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박지혜
박지혜(Jihye Park) 저자 이메일 보기
연세대학교 의과대학
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157 KB
  CV updated 2021-02-08 18:36
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Recording of elapsed time and temporal information about biological events using Cas9

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

최근 DNA 염기서열을 정보 저장의 매개체로 사용하려는 시도가 새로운 연구 분야로 각광받고 있습니다. 수십 만년 이상 보존할 수 있는 DNA의 안정성, 높은 저장 밀도가 DNA 염기서열에 정보를 저장할 때의 큰 장점이라 할 수 있습니다. 또한 시퀀싱 기술 발전에 따른 염기서열 분석 비용의 절감, DNA 합성 기술의 발전이 ‘DNA 정보 저장 시스템’의 개발을 더욱 촉진하고 있습니다.

DNA 정보 저장 시스템과 더불어, 생물 분야에서 배양 세포나 조직, 생체 내에서 세포들의 계통을 추적하는 ‘리니지 추적 연구’ 기술도 빠르게 성장하고 있습니다. ‘리니지 추적 연구’란 특정 생명 현상에 대해 연구할 때에, 한 순간만을 기록한 사진과 같은 단편적 정보로 분석하는 것이 아니라, 시간이 흐름에 따라 정보를 기록한 영화와 같이 세포가 겪은 역사를 함께 분석하려는 최신 연구 방법이라고 할 수 있습니다.

생명 공학 기술의 이런 시대적 맥락에서 보면, ‘DNA 정보 저장 시스템’의 성능이 결국 ‘리니지 추적 연구’의 깊이를 결정한다고 할 수 있습니다. 세포 내에서 발생한 분자 단위의 생물학적 사건에 대해서 어떤 종류의 정보를 분석할 수 있는지, 어느 정도의 정확도와 해상도로 측정할 수 있는지가 매우 중요하기 때문에 고성능 DNA 정보 저장 시스템의 개발에 대한 요구가 점점 증가하는 추세입니다.

지금까지 보고된 논문들을 살펴보면 연구하고자 하는 생명 현상에 대한 공간적 정보를 분석하는 기술보다 시간에 대한 정보를 읽어내는 기술의 개발이 상대적으로 미미하다고 할 수 있습니다. 기존에 발표된 시간 정보 기록 시스템들의 한계점으로는 몇 일 내의 짧은 시간 구간에서만 측정이 가능하다거나 시간 측정값을 수치화할 수 없다는 점, 시간 정보가 매우 낮은 해상도와 높은 오차율을 갖는다는 점 등이 있습니다.

하지만 이번 연구를 통해 유전자 가위 분야의 라이브러리 기술을 DNA 정보 저장 분야에 접목하여, 매우 높은 해상도와 정밀도를 갖춘 ‘DNA 시계’를 개발하는 데에 성공할 수 있었습니다. 또한, 여러 가지 통계 분석, 수학적 모델링과 데이터 시뮬레이션을 통해 60일 정도의 시간 구간에서 시간 측정의 정확도를 향상시켰습니다. 나아가 특정 생명 현상을 측정할 수 있는 ‘생명 현상 측정 DNA 시계’ 카세트를 고안하고 이를 이용하여 열 충격, 염증 반응의 발생 시점을 인간 세포 혹은 생쥐 체내에서 측정하는 데에 성공하였습니다.

이 ‘생명 현상 측정 DNA 시계’는 향후 생물학적 미세 환경 속에서 발생하는 일련의 세포 신호 및 생체 역학에 대해 규명하는 등 다양한 생물 분야 연구에 적용할 수 있을 것으로 생각됩니다. 예를 들어, 동물의 발생 과정, 인간 질병 기저 메커니즘 연구 등과 같은 광범위한 기초 연구 및 의생명과학과 나아가서는 생태계 동물 추적 등을 통한 생태학 분야에 적용될 수도 있을 것입니다.

이 연구는 저의 첫 번째 논문이긴 하지만 4년이라는 기간 동안 셀 수 없이 많은 시행 착오를 겪으면서 진행되었습니다. ‘DNA 시계’라는 아이디어가 실현 가능한지도 모르는 상태로 연구에 착수하면서 실패와 좌절도 많이 겪었습니다. 10번이 넘도록 저널에 투고하고 떨어지는 과정을 반복하면서 부족한 부분을 차츰 채우고, 리뷰어들이 지적한 부분들을 김형범 교수님, 공동 연구자 분들과 함께 고쳐 나갔습니다. 그런 과정들을 거치면서 정말 감사하게도 저희 연구의 가치를 인정받아 ‘Cell’이라는 세계적인 저널에 게재될 수 있었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

저는 연세대학교 의과대학 약리학교실 소속 김형범 교수님 연구실에서 석박통합과정을 하고 있습니다. 저희 유전자 가위 연구실의 전체 인원은 20명 정도이며, 대다수가 학생이고 이 외에 포닥 박사님들, 행정 조교선생님들까지 골고루 섞여 있습니다. 연구 분야로는 유전자 가위 라이브러리 기술을 이용한 대량 활성도 분석, 유전자 치료제 개발, 동물 질환 모델 제작, 스크리닝 연구 등 넓은 스펙트럼의 연구를 진행 중이며, 랩원들이 모두 열정적으로 각자의 분야에서 최선을 다하고 있습니다. 연구 분야가 다양하여 랩원들끼리 서로 궁금한 부분을 활발하게 교류할 수 있다는 큰 장점이 있습니다.

김형범 교수님께서는 학생들의 연구를 전폭적으로 지원해주시며, 오롯이 연구에 몰두할 수 있도록 행정 조교선생님들께서 행정 관련 업무 등을 전담하여 학생들을 도와주십니다. 또한 저희 연구실이 위치해 있는 에비슨의생명연구센터는 다양한 공용 기기와 연구 지원을 통해 최적의 연구 환경이 조성되어 있다고 생각합니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

저는 어릴 적부터 항상 생물학자되는 것이 꿈이었습니다. 그토록 원하던 연구를 하는 데에도 불구하고 대학원 생활을 하면서 연구가 원래 이렇게까지 힘이 드는 건가 하는 생각을 수도 없이 많이 하였습니다. 비단 저 뿐만 아니라 많은 대학원생들이 공통적으로 느끼는 생각이라 확신합니다. 실험을 계획하며 문헌 조사를 할 때, 실험을 수행할 때, 데이터를 분석할 때, 논문 정리 할 때, 논문이나 실험 결과를 발표할 때 등 매순간 쉬웠던 적은 없었던 것 같습니다. 항상 고민하고 걱정하고 안될 것에 대비해 대안을 찾았습니다.

실험 결과가 불안할 때에는 잠을 설치기도 하였지만, 매일 매일 작은 성공에 집중하고 보람을 느끼며 4년의 대부분을 보내었던 것 같습니다. 실험 결과가 예상대로 안 나오면 스스로에게 아 뭐 그럴 수도 있지 하며 긍정적인 태도를 유지하려 노력하였습니다. 반면 예상한 대로 실험 결과가 나올 때엔 더할 나위 없는 행복감과 보람을 느꼈습니다. 제게 있어 힘든 연구 생활을 버티게 한 가장 큰 원동력 중 하나가 바로 프로젝트를 수행하면서 작은 성공들을 반복하며 느껴지는 자부심과 보람인 것 같습니다.

또 다른 원동력으로는 논문의 리뷰 과정을 거치면서 동료 과학자들로부터 인정받았을 때에 오는 큰 보람이 있습니다. 첫 논문이라 더 그랬겠지만 이번 논문의 리뷰 과정에서 받은 코멘트들을 여러 번 읽고 또 읽었습니다. 제 손 안의 실험 결과에서 시작해 논문화되기까지, 같은 분야의 다른 연구자들에게 저희가 주장하는 저희 논문의 가치와 적용 가능성, 전망을 평가받는 과정은 연구 활동 중 그 어떤 경험과도 비교할 수 없는 값진 경험이었습니다. 저의 연구 결과로 인류를 위한 과학의 발전에 조금이나마 이바지할 수 있다는 것 자체로 연구자로서의 큰 자부심이 느껴지기도 하였습니다. 이런 보람과 자부심이 논문 정리와 실험으로 완전히 지쳐있던 제게 또 다시 시작할 수 있는 큰 힘을 준 것 같습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

유전자 편집 기술 분야는 작년 노벨 화학상 수상자가 나온 분야인 만큼 많은 연구자들이 큰 관심을 가지고 연구에 매진하고 있습니다. 유전자 편집 기술이 단기간에 하루가 다르게 발전하고 있긴 하지만 이 기술 자체가 워낙 적용할 수 있는 분야가 방대하다 보니 저는 이 분야가 여전히 블루 오션이라 느껴집니다. 유전자 치료제 개발, 새로운 유전자 가위의 개발 및 검증, 유전자 편집 기술을 적용한 기초 과학 연구, 스크리닝을 통한 질병 기작 연구, 그 외 유전자 편집 기술을 도구로 사용한 합성 생물학 분야 등 응용 가능한 연구가 무궁무진합니다. 지금 이 분야로 새롭게 진학하는 후배들에게도 추천할 수 있는 분야라 생각합니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

이번에 발표한 논문의 후속으로 단일 세포 수준에서 생명 현상의 시간 정보를 분석하는 시스템을 구축하는 ‘단일 세포 생명 현상 측정 DNA 시계’ 연구를 해보려 합니다. 그리고 가능하다면, 어려운 과제이겠지만, 단일 세포 수준에서 특정 생물학적 미세 환경에 대한 ‘리니지 추적 연구’를 수행하고 싶습니다. 단일 세포 수준에서 분석하면 bulk 세포에서는 밝힐 수 없었던 새로운 차원의 값진 정보들를 알아낼 수 있어 가치가 매우 클 것이라 생각합니다.

뿐만 아니라 연구 역량을 더욱 높이기 위해 기존 논문과는 전혀 다른 새로운 연구에도 도전해보려 합니다. 특히, 유전자 편집 분야의 지식을 다른 기초 연구와 접목하여 이전에는 달성할 수 없었던, 새로운 과학적 지식을 발견할 수 있는 여러 과제들이나 유전자 치료제 개발과 관련된 연구에도 끊임없이 도전해보려 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

감사의 마음을 전하고 싶은 분들이 너무나도 많습니다. 먼저 항상 지지해주고 믿어주며 오랫동안 저를 기다려준 가족에게 가장 큰 영광을 돌립니다. 항상 최고로 현명한 인생의 조언을 주는 아빠, 겸허해질 정도로 무한한 사랑을 주는 엄마, 제 인생 최고의 동기인 오빠, 세계 최고로 귀여운 강아지 뽀송이 모두 존경하고 사랑합니다. 항상 조용히 곁을 지켜주는 제 정신적 지주 승훈오빠도 항상 고맙습니다.

연구를 수행함에 있어 제가 자율적으로 생각하고 스스로 해결할 수 있는 힘을 기르게 해주신 저의 지도 교수이신 김형범 교수님께 깊은 감사와 존경의 마음 전합니다. 포기하고 싶은 절망의 순간들이 많았음에도 끝까지 저를 이끌어주신 교수님의 가르침과 훈련을 통해 연구적으로 많이 성장할 수 있었던 것 같습니다. 앞으로도 멋진 연구들 함께 하며 많은 조언 구하겠습니다.

백지였던 제 연구 인생의 틀을 잡아주신 이석진 박사님 진심으로 감사드립니다. 저희 연구에 없어서는 안될 큰 도움을 주셨던 공동 연구자 분들, 항상 배울 점이 많은 연구실 랩원들 (같이 울고 웃는 상연이, 항상 놀라운 진만샘, 행복한 동기 소언이, 귀여운 유진, 자비로운 라무 박사님, 배울 점 많은 희권오빠, 항상 감사드리는 선미, 영혜 선생님, 똑 부러지는 정홍이 등), 항상 저를 진심으로 응원해주시는 배정윤 박사님, 윤겸 언니, 은서 언니, 다은 언니, 한솔 언니, 친구들, 친척분들 모두 아낌없는 지원에 깊이 감사드립니다. 제 곁의 이 한 분 한 분 진심어린 조언과 도움의 손길이 없었다면 지금의 저는 없었을 거라 확신합니다. 이 모든 분들께 영광을 돌리며 인터뷰를 마치겠습니다. 감사합니다!

#DNA 시계 #생명 현상 측정 #유전자 편집 기술
Category: Cell_Biology, Biochemistry, Molecular_Biology
등록일 2021-02-17
  댓글 1
회원작성글 김희권  (2021-02-19 13:23)
끝까지 잘 마무리하느라 고생 많았어 ^^ 축하하고 앞으로도 좋은 연구들 많이 하길 바래~.
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