www.bioportal.or.kr

생명공학은 세기 경제성장을 주도할 핵심 산업으로 부각되고21

있으며 우리가 당면하고 있는 인류 공통의 과제들을 해결할 수 있는,

도구와 방법을 제공할 수 있으리라 기대하고 있습니다 이에 서구.

선진국들은 지난 수십 년간 생명공학을 핵심전략기술이라 판단하고

연구 및 기술개발에 대한 투자를 점차적으로 늘려왔으며 핵심원천기술

개발을 위한 각국의 경쟁이 매우 치열한 분야라고 할 수 있습니다.

이에 생명공학정책연구센터에서는 핵심기술들을 선별하여 이러한BT

핵심기술들에 대한 특허 논문 및 시장정보 분석과 국내외 총괄BT , ∙

기술발전도를 작성하여 관련 분야의 기술개발 동향을 한 눈에 파악할

수 있도록 정리하고자 기술동향 보고서 를 주기적으로 발간하고“BT ”

있습니다 분야 핵심기술 동향보고서 발간을 통하여 제공되는 국가. BT

정책 추진현황 및 활동현황 국내외 동향과 전망 등에BT R&D , BT

대한 체계적인 정보는 생명공학 전문가 관련 기업 그리고 정부의, ,

생명공학 정책입안자들에게 유용한 정책자료로 활용될 수 있을 것으로

기대합니다.

본 보고서는 번째로 발간되는 생명공학정책연구센터 총서이며37

번째로 발간되는 기술동향 보고서로서 시스템생물학 에 대한 내용을10 “ ”

담고 있습니다 관련 기술분야 전문가들이 연구를 수행함에 있어 미약하나마.

도움이 되시길 바라며 앞으로 보다 양질의 분석자료를 제공하도록 노력

겠습니다.

끝으로 본 보고서 작성을 위해 아낌없는 지원을 해주신 과학기술부

관계자를 비롯하여 많은 조언과 지도를 해주신 광주과학기술원의

김도한 교수님 한국과학기술원 이상엽 교수님 서울의대 조광현, ,

교수님께도 심심한 감사의 말씀을 드립니다.

2006. 12

생명공학정책연구센터장 현 병 환

목 차

표 목 차

표 시스템생물학 관련 데이터베이스[ 1] ···································································2표 시스템생물학 관련 해외특허[ 2] ··········································································4표 시스템생물학 관련 논문 주요 저자[ 3] ·······························································6표 우리나라 시스템생물학 관련 논문 주요 저자[ 4] ············································· 8표 시스템생물학 관련 주요 연구기관 프로그램 및 사이트[ 5] , ························· 15표 신약개발과정에 시스템생물학을 도입한 예[ 6] ················································ 17표 시스템생물학 관련 주요 국가연구개발 사업[ 7] ············································· 20표 시스템생물학 관련 국내 기술 수준[ 8] ·························································· 24표 우리나라 시스템생물학 관련 분석[ 9] SWOT ··················································24

그 림 목 차

그림 시스템생물학의 학제간 융합연구[ 1] ······························································· 1그림 시스템생물학 관련 논문 연도별 발표 현황[ 2] ··············································5그림 시스템생물학 관련 최다 인용 논문[ 3] ··························································· 6그림 우리나라 시스템생물학 관련 논문 연도별 발표 현황[ 4] ···························· 7그림 우리나라 시스템생물학 관련 최다 인용 논문[ 5] ··········································8

시스템생물학 이란 특정 현상에 관여하는 구성요소를(Systems biology)

발견하는 차원에서 더 나아가 그러한 요소들이 어떻게 상호작용하여 복잡한

생명현상으로이어지는지숨겨진메커니즘을수학 공학 물리학 생명과학등, , ,

다학제간융합연구를통해탐구하는학문분야

시스템생물학은고속고용량의다차원데이터획득과그데이터들을효율적으로

통합해석할수있는수학적 전산학적기법을동원하여세포나개체혹은그,

일부를 시스템 관점에서 통합적으로 이해하고자 하는 학문

시스템생물학은 시스템이론을 생명과학에 응용하여 생체구성요소들의

상호관계와 상호작용을 분석 규명함으로써 생명현상에 대한 시스템 차원의

이해를 도모하는 학제간 신기술 융합분야

시스템과학(Systems Science)

생명과학(Life Science)

정보과학(Information Science)

시스템생물학(Systems Biology)

참고자료 제어 자동화 시스템공학회지 제 권 제 호 시스템생물학

시스템생물학이가능해진기술환경의변화

시스템생물학이역사속에서한때사라졌다가현대에이르러재조명을받게

된이유가운데하나는기술의진보로인해시스템이론의적용이가능한수준의

정량적 데이터를 얻을 수 있게 되었기 때문임

한예로 를통해동시에여러유전자의발현정도를비교분석DNA microarray

가능하게 됨

그러나생물정보학의수준을넘어서시스템생물학연구를수행하기위해서는

동역학 특성을 분석할 수 있는 시계열 데이터의 생성이 필요

한편으론아직데이터의품질향상 정보의불확실성제거 샘플링숫자에비해, ,

상대적으로 많은 변수 개수의 처리문제 등 해결해야할 과제들이 남아있음

하지만 데이터의 질적 수준이 꾸준히 향상되고 있으며 실험비용 또한 점차

줄어들고 있어서 그 실용적 기대치는 높아지는 추세

유전자및단백질에서출발하는 접근방법Bottom-Up

질병에대한단서를얻고자정상조직과질환조직으로부터얻은유전체 단백체,

및 대사체 정보를 비교함

다양한 유전체 및 단백체 에 축적된 정보로부터 질병 관련 단서를 얻음DB

실험데이터와다양한데이터베이스의데이터가함께모아지고 정보가omics'‘통합되어 가설에 근거한 연구가 가능해짐

시스템생물학의 접근방법을 추구하는 대표적 회사로는Bottom-Up Beyond

가 있음Genomics

사는환자의임상시료로부터펩타이드및단백질을측정하여Beyond Genomics

단백체정보를얻은후 생물정보학툴과통계적방법을이용하여대사체및,

유전체 정보와 함께 통합함

이 회사는 위의 접근방법을 이용하여 질병 진단을 위한 약물개발과 마커에

대한 특정타겟 선별방법에 관하여 권리를 청구하고 있음

질병상태에서출발하는 접근방법Top-Down

접근방식은 직관 지식 그리고 가정에 근거함Top-Down ,

질병모델에서 가장 먼저 신체 시스템을 확인하고 그 다음으로 조직 세포, ,

단백질과 유전자 단위로 내려감

접근방법을 추구하는 대표적 회사로는 가 있음Top-Down Entelos

사는질병의임상적종점을이해하는것을목표로인간질병의대용량Entelos

in silico 모델을구축하였고 컴퓨터상에서실험을시뮬레이션함(PhysioLabs)

구축된모델들은실험적결과를재현하는지로검증된후에야연구자들은경로,

유전자 혹은 약물 작용점을 확인하기 위한 시뮬레이션을 시작할 수 있음

사는이미당뇨 비만 지방세포및천식에대한 을개발하였고Entelos , , PhysioLab

류마티스 관절염에 대해서 구축 중임

참고자료

시스템생물학관련특허는최근에서야출현하기시작하는상황

○해외특허는 년 사에서출원한특허를시작으로관련특허들이2004 Target Discovery

속속 등장하고 있으나 국내의 경우 동일한 조건 하에서 검색된 특허가 없음,

시스템생물학을응용한기술은최근개발되는추세로현재출원중이며아직

공개되지 않은 특허들이 상당수 존재하는 것으로 판단됨

이상엽 교수 연구팀은 시스템생물학 관련 특허 여건을 출원 중임KAIST 30

특허검색 검색키워드 검색범위 검색 도메인

미국공개 및 등록 유럽 일본공개 검색기간 공개년월일

검색키워드로 이외에 를 넣어

검색하였으나 검색결과에 많은 차이가 없어 검색키워드를 로 설정함

논문으로 살펴본 시스템생물학 세계동향

시스템생물학 관련 논문은 년대 들어 본격적으로 발표되는 현황2000

○ 년대 초반부터 다양한 의 통합적 해석연구인 시스템생물학2000 ‘-omics'

관련 연구개발 속도가 빠르게 증가하여 년 한 해에 전체 논문수의2005

가 넘는 편의 논문이 발표됨30% 243

년대 초반부터 활발한 연구개발이 진행되는 시스템생물학 분야는!! 2000

신생학문 및 기술에 해당한다고 할 수 있음

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논문검색 출판사의 검색키워드 검색분야

검색범위 문서형태 검색기간

논문분석의 자세한 내용은 별첨 참조

본 분석에서 검색된 논문은 라는 단어를 제목 초록 혹은 키워드에 직접적으로

명시한 논문으로서 라는 단어의 명시 없이 시스템생물학 관련 연구결과에 대한

논문은 검색대상에 포함되지 못함

시스템생물학관련논문들은 등종합저널및유명저널에Nature, Cell, Science

빈번히게재되고있음

값이비교적높은저널 및 에주요하게게재되고있으며IF PNAS Bioinformatics

계산생물학 및 생물정보학 관련 저널 또한 시스템생물학을 다루고 있음

와같은신생저널이속속등장NatureMolecular SystemsBiology, BMCSystemsBiology

시스템생물학관련논문은주요하게생화학 유전학그리고분자생물학분야로,

발표되고있음

그 뒤로 시스템생물학 연구결과가 의약분야에 활용되는 만큼 의약분야로도

연구되고 있음

시스템생물학분야는신생학문으로서두드러지게많은논문을발표한과학자는

많지않으나한국과이스라엘의저자가특히활발히발표하였음

한국의저자는서울대의대서울대 겸임의조광현( Bio-MAX Institute ) (Cho,

교수이며 이스라엘의 저자는 와이즈만 연구소의K.-H.) Alon, U.

미국과 독일 일본 등의 과학자들이 활발한 연구를 추진하고 있음,

94100137

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Rothberg,J.M .

Wang, J. Gilles, E.D. Mann, M . Pandey, A.*피인용 회수 조회 : 2006.10.26 기준

논문으로 살펴본 시스템생물학 국내동향

우리나라의 시스템생물학 관련 연구활동은 전세계적인 추세와 거의 동시기인

년대초반부터이루어지고있는상황2000

시스템생물학관련논문발표가해마다증가하는것을볼때 시스템생물학에,

대한 국내연구가 활발해지고 있음

전세계적인 연구개발 시기보다 년 뒤늦은 다른 기술분야와는 달리!! 10

시스템생물학분야에대한국내연구는비슷한시기에시작되어관련논문발표가

해마다 증가하는 현황

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2006.10.26

논문검색 출판사의 검색키워드 검색분야

검색범위 문서형태 검색기간

논문분석의 자세한 내용은 별첨 참조

국내논문 검색은 이 한국으로 나타낸 논문만을 검색하여 이를 대상으로 분석

우리나라 시스템생물학 관련 논문들은 Genome Research, FEBS Letters,

등에 게재됨Bioinformatics, Biochemical Society Transactions, Oncogene

다양한 생명현상 정보의 통합적 연구에 초점이 맞춰진 저널과Biosystems

대사물질의 분석과 공정 관련 저널인 에도 발표됨Metabolic Engineering

우리나라의 시스템생물학 관련 논문은 주요하게 생화학 유전학 그리고,

분자생물학 분야로 발표되고 있음

그 뒤로 의약분야로 발표되고 있는 세계동향과는 달리 우리나라의 논문은

농업생물과학 화학공정 관점에서 시스템생물학 연구개발이 진행됨,

우리나라에서 시스템생물학 관련 논문을 가장 많이 발표한 저자는 전

세계적으로도많은논문을발표한저자로선정된서울대의대의조광현교수

본분석에서포함되지는않았으나시스템생물학의응용을위한도구개발이나

산업적으로 유용한 시스템개발과 관련하여 이상엽 교수 연구팀에서KAIST

다수의 논문을 발표함

이니셜이 같은 다른 저자의 논문이 포함될 수 있어 정확한 수치가 아닐 수 있음

본 분석에서 검색된 논문은 라는 단어를 제목 초록 혹은 키워드에 직접적으로

명시한 논문으로서 라는 단어의 명시 없이 시스템생물학 관련 연구결과에 대한

논문은 검색대상에 포함되지 못함

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Cho, K. H. Cho, K. H. Cho, K. H. Park, K. I. Lee, S. Y.

* 피인용회수조회: 2006.10.26 기준

울산대

울산대

울산대

연세대

KAIST

시스템생물학의 주요 적용범위

시스템생물학과신약개발

포스트게놈이전시대에는타겟의부족이신약개발의걸림돌이었으나포스토

게놈 이후 시대에는 최적의 타겟을 발굴하는 부분이 병목이 되고 있음

최근새로운타겟은매우빠른속도로생성되고있으나좋은타겟의검증속도는

여전히 느린 상황임

시스템생물학은비용과시간이많이소모되며위험부담이비교적큰신약개발에

큰영향을미치고있어최근많은다국적제약회사들이시스템생물학연구에

큰 투자를 기울이고 있는 상황임

시스템생물학은질병에중요한경로와약물의타겟에대한효능을효율적으로

확인하는 방법을 제공함

시스템생물학은질병의원인메커니즘에대한근원적인이해를가능하게하며

이로부터 최적의 신약 타겟을 발굴할 수 있음

바이오시뮬레이션기술은타겟검증에서부터임상시험까지약물디자인과정을

효율화하여 신약개발의 시간과 비용을 줄일 수 있는 in silico 실험도구임

이러한 in silico 도구는신약개발에대한막대한비용과개발기간을효과적으로

단축시킬 수 있을 것으로 예측됨

시스템생물학과질병진단

포스트게놈측정기술은연구자들이심각한질병의증상이나타나기전 최대한,

질병의 초기에 발생되는 분자 신호를 발견할 수 있는 기술을 제공함

분자신호는특정세포형에의해서만들어지는유전자 단백질혹은다른세포,

생성물의 무수한 활동을 반영함

포스트 게놈 측정기술 중 하나인 유전적 프로파일링은 임상반응의 의미있는

진단자들과 통합되어야하는 방대한 양의 데이터를 생성함

주요한도전중하나는방대한데이터의취급과생물정보학의전문가 데이터,

관리 및 분석이 중점요소가 됨

미국 에서는 정상세포 전암세포 그리고NCI(National Cancer Institute) ,

암세포에서발현된유전자의완전프로파일을결정하는Cancer Genome Anatomy

를 수행함Project

의혁신적인분자분석기술프로그램이분자신호의검출뿐만아니라세포내NCI

고분자의 상호작용을 검출하는 새로운 방법 개발에 도움을 줌

지난 년에 대학의 의연구자들과2001 Emory WinShip Cancer Institute NuTec

와 이 팀을 이루어 정보관리Sciences IBM GenesysSI(Seamless Informatics)

시스템을 개발함

정보처리면에서세계최대의슈퍼컴퓨터중에하나로 는환자의, GenesysSI

유전정보와공공혹은사설의약정보데이터베이스의유전적프로파일을비교함

시스템생물학의산업적응용

시스템생물학 기법을 생명공학 산업에 적용하는 시스템생명공학 분야가

산업계를 중심으로 관심을 받고 있음

시스템생물학기법을접목하여효율적인의약 화학 에너지물질등의바이오, ,

기반 생산시스템 개발이 가능함

향후대부분의생명공학제품생산에는시스템생명공학을이용하여그경쟁력을

향상시킬 수 있을 것으로 예상

이상엽교수연구팀은시스템생명공학연구를전세계적으로매우활발히KAIST

수행하고 있음

게놈스케일네트워크구축및시뮬레이션을통한 in silico 대사공학으로타겟을

찾아 균주개량 연구를 주도적하고 있음

시스템생물학 관련 주요 업체 동향

실험관점의업체

컴퓨터모델관점의업체

가상질환시스템관점의업체

참고자료

일본

Sys

tem

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000년

)-일본동경에설립되어신호

전달계의지도작성및생체

대사경로의시각화작업

2000

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2006

미국

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2000년

)-미국시애틀에설립되어다

수의생물학자

, 공학자

, 전산

학자

, 물리학자들이선도적

연구를수행

Inte

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003년

)-대표적모델미생물인

E.

coli

의시스템생물학연구수행

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(200

4년)

-실험연구자와이론가와의공동

연구를통한효모시스템생물학

연구활동추진

미국

MIT대학

(200

3년)

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(200

5년)

-인간질병원리및치료에

중요한

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e시그널링네트워크

연구를추진

미국하바드대학

(200

3년)

-본격적인시스템생물학과를표방

E-C

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996년

)-일본게이오대학에서시작되어

E. c

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세포내에서일어나는생명현상을전산

모델화

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002년

)-미연방에너지부주관으로추진

국제적 컨소시움

시스템생물학에서의 협력 연구는 필수적이며 최근 국제적 협력연구 또한

활발하게진행되고있음

년 구성된 은 실험연구자와2004 YSBN(Yeast Systems Biology Network)

이론가와의 공동연구를 통한 효모 시스템생물학의 연구활동을 추진

인간질병원리및치료에중요한 시그널링네트워크Receptor Tyrosine Kinase

연구를위해구성된 가 년RTKC(Receptor Tyrosine Kinase Consortium) 2005

월 첫 조직미팅을 개최1

년 월에조직된2003 5 IBEC(Integrated Biology of Eschrichia coli 는 대표적)

모델미생물중하나인 E. coli의 시스템생물학연구를위해생물학자 생화학,

공정가 컴퓨터 과학자들이 공동연구를 수행,

아시아 태평양 지역의 시스템생물학자들을 연결하는- eIMBL(Electronic

이 년 월에 설립International Molecular Biology Laboratory) 2005 11

eIMBL은 다국적 협력 네트워크로서 급속도로 성장하고 있는 시스템생물학

분야의 젊은 과학자들의 훈련 전문지식 및 연구자원의 공유 공동연구를, ,

목적으로 함

현재아시아태평양지역의한국 일본 중국 대만 싱가폴 호주 인도 이스라엘, , , , , , , ,

뉴질랜드 등 개국 대표적인 시스템생물학 연구자들이 참여9

지역을 기반으로 시스템생물학의 확산 및 교육 데이터 통합을 위한 공동,

연구조직이구성됨

라는 유럽 공동연구 그룹 결성EUSYSBIO(European System Biology)

이외에도 차 및 차 프레임워크 연구 프로그램에서 지원을 받는EU 6 7

가 구성되어 운영ERASysBio(ERA-NET for Systems Biology)

생물학 병리학 제약과정을시뮬레이션기술과접목하여효율적인신약개발에, ,

활용하고자 하는 목적으로 이라는 네트워크가 차 프레임워크BioSim EU 6

프로그램과 유럽위원회에 의해서 설립됨

한국에서는 년 조직된 를2005 KoSBI(Korean Systems Biology Initiative)

중심으로 진핵생물 시스템생물학 연구가 현재 공동연구로서 진행 중

주요 관련기관 프로그램 및 주요 업체,

해외의주요대학및연구소에서시스템생물학관련프로그램을진행하고있으며

학제적 다국적으로연구개발을수행하고있음

참고자료 과학기술부 년 생명공학 백서 원본자료를 일부 수정 보완함

미국을비롯한여러나라의학계및생명공학회사에서는시스템생물학을이용한

연구를 본격적으로 착수하였으며 최근 시스템생물학을 응용한 신약개발이

이루어지고있음

신약개발과정에미치는시스템생물학의영향을크게세가지로요약할수있음

첫 번째 이미 성질을 알고 있지만 특정 질병과의 연관 관계에 대한 정보가,

부족했던 단백질을 밝혀낼 수 있음

두번째 특정질병과관련된정보가밝혀져있는않은새로운단백질과같은,

의약 목표물을 도출할 수 있음 정상세포와 비정상세포의 차이점을 시스템.

수준에서 분석하는 방법을 이용

세번째 복잡한신호전달체계에대한시스템생물학연구를통해신호전달의,

다단계체계중신약개발에가장효과적인영역을선택하여보다효과적이고

안전한 치료제 개발 가능

년 공개된 사의 천식치료제 표적검증 관련 연구2003 Entelos

질병관련신호전달 유전체 단백체 생리반응의자료등을축적한, , , PhysioLab

을사용하여천식치료표적으로예측된 단백질의저해시천식이Platform PDE4

완화될 수 있다는 것을 증명하고 저해제의 집중적인 탐색을 수행PDE4

사의심장병치료제개발연구에시스템생물학을응용Predix Pharmaceuticals

이라 명명된 심장 모사시스템을 사용하여 심장병 치료제의CardioPrism

후보의약을 선정하고 관련 연구를 수행

세계적다국적제약기업인 는시스템생물학을이용한바이오신약개발Eli Lilly

연구에향후 년간약 억 만달러에이르는연구비를투자하기로결정5 1 8,000

참고자료 한민족과학기술자네트워크 시스템 생물학을 이용한 바이오 신약개발

원본자료를 일부 수정 보완함

주요국 연구개발 투자동향

시스템생물학을중점분야로선정하여국가주도의연구프로그램으로확대

미국은 신규 로드맵에서 학계 간 연구 및 통합적 시스템생물학을 핵심NIH

중점분야로선정하고 개의대용량구조규명프로그램진행중연간 억원9 ( 500

규모 년, 2003 )

년대 초반 시스템생물학 연구소를 시애틀에 설립한 이래로 해마다2000

투자규모를 늘려 현재 미국 전역에 다수의 시스템생물학 연구센터와

연구컨소시움이 구성되어 운영

유럽에서는제 차 에서시스템생물학을주요연구주제로7 EU Framework Program

선정하고 을구성하여특화된European Systems Biology Consortium(ESBIGH)‘ ’소규모 과제들을 중심으로 연구를 진행

영국 생명공학위원회에서향후 개년전략적목표로목표지향적 시스템생물학을, 5

설정하였고 년 전국 개의 시스템생물학 핵심 연구센터를 설립2006 5

독일 년부터대규모시스템생물학국가프로젝트 만유로투입를, 2003 (5,000 )

가동하였고 국가 차원의 간세포 구성성분의 분석 통합시스템 구축 추진

프랑스 를중심으로신호전달모델을, In silico Cell Simulation Initiative(SiliCell)‘ ’개발 중

아일랜드 년대규모시스템생물학연구프로젝트를시작한이후 년, 2004 2006

더블린에시스템생물학연구소설립을기획하며 년설립예정 이분야에(2007 )

막대한 투자 주도

일본의 경우 동경에서 제 회 시스템생물학 국제학술대회를 개최한 데 이어1

시스템생물학 연구소를 설립하고 년초부터 정부지원하의 대규모2000

국제프로젝트를 가동

게이오대학에서 추진으로E-Cell project‘ ’ E. coli 세포내에서일어나는모든생명현상을 전산모델화 시키는 작업을 추진

최근 중국에서도 국제학술회의 유치와 연구기관 설치에 막대한 투자를 전개

중국에서는 년이래로매해국제학술대회가유치되어오고있으며 년2004 2006

월에는 중국 상하이에 가 설립되었음11 Systems Biology Institute

총괄국내기술발전도

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IST(

2006년

4월)

-가상세포소프트웨어

‘웹셀

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’개발

KA

IST

“바이오시스템학과

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(200

2년)

-학문⋅기술간의융복합과생명

현상에대한시스템수준이해를

위한교육및연구시스템설립

KA

IST(

2004년

11월

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KA

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2005년

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KA

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2005년

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’개발K

AIS

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(200

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)-매직기술을이용하여

세포노화재프로그래밍

조절물질개발

광주과기원

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’지도제작

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연구수행

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5년11월

)-광주과기원내설립

시스템생물학국제심포지움

개최

(200

3년4월

)

관련 수행과제

시스템생물학관련주요국가연구개발사업으로시스템생물학연구사업이있음

년시스템생물학연구사업이시작되어 년까지진행될예정이며 년2003 2011 2006

억 원의 투자가 계획되어 추진33

참고자료 과학기술부 년 생명공학 백서 원본자료를 일부 보완함

국내 주요 연구활동

가 학술대회 및 학술지 관련 활동)

년 월서울시스템생물학국제심포지엄2003 4

국내에서최초로시스템생물학관련국제심포지엄을광주과기원김도한교수

주관으로 개최

년 월조광현교수 편집장에선임2003 12 IEE

유럽의 최대공학회인 영국 런던가IEE(Institute for Electrical Engineers, )

발행하는 시스템생물학 분야 세계 최초의 국제저널 초대Systems Biology‘ ’편집장 에 선임되어 년까지 국제적으로 활발히 활동(Editor-in-Chief) 2006

년 월시스템생물학의대장균관련국제학술대회 제 회 개최2006 10 3 IECA2006'‘주최로 국제대장균연대모임의KAIST IECA(International E. Coli Alliance: )

제 회 국제학술대회가 제주국제컨벤션센터에서 개최됨3

대장균의시스템생물학및가상세포시스템 분자생물학 생물정보학등다양한, ,

분야의 연구자 및 산업체들이 참여

이회의에서 이상엽교수가미생물시스템생물학관련업적을인정받아KAIST

의장으로 추대됨IECA

년 조광현 교수 의 편집위원으로 선임2006 Systems and Synthetic Biology

네덜란드에서출판하는시스템생물학관련새로운국제저널Springer( ) Systems

의 편집위원 으로 선임and Synthetic Biology (Editorial Board Member)

년조광현교수 의명예편집위원으로선임2007 GeneRegulationandSystemsBiology

뉴질랜드에서출판하는시스템생물학관련새국제저널Libertas Academica ( )

의명예편집위원Gene Regulation and Systems Biology (Honorary Editorial Board

으로 선임Member)

나 주요 연구활동)

년서울의대서울대 겸임 조광현교수연구팀1999 ( Bio-MAX Institute )

국내최초로공학 생명과학 수학 물리학 컴퓨터과학 생물정보학등다양한, , , , ,

분야의연구자들로구성된시스템생물학연구실 을(http://systemsbiology.snu.ac.kr)

설립하여 활발한 연구활동으로 국제네트워크를 형성해가고 있음

유럽과미국의관련연구자들과국제연구네트워크형성으로신호전달 세포내,

네트워크 질병메커니즘 규명에 관한 시스템생물학 연구수행,

년 바이오시스템학과신설2002 KAIST

학문 기술간의 융복합과 생명현상에 대한 시스템 수준에서의 이해를 위한

바이오시스템학과를 출범

뇌과학 전산학 기계공학과 생물학등다양한전공분야의교수를영입하여, , ,

학제간 융합 교육 및 연구시스템을 설립

년서울의대조광현교수연구팀2002

세포내 신호전달경로의 수학적 모델링 및 컴퓨터시뮬레이션에 대한 세계적

수준의 기술을 독자적으로 개발하여 에서 인용Science STKE

년 월 이상엽교수연구팀2004 11 KAIST

가상세포 분석 프로그램인 메타 플럭스 넷 새 버전을 발표(MetaFluxNet)'‘ 수많은 생물정보를 바탕으로 가상세포를 모델링한 뒤 컴퓨터상에서 유전자

조작등의다양한실험을하고이때세포내부에서어떤현상이일어나는지

예측하는 프로그램

연구실 홈페이지 를 통해 프로그램 무료 다운로드(http://mbel.kaist.ac.kr)

가능

년서울의대조광현교수연구팀2004

마이크로어레이실험으로부터 세포내 유전자 네트워크를 추론해내는DNA

역공학 기술을개발하여 를비롯한다수의(reverse engineering) Bioinformatics

국제저널에 논문발표

년 월 이상엽교수연구팀2005 5 KAIST

기반의 가상세포 모델링 언어인 을 개발XML MFAML

가상세포모델을구조적으로표현할수있는데이터서식을개발했고가상세포의

다양한 유전학적 또는 환경적 실험조건과 분석결과를 표준화해 쉽게 공유할

수 있으며 다른 분석환경에서도 이용 가능한 것이 특징

년 월 김태국교수연구팀2005 7 KAIST

신약후보물질의 기능을 세포 안에서 실시간으로 확인할 수 있는

매직 이라는신기술개발(MAGIC MAGnestism-based Interaction Capture)'‘ 이기술을이용하며생체안의약물표적단백질을쉽게찾아낼수있고세포

안에서 계속 변화하는 생체대사 활동을 실시간으로 관측하고 조절이 가능할

것으로 예상

년 월광주과기원임영준박사2005 9

시스템생물학연구사업 지원을 받아 세포내 콜레스테롤 수송 규명‘ ’ 칼슘대사시스템생물학연구소에서연구중인임영준박사가산화콜레스테롤‘ ’결합단백질의 차 구조를 선 결정학적 방법으로 해석하여 이 단백질의3 X-

작용기작을 규명하여 지에 발표함Nature

년 월 이상엽교수와박선원교수연구팀2006 4 KAIST

인터넷 기반 가상세포 소프트웨어인 웹셀 시스템을 개발(WebCell) '‘ 웹셀은세포내에서일어나는반응을예측할수있을뿐아니라시간에따른

변화를동적으로보여주는소프트웨어로서인터넷을통해이용가능하며결과를

저장하여 다른 연구자와 교환해 볼 수 있음

웹셀을대사흐름분석프로그램인 메타플럭스넷과연동시켜통합된가상세포‘ ’개발에 활용할 예정

웹셀 시스템은 홈페이지 로 접속하여 이용 가능(http://www.webcell.org)

년 월 김태국교수연구팀과 주씨지케이2006 6 KAIST ( )

연구결과는 세포의노화과정을가역적으로재프로그래밍할수있는조절물질‘개발이란 제목으로 에 게재Nature Chemical Biology‘ 화합물 만 개를 스크리닝하는 과정에서 노화세포를 젊은 세포로 변화시켜2

수명을 연장시키는 약제화합물 을 발견(CGK733)

연구결과는 년 지에 발표한 매직 이라는 신기술을 활용2005 Science ‘ ’년 월광주과기원김도한교수연구팀2006 8

심장유전자들의상호작용을이해할수있는 심장세포유전자시스템지도 제작‘ ’ 심장세포에서 발현되는 유전자들의 총체적 분석을 통해 다수의 새로운

유전자군을발견하였으며이들의발현이특수한전사인자에의해조절된다는

사실을 규명

심장 및 칼슘 조절 유전자들의 네트워크 데이터 베이스 HCNet

구축(http://www.kosbi.org/hcnet)

년 서울의대조광현교수연구팀2006

세포내 서로 다른 신호전달 경로간의 크로스토크가 예상치 못한 발암

메커니즘으로 작용할 수 있음을 모델링과 실험을 통해 규명함으로써

시스템생물학 연구의 좋은 사례를 연구함

이상엽교수연구팀KAIST

시스템생명공학연구를주도하면서게놈스케일네트워크구축및시뮬레이션을

통한 모델로부터대사공학타겟을찾아균주개량에활용하는등관련in silico

연구를 리드하고 있음

등 신규 알고리즘을 특허 출원 중임FSCOF, FSEOF

유전체 단백체연구등기본기술은확립되어가고있으나시스템분석을위한,

통합적기술및신약개발응용기술이취약한상황

유전체 단백체 대사체 질환관련신호전달체계 세포기능연구등에대한, , , ,

개별적 연구 수준

대형 정보 처리 관련 자체 프로그램 개발 등 컴퓨터 공학과의 연계가 부족한

상황이며 생명공학 연구와 인체 임상 연구진과의 네트워크 구성 미비

참고자료 과학기술부 분야 추진방향 안 과학기술부 제 차 생명공학육성기본계획

우리나라의 시스템생물학과 관련하여 국내 연구자의 활동이 활발하다는 것이

강점으로그리고세계적으로연구개발초기단계라는것이기회요인으로판단됨

미시적으로볼수없었던생체내시스템들의본질적인원리또는복잡한상호작용

속에서만창발적으로들어나는패턴을발견하는것이고이를기반으로시스템의

재구성에까지도전할것으로기대

장기적안목에서시스템생물학연구결과에따른기술적기대효과를다음과같이

정리할 수 있음

분자수준이 아닌 시스템수준에서의 새로운 생명과학 법칙의 발견

모델링 및 시뮬레이션에 의한 게놈수준에서의 합성생물학 가능

인간의 질병 메커니즘에 대한 이해와 새로운 통찰력 획득

체계적인 신약후보물질의 발굴 및 신약개발

신약승인기구 등에서승인요구항목으로곧추가예정인신약의신체내(FDA )

기작에 대한 컴퓨터 모델링을 활용한 검증기법 개발

시스템생명공학에 의한 게놈수준에서의 총체적 대사 최적화 가능

시스템생물학에 의한 질환모델 질환기작 발견 및 효과적인 신약개발 등,

제약 보건의료산업에크게기여할것으로기대

년 세계 의약시장은 천억 달러 이상이며 년에는 조억 달러 이상2005 5 2010 1

규모에 달할 신약시장에서 시스템생물학 기반 신약개발에 대한 경쟁력 확보

시스템생명공학은생명공학산업의경쟁력을향상시킬것으로기대

의약뿐아니라 조 억달러의시장규모를가지는화학 에너지물질들의1 5,000 ,

바이오 기반 생산에 영향 미칠 것으로 예상

시스템생물학기반기술및인프라기술시장에서의경쟁력확보

년시스템생물학인프라기술시장은 억달러규모에달할것으로예측2010 10

1) Systems Biology - An interdisciplinary approach to solve complex

bio-puzzles in the 21st century(2006)-Crossroads: Journal of Asia

Pacific Center for Theoretical Physics, 4, 1-5

2) Systems Biology as a Foundation for Genome-scale Synthetic

Biology(2006)-Current Opinion in Biotechnology, 17, 488

3) Systems Biology: Discovering the dynamic behavior of biochemical

networks(2005)-BioSystems Review, 1: 1, 9-17

4) Systems Biotechnology for Strain Improvement(2005)-Trends in

Biotechnology, 23(7), 349-358

5) Systems Biology: The future for integrated drug

discovery(2004)-Informa Healthcare

6) Systems Biology Key to Unlocking the Value within the Omics

Revolution(2004)-Drug & Market Development Publications

7) Analysis and modelling of signal transduction pathways in systems

biology(2003)-Biochemical Society Transactions, 31: 6, 1503-1509

8) Systems Biology: Towards an understanding of the dynamics of

life(2003)-BIOforum Europe, 6, 2-4

9) Systems Biology: Looking at opportunities and challenges in

applying systems theory to molecular and cell biology(2003)-IEEE

Control Systems Magazine, 23: 4, 38-48

10) Perspectives and Profiles In Research Informatics and Systems

Biology(2002)-Kalorama Information

11) Perspectives on Systems Biology(2000)-New Generation

Computing, 18. 199-216

12) 시스템생물학 신기술 융합연구의 새로운 도전 제어자동화시- (2004) - ∙ ∙

스템공학회

13) 시스템 생물학을 통한 대사회로 관련 연구 화학공학연구정보센터(2006)-

14) 시스템생물학의 개념 및 국내외 연구동향 보건산업진흥원(2006)-

15) 시스템생물학 화학공학연구정보센터(2006)-

16) 원핵세포의 시스템 생물학 연구 한국분자세포생물학회 뉴스지(2006)-

17) 진핵세포의 시스템 생물학 연구 한국분자세포생물학회 뉴스지(2006)-

18) 생명공학 백서 과학기술부(2005)-

19) 시스템생물학 연구동향 한국정보과학회(2005)-

20) 시스템 생물학을 이용한 바이오 신약개발 한민족과학기술자네트워크(2005)-

21) 분야 추진방향안 과학기술부 과학기술혁신본부 생명해BT R&D (2004)-

양심의관실

22) 생물학연구정보센터 생물동향 검색 자료(BRIC)

23) 각종 인터넷 보도자료 및 생명공학정책연구센터 포털사이트

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생명공학정책연구센터 총서 목록

1 총서 제 권1 항암 중점 분자표적 김무웅 2005-06-30 특허맵2004-1 비공개2 총서 제 권2 비만당뇨 중점 분자표적/ 김무웅 2005-06-30 특허맵2004-2 비공개3 총서 제 권3 항암 세포치료제 김무웅 2005-06-30 특허맵2004-3 비공개4 총서 제 권4 치주질환 억제 및 치료제 김무웅 2005-06-30 특허맵2004-4 비�