1990년대 초반만 하더라도 해외학술지에 국내 과학자의 논문이 실리는 것은 ‘뉴스거리’였다. 그러나 이제는 최고수준의 해외학술저널에서 국내 교수의 이름을 찾은 것은 더 이상 어렵지 않다. 짧은 기간 과학계의 성장을 확인할 수 있는 성과이기도 하다. 2002년 국제 학술지에 발표된 많은 논문 가운데 네이처 지에 발표된, 반도체, 화학, 생물학 분야에서 국내 연구팀의 연구성과를 확인할 수 있는 논문을 되짚어 보았다. 네이처 머티리얼스, 네이처 메디슨 등 네이처 지의 자매지에 발표된 논문은 제외했다.

국양 서울대 교수 연구팀-‘금속 플러린 분자들을 삽입한 탄소나노튜브의 에너지 갭 변화유도’(네이처 2월 28일자)

20세기 후반기를 전자공학의 발전에 의한 제 2의 산업혁명기로, 21세기 초반을 통신의 발전에 의한 제 3의 산업 혁명기라고 말하는 사람들도 있다. 이러한 발전은 역사적으로 1947년 세 명의 물리학자 바딘 (Bardeen), 쇼클리 (Shockely), 브라튼 (Brattain)이 트랜지스터를 발명해 가능하게 됐다. 반도체의 발전은 여기에 그치지 않고, 1950년 후반에 트랜지스터의 집적회로, 양자소자를 만드는 개념이 제시·구현돼, 컴퓨터를 위시한 전자 제품과 통신 제품의 개발과 제작이 가능해졌다. 최근 30년간 동안 과학 기술자들은 트랜지스터의 크기를 소형화해, 단위 전자소자의 고집적화를 이뤘고, 이 트랜지스터들의 게이트 길이가 현재 ∼0.15 μm(μm란 1m의 100만분의 1)에 이르게 됐다. 그러나 이러한 소형화 과정은 기술의 한계와 비용의 증가를 초래했고, 단순 소형화에 의한 고집적화에 대한 회의를 가져오게 했다. 이러한 배경에서 지난 10년 간 물리학자들은 1차원 또는 2차원 형태의 반도체를 찾아왔고, 이를 이용해 트랜지스터를 만들려 했다. 이 중 1991년 발견된 탄소 나노튜브가 후보 물질로 주목을 받게 됐다. 그러나 지금까지 만들었던 나노튜브의 소자의 경우, 반경은 1.4 nm (1m의 10억분의 1)에 불과하지만, 길이가 길어서 그 장점을 살릴 수 없었다. 본 연구에서는 탄소 나노튜브의 반도체 성질을 매 ∼3 nm 마다 변화시킬 수 있는 개념을 제시하고, 이를 실험적으로 보여줘, 탄소나노튜브에서의 고집적 개념과 양자소자 개념을 처음으로 제시했다.

김명수 서울대 교수 연구팀-‘1-요오드화 프로판 이온의 광분해에 있어서 형태 특성적 반응 경로의 관찰’(네이처 1월 17일자)

같은 성질의 분자라도 고속 내부회전을 하는 분자가 화학반응을 하는 순간에 어떤 3차원 모양을 하고 있느냐에 따라 전혀 다른 화학반응 결과가 나온다는 사실을 처음 규명했다. 이 가설은 지난 50여 년 동안 제기돼 왔으나 증명되지는 않았다.
상온에서 자유상태의 분자는 화학결합 축을 중심으로 1초당 평균 1천억번의 내부회전과 격렬한 상하좌우 진동운동을 하면서 3차원 모양을 수시로 변화시킨다. 연구팀은 이번 가설 규명을 위해 ‘1-요오드화 프로판’ 분자를 1기압 상태에서 진공으로 초음속 팽창시켜 영하 240도의 기체상태로 냉각시킨 후 이온화 해 내부운동이 정지된 분자 이온을 만들었다. 연구팀은 이어 서로 다른 3차원 모양으로 멈춘 두 가지 형태의 분자에 똑같은 파장의 레이저를 쏘아 똑같이 요오드 원자만을 제거했다. 그 결과 서로 다른 성질의 분자로 변하는 화학반응 차이를 일으켰고 다른 분자들에 대해서도 같은 결과를 얻었다. 즉, 화학반응은 반응물질의 형태에 따라 달라짐을 규명, 화학반응을 조정할 수 있는 길을 열었다.

김민철 경상대 응용생명과학부 박사(지도교수: 조무제 경상대 교수)-‘식물병 저항성에 관여하는 MLO 단백질의 조절 기작 연구’ (네이처 3월 28일자)

연구내용은 MLO라고 불리는 식물에서 광범위 병저항성을 유도하는 유전자가 어떤 경로를 거쳐 병저항성을 유도하는지에 관한 기전을 밝힌 것이다. 동물뿐만 아니라 식물도 외부에서 병원균의 침입을 받으면 식물세포막에 존재하는 수용체에 의해 병원균 침입이 인지되고 병원균 침입 신호를 인지 받은 수용체는 G-단백질이라 불리는 특수 단백질을 매개체로 해 다양한 세포 신호전달 과정을 거쳐 식물의 면역체계가 작동하도록 하는 것으로 알려져 왔다. 그러나 MLO에 의해 인지된 생체방어 신호전달 과정은 G-단백질을 이용하지 않고 칼모듈린이라 불리는 칼슘 결합 단백질에 의해 매개된다는 새로운 사실을 밝힌 것이다. 식물생체방어 신호전달 과정 규명은 생명공학 기법으로 병저항성 작물을 개발하는데 필수적이다. 암의 정복을 위해서는 먼저 암의 발병 기전을 밝혀야 하는 것과 같은 원리이다. 세계의 농약 소비량이 년간 약 3백억불, 우리 나라의 년간 농약 소비량만도 약 9천억 원이나 되지만, 병충해에 의한 농작물 손실량은 총 생산량의 약 30%에 달한다. 따라서 생명공학 기법에 의한 병충해 저항성 작물개발 연구는 생명과학 연구분야 중 핵심 과제 중의 하나이다.
이번 연구로 식물에서 새로운 병저항성 신호전달 과정이 존재한다는 사실이 밝혀짐과 동시에 앞으로 유전공학 기법으로 병저항성 작물을 만드는데도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

정리: 이지영 기자 jiyoung@kyosu.net