Synthetic Biology Laboratory
Department of Chemical Engineering
POSTECH
Pohang, 37673, Korea
한국과학기술원 석사·박사 통합
한국과학기술원 학사
| 기간 | 기관명 | 직위 및 직급 |
|---|---|---|
| 2009 – 2011 | 한국과학기술원, 생명공학연구센터 | 박사후연구원 |
| 2012 - 2014 | Boston University, Department of Biomedical Engineering | 박사후연구원 |
| 2014 - 2015 | MIT, Institute for Medical Engineering & Science | 박사후연구원 |
| 2015 - 2017 | Harvard University, Wyss institute for Biologically inspired Engineering | 박사후연구원 |
| 2017 - 현재 | POSTECH, Department of Chemical Engineering | 조교수 |
본 연구실에서는 유전자 발현을 조절하는 유전자 회로를 개발하고, 이들을 바이오분야의 여러 문제들을 해결하는데 적용하고 있습니다. 본 연구실의 연구 분야는 크게 두 가지 분야로 나뉩니다. 합성 유전자 회로를 이용한 효과적인 미생물 발현 제어 회로 개발, 유전자 회로 기반의 생물봉쇄 시스템 구축, 목적산물의 생산과 호스트 미생물의 성장 및 변이생성을 제어할 수 있는 자가적 유전자 회로 등과 같이 세포 내 발현조절을 위해 유전자 회로를 개발하고 적용하는 연구가 첫 번째 입니다.
두 번째는 유전자 회로를 무세포(cell-free) 환경에서 적용하는 연구인데, 예를 들면 새로운 분자진단 기술을 무세포 발현시스템 기반으로 개발하고 실제 임상시료에서 검증하는 연구, 치료용 단백질을 휴대 가능한 방법으로 생산하는 치료용 생물분자 온디맨드 생산 시스템 구축 연구, 무세포 단백질 발현 시스템을 이용한 활성 단백질 초고속 스크리닝 시스템의 개발하는 연구 등이 여기에 해당됩니다.
유전자 회로를 개발하면 외부에서 간단한 신호물질의 조절을 통해 세포 내부의 상태전환 및 대사활동을 자유자재로 통제하는데 활용할 수 있습니다. 본 연구실에서는 전사조절인자들을 개량하고, 발현량 및 제어성능을 조절하고 이들과 짝을 이루는 작동자자리 등을 재배치하여 세포 내부의 유전자 발현의 ON/OFF, 조절시점, 조절정도 등을 변화시킬 수 있는 유전자 회로를 개발하고 있습니다. 또한 이러한 유전자 회로들은 사람에 의해 세포 외부의 신호들이 바뀌면 이것을 인지하여 발현조절을 할 수도 있지만, 세포내부의 신호들에 의해 조절 되도록 바꿀 수도 있습니다. 이런 경우에는 유전자 회로를 자가적으로 세포 내부의 신호를 해석해서 세포의 상태를 조절하거나, 대사활동을 통제하는데 용도로 활용할 수 있습니다. 본 연구실에서는 자가적 상태변화를 이용한 여러가지 유전자 장치 등도 개발하여 미생물 개량에 적용하는 연구도 수행하고 있습니다.
◆ 생물봉쇄 시스템 (Biocontainment system)
이러한 유전자 회로의 대표적인 응용사례는 미생물 사멸스위치 기반의 생물봉쇄 시스템입니다. 자가적 상태전환을 수행하는 유전자 스위치를 이용하여 미생물 사멸시스템을 만들고, 이들이 외부의 특정한 신호물질이 없을 때는 즉각적으로 사멸상태로 전환하는 유전적 장치(deadman)를 개발하였습니다. 또한, 유전자 논리 회로를 이용하여 하나의 신호물질이 아니라 여러 신호물질의 조합이 갖추어지지 않으면 세포 스스로 사멸하도록 하는 세포 사멸 시스템도 구축하였습니다. 즉, 신호물질의 조합을 보안코드(passcode)로 활용하여 해당시스템을 갖춘 미생물만 생장하도록 하고, 나머지 보안코드 이외의 조건에서는 미생물 성장을 억제할 수 있는 장치를 개발하고 검증하였습니다. 본 연구실에서는 이러한 생물봉쇄 시스템을 유전자 단위에서 생물체 단위까지 체계적으로 구축하는 연구를 수행하고 있습니다.
■ 무세포 발현시스템 기반의 정밀 분자진단 기술 개발
현재 COVID19를 일으키는 원인바이러스인 SARS-CoV-2를 검출하는 표준검사법은 RT-PCR 입니다. PCR기반 분자진단법은 아주 높은 정확도를 가지고 있지만, 바이러스를 추출하거나 정제하는 복잡한 준비과정이 필요합니다. 숙련된 전문가는 물론 고가 장비가 필요해 공항이나, 드라이브스루 등 현장은 물론 개인이 활용하기는 적합하지 않습니다. 본 연구실에서는 바이러스를 추출하거나 정제하는 등의 전처리 과정이 필요 없고, 고가의 기기가 필요없어서 숙련된 전문가가 아니어도 진단을 수행할 수 있는 무세포 발현시스템 기반의 새로운 진단방법을 개발하였습니다. 본 연구실에서는 이러한 원천기술을 활용하여 누구나 쉽게 원하는 시점과 장소에서 진단을 수행할 수 있도록 임신진단기기와 같은 간단한 형태의 자가분자진단 기기를 개발하는 연구를 진행하고 있습니다.
■ 의료용 생물분자의 휴대 현장생산 플랫폼 개
본 연구실에서는 무세포 단백질 발현시스템을 동결건조하는 방식을 활용하여 다양한 형태의 생물분자를 현장에서 휴대가능한 방법으로 생산하는 플랫폼에 대해서도 연구하고 있습니다. 무세포 발현 시스템 내에서의 발현 시점을 유전자 회로를 활용하여 조절함으로써 새로운 형태의 단백질 발현 시스템을 구축하는 연구가 진행중입니다. 특히 본 연구실에서는 무세포 발현 시스템(cell-free)을 이용하여 항생 활성 펩타이드를 발현하고 개량하는 분야에 관심이 있으며, 단분자 치료약물의 개발 연구도 병행하고 있습니다.
