세부내용 첨부 참조

미국 질병관리본부는 감염병 수학 모델을 이용, 확진자와 사망자 수를 예측하고 대응정책을 수립하려는 시도를 하고 있다. 영국은 영국의회포스트에 코로나19에 대한 여러 수학 모델 예측 결과를 공유하고 가상 방역 시뮬레이션 기반 감염병 대응 정책을 시행하고 있다. 우리나라 질병관리청 역시 수학 모델링의 필요성을 인식, 감염병 모델 연구를 수행해 왔다. 여러 수학자로 구성한 수학 모델링 팀은 바이러스 확산 및 대응 정책 연구를 바탕으로 효과 높은 방역 대응책을 제시하고 있다. 컴퓨터 장비와 수치 기법 발달에 따라 수학 모델링은 감염병뿐만 아니라 다양한 생물학 난제 극복을 위해 활용되고 있다. 대표 사례로 종양의 복잡한 진화 과정 연구나 항암제 내성 극복 연구에도 다양한 수학 모델이 개발돼 왔다. 종양의 증식·전이 과정에서 이뤄지는 생화학 반응은 워낙 복잡해 실험실에서 구현하기에 한계가 있다. 이처럼 복잡한 종양 시스템을 이해하기 위해 다양한 수학 모델이 개발됐다. 수학 모델링은 임상에도 적용된다. 미국의 리 모핏 암센터 연구소 및 메이오 클리닉에서도 수학자가 환자 데이터를 바탕으로 수학 모델을 개발, 환자 맞춤형 치료 전략을 수립하고 임상시험에 적용하고 있다. 실제로 리 모핏 암센터 연구소에서는 수학 모델 기반의 전립샘 암 환자 맞춤 치료 전략이 기존 치료법 대비 재발을 평균 10개월 늦춘다는 연구 결과를 도출했다. 천연물 연구에서도 수학 모델링 역할이 기대된다. 오늘날 우리가 사용하고 있는 많은 약물은 천연물에서 유래됐다. 미국·독일·중국·일본 등 나라에서는 천연물 효용 가치를 인지하고 다양한 천연물 확보에 주력하고 있으며, 이로부터 새로운 의약품 후보 물질을 생산하는 정책을 체계화해서 펼치고 있다. 미국은 여러 종의 천연물 기반 항암제와 후천성면역결핍증(AIDS, 에이즈) 치료 후보 화합물을 찾아냈고, 브라질산 뱀독 성분으로부터 고혈압 치료제를 개발했다. 독일은 버드나무에서 추출한 선도 화합물로 아스피린을 개발했고, 은행잎으로부터 혈액순환장애 치료제를 개발했다. 중국은 개똥쑥으로 말라리아 치료제를 개발했고, 팔각회향에서 신종플루 치료제를 개발했다. 국내 제약사도 여러 종의 천연물로부터 만성 난치성 질환 치료제를 개발, 국내 판매를 하고 있는 한편 글로벌 진출에 속도를 내고 있다. 신약 개발에서 천연물의 문제점은 효능 검증과 원리 규명이 어렵고, 표준화를 위한 고도의 기술이 요구된다는 것이다. 이 같은 문제점을 극복하기 위한 시도에 수학 모델링이 활용되고 있다. 수학 모델링은 신약 개발 현장에서 많이 활용된다. 글로벌 제약회사 화이자, 머크 등은 전 주기를 지원하는 모델을 개발하고 신약 개발을 지원하고 있다. 국내 천연물 활용 신약 개발 과정에도 수학 모델링을 적극 활용하려는 시도가 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 강릉분원 천연물연구소는 천연물 기반의 약물 후보 물질 개발 프로세스를 가속화하기 위해 새로운 인공지능(AI) 모델과 수학 모델 관련 인프라 및 전문 인력을 갖추고 원천기술 연구를 활발히 수행하고 있다. 수학 모델을 활용하면 동시에 다수 물질에 대한 분석을 고속으로 수행, 신약 개발에 중요한 역할을 하는 고속의 대량 스크리닝 기술과 분리 기술을 응용·적용할 수 있다. 천연물의 화학 구조 특성과 약리·독성학 기능에 대한 양질의 천연물 데이터를 축적하고 표준화하는 것이 가능해진다. 천연물의 세포, 동물 모델, 환자에서 효능과 작용 원리를 규명하기 위한 수학 모델링과 세포 및 동물 실험 결과를 융합하는 연구 인프라 확충이 시급하다. 천연물 효능과 작용 원리를 예측하고 실제 진행될 다양한 실험에 대한 가이드라인을 제시해야 한다. 동물 모델 실험을 위한 용량이나 투여 시간 등을 미리 시뮬레이션, 동물 모델 실험 효율성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 수학 모델링을 활용한 천연물 신약 개발 연구는 천연물 데이터를 표준화하고 신약 개발 과정을 효과 높게 이끌 수 있다. 이는 곧 천연물 신약 개발의 성공 확률을 높이는 결과로 이어진다. 천연물 의약품 후보 물질 연구와 개발 지능화를 위해 수학 모델링, AI 모델링 기반 융합 연구가 활발히 진행되면 천연물 신약 후보 물질 개발의 고도화를 이끌 수 있을 것으로 기대된다. 출처 : 전자신문 (https://www.etnews.com/20210103000072)

지난달 막을 내린 유엔기후변화협약 당사국총회는 지구 평균 기온 상승분을 1.5도 이내로 막자는 세계의 의지를 재확인하는 계기였던 동시에 이것이 얼마나 어려운 목표인지도 여실히 드러낸 자리였다. 일단 목표달성시점에서 시각차가 확연히 드러났다. 중국, 인도, 러시아 등 온실가스를 많이 배출하는 국가가 자국 감축목표를 하향조정하는 일이 대거 발생했다. 다른 국가의 사정도 비슷하다. 그렇지 않아도 코로나로 막심한 타격을 입었던 경제가 탄소중립이라는 부담까지 더해 이중고를 겪을 것으로 전망되기 때문이다. 많은 전문가가 탄소중립 달성의 열쇠는 과학기술에 있다고 이야기하는데 이 말은 맞기도 하고 틀리기도 하다. 2050년까지 탄소 순배출량을 ‘0’으로, 그리고 가까이는 2030년까지 지금 수준 대비 40%를 줄여야 하는데 기술 없이 규제만으로는 불가능하다. 기술 확보가 곧 탄소중립의 충분조건인 것도 아니다. 기술 보급과 함께 우리 사회 전반에 걸쳐 대전환이 함께 일어나야 하기 때문이다. 철강·석유화학 등 이른바 고탄소산업은 친환경 공정 기술이 개발되더라도 기존 공정의 경제성을 따라잡지 못하면 무용지물이다. 재생에너지의 경우 전기생산의 경제성뿐 아니라 저장, 송배전에 필요한 막대한 인프라 구축이 요구된다. 이처럼 탄소중립 사회로 가기 위해서는 혁신적 기술뿐 아니라 기반 기술과 인프라의 획기적 발전, 또한 사회 구성원 전체의 참여가 함께 요구된다. 탄소중립에의 도전은 과학기술 혼자 뛰는 100m 달리기가 아닌, 우리 사회 전체가 같이 뛰는 2인3각 경기인 셈이다. <p style="font-family: Montserrat, " noto="" sans",="" "san="" francisco",="" "myriad="" set="" pro",="" "lucida="" grande",="" "helvetica="" neue",="" helvetica,="" applesdgothicneo,="" "droid="" malgumgothic,="" "hy="" dotum",="" dotum,="" "lexi="" gulim",="" arial,="" verdana,="" "sans-serif";="" margin-top:="" 1em;="" margin-bottom:="" border:="" 0px;="" font-size:="" 18px;="" text-size-adjust:="" 100%;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(51,="" 51,="" 51);="" text-align:="" justify;="" line-height:="" 1.5;"="">탄소중립을 위한 핵심 기술 확보와 관련해 한 가지 염려되는 것은, 연구·개발(R&D)의 본질적 속성, 불확실성에 대한 고려다. 탄소중립의 해(解)를 찾는 방정식에서 R&D는 상수가 아닌 변수다. 뜨겁고 긴 여름을 지나야 수확할 수 있는 벼농사처럼 과학기술 연구개발도 기다림의 시간이 필요하다. <p style="font-family: Montserrat, " noto="" sans",="" "san="" francisco",="" "myriad="" set="" pro",="" "lucida="" grande",="" "helvetica="" neue",="" helvetica,="" applesdgothicneo,="" "droid="" malgumgothic,="" "hy="" dotum",="" dotum,="" "lexi="" gulim",="" arial,="" verdana,="" "sans-serif";="" margin-top:="" 1em;="" margin-bottom:="" border:="" 0px;="" font-size:="" 18px;="" text-size-adjust:="" 100%;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(51,="" 51,="" 51);="" text-align:="" justify;="" line-height:="" 1.5;"=""> <p style="font-family: Montserrat, " noto="" sans",="" "san="" francisco",="" "myriad="" set="" pro",="" "lucida="" grande",="" "helvetica="" neue",="" helvetica,="" applesdgothicneo,="" "droid="" malgumgothic,="" "hy="" dotum",="" dotum,="" "lexi="" gulim",="" arial,="" verdana,="" "sans-serif";="" margin-top:="" 1em;="" margin-bottom:="" border:="" 0px;="" font-size:="" 18px;="" text-size-adjust:="" 100%;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(51,="" 51,="" 51);="" text-align:="" justify;="" line-height:="" 1.5;"="">더구나 탄소중립은 우리나라뿐 아니라 전 세계 어느 국가도 아직 분명하게 앞서지 않은 미개척의 영역이다. 미래를 내다보는 연구에서는 투자와 성과가 정확히 비례하지도 않을뿐더러 어떤 파급효과를 가져올지 예측하기도 어렵다. <p style="font-family: Montserrat, " noto="" sans",="" "san="" francisco",="" "myriad="" set="" pro",="" "lucida="" grande",="" "helvetica="" neue",="" helvetica,="" applesdgothicneo,="" "droid="" malgumgothic,="" "hy="" dotum",="" dotum,="" "lexi="" gulim",="" arial,="" verdana,="" "sans-serif";="" margin-top:="" 1em;="" margin-bottom:="" border:="" 0px;="" font-size:="" 18px;="" text-size-adjust:="" 100%;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(51,="" 51,="" 51);="" text-align:="" justify;="" line-height:="" 1.5;"=""> <p style="font-family: Montserrat, " noto="" sans",="" "san="" francisco",="" "myriad="" set="" pro",="" "lucida="" grande",="" "helvetica="" neue",="" helvetica,="" applesdgothicneo,="" "droid="" malgumgothic,="" "hy="" dotum",="" dotum,="" "lexi="" gulim",="" arial,="" verdana,="" "sans-serif";="" margin-top:="" 1em;="" margin-bottom:="" border:="" 0px;="" font-size:="" 18px;="" text-size-adjust:="" 100%;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(51,="" 51,="" 51);="" text-align:="" justify;="" line-height:="" 1.5;"="">역설적으로, 일선 현장의 연구자들이 창의적 아이디어로 자유로이 도전할 수 있어야 한다. 설사 그 목표가 불가능에 가까워 보이더라도 좋다. 탄소배출량을 획기적으로 줄이고, 흡수량 역시 대폭 늘려야 한다는 목표 자체가 이미 도전적이다. 지금은 그 목표를 달성할 수단을 찾기 위해 성과에 대한 압박 없이 무조건적인 지원을 아끼지 않을 때다. 지금처럼 수년 안에 우수 논문 몇 편, 특허 몇 개, 일자리 몇 개 등 손으로 꼽을 수 있는 잣대, 즉 정량지표를 들이댄다면 과연 탄소중립을 앞당길 수 있는 파급효과 큰 혁신이 우리 손에서 나올 수 있을까? <p style="font-family: Montserrat, " noto="" sans",="" "san="" francisco",="" "myriad="" set="" pro",="" "lucida="" grande",="" "helvetica="" neue",="" helvetica,="" applesdgothicneo,="" "droid="" malgumgothic,="" "hy="" dotum",="" dotum,="" "lexi="" gulim",="" arial,="" verdana,="" "sans-serif";="" margin-top:="" 1em;="" margin-bottom:="" border:="" 0px;="" font-size:="" 18px;="" text-size-adjust:="" 100%;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(51,="" 51,="" 51);="" text-align:="" justify;="" line-height:="" 1.5;"=""> 급할수록 돌아가라는 격언은 영어로 ‘천천히 서둘러라(Make haste slowly)’로 쓸 수 있다. 본디 창조적 인재인 연구자에게 자유롭게 상상하고, 그 상상을 결과물로 구현할 시간과 자원을 부여하자. 연구자들이 천천히 서두를 수 있다면 그것이 바로 탄소중립이라는 거대한 장애물을 넘기 위한 도움닫기의 정석이다. 출처 : 헤럴드경제(http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20211221000425)

코로나19 유행이 뜻밖에도 다른 감염병을 극적으로 감소시키고 있다. 국민건강보험공단 발표에 따르면 지난해 감기와 폐렴은 절반 넘게, 독감 환자는 무려 98%가 줄어들었다. 호흡기 질환뿐만 아니라 식중독, 결막염 등의 감소세도 뚜렷하다. 마스크 착용과 손씻기, 사회적 거리두기 등이 일상화된 덕분이다. 그러나 방역수칙의 꾸준한 실천에도 국내 치사율이 코로나의 3배인 '결핵'만큼은 여전히 건재한 것으로 나타났다. 결핵은 9000년 전 선사시대 사람의 뼈에서도 병흔이 발견될 정도로 오래된 전염병이다. 매년 200만명 이상이 결핵에 걸려 사망해 온 것으로 추정된다. 19세기에 이르러서는 '결핵의 시대'라 할 정도로 동서양 가릴 것 없이 많은 이가 목숨을 잃었다. 결핵은 밀폐되고 환기가 잘되지 않는 곳에서 잘 퍼졌다. 산업 발달과 도시화로 전염 위험이 더 커진 것이다. 골방에서 창작 활동에 골몰하던 많은 문인과 예술가가 창백한 얼굴로 각혈을 하다 숨지는 등 결핵은 한때 지식인 질병으로 알려지기도 했다. 흡혈귀의 짓이라 믿을 정도로 아는 게 없어 더 무섭게 여겨지던 결핵은 19세기 말 '세균학의 아버지' 로베르트 코흐가 결핵균이라는 원인을 밝히며 해결의 실마리를 찾았다. 이후 결핵 예방과 치료를 위한 연구개발이 계속돼 20세기 초 마침내 프랑스 세균학자 알베르 칼메트와 수의사 카미유 게랭이 BCG 백신을 개발, 인류는 승기를 잡게 된다. 예방 백신과 치료제가 보편화하고 인류의 위생과 영양 상태가 빠르게 개선되면서 결핵은 점차 일부 빈곤 국가를 제외하면 사라진 질병으로 인식돼 갔다. 한국과학기술연구원(KIST) 역시 1970년대 세계에서 세 번째로 폐결핵 치료제인 에탐부톨의 합성에 성공하며 결핵 퇴치에 혁혁한 공을 세웠다. 결핵 퇴치를 위해 연구실의 불을 밝힌 선배들의 DNA는 지금도 면면히 이어지고 있다. KIST가 개발한 면역증강제가 국산 코로나19 백신 개발을 앞당기고 있고, 가까운 미래인 고령화사회를 대비한 치매 치료제 연구 역시 더욱 속도를 내고 있다. 그러나 우리나라는 어느새인가 다시 결핵 환자가 늘기 시작했다. 경제협력개발기구(OECD) 36개 회원국 가운데 결핵 발생률 1위, 사망률 2위라는 불명예의 꼬리표를 달고 있다. 이 꼬리표를 떼기 위해 안간힘을 쓰고 있다. 코로나19로 인해 다른 감염병이 크게 감소한 상황에서도 결핵은 신규 환자 신고 건수가 전년 대비 소폭 줄어드는 데 그쳤으니 방역수칙 생활화도 별다른 영향력을 미치지 못하는 것일까. 질병관리청은 결핵의 50%가 감염 후 2년 내, 나머지 50%는 평생 잠복 상태로 있다가 면역력이 떨어지는 시기에 발병한다고 설명하고 있으니 향후 몇 년 더 추이를 지켜봐야 할 일이다. 감염병은 최근 그 구조와 작동 방식 등에 관해 많은 지식이 쌓이고 있지만 예측이 어렵고 효과적인 대응에 어려움이 많다. 민간 기업은 백신과 치료제 개발에 막대한 자금이 필요하기 때문에 관심을 두기 어렵다. 따라서 공공성을 기반으로 한 진단과 치료, 예방의 통합적인 연구가 어느 분야보다 절실하다. 특히 이미 겪었거나 겪고 있는 감염병에 대한 지속적이고 심도 있는 연구를 통해 향후 갑작스러운 발생과 증가세에 빠르게 대응할 수 있는 플랫폼 기술을 구축하는 게 매우 중요하다. '세계 결핵의 날'을 맞아 정부출연연구기관의 역할에 대해 다시 생각해 본다. 코로나19 사태를 맞아 여전히 끝나지 않는 결핵과의 전쟁은 꾸준한 대비의 중요성을 더욱 실감하게 한다. 닥쳤을 때 시작해서는 결코 제대로 대응할 수 없다. 당면한 사회문제 해결과 함께 다가올 미래에 대한 예측과 준비가 공공연구기관의 존재 이유여야 한다. 출처: 전자신문 (https://www.etnews.com/20210323000149?obj=Tzo4OiJzdGRDbGFzcyI6Mjp7czo3OiJyZWZlcmVyIjtOO3M6NzoiZm9yd2FyZCI7czoxMzoid2ViIHRvIG1vYmlsZSI7fQ%3D%3D)

강민구 KIST 인공지능연구단 선임연구원 순간이동, 이른바 텔레포테이션(Teleportation)은 사용자가 원하는 공간으로 순식간에 이동하는 기술로 만화 ‘드래곤볼’의 주인공(손오공)이 행성을 오가며 지구인을 구할 때 사용하던 초능력이다. 이를 미 항공우주국(NASA)이 2021년 ‘홀로포테이션(Holoportation)’이라는 기술로 의료진을 지구 밖 국제우주정거장으로 순간이동하는 것처럼 구현하는 데 성공했다. 과학기술을 통해 시공간을 초월하는 듯한 꿈같은 시대가 열린 것이다. 홀로포테이션은 ‘홀로그램(Hologram)’과 ‘텔레포테이션(Teleportation)’을 합성한 말이다. 실물에 대한 홀로그램을 생성하고, 특정 공간에 그 홀로그램 영상을 전송해 재현함으로써 그 공간에 마치 실물이 존재하는 것 같은 효과를 제공하는 기술이다. 홀로그램 기술은 전통적으로 실감 콘텐츠 재현을 목적으로 주로 연구되었으나, 이제는 홀로포테이션과 같은 응용기술의 개발로 인류의 사회적 문제를 극복할 수 있는 수단으로서 역할이 점차 확장되고 있다. 예를 들어 코로나 팬데믹 사태로 물리적, 정신적 교류 단절이 사회적 문제가 되는 때에 홀로그램 기술은 비대면 진료, 원격 지도와 같은 응용 서비스를 위한 핵심 원천 기술이 된다. 이를 활용하면 인류의 고립감을 기술적으로 해소할 수 있는 수단이 될 수 있다. 현재 주목받는 ‘디지털 트윈(Digital Twin)’이나 ‘메타버스(Metaverse)’와 같은 비대면·원격 협업을 위한 기술 또한 궁극적으로 홀로그램을 시대적 상황에 맞게 발전시켜가는 응용 서비스의 예로 꼽힌다. 홀로그램은 기원전 300년경 그리스 수학자 유클리드의 양안시차(兩眼視差) 연구에서부터 15세기 말 레오나르도 다빈치의 원근법 연구, 19세기 영국의 찰스 휘트스톤의 입체거울 실험, 20세기의 데니스 가보르의 홀로그래피 연구에 이르기까지 아주 오랜 역사를 자랑한다. 이상적인 홀로그램은 완전한 입체감을 재현하는 기술로 관찰자가 응시하는 곳에 하나의 상으로 부피감 있게 존재해야 하며, 수정체의 초점 조절에 반응 가능하고, 위치에 대응하여 물체의 자연스러운 측면이 관찰되는 운동시차가 제공되어야 한다. 그러나 현재의 홀로그램 기술은 재현 가능한 영상의 크기에 비해 장치의 부피가 지나치게 크고, 홀로그램의 해상도나 품질에 비해 비용이 너무 높아 실질적인 상용화가 어려운 수준이다. 이러한 이유로 실제 산업에서는 레오나르도 다빈치의 명화와 같이 원근법을 이용한 시각적 착시로 입체감과 공간감을 제공하는 ‘유사 홀로그램’ 기술이 주로 사용되고 있다. 그렇다면 산업에서의 홀로그램의 적용은 시기상조일까. 대답은 당연히 “아니요”다. 이상적인 홀로그램은 아니지만, 연구자들의 지속적인 노력으로 초다시점(Super Multi-View) 디스플레이, 근안(Near-Eye Display) 디스플레이 등 완전입체 효과를 제공하는 고도화된 입체 영상 재현 기술의 개발을 통해 이상적인 홀로그램을 효율적으로 대체하려는 노력이 활발히 진행되고 있다. 그리고 이러한 대체 기술을 실제 산업에 적용한 실증 연구를 통해 일상에서의 홀로그램 응용 서비스가 운용되는 시대가 코앞으로 다가왔다. 예를 들어, 의료 분야에서는 CT, MRI 등 기존 의료 영상을 3D 모델로 자동 변환해 2D 모니터가 아닌 홀로그램 장치로 재현하고, 의사가 영화 ‘아이언맨’에서 묘사된 것과 같이 간단한 손동작만으로 홀로그램을 자유롭게 제어할 수 있다. 마치 의사가 환자의 몸을 투시하는 것과 같은 효과를 누리며 수술을 진행할 수 있는 기술이 국내 연구소에 의해 개발된 것이다. 군수 분야에서는 전차 내부의 조종사가 전차 외부에 부착된 카메라를 통해 전방위 상황 정보를 홀로그램으로 재현하고, 이를 관찰하면서 안전하게 전차를 조종하는 기술이 개발돼 국산 전차에도 적용됐다. 이와 유사하게 원격지 지휘관이 현장의 경계 감시 업무를 수행 중인 병사의 1인칭 시점 영상으로부터 수집되는 경계 감시 인식 정보를 홀로그램 장치로 관제하는 홀로그램 기술이 개발돼 실제 전투 현장에 적용되고 있다. 이처럼 현재 홀로그램 기술은 전에 없었던 기대를 모으고 있다. 홀로그래픽 비대면 화상회의, 홀로그래픽 인공지능 비서 등 시공간을 초월하는 홀로그램 응용 서비스를 통해 인류 사회의 일상이 어떻게 변화될지 기대된다. 출처: 조선일보(링크)

- 국민이 체감하는 핵심성과 창출을 위해 상호 소통 및 협업하는 바이오분야 공공연구기관 협의체 출범 - 바이오분야 13개 공공연구기관 업무협약서(MOU) 체결식 개최 과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 과기정통부)와 바이오분야 13개 공공연구기관은 상호 소통 및 협업을 통해 국민들이 체감할 수 있는 핵심 성과를 창출하기 위해 ｢바이오분야 공공연구기관 협의체(이하 협의체)｣를 구성하고 6월 18일(화) 16:30 한국원자력의학원에서 공공연구기관 업무협약서(이하 MOU) 체결식을 개최했다고 밝혔다. 최근 정부는 첨단바이오를 미래 국가기술 경쟁력의 3대 게임체인저 중 하나로 인식하고 첨단바이오 분야에서 글로벌 선도국으로 도약하기 위한 국가 전략인 ｢첨단바이오 이니셔티브｣를 발표한 바 있다. ｢첨단바이오 이니셔티브｣를 차질 없이 추진하고 첨단바이오 분야에서 기술경쟁력을 확보하기 위해서는 바이오 분야 연구개발(R&D)의 한 축을 담당하고 있는 공공연구기관이 상호 협력하여 역량을 최대한 결집하는 것이 필수적이다. 이미 해외 주요국들은 첨단바이오 난제해결 등 도전적인 연구에 기관 간 협력을 통해 성과를 내고 있다. 실제로 2022년에는 미국 국립인간게놈연구소(NHGRI)가 중심이 된 세계 33개 기관의 컨소시엄인 ‘텔로미어 투 텔로미어(T2T)’ 컨소시엄은 협력연구를 통해 지금까지 밝혀지지 않았던 인간 DNA 염기 약 2억쌍을 새롭게 밝혀내는 성과를 내면서 난치암, 치매 등 유전자 변이와 관련된 각종 질환의 원인 규명에 한 발자국 더 다가갈 수 있는 발판을 만든 사례도 있다. 하지만 우리는 지금까지 개별기관 단위의 목표 수립, 분절적 예산 운용 등 칸막이식 운영으로 국가적 아젠다에 효과적으로 대응하지 못하고, 첨단바이오 핵심기술을 확보하는데 한계가 있었다. 이번 협의체는 이러한 인식에서 비롯된 것이며, 13개 바이오분야 공공연구기관과 대통령실, 과기정통부 등 정부가 참여하여 기관 간 협력연구 주제를 발굴하고 첨단바이오 육성 방안에 대해 논의하는 등 상호 소통 및 협업의 구심점 역할을 수행한다. 특히 이번 협의체에는 과기정통부 유관 공공연구기관뿐만 아니라 국립보건연구원, 국립암센터 등 보건복지부 유관 공공연구기관도 참여하여 바이오 전 분야를 아우를 수 있도록 구성하였다. 협의체에 참여하는 공공연구기관은 국립보건연구원, 국립암센터, 안전성평가연구소, 한국과학기술연구원, 한국과학기술정보연구원, 한국기초과학지원연구원, 한국뇌연구원, 한국생명공학연구원(간사기관), 한국식품연구원, 한국원자력의학원, 한국전자통신연구원, 한국한의학연구원, 한국화학연구원(이상 가나다 순) 등 13개 기관이다. 바이오분야 핵심 연구인력 약 2,700여명을 보유하고 바이오 국가R&D 약 6,300억원(’24년 기준)을 담당하는 13개 기관들이 첨단바이오 강국 도약을 위해 ‘원팀’을 구성하는 것이다. 향후 수요 및 필요에 따라 참여기관을 지속 확대할 계획이다. 바이오분야 공공연구기관은 협의체 활동을 통해 국가 정책에 발맞춰 첨단바이오 기술경쟁력을 확보하기 위한 협력 연구개발사업을 기획하고, 연구 시설 및 장비 공동 활용, 핵심인재 육성, 바이오 데이터 공동 생산 및 활용 등 다양한 분야에서 기관 간 협력 방안을 도출한다. 또한 정부와 협력하여 바이오 분야 미래 아젠다를 발굴하고 바이오 분야 국가 정책 방향을 논의하는 등 싱크탱크의 역할도 수행한다. 아울러 연구기관의 주요 연구내용 및 연구성과 공유도 활발히 진행하여 협력의 저변을 넓힐 계획이다. 이날 행사에서 바이오분야 13개 공공연구기관은 이러한 협력 내용을 담아 상호 MOU를 체결하였으며, 체결식 이후 분야별 워킹그룹 구성을 통해 기관 간 협력 연구개발 프로젝트 기획, 기관 별 연구성과 및 정보 교류를 위한 워크숍 운영 등 세부적인 협의체 운영계획에 대해 논의하였다. 협의체 위원장으로 선출된 서판길 한국뇌연구원 원장은 “이번 협의체 구성으로 바이오 분야의 13개 공공연구기관이 서로 소통과 협력을 위한 첫발을 내딛었다는 점에서 의미가 크다”라며, “협의체 활동을 통해 공공연구기관이 맡은 소임을 다하면서 국민들이 체감할 수 있는 성과를 창출할 수 있도록 노력할 것”이라고 하였다. 한편, 협의체 참여기관들은 오늘 논의된 사항을 토대로 협력 프로젝트 발굴을 위한 워킹그룹 구성 등 협력 분야를 7월 중으로 결정하고 첨단바이오 핵심기술 확보를 위한 협력 프로젝트를 올 연말까지 도출하기 위해 박차를 가할 계획이다.

KIST 제작 청렴계약 안내 리플렛입니다.

- 태양광 조사 조건에서 작동하는 친환경 나노플라스틱 제거 소재 - 기존 정수장에서 처리하기 어려운 수백 나노미터 수준 미세플라스틱 추가설비 없이 응집제만으로 99% 제거 가능 플라스틱 폐기물은 시간이 지나면서 분해를 거듭해 미세플라스틱으로 변한다. 현재 운용 중인 정수장에서는 20μm보다 작은 미세플라스틱은 제거할 수 없어 보다 큰 크기로 뭉친 후 제거해야 한다. 이를 위해 철 (Fe) 또는 알루미늄 (Al) 기반 응집제가 사용되나, 이들 물질은 물에 잔류해 인체에 심한 독성을 유발하기 때문에 별도의 처리 공정이 요구되는 등 궁극적인 해결책은 되지 못한다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 최재우 박사 연구팀은 가시광이 조사되는 조건에서 나노플라스틱을 효과적으로 응집할 수 있는 친환경 금속-유기물 골격체 기반 고형 응집제를 개발했다고 밝혔다. 페로시안화 칼륨 용액에 염화 철(III)을 더한 금속-유기물 골격체 기반 물질인 ‘프러시안 블루’최초의 합성안료로 청바지를 진한 파란색으로 물들이는 데 사용되며, 최근에는 일본 방류수에서 방사성 원소인 세슘을 흡착하는 용도로도 사용된 바 있다. KIST 연구팀은 프러시안 블루를 활용한 수중 방사성 물질 제거 관련 실험을 진행하던 중 가시광 조사 조건에서 프러시안 블루가 미세플라스틱을 효과적으로 응집하는 현상을 발견했다. KIST 연구팀은 프러시안 블루의 응집효율을 극대화할 수 있도록 결정 구조를 조절해 미세플라스틱을 효과적으로 제거할 수 있는 소재를 개발했다. 개발된 소재에 가시광을 조사하면 기존 여과기술로는 제거하기 힘들었던 약 0.15μm(150nm) 직경의 초미세플라스틱을 약 4,100배 크기로 응집해 제거가 용이한 크기로 만들 수 있다. 실제 실험 결과 물속 미세플라스틱을 최대 99%까지 제거하는 것을 확인했다. 개발된 소재는 또한 자신보다 3배 이상 많은 양의 초미세플라스틱을 응집할 수 있는 성능을 지니고 있는데, 이는 기존에 활용되는 철이나 알루미늄을 사용한 응집제보다 약 250배 우수한 응집효율이다. 연구팀이 개발한 소재는 특히 인체에 무해한 프러시안 블루 소재를 사용할 뿐 아니라 물에 녹여 사용하는 방식이 아닌 고형 응집제를 사용하기 때문에 잔여물 회수가 쉽다. 또한 자연광을 에너지원으로 하므로 저에너지 공정 구현 또한 가능하다. KIST 최재우 박사는 “일반적인 하천, 하폐수 처리 시설이나 정수장에 적용할 수 있는 후보 소재로서 상용화 가능성이 매우 높은 기술”이라며, “개발된 소재를 사용하면 수계에 존재하는 나노플라스틱뿐 아니라 물속 방사성 세슘까지 정화할 수 있어 안전한 물을 공급할 수 있을 것”이라고 기대했다. 한편, 논문의 제1저자인 KIST 정영균 박사후 연구원은 “이 소재의 원리를 활용하면 초미세플라스틱 뿐 아니라 수계에 존재하는 다양한 오염물질을 제거하는데 활용 가능할 것”이라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 소재혁신선도사업(2020M3H4A3106366)과 KIST 기관고유사업(2E32442)으로 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Water Research」에 10월 1일 게재*되었다. [그림 1] 나노플라스틱과 가시광 활성 응집 소재의 상호작용 수중 응집소재가 가시광조사 환경에서 나노플라스틱과 정전기적인 상호작용을 통해 화학적인 산화-환원 반응을 일으키고 그 결과 안정화된 응집물이 형성된다. [그림 2] 가시광활성 나노플라스틱 응집소재의 구조 및 응집 과정 (a) 나노플라스틱 응집 소재의 구조와 합성 과정을 보여준다. (b) 가시광이 조사되는 나노플라스틱이 존재하는 물에 응집소재를 첨가한 후 응집물이 형성되는 과정을 보여준다. 가시광이 조사되면 (f) 격자 내 전자 이동이 발생되어 정전기적인 준안정 상태를 유도한다. (g) 이를 안정화하기 위하여 표면 음전하를 띤 나노플라스틱과 응집 현상이 일어나고 (h) 안정화된다. 20 μm 이상의 응집물에 포함된 나노플라스틱을 (c) 막을 활용하여 회수한다. (d) 이미지는 응집물을 촬영한 전자주사현미경 이미지를 보여주며 (e)는 응집물에 포함된 나노플라스틱을 보여주는 확대 전자주사현미경 이미지이다. [그림 3] 응집 소재를 활용한 나노플라스틱 제거 성능 (a)는 가시광 조사 환경에서 시간에 따라 나노플라스틱과 응집소재가 응집되어 서로 뭉치는 과정을 촬영한 스냅숏 이미지를 나타낸다. (b) 처리 시간에 따라 응집물의 크기가 증가되어 25분이 지나면 응집물의 크기가 최대가 되며 제거 반응이 종료되는 것을 나타내는 그래프이다. (c) 폴리알루미늄클로라이드(PAC)라는 상용 수용성 알루미늄 기반 응집제와 본 연구의 고형 응집 소재를 활용해 형성된 응집물이 형성된 후 교반 속도에 따른 용액의 탁도를 나타내는 그래프이다. 교반 속도가 증가하면서 생기는 흐름에 의해 응집물이 부서지면 탁도가 높아지게 되는데, 본 연구에서 소개된 소재(FeHCF nanobot)이 형성한 응집물이 상용 응집 소재(PAC)보다 약 2배 가량 높은 교반 속도에서 부서져 높은 물리적인 안정성을 나타낸다. 이러한 안정성은 응집물을 회수하기 용이하게 한다. (d) 나노플라스틱의 농도가 증가함에 따라 소재의 나노플라스틱 제거량이 높아지는 것을 나타내는 그래프이다. (e) 처리시간이 20분 정도 지나면 소재가 반응 평형에 도달해 빠르게 효율적으로 나노플라스틱을 응집할 수 있는 능력을 보여준다. (f) 기존에 개발된 응집 및 흡착소재와 나노플라스틱의 최대 제거 성능과 속도를 비교한 그래프를 나타낸다. 이전 연구들의 결과에서 도출된 수치를 큰 차이로 상회하는 결과를 보여준다. [그림 4] 응집 소재의 실제 자연수로 적용 가능성 평가 (a) 용액의 pH가 응집 소재의 나노플라스틱 제거 성능에 미치는 영향을 보여주는 그래프. 자연수와 유사한 중성 영역의 pH에서 나노플라스틱 제거 성능이 뛰어났다. (b) 자연수에 가장 높은 농도로 존재하는 4가지 양이온이 공존하는 조건에서의 나노플라스틱 제거 성능을 증류수에서의 나노플라스틱 제거 성능과 비교한 그래프를 나타낸다. 또한, (c) 자연수에 가장 높은 농도로 존재하는 4가지 음이온이 공존하는 조건에서의 나노플라스틱 제거 성능을 증류수에서의 나노플라스틱 제거 성능과 비교한 그래프를 나타낸다. (d) 잘 배열된 응집 소재의 결정 격자가 (e) 양이온이 공존하는 조건에서 내부 침투에 의한 격자 간격이 늘어나고(intercalation) 이에 따라 불안정한 상태가 미세플라스틱과의 반응을 촉진했다. (f) 음이온들이 결정 외부에 흡착되며 불안정한 상태가 되어 미세플라스틱과의 반응을 촉진했다. 하지만, (g) 공존하는 유기물은 미세플라스틱에 대한 응집 효율을 저하시켰다. (h) 나노플라스틱의 초기농도가 20 mg/L 미만인 경우에 99.9%의 제거 효율을 보여준다. (i) 적정 가시광의 세기가 조사되는 환경에서 응집 소재의 나노플라스틱 제거 성능이 가장 높았다. ○ 논문명: Visible-light-induced Self-propelled Nanobots Against Nanoplastics ○ 학술지: Water Research ○ 게재일: 2023.10.1. ○ DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120543 ○ 논문저자 - 정영균 박사 후 연구원 (제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 정경원 책임연구원 (교신저자/KIST 물자원순환연구단) - 최재우 책임연구원 (교신저자/KIST 물자원순환연구단)