김진수 교수 연구팀, 세포 ‘생물학적 잡음’ 제어 원리 이론적으로 정립

(수학과 김진수 교수)

 수학과 김진수 교수(포스텍 수학과)가 참여한 공동연구팀이 수학적 모델링을 통해 세포 내부의 ‘생물학적 잡음(Biological Noise)’을 제어하는 원리를 이론적으로 정립했다. 이번 연구는 암 재발이나 항생제 내성의 원인으로 지목돼 온 일부 생존 세포, 이른바 ‘아웃라이어(outlier)’의 발생 메커니즘을 설명하고 이를 제어할 수 있는 이론적 기반을 제시했다.

 이번 성과는 기초과학연구원(IBS) 김재경 CI(KAIST) 연구팀과의 공동연구로 수행됐다. 연구팀은 기존 유전자 회로 기술이 세포 집단의 평균적인 특성은 조절할 수 있지만, 개별 세포 간 변동성은 오히려 증폭시킨다는 한계를 수학적으로 분석했다. 이를 바탕으로 ‘잡음 제어기(Noise Controller)’ 모델을 제안하고, 이합체 반응과 분해 기반 작동 원리를 결합해 세포 간 변동성을 이론적으로 최소 수준까지 억제할 수 있음을 보였다.

 제안된 모델을 대장균 DNA 복구 시스템에 가상 적용한 결과, 기존에는 약 20%의 세포가 복구에 실패해 사멸했던 반면, 잡음 제어기를 적용했을 때 세포 사멸률이 약 7%로 감소하는 효과가 나타났다.

 김진수 교수는 “반응 네트워크 이론에 기반한 수학적 수식에서 출발해 실제 생물학적 기전을 설계했다는 점에서, 수학 모형의 힘과 가능성을 잘 보여주는 연구”라고 설명했다.

 이번 연구 결과는 국제학술지『Nature Communications』(2024년 12월 24일)에 게재됐다.