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생명 근원의 탐구에서 인류 질병 정복까지

의생명과학의 미래를 여는 생화학과

우리 대학교는 기초생명과학, 응용생명공학 및 의생명과학 분야의 통합적 연구를 통해 생명과학의 미래기술을 주도해 나가고자 2008년 3월 생명시스템대학을 설립하고 기존에 이과대학과 공과대학에 속해 있던 바이오 분야 3개 학과(시스템생물학과, 생화학과, 생명공학과)를 생명시스템대학 소속으로 편제해 운영하고 있다. 비전공자들에게도 ‘생물학’과 ‘생명공학’은 낯설지 않은 학과명이지만 ‘생화학’는 다소 생소하게 느껴질 수도 있을 것이다. 생화학과에서는 어떤 연구와 교육이 이뤄지고 있는지를 고혁완 학과장에게 들어보자.

Q. 생화학이란 무엇인가요?

‘생화학(biochemistry)’은 생명현상을 분자 수준에서 이해하고자 하는 선도적인 현대 생명과학 분야 중 하나입니다. 생화학 분야는 21세기 현대 생명과학 및 현대의학 발전에 지대하게 공헌해 왔습니다. 인간의 난치병인 암, 당뇨, AIDS 등을 치료할 수 있는 신약개발은 단백질의 기능 및 구조 규명과 유전자 발현 조절과 같은 생화학적인 발견이 핵심이며, 신약개발 분야에서 생화학의 기여는 필수적입니다. 지난 20세기 후반 DNA 이중나선 구조의 발견을 시작으로 재조합 DNA 기술연구 혁신을 통해 항암제 개발, 동물 복제, 유전자 편집 및 치료, 줄기세포 치료, 개인 맞춤형 정밀의료 등 새로운 형태로 생명과학의 범위가 확장됐고 기술 또한 매우 빠르게 발전해 왔습니다. 

생화학은 새로운 학문 간 융합을 통해 생명현상을 분자 수준에서 해명하는 연구에서 독립적인 생명과학 분야의 학문으로 확립됐습니다. 다양한 질병의 원인과 세포작용 및 개체발생의 현상을 심도 있게 분자수준에서 탐구하고, 새로운 연구 방향을 제시함으로써 연구 결과가 의생명 분야에서 활용될 수 있도록 하는 가교 역할을 하고 있습니다.

(Photo: www.freepik.com)

Q. 연세 생화학과의 강점이 있다면 무엇인가요?

우리 대학교 생화학과는 1969년 국내 최초로 설립된 ‘생화학과’로 국내 생화학 분야를 개척했을 뿐만 아니라, 현대 생명과학의 리더로서 역할을 수행해 오고 있습니다. 그동안 생화학과는 글로벌 미래 인재양성에 목표를 두고 다양한 분야에서 리더로 역할을 수행할 수 있는 1,800여 명의 학부 및 800여 명의 석·박사 졸업생을 배출했습니다. 많은 졸업생들이 대학원에 진학한 후 국외 연수를 거쳐 교수, 정부 출연 연구소, 제약회사 및 기업체 연구원 등으로 진출했습니다. 

생화학과의 큰 강점으로 바이오벤처 창업 정신을 이야기할 수 있습니다. 학과 교수들이 연구실에서 수행한 기초 연구가 질병 치료제의 개발로 이어져 교원 창업률이 가장 높은(최대 40%) 학과이기도 합니다. 또한, 최근 국내 바이오 산업 분야의 중요성이 부각되면서 신약 개발의 성공사례가 많아지고 있는데 알테오젠, 펩트론, 오름테라퓨틱스 등과 같은 유망한 기업들이 생화학과 졸업생들이 창업 정신으로 도전하고 성공한 대표적인 사례입니다. 이러한 회사들을 비롯해서 많은 생화학과 졸업생들이 바이오 산업의 주역으로서 새로운 역사를 만들어가고 있습니다.

Q. 생화학과의 구성원 현황은 어떻게 되나요? 최근 학과 뉴스가 있다면 소개해 주세요.

현재 생화학과에는 12명의 교수진과 120여 명의 학부 재학생, 100여 명의 대학원생이 소속되어 있습니다. 최근 단백질 구조 규명과 면역세포의 특성에 대한 연구로 이원태, 하상준 교수님께서 생명과학 분야 최고 권위지인 Nature, Nature Immunology에 연구 성과를 게재했습니다. 또한 동문 기업인 알테오젠과 오름테라퓨틱스는 국내 바이오벤처 기업을 선도하는 기업으로 신약 개발 결과를 글로벌 빅파마에 수조 원에 달하는 규모로 기술이전하는 성과를 거두기도 했습니다.

Q. 생화학과에서는 어떤 교과목들을 배우게 되는지 소개해 주세요.

우리 학과에서는 Biotechnology (BT)의 시대가 도래함에 따라 학생들이 기초적인 생명과학 전 분야의 지식과 기술을 익히고, 이를 의학에 접목해 사람을 위한 질병의 진단과 치료, 그리고 건강한 장수를 위한 연구를 수행할 수 있는 전문가 양성을 교육 목표로 삼고 있습니다. 폭넓은 BT 지식을 토대로 자신의 전공을 더욱 깊게 설정해 대학원 진학으로 연계하고, 국가와 전 세계의 의생명과학을 주도할 수 있는 창의적이고 도전적인 연구자로서, 또한 사회 리더로서의 역량을 고취하고자 합니다. 

생화학전공 교과과정의 특성은 세포를 구성하는 단백질, 핵산, 지질 등의 여러 생체 분자의 화학적 특성을 학습하고 이를 바탕으로 세포가 수행하는 다양한 생명현상을 분자 수준에서 이해하고자 합니다. 2학년 과정에서 배우는 ‘생화학 I, II’는 생화학전공의 핵심 과목으로 생명체를 이루는 주요 물질들의 화학적 구조와 기능 및 효소 반응의 특성에 관해 학습합니다. 전공 과목인 ‘생물정보통계학’을 통해 기본적인 통계이론을 숙지하고 이를 응용해 의생명과학 연구에서 유래한 빅데이터 분석에 적용하는 방법을 배웁니다. ‘유기화학' 수업에서는 새로운 유기화합물 성질, 구조, 반응에 관해 논의하고 새로운 기능을 갖는 다양한 화합물을 다루며 입체 화학과 메커니즘에 대해서도 논의합니다. 또한 ‘진로탐색세미나’와 ‘진로개발세미나’를 통해 생화학 및 관련 연구 성과를 바탕으로 산업화에 성공한 사례를 탐색・분석・발표함으로써 산업 현황을 파악하게 됩니다.

‘생화학I, II’와 병행해 2-3학년에는 ‘분자생물학’, ‘생체물리화학’, ‘세포생물학I’, ‘유전생화학’, ‘암생물학’, ‘신경과학’, ‘분자생리학’, ‘생리생화학’, ‘병리생화학’, ‘후성유전체학’ 등을 공부합니다. ‘분자생물학' 수업에서는 분자생물학의 기본원리인 유전 정보가 전달되는 과정, 유전자 복제, 전사, 번역과 비암호화 RNA의 조절을 학습합니다. ‘생체물리화학’을 통해 생체 분자들의 구조 및 생화학적 특성에 대한 정보를 배우며, 그 특성을 규명하는 생화학, 물리화학적인 실험방법 및 이론에 대한 정보를 배우고, 그 특성을 규명하는 생화학, 물리화학적인 실험방법 및 이론에 대한 기본 원리 및 응용 방법에 대한 세포의 역할을 학습하며 세포에 필요한 물질의 수송, 외부의 자극에 의한 세포의 반응 및 세포 내 신호 전달 체계 등 세포 생화학 분야 전반에 관한 지식을 습득합니다. ‘세포생화학’ 수업에서는 세포 골격계, 물질 이동, 세포 주기를 기반으로 암과 줄기세포의 최신 동향에 대해 학습합니다. ‘분자생리학’에서는 인간의 신체 구조와 기능을 보다 자세히 이해하기 위해 필요한 해부생리학을 배웁니다. ‘유전생화학’ 수업을 통해 유전학의 기본적인 원리 이외에 유전자의 구조 및 발현조절 메커니즘에 대한 생화학적 개념을 이해합니다.

4학년 교과과정으로 ‘세포면역학’, ‘생리생화학’, ‘병리생화학’, ‘암생물학’, ‘후성유전체학’, ‘발생생화학’ 등의 과목이 개설돼 있습니다. ‘세포면역학’을 통해 면역에 관한 기초개념, 항원과 항체의 종류, 구조적 특성 및 다양성, 여러 면역 반응에서의 세포 간 상호작용을 배웁니다. ‘생리생화학’과 ‘병리생화학’ 수업에서는 인체 시스템 항상성 유지를 위한 각 기관의 상호관계를 이해하고 이에 대한 기전을 공부함으로써 다양한 질병을 치료할 방법을 학습합니다. ‘암생물학’에서는 암의 발생·전이와 관련된 분자생물학, 세포생물학, 유전학적 접근 및 병인기전에 대해 배웁니다. ‘후성유전체학’은 후성유전학적인 유전자 발현 조절의 작용 기전 및 최신 연구 기법 등에 대해 학습하며, ‘발생생화학’을 통해 생명체의 발생 과정 및 그 조절 기전에 대한 분자생물학적, 유전학적 지식을 습득합니다.

Q. 학과 동아리 활동이나 학술 활동 등 주요 학과 행사 및 학생 활동이 있다면 소개해 주세요. 

대표적인 학생 행사로는 총 MT와 학회가 있습니다. 학생들은 예비학회/본학회를 통해 생화학과의 3가지 학회인 ‘전공학술부’, ‘노래연’, ‘문화부’ 소개를 듣고 학회를 선택하게 됩니다. 전공학술부는 생화학과에서 배우는 전공과목을 보다 심도 있게 학습하기 위해 만들어진 학회로 가장 오랜 전통을 가진 학회입니다. 노래 연습 학회인 노래연은 ‘참된 삶을 노래하자’라는 모토 아래 노래를 통해 어우러지고 학우들이 즐겁게 학교생활을 할 수 있도록 돕습니다. 문화부는 창의적이고 활동적인 문화 프로그램을 운영해 학창시절의 추억을 쌓을 수 있도록 운영하고 있습니다. 

매년 3월 초에 열리는 생화학과 학부생 OT에서는 학과에 대한 전반적인 소개와 안내를 통해 신입생들이 대학생활에 잘 적응할 수 있도록 교수진 및 재학생들과의 교류 시간이 마련됩니다. 

매년 5월 중순에 진행되는 생화학과 MT는 학부생, 교수, 총동문회 및 동문 가족들이 함께 모여 다양한 활동을 통해 친목을 도모합니다. 생화학과 학술제를 통해 학부생들은 전공에 대한 이해를 높이고, 사회 각 분야에서 활발하게 활동 중인 동문들 및 교수들과의 간담회 등을 통해 진로를 탐색해 보는 기회를 갖습니다. 또한 바이오캠 페어(Biochem Fair)에서는 학부생들의 연구결과를 발표하고 관심 분야의 연구실을 직접 견학해 봄으로써 학부생들의 전공에 대한 관심과 이해를 고취하며 포스터 발표회를 통해 전공지식의 활용도 및 연구력을 높이는 기회를 마련하고 있습니다.

(학부생들의 연구력 향상과 전공에 대한 이해를 돕고자 매 학기마다 Biochem Fair를 개최하고 있다.)

Q. 생화학과 소속 연구실에서는 주로 어떤 연구를 수행하고 있는지 궁금합니다.

생화학과 교수진은 생명현상의 기본원리를 중심으로 주로 정상 상태에서 비정상 상태로 변화하는 과정인 질병 발생에 대해서 연구를 진행하고 있습니다. 특히 암, 면역, 유전질환, 퇴행성질환을 중심으로 다양한 질병의 병인기전에 대해 연구하고 있습니다. 또한 현대 생명과학 기술에서 필수적인 생물학적 데이터를 분석하고 의미를 발견하는 ‘생물정보학 연구실’과 ‘정밀의학 유전체 연구실’이 있습니다.

“생명체는 어떻게 발생하고 성장하며 노화하고 죽는가? 생화학은 이러한 신비하고도 복잡한 생명현상의 기본질서를 분자 수준에서 이해하고자 하는 기초 학문입니다. 또한 생명현상에 대한 이해를 바탕으로 난치병 퇴치, 식량난 해소, 환경문제 등 인류복지에 직접 기여할 수 있는 학문이기도 합니다. 실제로 생화학 분야는 21세기 현대 생명과학 및 현대 의학 발전에 지대한 공헌을 해왔습니다. 인간의 난치병인 암, 당뇨, AIDS 등을 치료할 수 있는 신약 개발은 단백질의 기능 및 구조 규명과 유전자 발현의 조절이 핵심이며, 이 신약 개발 분야에서도 생화학의 기여는 필수적입니다. 인간게놈지도가 완성된 21세기 포스트게놈 시대를 맞이해 유전자 및 단백질의 연구를 통해 생명현상에 대한 분자 수준의 이해가 가능하게 될 것이며 생화학은 그 주역이 될 것입니다.”

고혁완 학과장 / 분자신경유전학 연구실

“Human genome project 이후 새로운 패러다임으로 제시된 noncoding RNA 중 가장 다양한 기능을 가진 것으로 생각되는 lncRNA의 기능을 연구하고 있습니다. 특히 3차원 구조로 존재하는 유전체 (3D genome)를 조절하는 lncRNA의 epigenomic function 연구에 초점을 맞추고 있습니다. 유전체가 3차원에서 어떻게 구조화되어 있고, DNA가 어떻게 접혀(folding) loop을 형성하는지 아는 것은 정교하고 복잡한 유전자 조절 기전을 이해하는 데 있어 매우 중요합니다. RNA 유전체 조절 연구실은 epigenomics, 3C-based technologies (Hi-C등), transcriptomics, proteomics, bioinformatics 등을 이용하고, lncRNA의 기능 연구에 필요한 테크닉을 개발 및 발전시켜서 3D epigenome을 조절하는 lncRNA의 새로운 기능을 밝히고자 합니다. 또한 lncRNA의 비정상적인 기능 및 3D genome의 비정상적인 조절이 질병의 발생에 미치는 기작을 규명하고자 합니다.”

오현정 교수 / RNA 유전체 조절 연구실

“기계생물학·생물물리학 실험실에서는 세포 막에 존재하는 수용체들이 기계적인 상호작용을 통해 세포 내부의 신호를 활성화하고 나아가 세포의 기능 그리고 운명에 영향을 준다는 하나의 가설을 가지고 연구를 진행하고 있습니다. 생화학 및 생물물리학과 같은 융합 과학을 통하여 다양한 시각에서 근본적인 연구를 하면, 암뿐만 아니라 다양한 자가면역질환을 치료하는 데 기여할 수 있습니다.”

최현규 교수 / 기계생물학·생물물리학 실험실