연도별 연구과제 119 페이지첫페이지로 이동

2019년 말 처음으로 SARS-Cov-2로 인한 COVID19가 발병했고 현재까지도 이어지고 있다. 바이러스는 우리의 몸에 침투해 증식하며 병을 유발하고, 사회 경제적으로 큰 영향을 주고 있다. 따라서 SARS-Cov-2의 Spike단백질에 대한 중화 항체를 개발하는 연구를 진행하였다. Phage display기술을 이용하여 항체 후보군 중 치료제로서 가능성이 높은 항체를 선별하였다. 선별 된 항체는 ELISA를 통해 결합능을 확인하였고, 농도에 따른 결합 정도를 비교 분석하였다. SARS-Cov-2 pseudovirus를 제작하여 감염 정도를 확인하였다. 마지막으로 결합능을 확인한 항체가 실제로 SARS-Cov-2 pseudovirus의 감염을 막을 수 있는지를 확인하는 실험을 수행하였다. 그결과 SARS-Cov-2에 대한 항체 후보군 중 중화항체 치료제로서의 가능성이 높은 항체를 확인하였다. 이후 항체의 동물 실험 및 인체 안정성 효능을 추가적으로 확인한다면 이 항체가 COVID19의 재감염 예방하거나 치료제로서 활용되리라 기대한다.

현재 의학 기술로 뇌종양, 폐렴과 같은 질병을 진단하고 검사하는 데에 유용하게 쓰이는 방식은 자기공명영상, 컴퓨터단층촬영 등이 있다. 평생 뇌종양이 발생할 확률은 1% 미만으로 보고되지만, 2020년에 전 세계적으로 약 308,102명이 원발성 뇌 또는 척수 종양 진단받았으며, 이 중 85%에서 90%가 뇌종양인 것으로 알려졌다. 이러한 가운데 뇌종양 여부를 판단하기 위해서 MRI를 촬영한 후정확한 진단을 거친 후 승인받고, 환자에게 통보되기까지는 평균적으로 2~3주의 시간이 소요된다.
본 연구에서는 합성곱 신경망과 이를 이용한 이미지 분할 체계인 FCN을 기반으로 이러한 시간을 단축하고, 더 정확한 판단을 내릴 수 있는 알고리즘을 개발하는 것을 목표로 하고 진행되었다.

주제어: 자기공명영상, 딥러닝, CNN, FCN, 뇌종양

본 연구에서는 거주자의 보행 장애를 분석하여 소뇌이상, 뇌졸중, 파킨슨병 등을 초기 진단하는 방법을 제안한다. 보행 장애 질병 관련 수집된 보행 동영상에서 CNN 기반 도구인 openpose를 통해 skeleton을 추출하고, Tensorflow를 통해서 LSTM-RNN 모델을 구현하여 보행 장애를 예측하고 진단한다. 사용자의 보행 영상을 분석하여, 소뇌이상, 뇌졸중 및 파킨슨병의 발병 가능성을 사용자에게 제안하여 조기 진단을 해줄 수 있다. 스스로 자각하기 힘든 치명적인 병의 증상을 사용자에게 조기에 경고하여 빠른 치료를 받을 수 있도록 유도하여 병을 늦게 발견하여 치료에 실패한 환자 케이스를 줄이는데 이바지한다.

주제어: CNN, Skeleton, LSTM-RNN, 보행 장애

본 연구는 식물 외부의 자극에 대한 전기신호 반응을 인식하여 스마트 팜에 활용할 수 있는 방안을 논하려 한다. 아두이노를 활용한 스마트 팜 장치와 Plant Spiker Box 장비를 사용하여 사용자가 쉽게 식물을 관리할 수 있는 스마트 팜 장치를 제작한다. 스마트 팜 앱에서는 각 센서 모듈에 획득되는 정보는 온라인 서버에 저장되어 사용자의 웹 앱으로 관리할 수 있도록 데이터 분석 인사이트를 제안한다. 본 연구를 바탕으로 생체전류 신호 인식이 가능한 다른 식물 종에 적용하면, 사용자가 식물 작물 관리에 유용하게 사용할 수 있을 것이다.

주제어: 농업, 스마트 팜, 아두이노, 생체전류

본 연구는 다가올 월드컵의 공인구의 성능에 대한 측정의 하나의 방향성을 제시하고 하며 이를 통하여 경기에 적용하고자 하는 최선의 축구공을 제작하는데 연구목적이 있다.
최근 월드컵에서 오히려 시간이 지나는 것에 비하여 오히려 축구공의 성능에 대한 선수들의 의구 심만 오히려 증가하였다. 특히 2010년 자블라니에서 그 전 사용하였던 모든 공인구들을 넘어서는 혹평을 받아 세간의 주목을 받기도 하였다.
그러므로 본 연구는 이와 같은 상황이 지속되지 않기 위하여 마그누스 원리를 이용하여 직진성과 균형이 잡힌 성능 좋은 축구공을 선정하고자 하는 기준을 제시하고 축구공을 제작하는 연구를 진행 하고자 한다.

본 연구에서는 마이크로 로봇의 자기장 제어에 있어 새로운 방식을 제공하고자 한다. 기존에는 많은 수의 코일을 이용해 2차원적인 제어를 했다. 그러나 해당 연구는 더 적은 수의 코일을 이용하고 코일들을 이동시키는 방식을 도입하여 마이크로 로봇을 정밀 제어하고자 한다. 해당 방식은 기존에 비해 낮은 비용으로 기존과 유사한 제어 능력을 가져 경제성과 효율성 측면에서 이점을 가질 수 있고 과제의 복잡성을 낮추는 효과를 얻을 수 있었다. 추후 연구를 통해 실험 기구를 단순화시키고 자동 제어 시스템 도입을 통해 그 정밀도를 향상해 나가고자 한다. 본 연구를 통해 의료용 마이크로 로봇의 상용화에 도움을 줄 것으로 기대된다.

주제어: 마이크로 로봇, 자기장 제어, 헬름홀츠 코일, 맥스웰 코일,

최근 우주 탐사에 대한 전 세계적인 관심이 증가함에 따라 우주에 생명과학을 접목한 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 본 연구는 우주 환경 중 미세중력에 중점을 두었으며 클리노스탯 (clinostat)을 이용하여 구현하는 미세중력 환경에서 H9 세포주에 대한 면역 세포 분화를 확인할 것이다. GEO에서 얻은 mG와 1G에서의 T cell 활성도 차이에 대한 데이터를 GSEA 프로그램을 돌린 결과로 관련 있는 여러 pathway를 얻었다. 두 환경에서 유의미한 발현량 차이를 나타내는 유전 자들을 선별하였다. 대체 실험 결과 우리가 알고자 한 유전자의 발현이 대부분 3D와 유사한 환경을 제공해주는 tamoxifen의 농도가 높아질수록 낮아졌기에 이와 셀의 죽음을 연관시킬 수 있을 것으로 생각하여 이와 관련된 추가 연구가 필요할 것이라고 보인다. 이 유전자들이 실제로 그러한 양상을 띠는지 대체 실험 및 클리노스텟을 이용한 실험을 통해 확인할 계획에 있다.

주제어: 미세 중력, T 세포, 림프종 혈액암, GEO, GSEA

지구온난화의 가속화에 따른 기후위기가 농업사회를 위협하고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구 에서는 무에서 이상기후변화에 반응하는 유전자를 탐색하였다. 모델식물인 애기장대에서 고온 스트레스와 관련된 실험을 진행한 GEO Dataset 및 선행연구논문을 조사하여 유전자를 선정, 프라이머를 디자인하였다. 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24시간의 고온 스트레스를 주었을 때 RsHSP70T-2, RsPP7, RsBOB1, RsNCED2, RsHSA32 유전자의 발현량을 비교하는 방식으로 진행되었다. 다섯 유전자 모두 고온 스트레스를 주었을 때 발현량이 증가한 것으로 보아 고온 스트레스에 반응하는 유전자임을 알수 있다. 본 연구를 통해 검증된 고온 스트레스에 반응하는 유전자들을 활용하여 저항성 작물을 개발할 수 있으며, 나아가 세계적인 식량난을 해결할 실마리를 제공할 수 있을 것이다.

주제어: 기후변화, 고온스트레스, 무, GEO 분석, qPCR

현재 과도한 플라스틱 사용으로 인해 야기된 환경오염 문제를 해결하기 위해 플라스틱을 분해할수 있는 것으로 알려진 왁스웜이 주목받고 있다. 그러나 왁스웜에 대한 국내 연구는 아직 활발히 진행되고 있지 않은데, 이번 실험을 통해 왁스웜이 실제 폴리에틸렌를 분해할 수 있는지 그 여부에 대해서 명확하게 파악하고자 하였다. 먼저 실험과정에서 왁스웜을 굶김, 밀기울 공급, 폴리에틸렌 필름 공급등 세 그룹으로 나눈 다음 2일 간격으로 몸무게의 변화를 관찰하였으며 폴리에틸렌의 분해에 관여하는 장내 미생물 동정을 위해 TSA, 무탄소 기본 배지를 사용하여 동정 및 계대배양을 진행하였다. 왁스웜이 분해한 폴리에틸렌 필름이나 그룹별 왁스웜의 배설물은 그 표면을 주사전자현 미경(SEM)을 이용하여 확인하였고, 성분은 FT-IR을 이용하여 분석을 진행하였다. 실험 결과, 왁스웜이 실제 폴리에틸렌 필름을 분해하는 것을 알 수 있었고, 폴리에틸렌을 통해서 어느정도의 에너지를 공급받는 것을 확인하였다. SEM을 이용한 표면 분석에서는 의미있는 차이를 발견하지 못했지만, FT-IR을 통해 분석해본 결과, 실제 왁스웜의 배설물에서 폴리에틸렌의 분해 산물에서 보이는 C=C 이중결합에 대한 피크를 관찰할 수 있었다.

주제어: 왁스웜, 플라스틱 분해, 폴리에틸렌, 재활용

식물의 생장과 발달에 관여하는 돌연변이 식물체를 선별하고 알려지지 않은 유전자의 기능을 알아 보기 위한 연구를 진행하였다. 식물호르몬 BR은 식물의 세포막에 존재하는 BRI1 수용체에 결합한 후, 세포 내 신호전달과 증폭과정을 거쳐 식물체의 생장과 발달에 관여하는 것으로 알려져 있다.
선행연구를 통해 우리는 BRI1 유전자가 결실된 돌연변이 식물체에 대한 연구는 많이 진행되어 있지만, BRI1 유전자가 과발현된 돌연변이 식물체에 대한 연구는 거의 진행되지 않음을 확인할 수 있었다. 이에 우리는 야생형 애기장대(Col-0)에 BRI1 유전자를 도입하여 세포막에 BRI1 수용체가 과발현된 돌연변이형 애기장대를 얻은 후 그 표현형을 비교하였다. 또한, 우리는 BRI1 유전자와 kanamycin 저항성 유전자가 삽입된 Ti plasmid를 아그로박테리움에 도입한 후 이를 야생형 애기 장대(Col-0)의 꽃에 감염시켜 종자를 얻었다. 이후 이 종자를 kanamycin이 포함된 MS 배지에서 발아시켜 kanamycin에 저항성이 있는(BRI1 유전자가 과발현된) 형질전환 식물체(T 1 )를 얻을 수 있었다. 또한, 이 형질전환 식물체(T 1 )에 BRI1과 kanamycin 저항성 유전자가 제대로 삽입되었는지 확인하기 위해 T 1 의 Genomic DNA를 추출하고, kanamycin 저항성 유전자와 Gus 유전자의 프라 이머를 이용해 PCR을 진행하였다. 이때 BRI1 유전자는 Col-0와 T 1 에 모두 존재할 것으로 예상되 었기 때문에 T 1 의 카나마이신 저항성 유전자를 PCR의 목적 유전자로 설정하였다. 그리고 Col-0와 T 1 의 세포에 존재하는 BRI1 RNA를 추출하고 이것을 cDNA로 합성한 후 qRT PCR을 진행하여, Col-0와 T 1 의 세포에서 BRI1 유전자의 발현량을 조사하였다.
앞으로 우리는 추가 실험을 통해 BRI1 유전자가 과발현된 형질전환 식물체(T 1 )로부터 위의 과정을 반복하여 최종적으로 BRI1 유전자가 과발현된 형질전환 식물체(T 3 )를 얻을 것이다. 이후 돌연변이 식물체(T 3 )와 야생형 애기장대(Col-0)의 표현형을 추적 관찰하여 잎 크기, 모양, 생중량, 뿌리 길이, 마디 길이 등을 확인하고, 이를 통해 아직 알려지지 않은 BRI1 유전자의 새로운 기능을 알아볼 것이다. 또한, BRI1 유전자가 과발현된 돌연변이체를 GMO 식품과 멸종위기 식물 보전 등에 활용할수 있는 방안을 탐색할 예정이다.

주제어: 아그로박테리아, 애기장대, BRI1, 형질 전환

프롤린 아미노산을 포함하는 세포 투과성 펩타이드(CPP)가 프롤린의 Polyproline II helix (PPII)를형성하여 세포 투과성을 높인다는 가설을 분자동역학 시뮬레이션(VMD)를 이용하여 검증 및 탐구하 고자 한다. 프롤린을 포함하는 CPP와 포함하지 않는 CPP를 MLCPP 2.0을 이용하여 선정하고, VMD 를 이용하여 모델링하였다. CHARMM-GUI에서 CPP 투과성을 높일 수 있는 조성의 membrane model을 구성하였고, CPP와 membrane을 병합하였다. 제작된 model로 NAMD 시뮬레이션 계산을 수행하였으며, 시뮬레이션 데이터로부터 CPP의 막 투과 과정을 시각화하고, CPP의 막 투과 깊이를 계산하며 라마찬드란 플롯을 그려 PPII 구조의 실재를 확인한다.

주제어: Cell-penetrating peptide (CPP), 프롤린, 분자동역학 시뮬레이션 (VMD)

TSP 문제의 대표적인 예시인 운송경로 최적화는 운송 효율화와 택배 기사의 근로시간 감축을 위해 필요하다. 하지만 운송경로에 대한 가중치는 기상 상황, 도로 여건 등의 이유로 변동성을 가지고, 운송경로를 최적화할 때 이를 고려해야 한다.
본 연구에서는 Robust Optimization을 사용하여 운송경로에 대한 가중치의 변동성을 고려하였다.
Constraint Method를 사용하였고, 변동 가능한 운송경로에 대한 가중치 개수의 최댓값을 로 설정하였다. 이후 와 가중치 합의 상한 C에 대한 feasible solution의 개수를 조사하였다.
연구 결과 가 노드의 개수인 20보다 작을 때는 C가 작을수록 가 클수록 feasible solution의 개수가 감소하였다. 또한 로 변동성을 고려하였을 때의 해가 반드시 더 작은 C에 대한 변동성을 고려하지 않았을 때의 해가 되지는 않았다. 이를 통해 운송경로 문제에 Robust Optimization을 사용하여 변동성을 고려하는 것이 유의미하며, 잠수교가 있는 경우와 같은 현실 문제에 이 모델이 필요함을 알 수 있었다. 또한 노드의 개수인 20보다 더 큰 감마가 solution 개수에 유의미한 효과를 주지는 못했지만, solution time을 감소시킨다는 점에서 의미가 있었다.

주제어: TSP, 변동성, 선형계획법, 쌍대 문제, Robust Optimization