끊임없는 연구를 통해 국가 경쟁력 제고에 이바지

다양한 연구성과 거둬 세계가 주목

생물소자 연구실에서는 21세기에 각광 받는 분야인 DNA chip을 포함하는 DNA bioengineering 분야에 대한 연구를 중점적으로 수행하고 있다. 또한 Nanotechlogy 를 Biotechlogy에 접목시키는 Nano-Bio 관련 연구 또한 활발히 수행하고 있다. 2009년에는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업인 도약 연구과제에 (舊 NRL) 선정되었으며, 2010년에는 농림기술개발사업‘쌀 가공품의 품종식별을 위한 SNP DNA 칩 기술개발’ 사업을 맡는 등 다수의 지속적인 국책연구 프로젝트 및 기업 과제를 수행함으로써 연구개발에 박차를 가하며 기술력을 쌓아가고 있다.

연구실의 대표적인 연구 성과로 Zip-code 방식의 PNA Microarray를 이용하여 소아당뇨병의 원인이 되는 SNP(Single Nucleotide polymorphism)를 진단하는 기술, DNAzyme을 이용한 새로운 DNA진단 기술, Aptamer를 이용한 생체물질 고감도 분석기술, 특정 아미노산에 의존하여 성장하는 다양한 영양요구성 대장균 pool을 개발하여 사람 혈액 내에 존재하는 질병인자를 분석할 수 있는 세포 array 기술, 바이오벤처 회사인 래플진(주)과 협력하여 등온에서 목적 DNA를 single copy까지 진단할 수 있는 등온 증폭기술 등의 개발을 꼽을 수 있다.

특히 연구실은 지난해 12월에는 핵산중합효소의 비정상적인 활성을 금속이온을 통해서 유도하는 현상을 세계 최초로 규명하고 이를 이용해 바이오 컴퓨터를 포함하는 미래 바이오 전자 분야의 핵심기술인 ‘로직 게이트’(논리연산을 실행 할 수 있는 디지털 회로의 기본적인 요소) 기술을 개발하여 이목을 집중시켰다. 이 연구에 대해 박현규 교수는 “기존 핵산 기반 기술들과 비교해 비용이 저렴하고 간단한 시스템 디자인을 통해 정확한 로직 게이트 구현이 가능함으로써 분자 수준의 전자소자 연구에 많은 영향을 미칠 것으로 기대됩니다”라고 밝혔다. 한편, 이 연구결과는 화학 분야의 세계적 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’ 12월호(12월10일자) 표지논문으로 선정됐다.

박 교수는 현재까지 권위 있는 SCI급 국제 학술지에 70여 편이 넘는 논문을 등재하였으며 약 30여 건의 국내외 특허를 등록 또는 출원하였고 100여 편의 국제 학술대회 발표, 90여 편의 국내 학술대회 발표 등 활발한 연구 활동을 펼치고 있다. 그는 이 같이 우수한 연구 성과를 이룬 공로를 인정받아 2011년 2월16일 개교기념일 40주년 포상 교직원으로 선정되어 학술상을 수상하는 영예를 안았다. 또한 그는 지난해 국제 학술지인 생명공학저널(Biotechnology Journal) 편집자로 선임되는 등 국제적으로 이름을 떨치고 있다.

간편하고 저렴한 유전자 분석기술 개발

박 교수 연구팀은 산화, 환원을 통해 전기화학적인 신호를 발생하는 물질인 메틸렌 블루가 핵산과 결합하면 전기화학적 신호가 감소하는 현상에 착안해 이를 PCR에 적용해 핵산의 증폭 과정을 전기화학적 신호를 통해 실시간으로 검출할 수 있는 전기화학적 실시간 PCR 구현에 성공했다. 또한 이러한 신호변화 현상이 메틸렌 블루의 확산 계수와 관련된 것임을 규명해 향후 다양한 방법으로 응용할 수 있는 신호발생 기반 기술을 확립했다.특히 연구팀은 이를 기반으로 전극이 인쇄된 작은 칩을 제작해 성병 유발 병원균인 클라미디아 트라코마티스(Chlamydia trachomatis)의 유전자를 대상으로 연구를 수행한 결과, 기존 형광 기반의 실시간 PCR과 거의 동일한 성능을 보인다는 점을 확인함으로써 다양한 질병 진단과 유전자 연구 분야에 적용할 수 있음을 입증했다.

박현규 교수는 “이번 연구 결과로 유전자 진단에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있습니다”라고 말했다. 한편 이번 연구결과는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업을 통해 수행됐으며 분석화학 분야의 세계적 학술지인 ‘더 애널리스트(The Analyst)’ 4월호(4월21일자) 표지논문으로 선정됐다.

신개념 심혈관질환 진단시스템 개발

박현규 교수 연구팀의 우수한 연구성과는 이 뿐만이 아니다. 지난 4월27일에는 대장균을 이용해 심혈관질환을 유발하는 혈액 속 호모시스테인(Homocysteine)의 농도를 분석할 수 있는 신속하고 간편한 신개념의 심혈관질환 진단시스템을 개발했다고 밝혔다.
기존의 효소반응 또는 고성능 액체크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography)를 이용하는 방법은 비교적 긴 시간이 소요되며 가격이 비싸다는 단점이 있었다. 연구팀은 이를 극복해 아무런 추가조작 없이 유전자 재조합 대장균을 배양하고 이에 따라 자동적으로 생성되는 발광신호를 측정해 호모시스테인을 매우 신속하고 간편하게 정량할 수 있도록 했다.

박 교수는 “이 기술은 심혈관질환을 유발하는 호모시스테인을 유전자 재조합 대장균을 이용, 정확하게 분석하는 신개념 분석법으로 학계에서 최초 발표된 신기술입니다. 많은 수의 혈액 샘플을 대량으로 동시에 분석할 수 있어 매우 경제적이기 때문에 최근 급성장하는 호모시스테인 정량검사 분야의 상업화에 큰 기여를 하게 될 것으로 기대되고 있습니다”라고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며 연구 논문은 세계적 학술지인 ‘어낼리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry)’ 4월15일자 표지논문으로 선정됐다.

창의성과 문제 해결능력을 갖춘 우수한 전문인력을 양성하고 세계적인 연구성과를 도출해내면서 국가 과학발전에 기여하고 있는 박현규 교수. 그는 제자들에게 우수한 연구성과를 도출해 내는 것도 중요하지만 그보다도 다른 사람들을 존중하고 배려하는 마음, 자신을 꿈을 갖고 그 꿈을 향해 나아가는 열정을 갖기를 소망한다. 앞으로도 끊임없는 연구를 통해 세계 최초의 신기술을 개발하고, 이러한 기술을 통해 인류 생활에 획기적인 변화를 일으킬 박현규 교수와 생물소자 연구실 연구원들의 행보에 기대를 걸어 본다.