6일 서울 연세대학교에서 열린 기초과학연구원(IBS) 콘퍼런스 기자간담회에서 2024년 노벨 화학상 수상자인 데이비드 베이커 미국 워싱턴대 교수가 취재진의 질문에 답하고 있다. 왼쪽부터 천진우 IBS 나노의학 연구단장, 베이커 교수, 2013년 노벨 생리의학상 수상자인 랜디 셰크먼 미국 UC버클리 교수. [사진=연합뉴스]



한국을 방문한 노벨상 수상자들이 혁신적 연구개발(R&D)이 성과를 내려면 독지가들의 적극적인 기부가 필요하다고 입을 모았다. 정부의 R&D 예산 삭감과 산업 트렌드에 좌우되지 않고 자율적으로 연구를 이어나가 황금성오락실 기 위해서는 민간차원의 자선 사업이 필요하다는 주장이다.

데이비드 베이커 워싱턴대 생화학과 교수와 랜디 셰크먼 UC 버클리 분자세포생물학 교수는 6일 연세대에서 열린 ‘기초과학연구원(IBS) 컨퍼런스’에서 오랫동안 포기하지 않고 연구를 이어온 비결로 미국의 기부 문화를 꼽았다.
베이커 교수는 인공지능( 온라인릴게임 AI)을 이용한 단백질 설계 연구로 2024년 노벨 화학상을 수상했고, 셰크먼 교수는 세포 내 물질 수송 메커니즘을 규명해 2013년 노벨 생리의학상을 받았다. 특히 베이커 교수는 아무도 AI에 주목하지 않던 1990년대부터 컴퓨터로 단백질 구조와 설계 문제를 풀기 위해 천착했다. 자신의 연구 분야가 빛을 보기까지 30년 가까이를 버틴 셈이다.
릴게임하는법이러한 인내의 배경에 민간의 연구비 기부 문화가 있었다는 게 그들의 설명이다. 특히 민간 재원은 최근 미국의 연구 생태계에서 더욱 중요하다. 트럼프 행정부는 올해에 이어 내년도 과학 기관 예산을 대폭 삭감하려 하고 있다. 보건, 우주, 환경 분야의 연구 기관 예산을 삭감하고, 일부 학술지의 구독료와 출판 비용 지원도 금지한다는 입장이다.
바다이야기사이트셰크먼 교수는 “트럼프 정부는 미국의 과학을 모든 방면에서 공격 중”이라며 “미국은 활성화된 기부 문화, 특히 자선 사업을 통한 연구비 지원이 있어 그나마 버틸 수 있다”고 했다. 반대로 R&D가 지나치게 정부에만 의존하면 오히려 취약해질 수 있다는 뜻이다.
그는 최근 파킨슨병에 대한 기초과학 연구를 진행하고 있는데, 이 역시 민간 바다이야기꽁머니 재단의 기부를 통해 이뤄지고 있다. 구글의 공동 창업자인 세르게이 브린의 후원을 받아 전세계 파킨슨병 연구팀을 연결하는 ‘ASAP(Aligning Science Across Parkinson’s)’의 과학 총괄 디렉터도 맡고 있다.
이 프로젝트는 모든 연구 데이터를 논문 발표 전 실시간으로 공유하는 모델로, 파킨슨병 정복 시간을 획기적으로 단축할 것이라는 기대가 나온다.
베이커 교수는 혁신적인 연구를 위해서라도 민간의 기부가 필요하다고 했다. 노벨상을 받기 위해서는 혁신적인 최초의 질문을 던지는 것이 중요한데, 이를 위해서는 장기적인 호흡으로 지원받을 수 있는 민간 재단의 연구 사업이 유용하기 때문이다.
베이커 교수는 “젊은 시절 연구 주제를 고민할 때 아직 유용한 도구가 개발되지 않았고, 많은 사람들이 도전하지 않는 연구를 시작하고 싶었다”며 “이 때 자선사업가의 지원으로 큰 도움을 받았다”고 했다. 그는 “민간 지원이 공공 영역을 완전히 대체하지는 않지만, 공공이 놓치는 부분을 보완해줄 수 있다”고 했다.
정부의 연구 지원은 국가적 난제나 필요한 분야에 집중될 수 있는데, 민간 재단의 지원은 그보다 장기적인 관점으로 이뤄지기 때문이다.
한국은 아직 이러한 민간 재단의 연구비 기부가 부족한 실정이다. 천진우 IBS 나노의학 연구단장은 “한국에서도 일부 재단이 있기는 하지만 역사나 규모가 아직은 부족한 게 현실”이라며 “민간 재단의 기부가 많아질 때 한국의 과학이 발전하고 인재 문제도 해결될 것으로 본다”고 했다.
기부가 적은 이유로는 부족한 세제 혜택이 꼽힌다. 천 단장은 “우리나라는 기부자들이 선뜻 기부를 하기 어려운 구조”라며 “기부를 이끌어낼 유인이 미국에 비해 부족하다”고 했다. 셰크먼 교수는 “미국의 경우 투자를 장려하는 입법을 통해 벤처캐피탈 생태계를 만들었고, 이게 바이오텍의 부흥으로 이어졌다”며 투자와 기부를 장려하는 미국 문화를 설명했다.


노벨생리의학상 수상자의 확신 “파킨슨병 치료법 5년 내 나온다”





랜디 셰크먼 UC 버클리 분자세포생물학 교수가 6일 연세대에서 열린 ‘기초과학연구원(IBS) 컨퍼런스’에서 발언하고 있다. [사진=연세대]



민간 기부를 받은 셰크먼 교수는 최근 파킨슨병 연구에 속도를 내고 있다. 그는 이날 강연에서 파킨슨병 극복을 위한 기초과학의 중요성을 강조하며 “파킨슨병을 막을 치료법이 5년 내 나올 것”이라고 했다. 현재 파킨슨병은 증상을 일부 완화할 뿐 근본적인 치료법은 나오지 않았는데, 세포의 원리를 탐구해 해답을 찾을 수 있다는 것이다.

파킨슨병은 중뇌에 위치한 도파민 신경세포가 점차 죽으면서 근육 경직 등 운동 장애가 일어나는 퇴행성 뇌질환이다. 도파민 신경세포는 세포당 100만 개 이상의 신경 말단을 갖고 있기 때문에, 구조적으로 분석하기가 어렵다. 파킨슨병이 알려진 지 200년 이상 흘렀지만, 아직도 치료법이 나오지 못한 이유다.
셰크먼 교수는 “이 세포들은 24시간 내내 신호를 보내는 상태를 유지해야 하기 때문에 엄청난 에너지를 소모한다”며 “항상 극한의 스트레스 상황에 놓여있어서 환경 독소나 유전적 결함에 취약할 수밖에 없다”고 했다. 뇌 속에 ‘알파-시누클레인’이라는 비정상 단백질 찌꺼기가 쌓이면 신경세포가 죽고 파킨슨병으로 이어진다.
구글 창업자 세르게이 브린 등의 후원으로 셰크먼 교수는 파킨슨병 정복을 위한 연구팀을 꾸리고 2년간 네 가지 연구 분야를 정했다. 원인 유전자 규명, 뇌의 면역 시스템 이해, 도파민 신경회로 분석, 전조 증상 이해 등이다. 총 10억 달러(약 1조 5000억원) 규모의 프로젝트에서 셰크먼 교수는 연구 책임자를 맡았다.
그는 “파킨슨병은 1000개의 조각으로 이뤄진, 그림조차 없는 크고 복잡한 퍼즐과 같다. 이러한 조각들을 맞춰 더 효과적인 치료법을 이해하는 것이 우리의 과제”라며 “우리가 세포의 기본 원리를 완전히 이해하게 될 때 이 끔찍한 질병의 진행을 마침내 멈출 수 있는 의미 있는 치료법을 발견해낼 수 있을 것”이라고 했다.
올해 78세가 된 그가 아직도 파킨슨병 연구에 매진하는 건 개인적 아픔 때문이다. 그의 아내 낸시는 48세에 파킨슨병 진단을 받은 후 치매와 합병증에 시달리다 2013년 세상을 떠났다. 바로 셰크먼 교수가 노벨상을 수상한 해였다.
아내는 시상식까지 동행했지만 자신이 왜 스톡홀롬에 왔는지를 전혀 알지 못했다. 그렇게 셰크먼 교수는 의학적 한계를 절감했고, 파킨슨병의 근본 원인을 파헤치기로 결심했다고 이날 전했다.


신의 영역에 도전...없던 단백질 만들고 활용까지





데이비드 베이커 워싱턴대 생화학과 교수가 6일 연세대에서 열린 ‘기초과학연구원(IBS) 컨퍼런스’에서 발언하고 있다. [사진=연세대]



베이커 교수는 이날 강연에서 “단백질 설계가 이제 이론적 수준이 아닌 실제 활용 단계에 들어섰다”고 밝혔다. 단백질 설계 AI 모델인 ‘로제타폴드’ 개발 등의 공로로 2024년 노벨화학상을 받은 그는 지금도 AI를 이용한 단백질 연구에 한창이다. 컴퓨터라는 개념조차 대중에게 생소하던 1990년대에 컴퓨터로 단백질 구조를 분석한 그는, 이제 AI로 질병을 치료하는 시대를 꿈꾸고 있다.

그가 단백질 연구를 시작한 건 단백질이야말로 모든 생명의 기초이기 때문이다. 기초적인 구성 성분이자 생물학적 기능의 기초이기도 하다. 베이커 교수는 여기서 더 나아가 단백질의 새로운 역할을 구상한다. 그는 이날 “단백질은 이제 단순한 생명 구성 성분이 아니라, 인류가 원하는 기능을 수행하도록 설계된 나노 머신이자 로봇일 것”이라고 했다.
베이커 교수가 이렇게 말하는 건 그만큼 단백질을 원하는대로 설계할 수 있게 됐기 때문이다. 원하는 기능을 먼저 정하고, AI를 이용해 ?합한 구조와 아미노산 서열을 찾아 단백질을 만든다. 자연에 존재하지 않던 단백질을 창조해 활용하는, 신에 버금가는 역할을 꿈꾸는 것이다.
AI로 단백질을 설계하는 방식은 자연이 단백질을 만드는 것과는 정반대의 순서다. 자연에서는 유전자에 코딩된 정보에 따라 아미노산이 배열되고, 특정 구조의 단백질이 만들어지면 그에 맞는 기능이 갖춰진다. 반면 베이커 교수는 기능을 먼저 정한 다음에 필요한 구조와 아미노산 배열을 찾는다. 베이커 교수는 “완전히 새로운 구조와 기능을 가진 단백질을 컴퓨터로 설계하고 만들어내는 게 가능해졌다”고 했다.
만약 치료 목적을 먼저 정하고 그에 맞는 단백질 구조를 찾는다면, 베이커 교수가 말한 ‘나노 로봇’도 불가능하지 않다. 로봇이 모터, 기어 등으로 구성된 것처럼 단백질도 여러 모양과 크기로 나눠 조립할 수 있다. 이날 베이커 교수는 특정 자극에 따라 모양이 변하고 움직이는 단백질 구조체 영상을 선보였다.
활용 가능성은 무궁무진하다. 베이커 교수는 알츠하이머 등 퇴행성 뇌질환 치료, 감염병 대응, 암 표적 치료 등 설계 단백질이 활용될 분야를 나열했다. 알츠하이머의 원인은 뇌에 쌓이는 타우 단백질인데, 근미래에는 AI로 설계한 단백질 나노 로봇으로 타우만 정교하게 제거할 수도 있다. 약물보다 훨씬 확실한 방식이다. 기계공학, 생명공학, 화학공학의 경계를 허무는 기술이다.
물론 헤쳐나가야 할 난관은 있다. 우선은 더 이상 AI가 학습할 데이터베이스가 없다는 것이다. 베이커 교수는 “이제 AI 모델이 학습할 단백질 데이터가 거의 소진됐다”며 “추가 데이터를 빨리 만들어내야 하는 상황”이라고 했다.
AI의 단백질 설계 속도를 검증이 못 좇아간다는 것도 문제다. 설계된 단백질이 유효한지를 알려면 실험을 해야 하는데, 이는 아직 전통적인 방식에 머물러있기 때문이다. 베이커 교수는 “단백질을 테스트하는 역량은 여전히 제한적”이라며 “최대한 싸고 빠르게 검증할 수 있는 스마트한 실험 방법을 찾고 있다”고 했다.