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이슈 분석 (1) : 2013년 과학기술분야 노벨상 수상 내역

(개요) 스웨덴 왕립과학한림원은 2013년도 노벨 물리학상, 화학상, 생리의학상 수상자들을 발표(2013.10.)

구분	수상내역	수상자	직업 / 국적	現 소속
물리학상	힉스의 존재를 예측	피터 힉스(84)	교수 / 영국	에든버러대
		프랑수아 엥글레르(81)	교수 / 벨기에	브뤼셀 자유대학
화학상	분자반응 분석 시뮬레이션 개발	마틴 카플러스(83)	교수 / 미국	하버드대
		마이클 레빗(66)	교수 / 미국	스탠퍼드대
		아리 워셜(73)	교수 / 미국	서던캘리포니아대
생리의학상	새포 내 물질 이동 기전 규명	제임스 로스먼(66)	교수 / 미국	예일대
		랜디 셰크먼(64)	교수 / 미국	캘리포니아대 버클리 캠퍼스
		토마스 쥐트호프(57)	교수 / 독일	스탠퍼드대

(물리학상) ‘신의 입자’라 불리던 힉스 입자의 존재를 예측하고 모든 물질에 질량이 생기는 과정인 ‘힉스 메커니즘’을 제안

○ 힉스 입자의 발견은 현대물리학이 우주의 형상과 존재를 설명하기 위해 만든 표준모형의 완성을 의미

※ 힉스 입자는 자연계를 이루는 기본입자 12개(쿼크 6개, 렙톤 6개)와 이들 사이에서 상호작용을 담당하는 4개의 매개입자에 질량을 부여하는 역할을 하는 17번째 소립자를 의미

- 1960년대 물리학자들은 우주의 존재를 설명하려면 모든 입자에 질량을 부여하는 입자가 존재해야 한다는 가설을 설정하였고 지금까지 12개 입자의 존재는 확인됐으나 질량을 부여하는 역할을 수행하는 것으로 추정되는 힉스만이 유일하게 발견되지 않았음

- 힉스 교수는 입자들이 질량을 가지려면 입자들에 질량을 부여하는 또 다른 입자가 존재해야 한다는 이론을 제안하였고 엥글레르 교수는 질량이 부여되는 과정을 이론화

※ 최근 2012년 6월 유럽입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기를 이용한 양성자 충돌 실험을 통해 존재가 입증

○ 힉스 입자와 힉스 메커니즘으로 완성된 표준모형은 눈에 보이는 물질에 대해서만 설명

- 표준모형이 설명하는 우주 물질은 5%～6%에 지나지 않아 인류가 아직 그 정체를 규명하지 못한 암흑물질이 25%, 암흑에너지가 나머지 70%를 차지

- 이들의 정체를 규명하고 그 생성 원리를 밝히는 것이 향후 물리학계의 과제로 남음

(화학상) 단백질 등 거대분자의 구조와 복잡한 화학반응을 예측할 수 있는 컴퓨터 시뮬레이션 방법을 개발

○ 화학자들은 ‘가우시안’ 프로그램을 개발하여 작은 분자들의 반응을 설명하고 예측하는 데 활용하였으나 이는 단백질처럼 큰 분자의 성질이나 반응을 설명해내는 데 한계가 존재

※ ‘가우시안’은 원자수가 100개 정도의 비교적 작은 분자들의 에너지를 계산하는 데 적합했으나 생체 분자 중 원자가 수만 개 이상인 고분자가 어떻게 움직이는지 연구하기 위해서는 새로운 프로그램이 필요

○ 카플러스 교수팀은 현재의 컴퓨터 성능으로는 큰 분자를 양자역학적 방법으로 설명이 불가능함을 극복하기 위해 고전역학적 방법을 적용하여 새로운 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램인 ‘참(CHARMM)’을 개발

- 레빗 교수와 워셜 교수는 가까운 원자에 대해 양자역학을, 먼 원자에 대해 고전역학을 각각 적용하는 ‘QM/MM’이라는 분석 방법을 개발하였고 이 방법이 ‘참(CHARMM)’ 프로그램에 적용됨

○ 수상자들의 연구결과는 단백질, 약리물질, 세포막 같은 복잡한 생체분자를 모델링해 화학 연구 개발 속도를 높이는 데 기여

- 신약개발에서부터 단백질이나 핵산, 생체막과 같은 생체분자 연구, 탄소나노튜브와 같은 나노구조체의 분자 모델을 만들거나 실리콘 웨이퍼의 증착 반응 연구에 활용

- ‘참’ 프로그램에 대한 이해도가 더 깊어진다면 제약회사나 엔지니어링 분야에서 보다 많은 신약개발에 기여할 것으로 기대(워셜 교수 고려대 강연, 2013.10.28.)

※ 기초분야가 아닌 구조 및 화학반응 과정 시뮬레이션 프로그램을 개발하여 연구 실용성에 초점을 맞추었다는 평가(KISTEP 이슈페이퍼, 2013.11.)

(생리의학상) 세포에서 생산되는 각종 단백질의 이동 경로를 규명

○ 세포막으로 둘러싸인 작은 소낭(소포, vesicle)은 세포막과 반응해 전달해야할 물질을 세포 밖으로 배출하고, 전달물질의 경우 이 과정에서 신경세포를 활성화하고 대사과정을 통제하기 때문에 매우 중요

○ 문제는 작은 소낭들이 어떻게 정확한 시점과 장소를 알고 ‘배달’을 하느냐가 정확하게 규명되지 않았음

- 1970년대부터 이 문제를 연구해 온 셰크먼 교수는 효모를 이용해 세포 내 소낭의 전달행동을 조절하는 메커니즘을 규명하였고, 쥐트호프 교수는 신경 전달물질이 소낭에서 분비돼 세포막 외부와 융합된다는 사실을 로스먼 교수*, 셰크먼 교수와 공동으로 발견

* 로스먼 교수는 세포의 전달시스템을 집중적으로 연구하여 1980년대와 1990년대 포유류의 세포를 이용해 소낭에 의한 물질 전달 과정을 규명

○ 이번 성과는 세포생물학의 기초연구뿐만 아니라 당뇨병과 신경면역질환 등 물질 운송 과정의 장애로 나타나는 질병을 예방하고 치유하는 계기를 마련

- 수상자들의 연구 성과로 통해 세포 내 이동경로 등 모든 세포의 가장 기본적인 세포생물학적 과정을 규명

※ 수상자 3명 모두 2002년 미국의 노벨상이라 불리는 ‘래스커 상(기초의학연구상)’을 수상한 바 있음

(결론 및 시사점) 기초연구에 지속적인 투자 확대와 꾸준한 연구 환경 개선 등 내실 있는 정책적 지원이 필요

○ 정부 차원에서 새로운 과학의 기원을 여는 상상력과 창의성에 기반한 연구주제들을 지원하고 지속적으로 연구를 수행할 수 있는 지원체계를 마련

※ 대부분의 노벨 과학상 수상자가 20～30대 연구 성과에 바탕을 두고 60대 이후에 수상

○ 해외 과학자와의 공동 연구를 통해 우리나라 기초연구의 외연을 확대하고 이를 연구 업적을 알리기 위한 좋은 기회로 활용

○ 또한 미래의 새로운 성장산업을 창출하고 가치 창출의 지속가능한 원천인 기초연구 또한 창조경제의 핵심임을 인식하는 것이 필요

출처 : 한겨레신문, 동아일보, 중앙일보(2013.10.)

KISTEP 이슈페이퍼(민간 기업과 재단 연구자의 노벨과학상 수상 현황과 요인 분석)(2013.11.)