수학자들 뭉쳐 암재발 해결…생물학적 난제 풀어 작성일 12-29 41 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">IBS-KAIST-POSTECH, ‘평균의 함정’ 빠진 기존 기술 극복...개별 세포 제어 성공</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="G5vJTUFYk0"> <p contents-hash="60ffa96bf6ba78fef31d2275bb771277406e8d17f890f193b9fc7bd003ac9f22" dmcf-pid="H1Tiyu3Gk3" dmcf-ptype="general">(지디넷코리아=박희범 기자)<span>수학자들이 생물학 난제를 수학적 모델로 해결했다. 이를 이용하면, 암재발도 제어할 수 있을 전망이다.</span></p> <p contents-hash="be39b44b58d83d8119ca900c2dca03d4dddbc0c7a4823dfbdb6410e7761365c3" dmcf-pid="XtynW70HaF" dmcf-ptype="general">기초과학연구원(IBS)은 의생명 수학 그룹 김재경 CI(KAIST 수리과학과 교수)와 POSTECH 수학과 김진수 교수, KAIST 공학생물학대학원 조병관 교수 공동연구팀이 수학적 모델링을 통해 세포 내부에서 발생하는 생물학적 잡음을 제거하고 세포의 운명을 정밀하게 제어할 수 있는 ‘잡음 제어 원리’를 이론적으로 확립했다고 29일 밝혔다.</p> <p contents-hash="6b44891d0376dc553a4ea9e008de090e6e082a8914b218095170883a70395673" dmcf-pid="ZFWLYzpXot" dmcf-ptype="general">IBS 측은 이번 이론 확립으로 단일 세포 정밀 제어 뿐만 아니라, 향후 암 치료 및 합성생물학 분야 난제를 해결할 새로운 이정표가 될 것으로 기대했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c791d1f326ae2d6be57a20caa5be070fb55e27cedf6105b9cdda0d551f5d6832" dmcf-pid="53YoGqUZc1" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="수학으로 생물학 난제를 풀어낸 연구진. 왼쪽부터 임동주 학생(IBS 의생명 수학 그룹/KAIST, 공동 제1저자), 문석환 학생(위스콘신대학교 Madison(전 POSTECH), 공동 제1저자), 김재경 CI(IBS/KAIST, 공동 교신저자), 김진수 교수(POSTECH, 공동 교신저자), 조병관 교수(KAIST, 공저자)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202512/29/ZDNetKorea/20251229164102234xfxe.jpg" data-org-width="636" dmcf-mid="WCBTVLd8oU" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202512/29/ZDNetKorea/20251229164102234xfxe.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 수학으로 생물학 난제를 풀어낸 연구진. 왼쪽부터 임동주 학생(IBS 의생명 수학 그룹/KAIST, 공동 제1저자), 문석환 학생(위스콘신대학교 Madison(전 POSTECH), 공동 제1저자), 김재경 CI(IBS/KAIST, 공동 교신저자), 김진수 교수(POSTECH, 공동 교신저자), 조병관 교수(KAIST, 공저자) </figcaption> </figure> <p contents-hash="cefcda3f5cc73496d2fe3dfd5b78880eab6cabd66909dbb3136ff67cc4492156" dmcf-pid="10GgHBu5k5" dmcf-ptype="general">연구의 시작은 암 치료가 성공적으로 끝났는데도 재발하거나, 강력한 항생제를 써도 일부 세균이 살아남는 이유에서 비롯됐다. 이 같은 핵심 원인 중 하나가 세포 내부에서 무작위로 발생하는 ‘생물학적 잡음(Biological Noise)’이 지목됐다. 유전자가 같은 세포라도 단백질 양이 저마다 달라 약물 치료를 피해 살아남는 ‘아웃라이어(Outlier, 튀는 세포)’가 생겨나기 때문.</p> <p contents-hash="5f991c0aee751aa814e5a90162ab13427a0384099d845208377b0be3cb79f4c2" dmcf-pid="tpHaXb71kZ" dmcf-ptype="general">그간 과학자들은 세포 집단 평균값만 조절할 수 있었을 뿐, 개별 세포에서 일어나는 불규칙한 변동성을 제어하는 일은 오랜 숙제였다. 기존 유전자 회로 기술은 세포 집단의 평균 단백질 양은 맞출 수 있었으나, 개별 세포 간 편차인 잡음은 오히려 증폭시키는 한계가 있었다는 것이다.</p> <p contents-hash="22ea6d357785a1ac81700828a5a425022bd33fe88b3f088d2c5659ddcf65cec4" dmcf-pid="FUXNZKztcX" dmcf-ptype="general">연구팀은 이를 ‘냉온탕을 오가는 샤워기’에 비유했다. 샤워기 물 온도를 평균 40도에 맞췄더라도, 펄펄 끓는 물과 얼음물이 번갈아 나온다면 정상적인 샤워가 불가능한 것과 같다는 것이다. 즉 ‘평균의 함정’에 빠져 통제를 벗어난 소수 세포들이 암 재발이나 항생제 내성을 일으키는 주범이 된다.</p> <p contents-hash="82857e328891e8c2781c0beb2ce666a0a02558c2c388aa9c44236860b21dac20" dmcf-pid="3uZj59qFNH" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 문제 해결을 위해 ‘잡음 제어기(Noise Controller, NC)’라는 새로운 수학적 모델을 고안했다.</p> <p contents-hash="d0cbbef3e4fb11895ec93681d7d18cf04e1a737d8b692b92b7189baffaf54701" dmcf-pid="0WOQI1HlNG" dmcf-ptype="general">먼저 시스템 최종산출물이 서로 결합해 짝을 이루는 ‘이합체(dimer) 반응’을 이용해 세포마다 달라지는 산출물 분산을 조절할 수 있을지를 검토했다. 그 과정에서 이합체 반응이 세포 상태 흔들림, 즉 잡음을 감지하는 센서 역할을 할 수 있음을 확인했다.</p> <p contents-hash="6ddc04dcee23afe95e9a0f547e861de54a889612d93894d6d45c9357a61b8f44" dmcf-pid="pYIxCtXSjY" dmcf-ptype="general">하지만 초기 시도에서는 이 방법만으로 세포 간 차이를 줄이는 데 한계가 있었다. 이에 따라 특정 물질이 필요 이상으로 많이 만들어질 경우 이를 바로 줄여주는 장치가 함께 필요하다고 판단했고, 단백질이 과도하게 많아지면 즉각적으로 분해하는 ‘분해 기반 작동(degradation-based actuation)’ 원리를 결합했다.</p> <p contents-hash="be1f71a01665d972ade21bbe24d5ccd0dad1c66cd24b5a298310444ac8577fc5" dmcf-pid="UGCMhFZvoW" dmcf-ptype="general">그 결과, 외부 환경 변화에도 세포 내 잡음 수준을 일정하게 유지하는 ‘잡음 견고 완전 적응(Noise RPA)’을 이론적으로 구현해냈다. 이를 통해 세포 간 편차를 보편적인 생물학적 시스템이 도달할 수 있는 최소 수준 파노인자(Fano factor)를 1인 수준까지 억제하는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="ae6f9018bca48c0bc45abb26929e5d70693a0de723ebd6163e202109736e1013" dmcf-pid="uHhRl35Tjy" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 모델을 대장균 DNA 복구 시스템에 가상으로 적용해 성능도 입증했다. 기존 시스템에서는 DNA 손상을 복구하는 단백질의 양이 세포마다 크게 달라 약 20% 세포가 복구에 실패해 사멸했다. 하지만, 잡음 제어기(NC)를 적용해 모든 세포 단백질 양을 균일하게 조절하자 사멸률을 7%까지 낮출 수 있었다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ad4c544c2663acf0301dca3902713777d36213895a359ae5d0eec1c5c5056442" dmcf-pid="7XleS01yNT" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="잡음 제어기(NC)의 효과 개념도.(그림=IBS)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202512/29/ZDNetKorea/20251229164103493wmgm.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="Y0w4rHyOgp" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202512/29/ZDNetKorea/20251229164103493wmgm.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 잡음 제어기(NC)의 효과 개념도.(그림=IBS) </figcaption> </figure> <p contents-hash="21552b453eeb139994c7a7fb29903bb58491bda058a632105ff496fec214d20a" dmcf-pid="zZSdvptWgv" dmcf-ptype="general">정교한 수학적 원리만으로 세포 생존율을 획기적으로 끌어올린 것이다. 이는 기존의‘평균 제어’ 패러다임을 넘어, 개별 세포 하나하나를 정밀하게 다루는 ‘단일 세포 제어’를 실현했다는 점에서 의미가 크다.</p> <p contents-hash="2769355b1f559ed57ac4166ae5dd2697c83ed11b17f8debfe1124006e56ca2dd" dmcf-pid="q5vJTUFYgS" dmcf-ptype="general">연구를 이끈 김재경 CI는 "생명 현상에서 운이나 우연으로 치부되던 세포 간 잡음을 수학적 설계를 통해 제어 가능한 영역으로 가져왔다는 데 의의가 있다”며, "앞으로 암 치료 내성 극복, 고효율 스마트 미생물 개발 등 정밀한 세포 제어가 필수적인 분야에서 핵심적인 역할을 할 것”이라고 밝혔다.</p> <p contents-hash="bc5eea400ac6cfd9012f7c677350164874974a3bb54bd2b4370c6bc2e100afd7" dmcf-pid="B1Tiyu3Gjl" dmcf-ptype="general">공동 교신저자인 김진수 POSTECH 교수는 "반응 네트워크 이론을 이용한 세포 내 잡음의 이론적 수식에서 출발해 실제 생물학적 기전을 설계했다는 점에서, 수학 모형의 힘을 잘 보여주는 연구”라고 강조했다.</p> <p contents-hash="0514c3a6d5500892a25c0555666eefa5d6653f95727e2eb3d656f8b91e7554fd" dmcf-pid="btynW70Hjh" dmcf-ptype="general">연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF=15.7)’에 최근 실렸다.</p> <p contents-hash="d7c3de965be9bc895758c86c37347bbb3ec5bb37253993f32837e5897ba90ac9" dmcf-pid="KFWLYzpXNC" dmcf-ptype="general">박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 지디넷코리아. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 '마수리' 한보배 근황…"8년 열애 끝 결혼…현재 평범한 직장인" 12-29 다음 KT, 전 이용자 대상 '위약금 면제'…"보상안 확정되는대로 발표" [종합] 12-29 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
