미래창조과학부(장관 최양희, 이하 미래부) 산하 기초과학연구원(IBS)은 개원 5주년을 맞아, 그동안 내놓은 주요 연구성과 및 관련 통계분석을 취합한 보고서 'IBS 리서치 하이라이츠 & 어낼러시스(Research Highlights & Analysis), 지식의 풍경'(이하 보고서)을 발간한다.

보고서는 IBS가 지난 2011년 11월 21일 개원 이래 26개 연구단을 설립·운영하면서 얻은 중요한 연구성과들을 과학 커뮤니티와 과학을 지지하는 국민들에게 소개한다. 책자는 크게 △우수연구성과 25선과 △연구성과 분석의 두 부분으로 구성됐다.

우수연구성과 25선은 IBS의 주요 연구성과 중에서도 과학계 권위자들로 구성된 IBS 연구기획·조정위원회를 거쳐 선정됐다. 크리스퍼 유전자가위·마이크로RNA·광유전학 등 생명과학의 새로운 장을 여는 연구들, 당뇨병·자폐증·패혈증 등 질병치료에 활용할 혁신적 발견들, 소재의 패러다임을 바꿀 원자전선과 각종 2차원 물질 연구 등 물리·화학·생명과학 및 융합과학분야 최고 수준의 연구성과들을 꼽아 일반인들도 알기 쉽게 정리했다.

특히 우수연구성과 25선에 포함된 40여 건의 논문 중에는 연구단장 외에도 그룹리더나 젊은 신진과학자들이 교신저자로 주도한 논문이 9건이나 포함되었다. IBS의 주요 임무 중 하나인 한국 기초과학의 미래를 이끌 신진연구자들의 육성에도 청신호가 들어온 것으로 보인다.

다음은 우수연구성과 25선 중 일부 내용이다.

인지 및 사회성 연구단: 광유전학, 신경세포 자라게 하고 뇌 기억력 높인다

허원도 그룹리더는 2009년 본격적으로 광유전학 분야 연구를 시작해, IBS 합류 이후 광유도 분자올가미 기술 개발에 성공했다. 2005년 칼 다이서로스 미 스탠퍼드대 교수가 녹조류의 채널로돕신 유전자를 신경세포에 발현하며 광유전학 분야를 선도했지만, 그 특성상 다양한 단백질에 적용하는 데는 한계가 있었다. 허원도 그룹리더 연구진은 채널로돕신 대신 식물의 청색광 수용 단백질을 활용, 다양한 기능의 단백질들과 융합단백질을 만들어 세포 내에 발현시키는 방법으로 연구를 전개해갔다. 연구진은 이를 광범위한 영역에 응용, 빛으로 신경세포의 분화를 유도하고 생쥐 뇌의 기억력도 높이는 등 우수한 연구성과를 잇따라 내놓고 있다.

RNA 연구단: 마이크로RNA 탄생의 비밀을 풀다

김빛내리 RNA 연구단장 연구진은 지난 2003년 일찍이 마이크로RNA(miRNA) 생성에 중요한 역할을 하는 드로셔 단백질을 발견, 네이처(Nature)에 논문을 게재했다. 그러나 그 후 10년이 지나도록 김 단장을 포함한 전 세계 어느 연구자도 드로셔 단백질의 정제에 성공하지 못하면서, 드로셔 단백질 3차원 구조의 규명은 미완의 과제로 남아있었다. 이에 김 단장은 2013년 구조생물학자이자 단백질 정제 및 결정화의 전문가인 우재성 연구위원을 연구단에 영입, 생화학과 구조생물학간 연구협력을 통해 2015년 마침내 드로셔 단백질을 포함한 마이크로프로세서의 3차원 구조를 확인하는 데 성공했다. 유연한 연구진 구성과 연구 자율성 보장으로 시너지 효과를 발휘한 결과다. 최근 외국인 연구원이 연구단에서 쌓은 역량을 인정받아 해외 유수 대학 교수진에 발탁되는 성공사례도 나왔다. RNA 연구단에서 박사후과정을 밟은 베트남 출신 응웬 투언 아잉(Nguyen Tuan Anh) 박사가 그 주인공으로, 오는 2017년 1월 홍콩과학기술대 생명과학과 조교수로 부임한다.

분자활성 촉매반응 연구단: 메탄가스 분해 성공, 원유 대체 물질 기대

IBS의 연구환경은 집단연구의 시너지 창출에 큰 몫을 하고 있다. 특히 학제 간 융합 연구에서 빛을 발한다. 계산화학과 실험화학의 협업으로 화학계의 오랜 난제였던 메탄가스의 화학적 분해에 성공한 백무현 부연구단장의 사례가 대표적이다. 공교롭게도 연구성과가 실린 사이언스 해당 호에 유사 주제의 논문이 뒤에 붙어 실려 백투백(back-to-back) 논문이 되었다. 이 분야 연구경쟁의 치열함을 엿볼 수 있는 대목이다. 백무현 부연구단장은 "IBS 합류 후, 연구에 속도가 붙어 좋은 성과를 낼 수 있었다"며 "계산화학으로 정확한 촉매물질을 예측하고 실험화학으로 이를 증명해 이상적인 합작품을 이뤘다"고 말했다.

다차원 탄소재료 연구단: 전기장 걸면 반도체 되는 그래핀 합성

로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장은 2016년 미국탄소학회 SGL카본상, 2014년 미국재료학회 데이비드 턴불상을 수상한 세계적인 탄소재료 연구 권위자다. 그가 그래핀으로 반도체를 구현하는 연구에 나섰다. 2차원 신소재 그래핀은 뛰어난 물성에도 밴드갭이 없어 반도체 활용이 어려웠다. 이에 루오프 단장 연구진은 구리박막과 화학기상증착(CVD)법을 활용한 독창적 방법으로 전기장을 걸면 밴드갭이 생기는 버널 이중층 그래핀 합성에 성공했다. 연구진이 합성한 버널 이중층 그래핀은 현 최고품질을 자랑한다. 연구진은 이후 더욱 간편한 버널 이중층 그래핀 합성법을 고안해내, 조만간 관련 논문을 발표할 예정이다.

초강력 레이저과학 연구단: 세계 최고 출력 4PW 레이저 구현

남창희 초강력 레이저과학 연구단장이 이끄는 연구진은 2010년 최초로 1페타와트 티타늄사파이어 레이저 구현에 성공한 이래 레이저 출력 향상을 위한 연구를 지속적으로 진행해 왔다. 2013년 전자빔 다단계 가속의 기반 기술을 확보, 2단계 가속을 통해 3기가전자볼트급 고에너지 전자빔을 구현해내고, 레이저 펄스로 양성자를 광속의 30% 수준으로 가속해 보였다. 이어 최근 현 세계 최고 수준인 4페타와트 레이저 구현에 성공했다. 연구단은 4페타와트 레이저의 본격 가동을 통해 향후 레이저 입자 가속 분야를 선도하는 등 고에너지 물리학의 새 영역을 개척할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

나노물질 및 화학반응 연구단: 제올라이트로 완벽한 3차원 그래핀 구현

유룡 나노물질 및 화학반응 연구단장은 1999년 나노다공성 탄소 물질의 합성법을 최초로 고안하고 2011년 기공이 크고 일정한 배열을 갖는 제올라이트 제작에 성공하는 등 제올라이트 연구를 주도해왔다. 유룡 연구단장 연구진은 2016년 제올라이트 주형과 란타늄 촉매를 활용해 완벽한 원자구조의 3차원 마이크로 다공성 그래핀 제조법을 만들어냈다.

나노입자 연구단: 그래핀 전자피부로 당뇨병 다스린다

김대형 나노입자 연구단 연구위원은 생체정보를 측정하고 이를 기반으로 작동하는 웨어러블 나노전자소자 연구에 집중, 초박막 양자점 LED 디스플레이와 웨어러블 전자패치 등을 개발하는 성과를 올려왔다. 김대형 연구위원 연구진은 올해 땀으로 혈당을 측정하고, 미세약물침으로 혈당조절 약물을 피부로 투여하는 그래핀 전자피부(당뇨패치)를 선보였다. 피부에 상처를 내는 고통 없이 혈당을 측정하고 실시간으로 혈당조절까지 가능해, 국내외 제약업계의 기술이전 문의가 빗발치는 등 대중적 관심을 모았다.

연구성과 분석 부분에서는 세계적인 학술정보 서비스 기업 톰슨로이터(Thomson Reuters)에서 IBS 5년간의 연구성과들을 다양한 지표로 분석한 결과물과, 최고 권위의 학술지 네이처가 집계하는 네이처 인덱스(Nature Index) 등의 통계분석자료를 통해 IBS 전체의 연구활동을 객관적으로 조망했다.

톰슨로이터의 분석 결과, IBS는 해외 유수 연구기관들에 비해 논문 수는 적었지만 인용영향력지수(CNCI^*, 1.96), 상위 1% 고피인용 논문(HCP, Highly Cited Papers) 비율(5.29%) 등에서 독일 막스플랑크협회(MPG)와 일본 이화학연구소(RIKEN)를 앞서는 등 연구의 질적 수준에서 매우 높은 평가를 받았다.

*CNCI(Category Normalized Citation Impact): 논문당 인용수를 주제분야, 출판연도, 논문종류를 고려해 정규화한 값(세계 평균 1을 기준으로 비교한 수치)

<인포그래픽: IBS-MPG-RIKEN 연구성과지표 비교>

특히 세계적으로 영향력 있는 1% 연구자(Highly Cited Researcher)^*에도 최근 3년간 연구단장 6명(김기문 복잡계 자기조립 연구단장, 김빛내리 RNA 연구단장, 로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장, 장석복 분자활성 촉매반응 연구단장, 천진우 나노의학 연구단장, 현택환 나노입자 연구단장)의 이름을 올렸으며, 유룡 나노물질 및 화학반응 연구단장은 2014 톰슨로이터 노벨상 수상 예측후보(화학상)로 선정되는 등 IBS 연구단장 진용의 수월성을 세계적으로 입증해 보였다.

*톰슨로이터는 매년 최근 10년간 주요 연구분야별 논문 피인용 횟수 기준 상위 1%연구자들을 검색, 세계적으로 영향력 있는 1% 연구자들로 발표하고 있다.

네이처 인덱스에서는 2012년 국내 대학․연구기관 중 71위로 이름을 올린 이래, 2013년 20위․2014년 11위․2015년 7위로 가파른 상승세를 보이고 있다. IBS의 성장세는 세계적으로도 주목받아, 네이처가 2012년부터 2015년까지의 인덱스 성장폭을 기준으로 선정한 '2016 네이처 라이징 스타' 세계 100개 기관 중 11위(인덱스 성장폭 49.27점)에 오름은 물론, 각 국가의 성장을 견인했거나 세계 순위가 대폭 상승한 25개 주목대상 연구기관에도 선정됐다.

IBS 연구단들은 현재까지 총 53개국의 연구진들과 국제공동연구를 수행해 논문을 발표하는 등 활발한 국제 교류를 진행하고 있다.

IBS는 이달 말 보고서를 출간해 국내 주요 연구기관 및 대학 등 과학계에 배포하고, 전자책으로 자체 웹사이트(www.ibs.re.kr)에 올려 일반에 공개하는 한편, 내년 초에는 영문판도 출간할 계획이다.

김두철 IBS 원장은 "IBS 설립 5주년을 맞아 출간한 이번 보고서는 최고 수준의 과학자들이 탐구하고 발견한 새로운 지식의 세계를 보여준다"며 "톰슨로이터의 성과 분석에 따르면 IBS가 규모는 아직 세계적 연구기관에 이르지 못하지만 연구의 질은 세계 어느 곳보다 뛰어나다"고 말했다. 김 원장은 "젊은 연구자들이 활발히 참여해 마음껏 아이디어를 펼칠 수 있는 연구소로 IBS를 만들고자 한다"며 "앞으로 대한민국을 넘어 인류의 미래를 밝힐 수 있는 지식의 허브로 성장하리라 기대한다"고 밝혔다.

[붙임] 우수연구성과 25선 목차

1. 01. 인지 및 사회성 연구단 | 광유전학, 신경세포 자라게 하고 뇌 기억력 높인다
2. 02. 시냅스 뇌질환 연구단 | 시냅스 신경전달물질 수용체서 자폐 치료 실마리 발견
3. 03. 시냅스 뇌질환 연구단 | 뇌 속 100조개 시냅스의 조절 원리를 밝히다
4. 04. 면역 미생물 공생 연구단 | 음식물의 장내 면역 반응 억제 원리 규명
5. 05. RNA 연구단 | 생명 활동의 조절자 꼬리를 드러내다
6. 06. RNA 연구단 | 마이크로 RNA 탄생의 비밀을 풀다
7. 07. 식물 노화‧수명 연구단 | 1mm 벌레에서 건강한 노년의 힌트를 얻다
8. 08. 혈관 연구단 | 치사율 30% 패혈증 치료 새 길 열어
9. 09. 유전체 교정 연구단 | 표적 유전자만 정확히 잘라낸다
10. 10. 유전체 교정 연구단 | 외부 DNA 사용 않고 농작물 유전자 교정
11. 11. 첨단연성물질 연구단 | 세포 내 분자가 지능을 가졌다?
12. 12. 첨단연성물질 연구단 | 반도체 없는 전자 회로 탄생 가능성을 보다
13. 13. 나노입자 연구단 | 금속산화물 부식반응, 나노입자 활용성 더하다
14. 14. 나노입자 연구단 | 그래핀 전자피부로 당뇨병 다스린다
15. 15. 나노물질 및 화학반응 연구단 | 분자 탄생의 순간을 보다
16. 16. 나노물질 및 화학반응 연구단 | 제올라이트로 완벽한 3차원 그래핀 구현
17. 17. 복잡계 자기조립 연구단 | 분자 도넛을 요리하는 방법
18. 18. 분자활성 촉매반응 연구단 | 메탄가스 분해 성공 원유 대체 물질 기대
19. 19. 다차원 탄소재료 연구단 | 전기장 걸면 반도체 되는 그래핀 합성
20. 20. 분자 분광학 및 동력학 연구단 | 고해상도 생체심부 이미징 기술로 질병 조기 진단
21. 21. 기하학 수리물리 연구단 | 라그랑지안 플로어 이론과 옹골찬 토릭다양체
22. 22. 나노구조물리 연구단 | 레이저 상전이로 차세대 반도체 소자 구현
23. 23. 원자제어 저차원 전자계 연구단 | 전자 한 개씩 흘려보내는 원자전선
24. 24. 강상관계 물질 연구단 | 전자들이 강하게 상호작용하는 강상관계 물질의 비밀을 푼다
25. 25. 초강력 레이저과학 연구단 | 세계 최고 출력 4PW 레이저 구현