시스템 생물학 분야 세계적 전문가들한국 총 집결, IECA2006 제주 개최

KAIST(총장 서남표)가 주최하고 KAIST 시스템생물학연구팀, 아시아과학인재포럼, BK21 화학공학사업단, 미생물프론티어사업단에서 주관하는 제3회 IECA 2006(International E. Coli Alliance, 국제대장균연대모임 시스템 생물학 국제 학술대회 /대회 의장 이상엽 KAIST 생명화학공학과 교수)가 오는 10월 31일(화)부터 11월 3일(금)까지 4일간 제주 국제컨벤션센터에서 개최된다.

이번 학술대회에는 대장균의 시스템 생물학 및 가상세포 시스템, 분자생물학, 생물정보학 등 다양한 학문분야의 세계적 석학 47명(국외 38명, 국내 9명)이 강연할 예정이며, 16개국의 저명 석학 2백여명이 참여할 예정이다.

IECA는 연구 개발 및 산업적으로 가장 널리 사용되는 미생물인 대장균을 모델로 컴퓨터를 활용한 가상세포 (in silico cell) 개발을 위해 학제를 초월한 국제협력연구를 목표 2002년 설립된 국제학술회의다.

IECA에서는 실험데이터와 컴퓨터를 이용한 각종 세포모사 방법 및 결과 등을 서로 공유, 목표를 달성하는데 초점을 두고 ▲대장균에서의 새로운 생물학적 발견 및 대사회로와 조절 기작의 이해 ▲다양한 high-throughput 기술을 통한 전사체, 단백질체, 대사체 및 fluxome 데이터 확보와 이들 간의 상호 연관관계의 해석 ▲구조적인 접근 방식을 통한 대장균의 대사회로 조작 및 응용 ▲다양한 생물학적 결과의 생물정보학적 분석 및 이를 통해 축적된 데이터베이스 확보 ▲가상세포의 모델링 및 모사를 통한 균주 분석과 균주 개량 등에의 응용 ▲대장균의 산업적 응용 ▲산업적으로 유용한 미생물들에 대한 시스템생명공학 기술 분야에 대한 최근의 연구결과 및 동향에 대해 집중 논의한다.

대장균은 인류에 의해 가장 많이 연구되어 온 생물체 중의 하나로써 가장 많은 생체정보가 알려져 있다. 또한 연구 개발 및 산업적 응용에도 많은 장점을 갖고 있어서 생명공학분야에서 가장 유력한 세포공장으로 광범위하게 이용되고 있다. 하지만, 지난 수십 년 동안의 연구에도 불구하고 생물 특유의 복잡한 대사 및 제어 기작은 대장균의 조작을 통한 특정 고부가가치 물질의 대량생산에 많은 어려움을 주었다. 이런 어려움을 최소화하기 위해서 근래에는 컴퓨터를 이용한 가상세포 개발 및 다양한 시스템 수준의 high-throughput 기술(전사체, 단백질체, 대사체 등)들이 적극 도입되고 있다. 이들 기술들은 현재 대장균을 비롯한 다양한 미생물 생명공학에서 매우 중요한 역할을 수행하고 있을 뿐 아니라 이번 학술대회에서 비중 있게 거론되는 주제다.

가상세포는 생화학, 유전학, 생리학 등 세포에 관한 여러 정보를 바탕으로 세포를 수학적으로 모델화하고 이것을 모사하는 것을 말한다. 이러한 가상세포를 통하여 연구자는 세포내 존재하는 여러 생물학적 반응들을 유기적으로 바라보며 세포의 대사를 구조적으로 이해할 수 있다. 많은 실험들을 컴퓨터상에서 미리 모사해 봄으로써 실험에 들어가는 시간과 자본을 최소화할 수 있기 때문에 궁극적으로는 생명공학 제품의 효율적인 생산에 크게 기여할 수 있다.

특정 미생물에 대한 게놈서열분석과 유전자 분석이 이루어지면 이로부터 얻어진 정보를 통해 게놈 차원의 대사 네트워크를 구축할 수 있다. 이것이 가상세포의 뼈대를 이루게 되며 대사흐름분석의 대상이 된다. 그 후 여러 수학적 모델링과 최적화 방법을 통해 세포모사를 하게 된다. 가상세포에 대한 모사는 주로 대사흐름 및 조절 분석이라는 기술을 통해서 이루어진다. 그러나 게놈 차원의 대사 네트워크를 구성하는 작업은 불충분한 생물학적 정보와 복잡한 대사/생리학 현상의 구현문제로 인하여 많은 어려움을 낳는데, 이는 이번 학술회의에서 집중 토론될 전망이다.

또 다른 주제인 high-throughput 기술은 전통적인 1실험-1결과의 미분적 연구에서 탈피하여 각각의 상호작용을 포함한 유기적 분석을 위한 1실험-다(多)결과의 적분적 연구방법이다. High-throughput 기술을 이용하면 다양한 외부 및 내부 환경에 대한 세포 내의 전체 유전자에 대한 발현 정도의 차이(전사체)나 전체 단백질의 분석(단백질체)등 여러 레벨의 세포내 변화를 시스템적인 분석이 가능해 세포의 실제 활동을 통합적으로 해석할 수 있다.

전사체의 경우 수 천개의 유전자들의 정보를 하나의 슬라이드에 올려놓은 DNA-chip을 이용하여, 세포 내의 수 천 유전자들의 발현 정도를 한 번의 실험으로 동시에 알아볼 수 있다. 단백질체는 이차원-gel방법 등을 사용하는데, 세포의 전체 단백질을 그들의 분자량과 등전점에 따라 분리하여 수백의 단백질 발현 정도를 알아낼 수 있다. 그 밖에도 대사체 분석 등을 포함한 많은 omics 기술들이 전 세계적으로 연구 개발되고 있다. 이러한 기술들은 특히 각 레벨로부터 얻은 데이터들이 유기적으로 분석될 때 더 높은 차원의 숨어있는 세포내 정보들을 유출해 낼 수 있다. 이에 대한 각 연구그룹간의 상호 교류도 이 번 학술회의에서 이루어질 예정이다.

무엇보다도 이번 회의에서는 실제 산업화에 기여할 수 있는 현실적인 토론의 장을 마련하여 앞으로 ‘대장균을 이용한 생명공학을 통해 어떻게 핵심기술을 육성하고 이끌어 나갈 것인가’에 대한 큰 길을 제시해 줄 것으로 생각된다. 미생물을 이용한 생명공학에서는 특정 균주에 사용되는 기술들이 다른 균주에게도 쉽게 적용되는 예가 많기 때문에 대장균 이외의 다른 미생물을 이용한 연구 개발 및 산업화에도 큰 영향을 줄 것으로 기대된다.

이번 학술대회 주요 외국연사로는 ▲재조합 대장균에의한 바이오에탄올의 창시자인 플로리다주립대학의 인그램(L. Ingram) 교수 ▲컴퓨터 대사시뮬레이션의 대가인 캘리포니아 샌디에고 대학의 팔슨(B. Palsson) 교수 ▲대장균 게놈을 밝힌 위스콘신대학의 블레트너(F. Blattner) 교수 ▲일본 E-Cell팀의 총책임자인 도미타(M. Tomita) 교수 ▲빌 게이츠로부터 지원받아 항말라리아 약품 연구를 선도하고 있는 캘리포니아 버클리대학의 키슬링(J. Keasling) 교수 ▲시스템 생물학의 창시자인 SONY의 기타노(H. Kitano) 박사 ▲Silicon Cell을 개발한 네덜란드의 웨스터오프(H. Westerhoff) 교수 ▲미국 NCBI에서 게놈연구를 선도하는 갈페린(M. Galperin) 박사 ▲EcoCyc, MetaCyc 등 세계 최고의 대사 데이터베이스를 개발한 카프(P. Karp) 박사 ▲대장균의 진화와 유전학 전문가인 미국의 렌스키(R. Lenski) 교수 ▲대장균 4천3백개의 개개의 유전자가 결손된 돌연변이 대장균을 만들어 연구하는 일본의 모리(H. Mori) 교수 ▲독일 시스템 생물학을 책임지는 스튜트가르트대학의 리우스(M. Reuss) 교수 ▲일본 생물정보학회장 미야노(S. Miyano) 교수 ▲호주 생물정보학연구센터장 레이건(M. Ragan) 교수 ▲전세계 대장균 네트워크를 주도하는 미국 퍼듀대학의 워너(B. Wanner) 교수 ▲재조합 단백질의 생산과 관련 기술의 세계적 권위자인 텍사스주립대학 조지우(G. Georgiou) 교수 ▲유럽 생명공학의 리더인 퓰러(A. Puehler) 교수 ▲호주 AIBN 대사공학 전문가인 닐슨(L. Nielsen) 교수 등 세계 최고의 석학들이 모두 한자리에 모인다. 그 외에도 실제 생명공학 산업화에 관련하여 연구를 주도하고 있는 세계적 화학기업인 미국 듀퐁사, 가상세포 상용화를 주도하는 미국 제노마티카사, 대사공학 기업인 프랑스의 메타볼릭익스플로러사 등에서의 산업화 사례도 발표된다.

국내 주요연사로는 ▲게놈엔지니어링의 대가인 KAIST 생명과학과 김선창 교수 ▲동적모사 분야 서강대 이진원 교수 ▲미생물생리 분야 한국생명공학연구원 반재구 박사 ▲신규 대장균의 게놈 분야 김지현 박사 ▲대장균 전사조절 분야 권오석 박사 ▲효모의 시스템생물학 분야 강현아 박사 등이다. 이번 학술대회 의장인 이상엽 교수는 이번 학술대회에서 과학기술부 시스템생물학 연구개발 사업의 주요결과를 공개한다.

이번 학술대회는 미생물 연구의 정점에 서있는 대장균 연구에 관한 모든 분야를 대상으로 한다. 대장균에서 일어나는 세포의 생리학적 현상들에 대한 규명 및 발견은 물론, 인실리코(in silico) 네트워크 모델을 통한 산업적·경제적 균주 개발이나 omics 기술 개발 및 응용 등의 시스템 생물학 측면을 다루게 된다. 이렇게 광범위한 부분을 다룸으로써 기초 연구와 산업적 응용 사이를 연결하는 다리 역할을 하는 것이 이번 학회의 주목적이다. 또한 대장균 연구에 대한 국제적 연구동향 및 주요 내용을 공유하고, 공통 기반의 연구 하드웨어 및 소프트웨어를 구축하며, 다른 생명공학 연구로의 응용에 발판이 될 수 있는 거대한 대장균 데이터베이스를 만드는 것을 목적으로 하고 있다.

기존의 IECA학회와는 달리 이번 IECA 2006에서는 학계와 연구계의 순수 및 응용연구 발표 뿐만 아니라 산업체에서 시스템생명공학의 활용에 관한 실례들과 산업화에 적용되는 시스템생물학 사례들도 발표된다. 윤재승 대웅제약 부회장, 여종기 전 LG화학 CTO, 정광섭 GS칼텍스 연구소장, 박진환 네오위즈 사장, 이진 메디제네스 사장, 유진녕 LG화학기술연구원장, 서정선 마크로젠 회장, 이병훈 유니베라 사장 등 산업계 자문단은 앞으로 시스템생물학이 의약에서 화학제품에 이르는 모든 생명공학의 중심에 설 것임을 예상, 이번 국제학회를 적극적으로 지원하고 있다.

이번 학술대회 의장이며, 실질적인 대회 주관자인 KAIST 생명화학공학과 이상엽(李相燁, 42, LG화학 석좌교수, 생물정보연구센터 소장) 교수는 “최근 전 세계적으로 많은 관심을 가지고 연구하고 있는 시스템생물학과 관련하여 세계적인 석학들이 대거 참석할 예정이다. 이번 학술대회가 많은 관심 속에 한국에서 치러지게 된 것은 그만큼 한국의 시스템 생물학의 역량이 국제적으로 인정받고 있음을 의미한다. 이번 대회를 성공적으로 마무리하여, 해외 선진국의 시스템생물학 관련 최신기술 및 동향을 습득하고, 국제적인 석학들과 한국 과학자들 간의 유기적인 교류와 협력을 유도하여 한국 시스템생물학 및 생명공학 발전에 큰 기여를 했으면 한다.”라고 소감을 밝혔다.

실무운영을 돕고 있는 KAIST 생명화학공학과 최종현 연구교수는 "이번 대장균 시스템 생물학 국제학술대회에 큰 관심들을 보여 원래 제한하고자 했던 등록자수 150명을 넘어 200여명이 등록한 상태다. 그 만큼 이번 학회에 대한 관심이 전 세계적으로 있음을 보여주는 것이라고 하겠다. 우리나라가 시스템 생물학 관련 글로벌 네트워크의 중심에 설 수 있는 좋은 기회라고 생각한다"라고 말했다.

최근 인체를 비롯한 다양한 생물에 대한 유전자 지도가 완성되고, 유전체, 전사체, 단백체등의 새로운 분석기술이 등장함에 따라, 이를 이용한 다양한 생물학적 지식을 총체적으로 찾고자 많은 학자들이 노력하고 있다. 이를 위해 생물학, 수학, 전산학, 화학공학이 융합되어 생명현상을 시스템수준에서 이해하고자하는 시스템생물학이 현재 생명공학의 중심에 자리잡고 있다.

시스템 생물학 혹은 시스템 생물공학적 기법을 이용하여 살아 있는 세포의 포괄적인 이해를 위해 이와 관련된 중요 연구그룹의 일부 과학자들은 연구에 있어서 효율을 최대화하면서 필수적인 정보의 공유를 위하여 전 세계 전문가들의 연대 필요성에 동의하기에 이르렀고 이러한 목표를 달성하기 위해 IECA가 조직되었다.

IECA는 앞으로 대장균의 유전체, 전사체, 단백체 등의 연구 내용을 상호 교류 및 공유하고 이러한 데이터들을 바탕으로 거의 실제 대장균과 동일한 in silico 모델을 개발할 것을 목적으로 두고 있다. 대장균에 대해 완벽한 가상 모델을 구성하면, 이후 보다 복잡한 고등 생물 더 나아가 인체에 대한 가상 모델을 구성하는데 많은 기여를 할 것으로 생각되며, 이러한 가상 세포를 이용하여 지금보다 더 다양한 유용물질을 생산하는데 도움이 될 것이다.

IECA는 제1회 대회를 지난 2003년 일본의 게이오대학에서, 제2회 대회를 2004년 캐나다 알버타 대학의 협조로 밴프센터에서 성공적으로 개최한 바 있으며, 국제학회를 통해 전 세계의 우수한 석학들과 정보를 공유하면서 생명 자체를 이해하려는 노력을 더욱 견고히 하고 있다. IECA의 중요성은 네이처 자매지인 몰리큘러 시스템스 바이올로지(Molecular Systems Biology) 저널 2005년 3월호에 소개되기도 했다.

이번 2006년 학술대회에서는 KAIST 이상엽 교수가 그간 과학기술부 지원 시스템생물학 연구개발 사업의 결실로 내놓은 미생물 시스템 생명공학과 관련된 높은 학문적 업적을 인정받아 의장으로 추대되었다.