KOSEN 한인과학기술자네트워크

(feat. 발틱해에 발을 담그고…) 

이번 코센 데이 모임은 10월 4일 킬 지역에 있는 Yummy restaurant 에서 지역에서 학부, 석사, 박사과정 , 박사후 과정, 그룹리더 그리고 사회과학자로 일하고 계신 분들이 모여 새로운 네트워크 시간을 가졌습니다. 특히 독일의 대표적인 해양 과학연구소인 GEOMAR가 위치한 킬 지역답게 모델링 연구에 참여하고 계시는 양신형 박사님으로부터 해양 연구에 이용가능한 모델링 개발을 위한 컴퓨팅 방법에 대한 의견을 들을수 있는 유익한 시간이었습니다. 특히 각자의 연구 또는 일하는 분야에서 해양수산과학과의 연계점을 찾아 보고 킬 지역에 새로 오신 분들의 이야기 그리고 독일 정착기등 유익한 정보의 공유장이 되었습니다. 

그리고 모임에서 이야기 나눈 부분들을 각자의 연구 분야와 관련해서 잘 정리해 주셔서 코센데이 덕분에 새로운 것을 많이 배웠습니다. 앞으로도 발틱해의 끝자락에 있는 킬에서 종종 좋은 만남을 가질수 있기를 기대해 봅니다. 

박시은 (학부졸업) 

개인소개 

화학을 주전공으로 하였고, 식품생명공학을 복수전공 하였습니다. 학부 졸업 후 독일의 Max-Rubner Institut (Federal Research Institute of Nutrition and Food) 에서 새로운 종의 characterization 및 특징에 관한 연구를 진행하였고, 한국의 농업 환경에서 분리된 Klebsiella 종의 whole genome sequence data를 바탕으로 항생제 내성 유전자 및 Virulence factor에 초점을 맞춘 comparative genomics 연구를 진행하였다. 현재는 독일의 Kiel에 있는 Institute of Clinical Molecular Biology에서 인턴으로 근무하고 있으며, 특정 프로바이오틱스가 장염증질환의 지표가 되는 hexokinase 2의 발현을 억제할 수 있는지 in vivo와 in vitro 실험을 진행하고 있습니다. 이를 통한 궁극적인 목표는 인간 마이크로바이옴이 개인의 건강과 질병에 어떠한 영향을 미치는지 이해하고, 이를 바탕으로 관련 질병의 개인형 맞춤 치료법을 개발하는데 있습니다..

나의 연구분야와 해양수산과학과의 연계 아이디어

1. 식습관과 인간 장내 미생물과의 관계 (해양생물 섭취에 따른 인간 Metagenome 의 변화와 건강에 미치는 영향)

미국인과 일본인들의 장내 메타게놈 분석에서 해초류의 섭취가 많은 일본인들에게 다당류를 분해할수 있는 효소 관련 유전자가 더 많은 것으로 조사되었다. 이런 종류의 유전자는 장내 박테리아가 해초류의 다당류 분해를 위해 해양 미생물로부터 특정 유전자를 전달받아 획득한 것으로 추측된다 [1]. 특히 일본인의 일일 해초 섭취량은 평균 14.2g으로, 초밥과 생선 같은 해양식품의 섭취가 일본인의 장내 미생물군의 구성을 변화시켰을 것으로 예상이 된다. 이처럼 특정 해양생물의 섭취로 인간 장내 미생물의 변화를 관찰하고 특정 유전자 발현을 연수하여 인간의 건강에 긍정적인 영향을 끼치는 해양 식품을 연구하고, 동시에 다양한 대체 식품으로 해양자원을 활용한 식품개발이 가능하다.

2. 해양 생물의 장내 미생물과 해양 오염물질 처리 (해양 생물의 Metagenome)

바다라는 환경에 적응한 해양생물들은 혐기, 고염에 적응한 장내 미생물을 가지고 있을 것으로 예상된다. 또한 다양한 해양 오염물질(예: 미세플라스틱, 중금속)로부터 호스트를 지키기 위해 오염물질을 분해하거나 성분을 바꿀수 있는 유전자 및 기능이 있을 것으로 기대된다. 이런 해양 생물의 메타게놈 분석을 통해 특정 미생물들을 발굴하고 특정 환경에서 어떻게 해양 생물이 적응하는데 도움을 주는지 동시에 오염된 해양 환경을 복원하는데 기여할 수 있는 생물학적 실마리를 제공해 줄수 있다. 이런 다양한 미생물 유전 자원을 기반으로 생물복원 (bioremediation) 기술 개발에 중요한 자료를 제공해 줄수 있다. 

3. 해양 환경에서의 항생제 내성 미생물 동시에 항생제 대체 물질 연구

대부분의 오염 물질은 바다에서 모이게 된다. 특히나 하수나 오폐수는 간단한 정화를 거친후 바다에 버려진다. 이런 과정에서 분해하기 힘든 잔유 항생제나 항생제 내성 유전자가 바다로 흘러 들어가게 되고 이를 통한 항생제 내성 물질 (미생물 포함 다양한 유전자)가 해양 환경으로 확장된다. 또한 해양 생물을 양식하는 곳에서 불특정하게 사용된 항생제 또한 항생제 내성 문제를 일으킨다. 이를 바탕으로 해양환경에서 항생제 내성 미생물의 분포와 그 영향을 분석하고, 양식 수산물의 항생제 내성 관점에서의 안전성과 관련된 연구가 필요해 보인다. 특히 해양에서 발생하는 항생제 내성 미생물이 어떻게 인간에게 전달 될수 있는지 그 가능성을 연구하고 관련된 내성 유전자를 파악하는 것이 앞으로 다가올 새로운 내성 미생물/ 내성 유전자로부터 인간 건강에 미치는 영향을 조사할 수 있다. 동시에 여전히 특이한 해양 환경과 특별한 해양 생물은 새로운 대체 물질로서 인간에게 긍정적인 영향을 끼칠수 있다. 항생제 내성과 관련해서도 새로운 항생물질의 분리, 항생제 대체 항균물질의 분리는 다양한 연구 분야가 존재한다. 

김성은 (학부생)

자기소개 

Max-Rubner institute에서 학부생 인턴으로 6개월간 파견나온 학생입니다. 학부는 식품공학을 전공하고 있으며, 다양한 전공 분야 내에서도 특히 식품미생물학, 식품 위해 및 안전에 흥미가 있어, 현재 Max-Rubner institute의 Department of microbiology and biotechnology에서 항생제 내성과 관련된 식품 위해 미생물을 규명하는 연구에 집중하고 있습니다. 

나의 연구분야와 해양수산과학과의 연계 아이디어

해양수산물은 바다라는 특이적인 환경으로 인해 비브리오균이나 노로바이러스와 같은 병원성을 가진 미생물, 바이러스가 쉽게 자랄수 있는 환경이다. 한국인의 식이 특성상 이런 해양 생물을 날것으로 섭취하는 경우가 많아 유해 미생물 / 유해 바이러스에 노출될 가능성 또한 높다.이런 미생물/ 바이러스는 식중독을 유발할 위험성이 있기에 식품 안전성 관점에서 특별한 관리 및 규제가 필요하다. 지금도 다양한 관리 프로그램이 존재하겠지만, 분자 생물학적인 지표 마커를 이용한 쉽고 빠른 간단한 오염 진단 키트의 개발은 코로나 테스트 키트처럼 저렴하면서도 정확한 결과를 얻을수 있을 것으로 기대된다. 또한 해양생물을 이용한 다양한 가공식품에 원산지 추척을 위한 유전적 마커의 개발과 연구, 해양 오염 물질로 인한 원료 식품의 분자 생물학적 오염원 분석, 해양 오염으로부터 야기된 형질 변환 및 진화 과정에 대한 모니터링은 반드시 연구가 이루어져야 할 부분이라 생각된다. 

임성빈 (박사과정)

자기소개 

독일 막스플랑크 진화생물학 연구소에서 박사과정중인 임성빈입니다. 현재 미생물을 대상으로 한 실험진화 연구를 공부하고 있으며, 미생물 유전자 번역과정에 관한 진화적 관점에서의 연구에 집중하고 있습니다. 실험적 접근을 통한 자연현상의 이해에 관심이 있으며 다양한 자연현상에 대한 보다 나은 질문을 제기하고 실험실 내에서 구현하고 자세히 조사하는 일을 목표하고 있습니다

나의 연구분야와 해양수산과학과의 연계 아이디어

1. 인간 행동으로 인한 해양미생물생태 변화 측정 및 주요 변수에 대한 in vitro 연구를 토한 미생물 생태변화 예측.

산업혁명 이래로 인간활동이 생태계에 영향을 미치는 정도가 증가하였고 이는 해양 미생물 생태의 변화를 야기하였다. 해양 미생물을 탄소, 질소, 인 등의 생태적 순환에 중추적 역할을 수행하고 있기 때문에 이러한 변화는 생태계 전반에 대한 영향을 미칠 수 있다. 우리는 이러한 생태 변화를 예측하고 대응하기 위해 인간 활동이 초래한 다양한 변수들에 대한 해양 미생물의 적응 및 진화를 실험적으로 접근하여 해양 생태의 변화에 대한 예측 가능성을 높이고자 한다.

A. 미세플라스틱

i. 해양 미생물에 대한 미세플라스틱의 독성 평가 및 장기적 돌연변이 발생 관찰

B. 온실효과

i. 용존 이산화탄소 및 수온의 변화에 따른 해양 미생물의 반응성 평가

C. 항생제 내성균

i. 해양 미생물 군집이 항생제에 노출되었을 경우를 실험적으로 모방하여 내성진화 및 이에 따른 군집 생태계의 변화 측정

ii. 해양 미생물 군집이 의료활동 등에 의해 발생한 항생제 내성균에 의해 오염되었을 경우를 실험적으로 모방하여 항생제 내성균의 활동성 및 군집 정착 가능성 평가 

？

2. 미생물 군집 모니터링을 통한 해양 생태 예측 및 주요 박테리아 지표 개발 ？ ML 기반 패턴 학습 및 후보 종 선정.

 미생물 군집은 주변 환경 및 생태에 따라 유동적으로 반응하며 군집의 패턴을 지표로 활용하여 생태계의 전반적인 상황을 모니터링 하는 기술이 적극적으로 개발되고 있다. 머신러닝 (Machine Learning, ML)은 다양하게 수집된 미생물 군집 데이터에서 패턴을 학습하고 해양 생태의 특징을 파악하는 지표로 활용할 수 있는 미생물 후보군을 선정하는 데에 활용될 수 있다. 특히 기존에 보고된 다양한 메타게놈 데이터에서 각 패턴에 따른 지표로 활용할 수 있는 미생물 종을 식별해낼수 있을 것이다. 이런 후보 미생물 종을 실험적으로 특정 미생물 군집을 형성하여 그 특징과 작용 패턴을 규명하고 실제 비슷한 해양 환경에서의 샘플링을 통한 재검증을 통해 특정 환경에서 (미세플라스틱 오염지역, 유류 유실 사고 지역) 실용성을 강화할 수 있다.

양신형. (박사후 과정)

자기소개

킬 대학교 컴퓨터과학과 소프트웨어 공학 그룹에서 박사후연구원으로 재직중이며 Kieker Observability Framework (https://kieker-monitoring.net)를 중심으로 연구용 소프트웨어의 지속가능성 연구를 하고 있다. Kieker는 소프트웨어 모니터링 및 분석 프레임워크로써 Fortran, C 등으로 개발되어 사용중인 해양/지구 모델링 프로그램을 모니터링하고 기존 설계구조의 복원 및 재모듈화를 제안하는 연구에 사용되고 있다 (https://oceandsl.uni-kiel.de/). 

나의 연구분야와 해양수산과학과의 연계 아이디어

위의 언급한 oceanDSL (Domain-Specific Languages for Ocean Modeling and Simulation) 을 통하여 기존의 생물학자나 화학자 그리고 해양 생물학자와 해양 과학자들 동시에 프로그램에 관여하는 연구자들이 공동으로 해양 과학 모델을 만들고 분석 하는일을 진행하고 있다. 

김보은 (연구사)

자기소개

농촌진흥청 소속 국립농업과학원 유해 생물과에 근무 중이며 주로 농산물의 곰팡이 및 세균 오염을 제어 및 관리하기 위한 연구를 진행하고 있다. 현재 국제 공동과제의 일환으로 Max Rubner-Institut 에 판견 중이며 농산물 및 농업 환경에서 분리한 항생제 내성 균주의 유전체 분석 연구를 하고 있다. 

나의 연구분야와 해양수산과학과의 연계 아이디어

해양 수산환경에서 분리된 유용 미생물 (유용한 2차 대사 산물을 생산, 유해 세균의 억제, 특정 미네랄 다량 함양 등등)을 간척지 농업에 이용하여 간척지에서 생산되는 농산물의 생산량 증가 및 유용 2차 대사 산물을 통한 고품질 농업 생산물 부분에 적용할수 있을 것이다. 간척지의 토양 환경은 바다 미생물이 살기에 적합한 고염의 환경 이었던 곳이기에 해양에서 분리한 유용 미생물이 쉽게 정착하고 동시에 기존에 2차 대사 산물을 수중에서 생산 분비하여 유용한 기능을 할수 없었지만, 토양에 분비하고 동시에 해양 생물과는 다른 토양 농산물에 미네랄 흡수율을 높이거나 병충해로부터 강한 작물 생산이 가능할 것으로 기대된다. 이를 위해 간척이 진행되고 있는 곳에서 미생물을 분리하고 분리된 미생물의 유전체 분석과 그 대사산물 특징을 규명하는 연구를 진행하고 이를 바탕으로 간척지에서 주로 생산되는 농작물에 적용하여 그 기능성을 규명하는 연구가 진행가능할 것이다. 

조규성 (미생물학자)

한국에서는 식품 미생물을 전공으로 하여 식품발효와 관련된 주제로 석사 과정을 마치고 독일 칼스루에에 KIT 대학에서 박사 학위를 받고 Max Rubner Institute Department of Physiology and biochemistry of nutrition 에서 PostDoc 을 마치고 Department of Microbiology and biotechnology 에서 지금은 조그마한 그룹 리더로 일하고 있다. 미생물 관련된 일을 주로 하고 있으며 항생제 내성, 내성 미생물의 제어, 환경 모니터링에 관련된 프로젝트를 진행하고 있으며, 미생물 유전체학, 비교 유전체학을 이용한 식품과 환경, metagenome 에서의 항생제 내성과의 연관성에 관련된 일을 진행하고 있다. 

나의 연구분야와 해양수산과학과의 연계 아이디어

이미 위의 참여자 분들께서 다양한 의견을 나눠 주셔서 특별히 언급할 내용은 없다. 하지만 한가지 꼭 유념해 주셨으면 하는 부분은 좀 진부할수도 있지만, 한국은 3면이 바다에 닿아 있으며 아직도 바닷속 환경, 해양 미생물, 해양생물의 진화, 해양의 오염 물질, 해양 메타 데이터등 미지의 영역이 너무나 많다. 그럼에도 불구하고 한국이 주도 하는 위의 언급된 주제와 관련된 장기 프로젝트에 관한 보도 자료나 연구자료를 찾기가 쉽지가 않다. 한국의 폐수처리 지역의 메카 게놈의 변화, 주변 미생물의 진화, 주변의 해양 생물의 변화, 주변 해수 자체의 metagenome 변화, 이와 맞물려 기후 변화로 인한 해양 생태계의 변화등 다 각도에서 분석이 필요한 장기 프로젝트의 발굴이 중요해 보인다. 바다는 단순히 물이 많이 모여 있는 곳이 아니라 태고적 생명의 신비를 품고 있는 곳이면서 아직도 우리가 알지 못하는 다양한 자원의 (생물학적 자원)보고 이기 때문이다. 

단순히 과학적인 관점에서 접근에 더하여 다양한 인식 개선 프로그램이 필요해 보인다. 특히 해양 수산 과학은 일반인들이 쉽게 접근하기 어려운 학문중에 하나로만 느껴진다. 어릴적 생각해보면 아름답고 신비하며 미지의 탐험을 즐길수 있는 곳이 해양이라고, 한국의 많은 위인들 이순신, 장보고 같은 분들이 바다에서 멋진 업적을 쌓아 올린 곳이라 배웠지만, 실제 우리가 기존의 학교 과정을 거치면서는 바다 특히 해양에 관해 새로운 지식을 배우지 못했고 쏟아지는 다양한 매체를 통해 환경 오염과 해양 오염, 미세 플라스틱에 오염된 바다등 부정적인 소식을 접하면서 어려운 분야 중에 하나로 인식이 되고 있다. 이를 극복하기 위해 해양 수산 과학 분야에서는 지역의 해양관련 축제와 연계하여 인식 일반인의 인식 개선에 도움이 될수 있는 유용한 정보를 제공하는 동시에 어린이들과 학생들을 대상으로 하는 간단한 해양과학 참여 프로그램들을 개발하여 일반인의 인식 개선에 적극적인 지원이 필요해 보인다. 

이번 코센 데이 덕분에 킬 지역에 있는 많은 과학자 분들 또 그 가족들을 볼수 있어서 너무 즐거운 시간이었습니다. 특히 이런 좋은 자리를 마련해 주신 해양과학기술진흥원 관계자분들께 무한 감사드립니다. 덕분에 지역에 계시는 분들과 새롭게 네트워킹 할수 있는 기회가 생겼습니다.