충남대학교 응용화학공학과 시스템 생물공학 연구실(Systems Bioengineering Laboratory)을 소개합니다. 본 연구실은 신생 연구실로서, 박해민 교수님 지도 아래 대학원생 1명과 학부연구생 6명으로 현재 구성되어 있습니다.저희 연구실은 질병으로부터 인류의 건강을 보호하기 위한 목표를 가지고 있으며, 이를 위하여 생물공학, 질량분석학, 생물정보학 기술을 이용하여 바이오의약품 및 생리활성 천연물 개발 연구를 수행하고 있습니다. 또한 더 나아가 시스템 생물학적 연구를 통하여 인체와 미생물 내의 분자상호작용 메커니즘을 규명하고, 이로부터 질병진단 및 치료제 개발을 위한 응용 연구도 수행하고 있습니다.

1. 연구실 분위기

저희 연구실은 박해민 교수님께서 2020년 9월 충남대학교 조교수로 부임하셔서 문을 연 신생 연구실로 현재 석사과정 1년차 대학원생과 학부 3, 4학년 학생들로 구성되어 있어, 교수님께서 학생들에게 실험을 직접 가르쳐주시며 학생들이 배워나가고 있습니다. 따라서 교수님과 학생들 사이에 강한 유대관계가 형성되는 연구실 분위기입니다. 또한, 석사과정 1년차 대학원생과 학부 3, 4학년 학생들로 이루어져 있어 학생들 사이에 수평적인 관계에서 자유롭게 의사소통을 할 수 있는 분위기이기도 합니다.

2. 특징

저희 연구실의 연구 분야는 크게 두 가지로 나뉘며, 학생들은 본인이 관심 있는 분야를 자유롭게 선택해서 연구를 수행할 수 있습니다. 특히 주기적인 랩미팅을 통해서 본인의 연구 내용과 결과를 교수님과 다른 구성원들과 공유하고 토의하는 시간을 가질 수 있고, 따라서 서로 다른 연구를 수행하더라도 구성원 간 소통을 함으로써 연구하는 과정에서 발생하는 문제를 함께 해결해 나간다는 점이 저희 연구실의 특징입니다. 또한, 저널클럽 시간을 가짐으로써 저희 연구실에서 수행하고 있는 연구 분야에서 최신 동향을 파악하고 이를 교수님과 학생들이 공유하며 앞으로의 연구방향을 모색하고 있습니다.

3. 연구

저희 연구실의 연구 분야는 크게 두 가지로 나눌 수 있고, 첫 번째 연구 분야는 질량분석 기반의 단백체 프로파일링 및 항체 분석에 관한 연구입니다. 먼저, 암, 심혈관질환 등 질병 관련 인체 내의 분자상호작용 메커니즘을 규명하기 위한 목적으로, 인간(또는 동물 모델) 단백체를 프로파일링하고, 프로파일링된 단백체 데이터로부터 생물정보학 기술을 이용

하여 생성된 생체분자 네트워크 정보를 근거로, 질병의 진단 및 모니터링 그리고 표적인식 치료제 개발을 위한 생체표지물질(Biomarker) 또는 후보군을 신규 발굴하는 연구를 수행하고 있습니다. 그리고 질량분석 기반의 단백질 분석 기술을 활용하여 공동연구를 통해서 제작된 특정 암세포 표적 항체치료제를 분자적 수준에서 검증하는 연구를 수행하고 있

습니다. 이를 위해서 세포배양을 통해 생산된 항체 분석을 위한, 단백질 정제 자동화 시스템을 역시 확립하고 있습니다.

저희 연구실에서 수행하고 있는 두 번째 연구 분야는 식물 또는 미생물 유래의 생리활성 천연물 발굴에 관한 연구입니다. 이 연구를 위해서 질량분석 기반의 대사체학과 유전체학 기술들을 결합함으로써 2차 대사산물 생합성 유전자 클러스터를 생물정보학 기반 데이터 마이닝 기법을 통해서 2차 대사산물 구조를 예측하고, 세포배양, 추출, 분리 및 정제,그리고 대사체 분석을 통해서 2차 대사산물 구조를 결정하여 기존에 밝혀지지 않은 새로운 생리활성 천연물을 발굴하는 연구를 수행하고 있습니다. 더 나아가 이와 같은 기술을 미생물 개발과 접목하여 생리활성 천연물 생산성을 높이는 연구를 수행하고자 합니다.

4. 맺음말

저희 시스템 생물공학 연구실에서는 질량분석 기반의 오믹스 연구를 기반으로 인체 또는 미생물을 시스템적 관점에서 접근하여 이를 통해 암과 같은 질병의 진단 및 항체치료제/생리활성 천연물 개발 연구를 수행하고자 노력하고 있습니다. 지도교수님과 구성원들이 각자의 위치에서 맡은 일에 최선을 다하며, 그리고 구성원들 간의 소통과 협력을 통해 문제를 해결해 나감으로써, 질병으로부터 인류의 건강을 보호하기 위한 목표를 이루고 또한 국내 생물공학 연구와 산업 발전에 기여할 수 있도록 최선을 다할 계획입니다.

이상으로 충남대학교 응용화학공학과 시스템생물공학 연구실의 소개를 마칩니다.

5. 연구실 대표 논문

1. Park et al. “A New Interface for Faster Proteoform Analysis: Immunoprecipitation Coupled with SampleStream-Mass 

Spectrometry” Journal of the American Society for Mass Spectrometry 2021 32(7):1659-1670

2. Park et al. “Novel Interface for High-Throughput Analysis of Biotherapeutics by Electrospray Mass Spectrometry” 

Analytical Chemistry 2020 92(2): 2186-2193

3. Park et al. “Multidimensional Top-Down Proteomics of Brain Region-Specific Mouse Brain Proteoforms Responsive to 

Cocaine and Estradiol” Journal of Proteome Research 2019 18(11): 3999-4012

4. Park et al. “Top-Down Proteomics Enables Comparative Analysis of Brain Proteoforms Between Mouse Strains” Analytical

Chemistry 2018 90(6): 3802-3810 (*Joint first authors)

5. Park et al. “The Xeno-glycomics database (XDB): a relational database of qualitative and quantitative pig glycome 

repertoire" Bioinformatics 2013 29(22): 2950-2952