신재생에너지와 환경오염정화기술의 혁신적 개선 선도
Genomics 기술을 이용한 미생물생태 활용 기술 연구
Genomics 기술을 환경 및 에너지 분야에 접목시키다
Genomics는 유전체학이라고도 불리며 생물의 디옥시리보 핵산(DNA), 리보 핵산(RNA)과 같은 유전 정보를 밝히고자 유전체(genome)를 단위로 실험 구상과 정보 처리를 수행하는 학문이다. 유전체학의 가장 기본 단계는 인간을 포함한 각종 동물들의 유전체 염기 서열 판독(sequencing)으로서 주로 알려진 서열에서 염색체 지도와 유전자 지도를 비교 분석하여, DNA 구조 결정 등을 연구한다. 1990년대 초 한국에서도 큰 반향을 일으켰던 미국에서 시작된 유전체 프로젝트(genome project)의 추진에 따라 탄생한 학문이다.
이러한 Genomics 기술을 이용해서 환경에 유용한 미생물생태를 활용하는 기술을 연구하고 있는 연세대학교 토목환경공학과의 박준홍 교수는 “Genomics의 기술이 인간 유전체의 신비를 푸는 것을 보고 연구에 대한 많은 영감을 얻었다”고 밝혔다.
현재는 지속가능한 바이오자원 생산을 폐자원에서 회수하는 기술에 미생물생태유전체공학을 적용하고 있다는 그는 “미생물생태유전자공학이 생각보다 방대한 양의 유전자 염기서열정보를 다루어야 하는 Big Data 분야다 보니 최근에는 bioinformatics와 같은 정보공학적 기술의 접목에도 힘쓰고 있다”고 전했다.
바이오에너지와 환경오염정화에 활용할 수 있는 신규염기서열분석기법을 이용한 미생물 군집 분석 및 기능성 메타지노믹스 연구와 교육을 수행 중인 박 교수는 “Genomics라는 학문이 의학적으로 활용하는 기술들은 연구 개발되어 왔지만, 환경 및 에너지에 활용하기 위한 Genomics기술, 특히 미생물군집을 대상으로 하는 metaGenomics 기술의 연구개발은 전 세계적으로도 아직 초기 단계에 불과하다”며 “메타지노믹스 혹은 군집유전체학이라는 과학 분야에서 사용되는 기술을 실용적인 학문과 응용분야에 활용하는 방법을 개발하고 개선하는 것이 연구실에서 해온 연구의 성과”라고 전했다.
첨단기술이 실용분야에 상용화되기 위한 표준화 제시
이러한 첨단기술의 문제는 연구실마다 그 방법론이 다르기 때문에 실용분야에서 상용화되는 성과를 내기란 몹시 힘들다. 이를 개선하기 위해서는 표준화가 필요한데, 이러한 표준화는 국제적인 네트워크를 통해서 이루어져야 한다.박 교수 연구팀은 Genomics Standard Consortium이라는 국제연구모임에 초창기부터 참여해서 드물게 환경공학분야에 적용하는 분야를 선점하였고, 그 결과 작년에는 Nature Biotechnology에 이 표준화에 대한 결과가 게재되기도 하는 쾌거를 거두었다.
이밖에도 미생물군집을 분석하기 위해서 차세대염기서열기술을 활용하는 방법의 개선에 대한 연구와 오폐수에서 바이오자원을 회수하는 기술개발연구에서도 좋은 연구 성과를 보이고 있다. 차세대염기서열기술은 그 빠른 속도와 방대한 염기서열분석능력으로 최근에 의학, 기초과학, 공학 분야에서 그 사용도가 높아진 기술이다.
하지만 이전의 연구에서는 이를 미생물군집 분석에 적용하는데 그 정확성에 대한 평가가 미흡한 바가 있었다. 박 교수는 “본 연구실에서 최초로 이에 대한 평가를 수행하고 그 정확도와 분석속도를 향상시키는 연구를 수행하고 있다”며 “오폐수에서 전기를 회수하는 미생물전기연료기술개발과 역시 오폐수를 이용해서 배양한 조류에서 바이오디젤원료를 친환경적으로 추출하는 기술들이 주요 연구 성과라 할 수 있으며, 이들 기술들은 국내외 특허출원 및 등록을 한 상태”라고 전했다.
“지속가능한 세상의 원동력이 될 에너지를 연구하겠다”
차세대염기서열분석기술은 점차 생명과학, 생물공학, 의학 분야에서 표준방법으로 자리 잡고 있다. 그전에는 염기서열분석 단계가 분석속도 면으로나 비용 면으로나 연구개발 전 단계에서 가장 문제가 되는 부분이었다. 하지만 나노바이오 융합기술의 산물인 차세대염기서열분석기술에 의해서 염기서열분석은 이제 문제가 되지 않는다. 박 교수는 “미래에 필요한 것은 첫째, 응용목적에 맞는 가설 설정과 이를 입증하기 위한 실험의 구상 및 구현과 둘째, 차세대염기서열분석기술이 제공하는 그 방대한 양의 자료를 얼마나 정확하게 신속하게 분석하는가이다”고 밝혔다. 이들을 위해서는 응용목적 맞춤형이면서 원천기술개발에서 상용화까지 일체로 하는 턴키방식의 연구기술개발이 미래의 방향이라 전망된다.박 교수는 “개인적으로 이를 이루는데 견인차적인 역할을 할 기술은 정확하고 신속한 분석을 가능하게 하는 Big Data Technology일 것이고, 또한 미래에는 지속가능한 에너지 찾기에서 지속가능한 재료 생산하기로 옮겨갈 것”이라 예상했다.