UT Arlington 전준하 교수ㅣ“지구 30% 구성물질인 실리콘을 의학적으로 활용하기”

화학·생화학과 전준하 교수 “규소·수소 결합에서 수소와 규소가 전자를 나눠가지며 끊는 메카니즘 규명” … 다양한 의학적 활용기대

전준하 교수는 성균관대 화학과에서 학사와 석사를 마치고 2009년 Univ. of Minnesota 화학과에서 Ph. D를 취득하고 Univ. of Pennsylvania에서 박사후 과정을 마쳤다.
전준하 교수는 2011년 UT Arlington 대학의 화학·생화학과 교수로 부임했고 ‘Nature Catalysis’와 같은 학술 잡지에 수십편의 논문을 기고했다.
전준하 교수는 탁월한 연구와 교욱활동으로 여러가지 상을 받았으며 그 중 대표적으로 2015년 The National Society of Leadership and Success로부터 우수교수상을 받았고 2016년 가을 필라델피아에서 열린 미국화학학회(ACS)에서 ‘젊은 유기화학 연구자(Young Organic Investigator)’상을 받았다. 2017년에는 Outstanding Science Teaching Award for the College of Science상과 President’s Award for Excellence in Teaching상을 받았다.
UT 알링턴 화학·생화학과 전준하 교수는 ‘어떻게 하면 약을 싸게 잘 만들까’ 하는 연구를 한다. 약을 직접 만든다기 보다 약을 만드는 방법을 연구한다. 약을 만들려면 비용이 많이 들고 제조 공정이 까다롭다. 제조공정을 단축하고 싸게 빨리 만드는 방법을 연구하는 것이 전 교수의 주된 연구 목표다.
전 교수는 “전투는 제약회사에서 일어나는 것이고 나는 이런 방법도 있다라는 식으로 방법을 제시한다.. 이를 위해 주로 촉매 반응을 연구한다”고 말했다.
약을 효율적으로 만들 때 고려하는 것은 2가지다. 약을 만드는 과정을 줄여 약을 싸게 만드는 것과 약을 만들 때 발생되는 폐기물을 줄여 환경오염을 줄이는 것이 그것이다.
전 교수에게 화학의 분야에 대한 기본적인 설명을 부탁했다.
전 교수는 “화학의 분야는 유기화학, 무기화학, 생화학, 물리화학, 분석화학, 재료화학으로 나누며 나의 전공은 유기화학이다”고 말했다.
“유기화학은 탄소화합물을 연구하는 분야다. 인간 몸의 모든 구조는 탄소로 연결돼 있다”고 말했다.
탄소화합물 연구가 약의 개발과 관련돼 있을 수 밖에 없는 이유가 여기 있다.

약을 디자인하는 유기화학자

“유기화학자는 약을 디자인한다. 그리고 약에 대한 메카니즘은 생화학자들과 물리화학자들이 공동으로 한다”고 전 교수는 설명했다.
유기화학자들이 모든 것을 하는 것이 아니라 화학 내의 여러가지 분야의 학자들이 학제간 상호 상부상조를 통해 큰 연구를 수행한다는 것이다.
이 과정에서 잘 안되면 피드백을 해서 해결책을 찾는다. 약을 디자인할 때부터 물리화학자, 분석화학자들과 같은 관련분야의 학자들이 서로 상의한다.
전 교수의 박사 학위 논문은 천연물 합성과 방법 개발에 대한 것이었다. 박사후 과정에서도 천연물 합성에 대한 연구를 계속했다.
전 교수의 박사학위 논문은 쉽게 설명하면 항암제 연구였다. BMS의 항암제 Taxol이 주사제나 먹는 약으로 개발됐고 그 약이 효과적인 사람들이 있었지만 그 약이 듣지 않는 사람들이 있었다. 전 교수는 이 약이 소용 없는 사람들에게도 작용하는 약에 대해 연구했다. Taxol은 설사, 고혈압, 머리카락이 빠지는 등의 부작용도 있었는데 이 부작용을 없애는 연구도 수행했다.
시간이 지난 지금은 좀 더 기초적인 연구에 몰두하고 있다. 전 교수는 UT 알링턴에서 고도로 혁신적이고 효율적인 합성방법과 기능적 적용에 대해 연구한다. 어떤 화학구조가 질병의 치료에 도움이 되는지를 연구한다.

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전준하 교수 연구프로그램 개요


전 교수가 관심을 가지는 물질은 실리콘이다. 실리콘은 화학에서는 규소(Si)라고 한다. 실리콘은 모래의 주성분이다. 지구의 30%가 실리콘이다. 땅을 파면 흙에 섞여 있는 모래가 규소다.
많으니까 싸고 좋은데 의학적으로 이용을 못하고 있다. 규소를 사용해 약을 만들면 더 싸게 약을 만들 수 있기 않을까 하는 가정에서 연구를 시작했다. 원유를 정제하다 보면 실리콘이 들어간 것이 많다. 규소와 수소가 들어 있는 화합물은 중요한 기본물질이다.
규소에 수소가 많이 포함된 것은 가공하기 쉽다. 그래서 수소와 규소 화합물로 많은 것을 할 수 있다.
소방관이 불을 끌 때 쓰는 물질에도 실리콘이 들어 있다. 코팅할 때 실리콘을 쓴다. 차고 바닥 코팅도 실리콘으로 한다.
이상하게도 인체 구성 성분에는 실리콘이 없다. 반도체 등 재료·소재 연구에는 규소를 많이 쓰지만 독성이 없음에도 불구하고 의학화합물에는 많이 쓰지 않는다.
전교수에게 실리콘 연구에 관심을 가지게 된 동기를 물었다. 전 교수는 “한 논문을 읽었는데 그 논문을 읽으면서 실리콘이 의학적 활용이 된 적이 없다는 것을 알게 됐고 여러가지 궁금증을 갖게 됐다”고 말했다.

수소·규소 관련 의학적·화학적 중대 발견

전 교수는 최근 의학적·화학적으로 중요한 발견을 했다. 그 반응은 1980년대부터 많이 알려진 반응인데 이때까지 왜 그렇게 되는지 알려지지 않았다.
이번에 전 교수 연구팀이 그 반응이 왜 그렇게 되는지를 밝혔다. 이 반응은 활용도가 많은 것으로 고분자중합체(Polymer)로 만드는 데 사용될 수도 있고 의학·화학적으로 활용이 가능하다.
전 교수는 이해를 돕고자 여름에 먹는 아이스크림인 쌍쌍바를 예를 들어 설명했다. 쌍쌍바는 두개의 아이스바가 연결돼 있는데 잘 끊으면 반반으로 끊어진다. 그런데 잘못 끊으면 한쪽이 커지고 다른 쪽이 작아진다.
규소(Si)와 수소(H)와의 결합에는 2개의 전자가 중간에 있다. 규소와 수소의 결합을 끊을 때 어떤 경우는 가운데 있는 전자 2개가 양편에 하나씩 골고루 가게 끊어지고 어떤 경우는 한쪽 편에 전자 2개가 다 가게 끊어진다. 지금까지 알려진 방법으로는 일반적으로는 규소와 수소가 끊어질 때 수소가 전자 2개를 모두다 가지면서 끊어진다.
1980년대부터 연구가 진행됐지만 어떻게 하면 두개의 전자가 하나씩 가도록 끊어지고 어떻게 하면 두개 다 한쪽으로 가도록 끊을 수 있는지 아무도 밝혀내지 못했다.
이번에 전 교수가 어떤 경우에 수소와 규소가 전자를 하나씩 나눠 가지고 화학결합이 끊어지는 원리를 밝혀냈다. 실험도 하고 분석장비를 써서 실시한 컴퓨터 시뮬레이션에서도 같은 결과가 도출됐다.
이 연구 결과가 옳다면 앞으로 다른 구조를 만들 때 만들어질 구조를 쉽게 예측할 수 있게 됐다.
지금까지의 연구에서는 수소와 규소 화합물에서 수소가 전자 2개를 가지고 끊어지는 것에 대한 연구가 많았는데 이번 연구로 수소가 전자 1개를 가지고 끊어지는 반응으로 영역을 넓힌 것에 의의가 있다. 이로써 전혀 다른 구조의 유기규소 화합물을 간단히 만들 수 있게 되었고 환경에 무해한 부산물들만이 이 반응으로부터 발생하게 되었다.
이런 반응이 일어나게 하는 방법을 ‘Nature Catalysis’ 2019년 2월호에 게재했다. 이 연구의 컴퓨터 시뮬레이션은 미네소타대에서 했고 물성에 대한 연구는 뉴욕주립대서 했다.

조현만 기자 press@newskorea.com

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