국내 시스템생물학 및 구조생물학 연구의 발전 과정, 기술적 전망, 그리고 이를 뒷받침하기 위한 국가적 지원 체계와 인프라 구축의 필요성 doc_id PCY_201504220915095011_11

국내에서는 2002년도에 시스템생물학 연구회 구성으로 그룹화, 상호연계연구, 연구대상 생체시스템의 체계적인 선정 등이 이루어지기 시작했으며, 2003년 4월에 서울대 문화관에서 국내에서는 처음으로 시스템생물학 국제학술대회(Seoul Symposium on Systems Biology 2003)가 개최되었다. 2003년 6월부터는 시스템생물학을 국책연구사업과제로 선정하여 ʻʻ시스템생물학사업단ʼʼ을 출범시켰으며 11개 세부과제를 중심으로 시스템생물학연구가 시작되었다. 2005년에 2단계 사업으로 진핵세포를 대상으로 ʻʻ칼슘대사 시스템생물학연구(KOSBI)ʼʼ와 원핵세포를 대상으로 한 ʻʻ대사회로분석 및 가상세포시스템연구ʼʼ가 선정되었으며, 2008년부터 3단계, 2010년부터 4단계 사업으로 이어져 연구가 마무리 되었다. 시스템생물학은 생명과학, 정보과학, 컴퓨터 기술 등의 새로운 기술의 집약과 다양한 학문 분야의 협력이 요구되는 자본·기술 집약적인 분야인 만큼, 연구자 중심의 Bottom-up 방식의 아이디어 발굴보다는 정부차원에서의 Top-down 방식의 기획이 필요할 것으로 판단되며, 특히, 미국, 독일, 영국, 일본 등, 이 분야 선진국의 경우와 같이 일관성 있고 체계적인 연구가 수행될 수 있도록 국가차원의 시스템생물학 연구소의 설립이 시급하다고 볼 수 있다. 뿐만 아니라, 시스템생물학이 실효를 거두어 나가기 위해서는 무엇보다 실험생물학자가 전통적인 접근방법의 고수에서 벗어나 실험계획의 단계에서부터 시스템과학 전공자와 의논할 수 있는 학문적 분위기가 조성되어야 하고, 열린 생각(Open-mind)과 진정한 공동연구수행을 위한 상호노력이 이루어져야 할 것이다. 약 10여년의 역사를 가진 시스템생물학은 주로 복잡한 생체시스템을 이해하는데 역점을 두고 발전하였고, 의약 및 바이오산업을 위한 활용에는 아직 걸음마 단계에 있다. 그러나 최근 차세대 염기서열분석기(Next Generation Sequencing, NGS)의 개발로 1000 달러 게놈시대가 도래하며 시스템생물학의 활용 가치가 급증하게 되었다. 최근에는 질병의 치료보다는 질병이 발생하기 전에 발병 가능성을 가늠케 하는 예측진단(Predictive testing)과 약물에 대한 환자의 민감도를 시뮬레이션하는 의약 맞춤처방이 확대될 것으로 전망되어, 시스템생물학을 주요 기술로 하는 맞춤의료(Personalized medicine) 사업이 향후 제약시장에서 큰 비중을 차지할 것으로 사료된다. 또한, 산업 미생물 개발 분야에서도 시스템생물학의 활용 가치가 대두되고 있다. 기존에는 단순한 원자수준 구조규명을 통한 생명현상의 이해 자체에 의의를 두는 경우가 많았으나 최근에는 구조규명을 통해 얻어진 결과를 바탕으로 신약개발, 바이오센서, 생체신소재, 항원항체설계 등 여러 가지 응용분야로 구조생물학 연구가 확장되고 있다. 특히 국내의 신약개발에서 경쟁력 있는 분야로 간주되어 대기업에서 대규모 투자를 진행하고 있는 바이오시밀러의 경우 항체의 구조를 기반으로 하여 안정성 및 효능의 향상이 경쟁력 있는 제품생산에 중요한 역할을 담당하고 있어 관련분야 전문가의 육성이 시급하다. 기술개발이 적극적으로 진행되고 있는 XFEL을 사용하면 궁극적으로 단백질의 결정성장 과정 없이 고해상도의 원자수준 규명이 가능해질 것이다. 이것이 현실화 되면 결정화의 어려움 때문에 지금까지 아주 일부분만 구조규명이 가능했던 막단백질 구조연구 분야에 혁신을 가져올 것이며 이러한 구조적인 정보는 암, 당뇨병, 신경질환 등의 난치병 치료에 새로운 전기를 마련할 것이다. 여기에 그치지 않고 단분자 구조규명 기술은 살아있는 세포의 구성성분도 순간적인 구조규명이 가능할 수 있게 할 것이다. 2012년 노벨화학상은 GPCR 의 구조연구를 성공적으로 수행한 과학자들에게 돌아갔는데 이들은 오랜기간 GPCR의 생화학적 기능을 연구하여 회절실험이 가능한 결정성장에 어떠한 접근방법을 사용해야 하는가를 발견하였다. 우선 세포막 바깥부분의 고리 구조들이 유동적이라는 것을 발견하였다. 단백질의 유동적 구조부분은 결정성장시 단백질 분자들이 일정한 방향으로 배열되어 상호작용하는 것을 어렵게 해서 결정성장을 방해하는 것이 알려져 있다. 그래서 이러한 유동성을 줄이기 위해 GPCR에 결합하는 저분자물질인 기능촉진제를 사용하여 이러한 유동성을 줄이는 것이 가능했다. 또한 라이소자임을 융합한다던가 항체의 Fab 부분을 GPCR에 결합시킴에 의해서 결정접촉을 향상시켜서 회절이 가능한 결정을 얻는데 성공하였다. 미국, 일본에 이어서 포항가속기연구소 내에 국제수준의 사양을 갖는 4세대 가속기가 건설되고 있다. 미국의 스탠포드에 있는 LCLS의 설비는 2010년부터 가동되기 시작하였고 일본의 오사카에 있는 SACLA 설비는 2011년에 완공되어 2012년부터 가동되고 있다. 유럽에서도 독일의 DESY 연구소에 설비를 구축하고 있는데 이 설비는 포항의 설비보다 늦게 완공될 예정이다. 포항의 설비는 2015년 가동을 목표로 건설이 진행되고 있다. 구조생물학 분야의 이용을 위해 결맞음엑스선이미징 빔라인을 구축하고 있으며 광학장비, 시료처리장비, 회절검출장비 등을 준비하고 있다. 이 설비가 완공되면 마이크로-나노 크기의 결정을 이용한 단백질 구조규명이 가능할 것이며 효소반응이나 단백질기계기작을 연구하기 위해 시분해 회절 실험도 가능할 것이다. 법적 성과로써 2009년 생명연구자원에 대한 국가차원의 관리 및 지원체계를 구축하고자 「생명연구자원의 확보·관리 및 활용에 관한 법률」를 제정하였고 2006년 시행한「연구실 안전환경 조성에 관한 법률」에 있어서 미비점을 보완하여 개정을 추진하였다. 그리고 2009년 국가과학기술위원회 안건 상정을 통한 원천연구 개념 및 비중 산정(안)을 마련하고 줄기세포연구 활성화 방안을 마련하였다. 또한 나노기술발전시행계획, 국가융합기술발전시행계획, 생명공학육성시행계획, 줄기세포연구 시행계획, 생명연구자원관리 시행계획 수립 등 범부처 시행계획을 통한 제도적 지원 체계를 갖추고 있다. 2011년에는 범부처 공동으로 지난 2006년 수립된 제2차 생명공 학육성기본계획(Bio-Vision 2016, 2007~2016) 2단계 계획 수립하였다.