Ewha magazine

에코과학부 박중기 교수팀은 이매패류(조개류)의 육상 담수생태계로의 서식지 이동과 진화 과정에 대한 진화생물학적 증거를 제시했다. 진화생물학자들에 따르면 지구상 모든 육상 생물은 바다에서 기원했다고 알려져 있다. 2억5천만년 전 페름기 말 생물의 대멸종이 일어난 이후, 중생대 초 트라이아스기에 어류, 양서류, 연체동물이 담수 생태계로 이동해 진화적 적응을 한 것으로 알려져 있다. 하지만 각 생물 종이 어떤 시기에 서식지를 이동했으며, 어떻게 적응·진화했는지는 밝혀지지 않아 진화생물학계의 난제로 남아 있다.

연구팀은 전 세계의 담수, 기수(민물과 바닷물이 만나는 수역)에 서식하는 이매패류의 세포 내 미토콘드리아 유전체 염기서열 정보와 화석 기록을 바탕으로 분자시계(molecular clock·DNA 혹은 단백질 서열상 돌연변이 속도를 이용해 생물이 분화한 시기를 추정하는 방법) 이론을 적용, 담수에 서식하는 이매패류의 기원을 분석했다. 분석 결과 1억9천만년 전 중생대 트라이아스기에서 쥐라기에 걸친 시기에 ‘판게아’라는 하나의 초대륙으로 묶여 있던 지구가 북반구와 남반구로 분리되는 과정에서 해양에 있던 이매패류가 담수 생태계로 여러 차례 반복적으로 서식처를 이동한 것으로 나타났다. 그 후 적응진화를 통해 현재에 이르렀다고 연구팀은 설명했다.

박중기 교수는 “담수 생태계가 진화학적으로 다양한 생물이 육상으로 이동할 수 있는 징검다리 역할을 했음을 알 수 있다”며 “지구상에 분포하고 있는 다양한 동·식물의 육상 담수 생태계로의 진화 과정을 밝히는 데 기여할 것”이라고 말했다.

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물리학과 프론티어 10-10 사업단 초빙 석학 주철민 교수 연구팀이 단일분자 생물물리학 연구를 위한 새로운 방법론 개발에 성공했다. 이로써 우리 몸의 DNA를 분자 수준에서 측정하는 데 길게는 수십 년이 걸리던 시간을 일주일로 대폭 단축해 생물물리학과 의생명과학 분야 발전에 큰 기여를 하게 됐다.

우리 몸 세포에서 모든 과정을 조절하는 DNA, RNA 및 단백질 분자의 작동 메커니즘을 정확히 파악하는 것은 유전병 등 각종 질병의 원인과 진행 과정을 이해하고 나아가 새로운 진단법과 치료 약물을 설계하는 기초가 된다. 이를 위해 세포 내 생체 분자를 하나하나 관찰하며 그 작동 메커니즘을 밝혀내는 단일분자 생물물리학 분야가 각광받으며 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 분자를 하나씩 관찰한다는 것은 개개의 분자가 만들어 내는 작은 변화까지 실시간으로 측정할 수 있다는 장점이 있지만, 반면에 많은 수의 시료를 측정해야 하는 만큼 더 많은 측정시간을 필요로 하는 한계가 있었다.

주철민 교수 연구팀은 본교를 비롯해 네덜란드 델프트 공과대학교, 라이덴대학교 연구진의 공동 연구를 통해 수만 가지 종류의 다양한 DNA 서열의 스크리닝을 기존 대비 수천 배 이상 빠르게 수행하는 단일분자 측정기술인 ‘SPARXS’ 기술을 개발하는 데 성공했다. 이 기술을 활용하면 길게는 수십 년까지 걸릴 것으로 예상되어 불가능의 영역으로만 여겨졌던 스크리닝 실험을 단 일주일 만에 완료할 수 있다. 특히 이 기술이 상용화되면 개인별 유전병 여부를 24시간 안에 파악할 수 있을 것으로 기대된다. 다양한 염기서열을 가진 수백만 가지의 DNA를 분자 수준에서 한 번에 측정, 분석하는 것이 가능해지면서 향후 기초 과학 및 의약학, 생명공학 등 응용 분야에서 새롭게 이용될 전망이다.

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환경의학교실 하은희 교수팀은 소아청소년과학교실 김혜순 교수팀과 공동협력 연구로 여아의 초경 연령을 앞당기는 원인 중 하나가 대기오염이라는 연구 결과를 발표했다. 그동안 대기오염 장기노출 증가와 성조숙증 연관성에 대해 제대로 분석이 이뤄진 적이 없었으나 이번 연구로 미세먼지와 대기오염의 심각성을 원인으로 지목한 것이다.

연구팀은 성조숙증을 유발하는 요인으로 환경적 요인이 영향을 미칠 것으로 주목하고, 2007년부터 2009년 3년간 태어난 우리나라 남아와 여아 약 120만 명을 대상으로 2013년부터 2019년까지 국민건강보험 자료를 장기간 빅데이터로 분석했다. 연구 결과, 장기간 초미세먼지(PM2.5)와 미세먼지(PM10), 이산화황(SO2), 오존(O3)에 노출됐을 때 성조숙증 발생 위험도가 올라가는 것으로 확인됐으며 이는 여아에게 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

연구팀은 성호르몬을 교란하는 화학 물질이나 중금속이 공장과 차량, 폐기물 연소를 통해 대기 중에 뿜어지면서 미세먼지와 결합하고 이것이 체내에 축적될 경우 해로운 영향을 미칠 수 있을 것으로 설명했다. 여아들에게 이른 초경과 성조숙증이 나타날 경우 키가 충분히 크지 못하는 현상을 일으킬 수 있으며 유방암과 난소암, 비만과 같은 대사증후군, 심혈관 질환에 이르기까지 다양한 질병의 위험도 높이는 것으로 알려져 있다. 이번 연구는 대기오염 노출과 성조숙증에 미치는 영향을 체계적으로 조사한 최초의 연구로 의미를 갖는다.

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주계일 교수팀은 포스텍 차형준 교수, 가톨릭의대 이종원 교수, 포스텍 이재윤 박사, 가톨릭의대 김은진 연구원과 공동연구로 해양생물 유래 단백질 생체소재만으로 제작된 건조 하이드로젤 메쉬 형태의 흡수성 국소 지혈 드레싱을 개발했다.

연구팀은 해양생물 유래 단백질 생체소재로 말미잘 실크단백질과 홍합 접착단백질을 이용했다. 하이드로젤이란 고분자 사슬 간 화학적 결합과 물리적 가교를 통해 형성된 그물망 형태의 구조로, 내부에 수분을 담지할 수 있는 젤의 일종이다. 연구팀은 하이드로젤을 말미잘 실크단백질로 구성한 뒤 동결건조함으로써 혈액 흡수력을 지닌 패치를 제작하고 여기에 홍합 접착단백질을 첨가해 상처 접착력과 지혈 능력을 부여했다.

이번 연구는 말미잘 실크단백질로 구성된 표면이 혈액의 내인성 지혈 경로를 활성화한다는 사실을 처음으로 규명하였으며, 이를 메쉬 형태의 동결건조 하이드로젤 패치로 제조하여 혈액 흡수 능력과 표면 상호작용을 극대화했다. 동물실험을 통해 지혈 효능, 생체 적합성, 생분해성 등을 확인했으며, 향후 후속 연구를 통한 개선 및 고도화를 통해 실제 임상에서 활용되는 흡수성 국소 지혈제로 활용될 것으로 기대된다.

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약학대학 섬유화질환 제어 연구센터(MRC) 이윤실 교수팀이 폐섬유증을 치료할 수 있는 새로운 치료 타깃을 개발해 치료 효능을 검증하고 임상적용 가능성을 밝혔다. 장기가 딱딱해지면서 본래의 기능을 잃게 만드는 섬유화 질환은 노인에게서 발병률이 급격히 증가하는 질환으로, 전 세계적인 인구 고령화로 인해 최근 더욱 주목받고 있다. 특히 폐섬유증은 공기 중 미세먼지, 독성 물질, 코로나19 같은 감염병 등 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있으며, 항암 치료 시 방사선에 반복적으로 노출되거나 원인이 뚜렷하지 않은 경우에도 나타나곤 한다. 원인은 각기 다르지만, 공통적으로 폐세포가 손상된 후 회복 능력을 상실하여 장기가 제대로 복구되지 못하면 콜라겐과 같은 세포외기질단백질이 쌓이고 섬유증이 진행되면서 폐가 점점 단단해지고, 결국 호흡곤란을 일으키는 것으로 알려져 있다. 폐섬유증 치료제로 허가받은 약물이 있기는 하지만, 폐섬유증을 완치시킬 수 있는 극적인 치료제는 현재까지 없는 상황이다.

이윤실 교수 연구팀은 폐섬유화 질환에서 특이적으로 나타나는 바이오마커 GTSE1을 발견하고, 이것이 폐섬유화를 일으키는 메커니즘을 밝혀냈다. GTSE1은 상피-간엽 전이(EMT)라는 세포 변화 과정과 관련이 있으며, EMT 유도 인자인 ZEB1의 분해를 억제하는 역할을 한다. 이 연구 결과는 GTSE1을 타깃으로 하는 새로운 치료 전략의 가능성을 제시한다. GTSE1을 조절함으로써 질병과 관련된 EMT만을 선택적으로 제어할 수 있어, 기존 치료법의 부작용 우려를 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 폐섬유증 치료에 새로운 길을 열었다는 점에서 큰 의의가 있으며, 향후 임상 적용 가능성도 높은 것으로 평가된다.

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인공지능학과 최장환 교수 연구팀의 혁신적인 인공지능 CT(컴퓨터단층촬영) 화질 평가 기술 연구가 방사선학 및 의료영상 분야 상위 1%의 세계적 학술지 Medical Image Analysis에 게재됐다. 연구팀은 고화질 정답값(ground truth)이 없어도 영상 전문의 수준의 이미지 인식 능력을 가진 인공지능 CT 화질 평가 모델을 개발하는 데 성공했다. 이는 기존의 전통적 품질 평가 방식이 진단의 정확성을 충분히 반영하지 못하는 한계를 극복한 연구로, 저선량 CT에서 고선량으로 검사한 효과의 선명한 영상을 얻을 뿐 아니라 인체의 방사선 노출을 최소화하는 방안을 제시한 것이다.

연구팀은 비지도학습 기반의 인공지능을 도입해 방사선 전문의의 평가 정답값이 없어도 전문의가 평가하는 수준의 CT 이미지 품질을 정확하게 분석할 수 있도록 했다. 또한 AI 알고리즘이 영상의 잡음을 줄이고 더욱 명확하고 정확한 이미지를 얻게 해주어 환자에 대한 보다 정확한 진단과 치료 계획을 가능하게 한다. 이 방법은 의료진의 영상 평가 시간이 단축될 뿐 아니라 환자에게 가해지는 방사선 노출을 최소화하면서도 이미지 품질이 유지되는 장점이 있다.

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논문명	Multiple origins of freshwater invasion and parental care reflecting ancient vicariances in the bivalve family Cyrenidae (Mollusca)
저널명	Communications Biology

논문명	Single-molecule structural and kinetic studies across sequence space
저널명	Science

논문명	Long-term exposure to air pollution and precocious puberty in South Korea
저널명	Environmental Research

논문명	Mesh-shaped absorbable hemostatic hydrogel patch fabricated with marine organism-derived protein biomaterials with contact-activated blood coagulation for application in visceral surgery
저널명	Chemical Engineering Journal

논문명	GTSE1-driven ZEB1 stabilization promotes pulmonary fibrosis through the epithelial-to-mesenchymal transition
저널명	Molecular Therapy

논문명	Low-dose computed tomography perceptual image quality assessment
저널명	Medical Image Analysis