포항공과대학교(POSTECH) 신소재공학과의 생체분자재료 연구실(Biomolecular Materials Lab)(http://ssohlab.weebly.com/)을 소개합니다. 저희 연구실은 오승수 교수님(시스템생명공학부 겸임)의 지도 아래 석박통합과정 7명, 박사과정 1명, 총 8명의 대학원생으로 구성되어 있습니다. DNA, RNA와 같은 핵산, 그리고 아미노산 등 생명체 내의 기능성 유기물질을 구성하는 서열제어 생체고분자(sequence-controlled biopolymer)를 활용하여 “자연계에 존재하지 않는” 새로운 기능의 분자물질을 구현하고 있습니다. 합성항체로서의 분자인식기능, 합성효소로의 선택적 촉매작용, 분자기계를 위한 나노세계의 분자거동구현 등의 흥미로운 기능들을 수행하는 생체물질들에 기반해 다양한 환경 및 의료 관련 신응용분야들을 개척하고 있습니다.

생체분자재료 연구실 단체 사진

연구실 분위기

저희 생체분자재료 연구실의 가장 큰 장점은 “활발한 소통을 통한 창의적 연구의 수행”입니다. 연구 주제 선정과 관련한 어려움이나 연구 진행 중 발생할 수 있는 궁금증, 여러 가지 연구 관련 문제 사항들이 있다면 언제든지 자유롭게 지도 교수님과 열띤 논의 및 토론을 할 수 있습니다. 교수님은 항상 그 어떤 작은 아이디어라도 더욱 훌륭한 방향으로 발전시키고자 조언을 아끼지 않으실 뿐만 아니라, 연구 수행에 있어 가능한 범위에서 최대한 도움을 주시고자 적극 노력하십니다. 또한, 각기 다른 방향의 연구들을 수행하고 있음에도 모든 연구실 구성원들은 서로의 연구 경과 및 성과를 공유하고 아낌없이 조언을 구하고 조언해 줄 뿐 아니라, 직접 겪지 않으면 알기 힘든 실험과 관련된 노하우 등을 공유합니다. 저희 연구실은 cell sorter, 다목적 plate reader 및 imaging system, 고성능 광학현미경 등 개별 실험실이 갖기 힘든 고가의 장비들을 보유하고 있고, 지속적으로 연구 진행에 필요한 장비들을 갖춤으로써 다양하고 혁신적인 연구들을 수행하고 이에 집중하는 데 최적의 환경을 조성하고자 노력하고 있습니다.

특징

저희 연구실은 2016년 2학기에 개설되어 연구를 시작한 지 얼마 되지 않은 신생 연구실입니다. 지도 교수님의 지도방침에 따라 교수님께서 제시하시는 연구 주제의 맹목적 수행보다는 개별적으로 희망하는 연구 방향을 선정하고자 지속적인 노력을 기울입니다. 연구 주제 선정을 위해 첫 학기는 최대한 다양한 분야의 논문 공부를 통해 미래의 연구 주제를 자체 탐색하고, 그룹 미팅 시간을 통해 공부한 내용을 치열한 토론을 통해 공유합니다. 연구 주제 선정 이후에도 주기적으로 그룹 미팅 시간을 통해 관심 주제를 발표하고, 최신 연구 동향을 파악하며, 더 나아가 새로운 연구 아이디어를 끊임없이 탐색합니다. 연구실 내에서 진행하고 있는 연구 외에도, 다양한 융합 연구의 요구 및 필요성에 따라 해외로는 Harvard Medical School과 Stanford University, 국내로는 서울대학교 및 고려대학교와 건국대학교, 학내로는 화학공학과 및 생명과학과와 화학과 등 많은 곳의 여러 연구실들과 밀접한 협업 연구를 진행하고 있습니다. 협업을 통하여 서로 필요한 기술을 공유하고 다각적 관점에서 문제에 접근하여 색다른 방식으로 문제 해결을 가능하게 하고자 노력하고 있습니다.

연구

핵산, 단백질, 세포막 등을 이루는 서열제어 생체고분자는 생명체가 생명을 유지하고 생물학적 기능을 수행하는 데 있어 매우 중요한 역할을 수행합니다. 저희 연구실에서는 이러한 서열제어 생체고분자를 이용하여 기존에 알려진 기능 외의 새로운 기능을 수행할 수 있는 새로운 생체물질을 개발하는 것을 목표로 합니다. 그리고 그러한 새로운 생체물질의 개발에는 ‘시험관 진화(in vitro selection)’라는 무작위 서열을 갖고 있는 생체고분자 중 원하는 기능을 갖는 서열의 발굴이라는 혁신적 기술이 뒷받침하고 있습니다. 현재 진행 중인 연구는 크게 1) 특이적 분자인식(aptamer), 2) 선택적 촉매작용(ribozyme/DNAzyme), 3)나노기계적 거동(molecular machine)을 구현하는 신물질의 개발입니다. 첫째, 분자진단분야에 있어서 다양한 질병들을 쉽고 빠르게 탐지할 수 있는 특이적 분자인식기능의 aptamer가 여러 표적 물질들에 대하여 맞춤형 제작되고, 이를 응용한 흥미로운 바이오센서들을 개발하고 있습니다. 둘째, 생물학적 효소가 하지 못하는 새로운 효소 반응(예) 목표 유전자 접착기능)을 수행하고자, 합성 가능한 효소로의 ribozyme 및 DNAzyme을 발굴하고 있습니다. 셋째, 특정 환경에 반응하여 기계적 상호작용이 가능하도록 설계된 분자기계를 완성하고자 하고 있고, riboswitch와 같이 생물학적 입출력 변환기의 개발을 통해 미래의 ‘인공적 생명체’의 구현을 향한 ‘합성 생물학’의 꿈을 조금씩 앞당기고자 노력하고 있습니다.

생체분자재료 연구실 주요 연구 분야

맺음말

저희 생체분자재료 연구실은 생명 활동을 담당하는 다양한 서열제어 생체고분자에 기반한 미지의 생명제어기능들을 수행하는 신물질 연구에 집중하고 있습니다. 저희의 혁신적이고 창의적 연구들은 포인트 오브 케어(point of care), 분자 진단(molecular diagnostics), 생체 내 이미징(in vivo imaging), 맞춤 의학(personalized medicine) 및 유전자 편집(genome editing) 등 매우 다양하고 선도적인 분야들에 매우 유용하게 활용되리라 믿습니다. 이를 위해 지도교수님과 저희 학생들 모두 각자의 도전적 연구에 끊임없이 매진하고 있으며, 세상을 놀라게 할 흥미로운 결과를 얻기 위해 아낌없는 노력을 기울이고자 합니다.

연구실 대표 논문
• F. Fong*, S. S. Oh*, C. J. Hawker, H. Tom Soh, “In Vitro Selection of pH-activated DNA Nanostructures”, Angew. Chem. Int. Edit. 128, 15484 (2016)(*: equally contributed)
• S. O. Poelma*, S. S. Oh*, S. Helmy, A. S. Knight, G. L. Burnett, H. T. Soh, C. J. Hawker, J. Read de Alaniz, “Controlled Drug Release to Cancer Cells from Modular One-photon Visible Light-responsive Micellar System”, Chem. Commun., 52, 10525 (2016)
• S. S. Oh, B. F. Lee, F. A. Leibfarth, M. S. Eisenstein, M. J. Robb, N. A. Lynd, C. J. Hawker, H. T. Soh, “Synthetic Aptamer-Polymer Hybrid Constructs for Programmed Drug Delivery into Specific Target Cells”, J. Am. Chem. Soc., 136, 15010 (2014)
• S. S. Oh, K. Plakos, Y. Xiao, M. Eisenstein, H. T. Soh, “In Vitro Selection of Shape-Changing DNA Nanostructures Capable of Binding-Induced Cargo Release”, ACS Nano, 7, 9675 (2013)
• M. Cho*, S. S. Oh*, J. Nie, R. Stewart, M. S. Eisenstein, J. Chambers, J. D. Marth, F. Walker, J. A. Thomson, H. T. Soh, “Quantitative Selection and Parallel Characterization of Aptamers”, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 110, 18460 (2013)