2025년 12월 — 영국-한국 연구자 교류 프로그램, 효소공학 분야에서의 협력 강화

맨체스터 대학교 박사 과정 학생인 Ruiyi Yang씨가 한국생명공학연구원(KRIBB)에서 교환 연구원으로서의 본인 경험을 공유합니다. 그녀는 KRIBB 산하기관인 합성생물학 연구센터에서 한•영 생물공학 및 친환경 촉매에 대한 공동연구 프로젝트에 참여하고 있습니다.

인위생성된 효소를 이용한 유기실리콘 화합물 조작: 신규 생체촉매의 설계, 공학적 설계 및 선별 개량.

실리콘은 전자, 건설, 자동차 및 의료 분야에서 없어서는 안 될 존재이지만, 기존의 실리콘 고분자 합성방법은 여전히 부식성 및 환경 문제가 있는 클로로실란에 의존하고 있습니다. 영국에서 저는 루신웡 교수의 지도 아래, 효소기반 규산소 결합을 통한 중합화 및 탈중합화 촉발이라는 보다 더 친환경적인 메커니즘을 개발하려고 노력중입니다. 그리고 이러한 과정에서, 규산소 결합체가 분열될 때마다 생기는 반응생성물을 파악하기 위해 고처리량 바이오센서에 의한 모니터링이 이루어집니다. KRIBB에서 이전에 개발된 디메틸페놀성 조절단백질(DmpR) 기반 페놀 바이오센서를 이용해 효소 라이브러리를 필터링하려 합니다.

제 프로젝트는 이런 개념에서 출발합니다. 한 편 저는 KRIBB 동료들과 함께 다음 작업을 수행하고 있습니다:

- 효소 라이브러리 구축

- 각 세포 형광성의 활성화 파악을 위해, 해당 바이오센서를 효소 라이브러리에 연결.

- 개선된 변이체를 식별하기 위한 고속대량 스크리닝 메커니즘 설정.

이는 관련 생물 유기체의 분자 복제 및 조립, DmpR 발현수준 조정, 그리고 판독된 형광도와 제품의 화학적 구성에 대한 신중하고 정확한 비교작업이 보다 용이해짐을 의미합니다. 전체적인 목표는 유기실리콘 효소 진화를 위한 일반적인 플랫폼으로 사용할 수 있는 저유출 광역 바이오센서 도출에 있습니다.

- 라이브러리 구축, 배양 양식, 형광도 측정방식 및 분류기준을 비롯한, 효소 변이 선별 메커니즘의 견고한 구축.

- 바이오파운드리 고처리량 플랫폼에 의해 식별된 주요 잠재효소들의 순차적 배열 및 단백질 구조분석 수행.

- 실리콘 탈중합 관찰을 위한 소규모 원자로 테스트.

맨체스터 생물공학연구소(MIB)에서는 효소학 및 그에 대한 유도진화적 접근을 중시하며, 한 편으로 그 과정 하나하나에 포커스를 맞추는 경향이 있습니다. (효소나 단백질에 대한 인위적 선별을 통해 더 나은 종으로 만드는) 유도진화적 반복실험에 매우 능숙하며, 또한 대량발굴탐색 및 분석 플랫폼 접근력도 뛰어납니다.

KRIBB 내에서도 합성생물학 연구센터가 특히 합성생물학, 정밀 유전자회로 공학, 그리고 대용량처리 시스템에서 특별한 강점을 보입니다. 여기서 각 조절요소가 얼마나 신중하게 설계되고 검증되는가를 보면, 유전자 회로 구성의 정밀도 및 합성 생물학의 효용성이 명백히 드러납니다.

KRIBB 및 SBRC, 이 두 다른 곳에서의 교차작업을 통해 같은 연구프로젝트도 두 가지 상호보완적인 각도에서 볼 수 있습니다. MIB에서 연구를 하면 메커니즘, 동역학 및 산업적 관련성에 대해 생각하게 되는 반면, KRIBB는 잘 설계된 유전 회로와 스크리닝 파이프라인이 어떻게 그러한 메커니즘적 질문을 대규모로 해결할 수 있는지 보여줍니다. 이 두 기관은 효소 공학 및 친환경 촉매에 매우 강력한 조합을 형성하는 효과를 냅니다.

저에게 한국 생활은 매우 즐거운 추억이었습니다. 연구실 분위기는 따뜻하고 단합되어 있으며, 사람들은 친절하고 협력하면서 서로의 프로젝트에 진정한 관심을 보입니다. 동료들이 여기서 고처리량 선별 워크플로우를 설계하고 개선하는 모습을 보면서, 학술적 환경임에도 불구하고 저는 여기서 가끔 마치 새로운 산업이 막 태동하는 것 같은 느낌을 받았습니다.

기술적인 측면에는, 다양한 연구 분야에 대해 새로운 주제들을 알아가면서 저의 기술적 시각 또한 더 풍부해지고 다양해지는 게 만족스럽습니다. 모든 실험은 저에게 유전자 발현, 숙주 생리학, 바이오센서 동작 또는 측정상 왜곡요인 등에 대해 새로운 시각을 제공해 줬습니다.

제 경력 및 연구자로서의 성장과는 별개로, 저는 모든 동료들의 친절함과 인내심에 정말 감사드리고 싶습니다. 그들은 저에게 한국 음식, 현지 생활방식, 그리고 기나긴 실험실 생활과 그 밖에서의 일상생활 간 워라밸을 유지하는 법을 가르쳐줬습니다. 그렇게, 저는 그들로부터 연구론 교재에는 절대 나타나지 않는 "숨겨진 팁"을 얻을 수 있었습니다. 이러한 경험들을 통해, 저는 연구 문화가 우리의 문제의식 및 설계하려는 해결책 패턴에 어떻게 영향을 미치는지 더 생각하게 되었습니다.

저는 아직 박사 과정 중이기 때문에 아직 모든 계획을 세우지는 않았지만, 한 가지는 분명합니다: 저는 효소공학, 합성생물학 및 친환경화학 간의 학제간 접근을 추구하는 연구를 지속하고 싶습니다. 가령, 유기실리콘 가수분해효소의 바이오센서 유도진화와 같은 연구는 분자 수준의 설계가, 우리가 흔히 생각하는 실질적 지속가능성 문제와 무관하지 않을 수 있음을 보여줍니다.

궁극적으로는, 효소 개량 뿐 아니라, 빅데이터생성/계산/공정 개발이 어우러진 더 나은 워크플로우와 협업 설계까지도 해낼 수 있는 독립적인 연구자가 되고 싶습니다. 일단 현재로서는, 현재 진행 중인 한•영 공동연구프로젝트의 성공적 완수에 주력하고 싶고, 그 후에는 MIB 및 KRIBB에서 얻은 연구방법들을 제 연구에 적용하고 싶습니다.