뉴바이올로지는 기존의 생물학에서 한 차원 나아간 개념으로, 물리, 수학, 공학, 컴퓨팅뿐만 아니라 인문, 사회과학 등과의 융·복합적 접근을 통해 복잡계 생명현상 등을 밝히는 것을 목표로 하는 학문이다. 21세기 최대 난제인 환경, 의료, 에너지, 식량 등의 문제 해결과 직결되기 때문에 최근 세계가 이 분야에 집중하고 있다.

세계적 흐름에 따라 국내에서도 발 빠르게 이 분야를 연구하고 있는 기관이 있다. 바로 대구에 위치한 DGIST(대구경북과학기술원). DGIST는 지난 2012년 대학원 내에 뉴바이올로지 전공을 국내 최초로 개설했다. 식물의 노화, 식물 생체 리듬과 개화 시기 조절 등 새로운 학문 영역을 개척한 남홍길 기초과학연구원(IBS) 식물노화·수명연구단 단장이 이곳에 소속돼 있다.

DGIST에서는 복잡한 생명현상을 빠르고 정확하게 밝혀내기 위해 다양한 실험 설비들을 구비하고 있다. 가장 대표적 설비로는 전사체, 단백체, 대사체 분석을 위한 원스톱 자동분석시스템 ‘다중오믹스설비’를 꼽을 수 있다. 커다란 유리로 둘러싸인 다중오믹스 내부에는 로봇팔들이 분주하게 움직이면서 바이오 샘플을 운반하게 된다. 이 시설은 DNA와 RNA, 단백질 등의 샘플을 연구목적에 맞게 대량으로 신속하게 분석·관찰할 수 있게 해주는 첨단 시스템이다. DGIST 뉴바이올로지학과와 IBS(기초과학연구원) 식물노화사업단이 함께 구축했으며 국내에서 DGIST만 보유하고 있다.

다중오믹스설비는 동물·식물·혈액 샘플을 처리할 때 이용하는 ‘리퀴드 핸들러’ 3대와 샘플 공급 장치, 분석 장비 등이 어우러져 있다. 자동화된 샘플 공급·처리 장치를 갖춰 샘플 전처리 시간을 10분의 1로 줄였다. 전처리 과정을 거친 샘플은 질량분석기, 차세대 대량 염기서열분석장치 등을 거치며 생명체 내 단백질의 관계를 밝히고 게놈 데이터 등 유의미한 정보를 만들어낸다. 이를 통해 생명현상과 관련된 다양한 네트워크 현상 분석이 가능해지는 것. 질병의 원인이 되는 물질이나 질병을 치료할 수 있는 바이오 마커 발견으로 이어질 수 있다.

DGIST 뉴바이올로지학과 노상철 박사는 “과거에는 연구원들이 DNA 하나만을 가지고 생명현상을 분석했지만, DNA와 RNA, 단백질들이 유기적으로 연결돼 생명현상이 이뤄진다는 사실이 밝혀지면서 한 차원 높은 기술이 필요해졌다”며 “다중오믹스설비는 오차 없이 대량의 샘플을 동시에 처리하면서 단시간에 기가바이트 수준의 빅데이터를 얻어낼 수 있는 시스템”이라고 설명했다.

생명체 내 단위분자들을 별도 표지하지 않고 살아있는 형태로 볼 수 있는 ‘플라즈마 현미경’도 생명현상의 비밀을 밝혀줄 핵심 장비 중 하나다. 생체분자 수준에서 단일세포, 생체조직, 생체재료 등을 측정하거나 관찰하는데 적용할 수 있는 기반을 제공해 융·복합 연구를 가능하게 한다.

또한 초미세 현미경을 통해 생명체의 실시간 생역동성 관찰하고 나아가 바이오 의료, 첨단 신소재 등의 새로운 융합과학분야에 적용해 뇌신경 노화, 손상, 재생분야의 차세대 생명과학 창출연구에도 활용할 수 있다.

전자동 식물 생장 조절·모니터링 시스템인 ‘페놈(Phenome) 설비’는 식물 생애 생명현상 및 노화·수명을 맞춤형으로 분석하고, 모니터링 할 수 있어 식물의 생명현상과 관련된 연구에 유용하게 활용된다.

DGIST는 이러한 첨단시스템들을 갖추고, 살아있는 생명 속 DNA와 단백질의 복잡한 관계를 밝혀냄으로써 인류의 난제를 풀고 신산업을 만들어내는 도전을 계속해 나간다는 전략이다.

이정숙 뉴바이올로지 전공 행정팀장은 “뉴바이올로지는 전 분야 지식과 기술, 방법론을 도입해 다차원적으로 풀어나가는 학문”이라며 “생명체의 영속성과 인류 문명의 지속을 위한 환경, 식량, 수명, 질병, 에너지 문제 해결을 위한 생물학적 연구를 지속해 나갈 것”이라고 강조했다.