유전자 과발현 기술과 형질전환 복제수정란의 배양기술, 그리고 대리모 선발 및 유지관련 기술의 다양한 기반기술 등을 축적한 것으로 평가됐다.
연구팀이 함께 발표한 ‘인간 장기이식용 형질전환 무균돼지’ 생산기술도 세계 각국에서 연구가 한창 진행 중인 과제. 이는 절대 부족한 이식용 인간장기를 대체할 수 있는 유일한 대안으로 각광받고 있다.
황 교수는 “프리온 단백질을 과발현 시킨 결과, 쥐의 경우는 광우병에 걸리지 않았기 때문에 개발한 소에도 큰 문제가 없을 것”이라면서 “무균돼지에 대해서는 현재 생존율을 높일 수 있는 기술을 찾고 있다”고 말했다.
광우병 내성소와 무균미니돼지의 개발은 우리나라의 생명공학수준이 세계적임을 입증했다.
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