바이오인

 출처 : 한국분자 ·세포생물학회 뉴스레터

 함 시 현
숙명여자대학교 화학과
E-mail: sihyun@sm.ac.kr

“교수님, 어떤 연구하세요?” 라는 질문에 “질병을 연구합니다.” 라고 대답하면 대부분의 사람들은 “화학과에서 어떻게 질병을 연구해요?” 라고 반문한다. 더더군다나 실험실에서 비이커나 실험기기를 사용하지 않고 컴퓨터만 가지고 연구를 한다고 말하면, 보기엔 그렇게 생기지 않았는데 혹시 사기꾼 아닌가 하는 눈빛으로 변하기도 한다.

지난 1998년 미국 텍사스 공대에서 양자역학으로 박사학위를 받은 나는, 씨애틀 워싱턴대학 의대에서 포닥연구원 생활을 하면서 슈퍼컴퓨터를 사용하여 분자동력학 모의실험방법으로 치매 단백질의 온도 의존성 연구를 계기로 전산화학을 이용한 질병연구 분야에 뛰어들게 되었다.

이후 2003년 9월, 숙명여대 화학과에 임용되어 ‘나노바이오 전산화학 연구실(Nano/Bio Computational Chemistry Lab.)’이라는 이름의 연구실을 만들었고 양자화학과 분자동력학, 통계역학 방법을 접목하여 화학 및 생체 반응의 기작을 규명하고자 노력해 왔다. 2015년 2월 현재, 그동안 내 연구실을 거쳐간 학생 및 연구원은 총 70여명. 이중 90%는 학부생이다.

대학원생이 워낙 부족한 터라 숙명여대 화학과에서는 학부생들이 연구인턴으로 연구 참여하며 대학원생 못지않은 연구업적을 내는 경우가 많다. 학부생이 연구해서 SCI 논문도 쓰고 국제학회에서 일 년에 여러 번씩 논문발표도 하고, 내 연구실 학부생은 지도교수를 잘못 만나 고달픈 학부생활을 하는 경우가 많다

새로운 연구방법의 탄생

지난 2009년 가을, 연구년을 맞아 일본 분자과학연구소 (Institute of Molecular Science, Okazaki)에서 평생 물(water)에 관한 이론을 정립해온 Hirata 교수 초청으로 일본에서 삼 개월을 보내게 되었다. 이 연구소에 있으면서 통계역학 방법을 이용해 물 분자의 분포를 좀더 정확하게 구현해내는 이론을 공부하게 되었다.

이후 한국에 돌아온 나는 이 통계이론을 발전시켜 움직이는 생체분자 주변의 물분자들의 분포와 성질을 설명하는 것에 최초로 적용해 보았고, 그 계산결과는 여러 가지 실험 방법으로 관찰된 결과를 아주 잘 설명할 수 있었다. 움직이는 생체분자 주변의 물의 움직임과 분포도를 정확하게 구현해 내는데 성공한 기쁨도 잠깐, 이 이론을 실용화하기에는 슈퍼컴퓨터를 사용해 계산해도 계산시간이 너무나 오래 걸리는 한계가 있었다. 그런데 때마침 전세계에서는 공상과학영화에 나오는 CG(computer graphics) 처리에 쓰이던 GPU(Graphics Processing Unit)를 이용한 연산이 엄청나게 빠르다는 보고와 함께 아주 저렴한 GPU 컴퓨터들이 보급되고 있었다.

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