자연대 홍보기자단 자:몽 5기 | 장영은
 

*소속 : 생명과학부
*연구분야 : 선천 면역 및 세포 사멸
*E-mail : rkarki@snu.ac.kr
*Tel : 02-880-2656
 

인터뷰에 응하고 계신 라젠드라 카르키 교수님. (사진=권세은 기자) 2023.04.28.
 
 

  While we sit peacefully in a chair, our immune cells are actively fighting off pathogens. The development of disease and the immune response of the immune cells, once they have identified the pathogen, take place through the action of molecules. I was able to interview Professor Rajendra Karki, who is on the trail of these molecules in his quest to unravel the secrets of our immune system. The interview gave me an insight into the rewarding life of a scientist.
 

Q. As you have just been appointed, not many students may know you. Please introduce yourself.
 

  First of all, thank you for this interview. You are right, not many students know about me. I hope this interview will help students to get to know me and my research. I am Rajendra Karki, a newly appointed faculty member in the Department of Biological Sciences. I am originally from Nepal.

  I completed my bachelor’s degree in pharmaceutical sciences from Pokhara University, Nepal. I later completed my master’s and PhD degrees at Mokpo National University, South Korea, where I conducted research on the biological activity of oriental medicine in disease settings such as atherosclerosis, obesity, and diabetes. After completing my PhD, I spent almost twelve years in the USA focusing on my career development. During those twelve years, I worked as a postdoc, a staff scientist, and a laboratory director at St. Jude Children's Research Hospital in the immunology department.
 

Q. Listening to your introduction, I think this is your second time in Korea. May I ask you what made you come back to Korea?
 

  Yes, that is a good question and a difficult one [laughs]. I spent almost five and a half years in Korea for my master’s and PhD. I supervised several postdocs at my previous institute, which was a very enjoyable experience. Actually, I always wanted to return to Nepal. However, resources for research are not sufficient. Therefore, I decided to pursue research in a country close to Nepal where I could potentially help Nepal through my work. Since I had prior experience working in Korea, I chose to pursue research opportunities here.
 

Q. At Mokpo National University, you did research in oriental medicine. Is oriental medicine related to the immunology research you are doing now?
 

  At that time, my primary focus was screening the biological activities of oriental medicines such as lotus, onion, and various herbs. We examined the beneficial effects of these medicines in rat or mouse models of atherosclerosis and obesity. However, we did not specifically identify or investigate the mechanisms of action of these herbs. Due to the crude nature of herbal medicine, it was challenging to pinpoint any specific mechanisms. It was during this period that I had my first encounter with observing cells under a microscope. I was immensely grateful for the research opportunities that were provided to me.

*Screening : Examining the beneficial effect of oriental medicine in the development of diseases using in vitro or in vivo models.
 

Q. Please tell us about your research and the work that you will be doing here at SNU.
 

  My overall research theme focuses on innate immunity, immune responses, and their implications for health and disease. To better organize and simplify this theme, I have divided it into five major sections. 

  The first section is centered around innate immunity and host defense against infection. Living with pathogens requires immune cells like macrophages and neutrophils to detect them through specific receptors. Understanding which type of receptor recognizes different types of pathogens is crucial for effective pathogen clearance, especially in the case of emerging pathogens. 

  The second section explores the relationship between innate immunity and cytokine storms. While innate immunity is essential for pathogen clearance, its overactivation can lead to damage in our organs, tissues, or cells. Cytokine storms occur when excessive pro-inflammatory cytokines are released into the circulation. Investigating the mechanisms behind cytokine storms and associated diseases is a key focus here. 

  The third section investigates the involvement of innate immunity in tumorigenesis. Cancer's ability to resist cell death is a hallmark feature that allows it to persist and grow. Traditional treatments such as radiation and chemotherapy induce apoptosis, but cancer cells often become resistant to this form of cell death. Exploring alternative cell death pathways and identifying triggers that can activate multiple pathways simultaneously may offer new strategies for cancer treatment. 

  The fourth section delves into the role of innate immunity in inflammatory and metabolic diseases. Overactivation of innate immunity is linked to chronic inflammation, which has been associated with both inflammatory and metabolic conditions. Understanding the mechanisms underlying these diseases is a priority within this research area.

  Lastly, the fifth section focuses on the cross-talk between innate and adaptive immunity. Certain molecules within innate immunity have the potential to influence the development of adaptive immunity, although this area remains largely unexplored. By investigating the mechanisms and molecules involved in the influence of innate immunity on adaptive immunity, we can gain a deeper understanding of their interaction. 

*Innate immunity : the immune system we are born with. It is non-specific and is activated immediately as soon as a pathogen attacks. It is the first line of defense.
*Adaptive immunity : It is specific, unlike innate immunity, which means the immune system learns, adapts, and remembers the antigen to mount an immune response.
*Cross-talk : instances where one or more components of a signal transduction pathway affect another. 
*Apoptosis : cell death initiated by intrinsic and extrinsic pathway mechanisms. The cell kills itself and is a form of programmed cell death.
 

Q. Are there different types of cell death?
 

  Yes, indeed. There are several types of cell death, and apoptosis has been the most extensively studied historically. However, there are also other forms of cell death, such as pyroptosis, necroptosis, and ferroptosis. Various forms of cell death are emerging and we have recently identified a new form of cell death called PANoptosis. Each of these types of cell death has its own unique characteristics and molecular pathways.
 

Q. Since immunology is not a compulsory course at SNU and is an unfamiliar field, I think many students are curious about how immunological research is done today. Could you also briefly introduce us to the studies required for research?
 

  Immunology itself is a branch of biology that studies immune responses. Immunology research requires a strong foundation in biology and biochemistry, as well as a good understanding of the immune system and its components. Depending on the research question being addressed, additional knowledge in areas such as microbiology, virology, genetics or bioinformatics may be required.  

  One of the basic techniques is the culture of immune cells such as macrophages, neutrophils, T cells and B cells to study immune responses to different stimuli. Molecular biology techniques include ELISA, PCR and western blot to analyze gene and protein expression or activation of molecules involved in the immune system. Flow cytometry to analyze the properties of individual cells and imaging techniques to localize proteins are also used. Most of the techniques are very similar to those used in other areas of biology.
 

Q. I’ve noticed that you addressed culture cells. Are culture cells effective in finding out what happens in our body as well?
 

  Our bodies are incredibly complex, consisting of immune and non-immune cells that are constantly communicating with each other. It is not possible to isolate the entire body system, but we can study the molecular mechanisms that govern the interactions that keep the body system going. By focusing on the specific mechanism at play, we can gain a deeper understanding of how immune and non-immune cells communicate and contribute to overall physiological processes.
 

Q. What advice would you give to students interested in immunology?
 

  Immunology is a rapidly evolving field, with new discoveries being made all the time. So, keep up to date with the latest research. Develop a strong foundation in biology, as immunology is a branch of biology that studies the immune system.
 

Q. We live in a world that is different from the one before the SARS-CoV-2 virus. You've been doing research in immunology for many years. What are some of the differences in research methodology before and after SARS-CoV-2? Are there differences in research trends?
 

  Yes, it has had a significant impact on the scientific community and research practices in several ways. Before the pandemic, innate immunity received relatively less attention compared to adaptive immunity. However, the emergence of SARS-CoV-2 has sparked renewed interest in the field. Researchers worldwide have directed their efforts towards understanding the virus, developing diagnostic tools, and investigating treatments and therapeutics, all of which involve studying innate immune responses to SARS-CoV-2.    

  During the pandemic, there has been an increased emphasis on data sharing and open science practices. Researchers have shared genomic data, clinical trial results and epidemiological data more openly to facilitate collaboration, show transparency and develop effective strategies to combat the virus. This was made possible by preprints and fast-tracked peer-review processes. Researchers have repurposed existing methodologies and tools to investigate the various aspects of COVID-19. For example, techniques used in vaccine development, high-throughput screening (HTS) and genomic sequencing were adapted to study SARS-CoV-2. In addition, research findings were shared to disseminate crucial information quickly.    

  Overall, the COVID-19 pandemic has led to a shift in research practices, promoting greater collaboration, data sharing and methodological adaptability to address the challenges posed by SARS-COV-2.  

*SARS-CoV-2 : a strain of coronavirus that causes COVID-19.
 

Q. As an immunology expert, have you also suffered from COVID-19?
 

  Yes, it's indeed quite interesting and ironic that someone conducting research related to COVID-19 ended up experiencing three confirmed cases of the virus. It was really frustrating when I received the confirmed case when I came to Korea for my faculty candidate interview at SNU. Having to do the interview online instead of in person as originally planned was quite disappointing. Then being subsequently taken to a quarantine facility near Itaewon for a week added another layer to the bitter experience. It’s always interesting to reflect on how life can take unexpected turns, even during important events. [laughs]
 

Q. COVID-19 came out before we had any therapeutics, so we didn't have any measures in place or any drugs to cure COVID-19. What do you think is the best response at country level to sudden pandemic diseases?
 

  First of all, you are right. There is currently no cure for COVID-19. There are antiviral drugs, but they are being re-examined for their efficacy because recent data suggest that they fail in infection. Vaccine development typically takes many years. The accelerated development of COVID-19 vaccines did raise concerns and hesitation among people. It is important to note that vaccines can only prevent infection, but they do not serve as a treatment for those who are already infected. Therefore, the development of therapeutics is necessary, and understanding the underlying molecular mechanisms of host-pathogen interaction is crucial.   

  The government should allocate more funding to research and innovation, particularly in areas such as diagnostics, therapeutics and vaccines. By investing in research infrastructure, providing grants to scientists and research institutions, and fostering collaboration between academia, industry, and the government, we can accelerate the development of effective tools to combat the disease. In addition to research and innovation, countries should strengthen their healthcare systems and implement preventive measures in the event of a sudden outbreak.
 

Q. If you could choose between a world where there were no viruses, a virus-free environment, or a world where there were viruses, like the world we live in now, but you were super-immune to all viruses, so you never got infected, where would you live?
 

  I see your point [laughs]. I would choose to live with pathogens. Pathogens, including bacteria and viruses, play an essential role in our lives and in the environment. The symbiotic relationship between humans and pathogens has co-evolved, shaping our immune responses and contributing to the overall functioning of our immune system. On the other hand, a lack of exposure to certain microbes can have negative effects on our health, as demonstrated by germ-free mice, which experience a range of abnormalities, particularly in the gastrointestinal system.  

  However, it is important to keep in mind that some pathogens can be life-threatening, particularly for people with compromised immune systems or certain underlying health conditions. It is therefore crucial to balance the presence of pathogens with preventive and therapeutic measures to mitigate their negative effects.
 

Q. What has it been like for you to be an undergraduate student or a postgraduate student? 
 

  Life as an undergraduate or postgraduate student can be both challenging and rewarding. For me, it typically involved a lot of hard work, long hours and a strong focus on academics and research. However, I always felt anxious about the next phase of my career.
 

Q. I agree with you that anxiety is part of the feeling of being a student. Compared to when you were a student, has your anxiety diminished in any way? 
 

  [laughs] It was not specifically my status as a postgraduate or undergraduate student that caused my anxiety. I believe it is just part of my nature. I experience various types of anxiety. Interestingly, I have noticed that anxiety can actually make me more alert and better prepared. It triggers a stress response that helps me to be more ready for challenges.
 

Q. Is there any encouragement or source of energy that helps you cope with anxiety?
 

  Actually, it would be great if you could give me some tips! [laughs]. If I had the answer, I would definitely have applied it to myself. But one thing I can suggest is to live in the present and not worry too much about the future. Since we do not know what tomorrow holds, why not enjoy today? By focusing on the present, you can cultivate positive thoughts and experiences. Spend time with friends and family and embrace the moment. I understand that it is easier said than done as I struggle to apply these concepts to my own life.    

  Some people thrive on being organized and having a plan, and they achieve success that way. Looking back on my own life, I realize that I've never been much of a planner. I tend to go with the flow and adapt to situations as they arise. In addition, while some people are naturally positive, my thoughts tend to lean towards the negative side. However, I find that being prepared for the worst outcomes allows me to handle challenges effectively when they do happen. This seems to be my way of functioning. Perhaps this approach has contributed to my achievements so far.
 

Q. Are there any memorable events from your student life?
 

  I would like to share one memorable event from my postgraduate life. I was working with an oriental plant Magnolia officinalis for my PhD thesis. Specifically, I wanted to investigate the anti-atherosclerotic effect of magnolol, an active component of Magnolia officinalis. I needed at least 10 grams of magnolol for in vivo experiments, so I discussed the possibility of synthesizing magnolol with some friends who were experts in the field.  

  First, we attempted to follow the protocol of a published paper, but we were unsuccessful. I then tried isolating magnolol from the bark of Magnolia officinalis using methods from another paper. A professor on sabbatical provided me with the necessary equipment to isolate the compound and I used his lab for a couple of months. Unfortunately, my attempts to isolate magnolol were unsuccessful, so I stopped going to the room for a few weeks without throwing anything away.   

  One day, I returned to the room and decided to clean the equipment and the room. As the material inside the evaporator was too viscous to clean, I poured in some hexane and started to rotate the evaporator in warm water. To my surprise, crystals started to appear. I was excited and contacted my friends to help me analyze the purity of the isolated compound and was delighted to find that I had isolated a total of 50 grams of magnolol.  

*In vivo : Latin for ‘within the living’. Studies in which various biological entities are tested on whole, living organisms or cells, as opposed to a tissue extract or a dead organism.
 

Q. Let's talk about your life as a researcher. What led you to study biology and immunology in particular?
 

  It all began during my undergraduate studies when I developed a deep fascination with the mechanism of action of drugs. One particular example that intrigued me was the diverse classes of drugs available for treating peptic ulcers, each with its own unique mode of action. This experience sparked my overall interest in identifying molecular mechanisms and understanding how they can be manipulated to effectively cure diseases. Regardless of a specific field, my passion lies in unraveling these mechanisms and exploring ways to harness them for the development of novel therapeutic approaches.
 

Q. Have you also been involved in developing new medicines?
 

  I have not been directly involved in developing medicines. However, through my research, I have made substantial contributions to the repurposing of existing drugs for the treatment of cytokine storm-associated diseases and cancer. In my research, I discovered the synergistic effects of two cytokines, TNFand IFN-γ, which induce a robust inflammatory cell death process known as PANoptosis. This process can trigger a cytokine storm, causing damage to host tissues and organs. By neutralizing these two cytokines, the occurrence of a cytokine storm can be prevented. 

  I have extensively studied the molecular pathways triggered by TNF+IFN-γ and have proposed several therapeutic targets for diseases associated with cytokine storms. These findings were published in a reputable scientific journal Cell in 2021. I have also developed ideas to enhance the efficacy of IFN therapy for the treatment of COVID-19 and cancer, and they were respectively published in Science Immunology in 2022 and Cell Reports in 2021. These findings have been patented, showcasing their potential applications in medicine. Although I have not been directly participating in the development of medicines, my research has contributed valuable insights and potential therapeutic strategies in these areas.

*TNF : Tumor necrosis factor. It is used in cell signaling by the immune system. When macrophages detect an infection, they release TNF to alert other immune cells as part of an inflammatory response. 
*Interferon (IFN) : Regulates the immune response of its target cell. It promotes inflammation, antiviral, and antibacterial activity, as well as cell proliferation and development by activating signaling pathways. It also inhibits tumor growth.
 

Q. I suppose that studying science means a lot of failure and uncertainty. What do you think about the uncertainty of studying science?
 

  You are right. But I think every subject has its own unique challenges and complexities. Every field requires dedication, effort, and a deep understanding of its principles. Indeed, research is about asking questions, formulating hypotheses, and seeking answers through systematic investigation. It involves a process of trial and error, where failures and setbacks are common, but they are also valuable learning opportunities. The journey of research is often long, and requires perseverance and a willingness to explore new paths and ideas. The beauty of research lies in the pursuit of knowledge and the thrill of discovery. While it can be a challenging and sometimes unpredictable journey, the moments of breakthrough and the sense of accomplishment make it all worthwhile.
 

Q. What is the driving force that keeps you going as a scientist?
 

  I would say it is definitely curiosity. The inherent curiosity about how things work, the desire to understand the underlying mechanisms, and the satisfaction that comes from solving puzzles and uncovering new knowledge are all significant motivators in the scientific journey. The joy and sense of accomplishment that come from unraveling a mystery or finding a solution to a complex problem are truly remarkable experiences.
 

Q. What is the motto that you live by?
 

  “Work smarter, not harder.” It means to think, plan and organize so that things can be done effectively in a given amount of time. I also live by "Learn from your mistakes".
 

Q. What would be your message to the students at SNU? It could be for students in general.
 

  Please pursue your passions with curiosity and dedication. Stay motivated and focused on your goals. Don’t lose hope and don’t panic even in the face of challenges and setbacks. I encourage students to take advantage of every opportunity to learn and grow through academic coursework, research or internships. Seek out mentors who can provide guidance and support, and don’t be afraid to ask questions.
 
 
 

  우리가 가만히 앉아 있는 동안 우리 몸 안에서는 면역 세포가 병원체와 격렬히 대항하고 있다. 몸 안에서 질병이 발생하고, 병원체를 인식한 면역 세포가 면역 반응을 일으키는 과정은 수많은 분자의 작용으로 발생한다. 이 분자들을 추적하여 면역 체계의 비밀을 풀어내고자 하는 라젠드라 카르키 교수님을 인터뷰하였다. 교수님과의 대화를 통해 끊임없이 궁금해하는 과학자의 삶이 얼마나 보람찬지 들어볼 수 있었다. 
 

Q. 새로 부임하신 만큼 교수님을 잘 모르는 학생도 있을 것 같습니다. 학생들을 위해 교수님을 간단하게 소개해 주세요.
 

  우선 인터뷰를 준비해 주셔서 감사합니다. 학생들이 이 인터뷰를 통해서 저에 대해서 그리고 제가 어떤 연구를 하는지 알 수 있길 바라요. 저는 이번에 서울대학교 생명과학부에 새로 부임한 라젠드라 카르키라고 하고, 네팔 사람입니다.

  저는 네팔에 있는 포카라대학에서 약학 학사 학위를 취득했고 국립목포대학교에서 석사와 박사 학위를 취득했어요. 목포대학교에 있을 때는 주로 죽상동맥경화증(atherosclerosis), 비만, 당뇨 환경에서 한약의 활성을 연구했어요. 박사 학위를 받고 나서 미국으로 넘어갔고, 12년 동안 St. Jude Children’s Research Hospital의 면역학 분야에서 박사 후 연구원, 직업 과학자, 연구소 책임자로 일하며 다양한 경험을 쌓았어요.
 

Q. 교수님 말씀을 들어보니 이번이 한국에 두 번째 방문인 것 같네요. 다시 한국으로 오게 된 이유가 있으신가요?
 

  좋은 질문이에요. 어려운 질문이기도 하지만요 (웃음). 처음 한국에 왔을 때는 석박사 학위를 받기 위해 5년 반 정도 있었어요. 서울대학교로 오기 전에 미국에서 박사 후 연구원들을 지도하는 게 재밌었지만, 한편으로는 고향인 네팔에 돌아가고 싶다는 생각을 항상 했어요. 그런데 네팔에는 연구를 진행할 수 있는 자원이 부족한 편이에요. 그래서 네팔과 가까운 나라에서 연구를 계속하면서 연구를 통해 네팔에도 도움을 줄 수 있으면 좋겠다고 생각했어요. 한국에서 생활한 경험도 있었고요.
 

Q. 목포대학교에서 한약학 연구를 하셨다고 들었어요. 한약학이 지금 하시는 면역학 연구와 관련이 있나요?
 

  당시에는 연꽃, 양파, 그리고 각종 약초 활성의 스크리닝이 제 주된 관심사였어요. 특별히 약초가 신체에 작용하는 원리를 밝혀내려고 하지 않았고, 이 부분을 다루지도 않았어요. 한약이나 생약 분야 연구는 아직 기초적인 수준에 머물러 있어서 이런 작용 원리를 찾기가 쉽지 않아요. 죽상동맥경화증과 비만을 겪고 있는 실험 쥐 모델에서 약물의 효능을 보고하긴 했지만요. 사실 저는 그때 처음으로 현미경을 이용해 세포를 관찰했어요. 제게 연구할 기회가 주어졌다는 것만으로도 매우 감사했죠.

*스크리닝(screening) : In vivo, in vitro 모델을 사용하여 질병 환경에서 한약의 효능을 점검하는 과정.
 

Q. 교수님의 연구 분야와 앞으로 이곳에서 펼쳐나가실 연구를 소개해 주세요.
 

  제 연구의 전반적인 주제는 면역 반응이 질병과 건강에 주는 영향과 선천성 면역이라고 할 수 있어요. 주제를 조금 간추려서 다섯 개의 주요 분야로 설명해 줄게요.

  첫 번째로 소개할 것은 감염에 대한 숙주의 방어 작용과 선천성 면역이에요. 우리는 늘 병원체와 함께 살고 있다는 걸 아실 거예요. 대식세포, 호중성 백혈구와 같은 면역 세포가 수용체를 통해 이런 병원체를 인식하기 때문에 이게 가능하죠. 어떤 종류의 수용체가 어떤 종류의 병원체를 인식하는지 알아내는 일은 병원체를 효과적으로 제거하는 데 매우 중요해요. 최근에 발생한 병원체는 특히 더 그렇고요.

  두 번째로는 선천성 면역과 사이토카인 폭풍(cytokine storm) 간의 연관성을 탐구하고 있어요. 아까 제가 선천성 면역이 병원체를 없애는 데 중요하다고 말하긴 했지만, 선천성 면역이 지나치게 활성화되면 우리의 장기와 조직 그리고 세포까지 손상할 수 있어요. 비슷한 맥락에서 사이토카인 폭풍은 혈액 내에 염증을 유발하는 사이토카인이 과도하게 분비될 때 발생해요. 여기서 주된 목표는 사이토카인 폭풍과 연관된 질병의 발생하는 원리를 밝혀내는 거예요.

  세 번째로는 종양이 형성되는 데 영향을 주는 선천성 면역을 주목하고 있어요. 암의 중요한 특징 중 하나는 세포 사멸을 저항할 수 있는 능력을 가지고 있는 거예요. 그래서 계속해서 자라죠. 예전부터 방사선 치료나 항암제는 암세포의 세포자멸사(apoptosis)를 유도하지만, 암세포는 이 종류의 세포 사멸에 저항성을 가지게돼요. 따라서 세포 사멸을 세포자멸사가 아닌 다른 종류로 전환하거나, 방아쇠같이 여러 세포 사멸 경로를 동시에 유도하는 분자들을 알아낸다면 암을 치료하는 새로운 전략을 제시할 수 있다고 생각해요.

  네 번째로 염증성, 대사성 질환에 영향을 주는 선천성 면역을 다뤄요. 선천성 면역이 지나치게 활성화되면 만성 염증이 발생하고, 만성 염증은 항상 염증성, 대사성 질환과 관련되어 있어요. 이런 질환이 발생하는 원리를 자세하게 밝혀내고 싶어요.

  마지막은 선천성 면역과 후천성 면역 간의 cross-talk를 다뤄요. 선천성 면역에 참여하는 분자 중 일부는 후천성 면역의 발생에 잠재적인 영향을 줘요. 선천성 면역이 후천성 면역에 영향을 주는 과정에 참여하는 분자들과 이런 과정이 일어나는 원리를 알 수 있다면 선천성, 후천성 면역 간의 cross-talk를 자세히 이해할 수 있을 거예요.

*선천성 면역(innate immunity) : 날 때부터 가지고 있는 면역 체계. 비특이적이고 즉각적으로 작동하여 감염에 맞서 우리 몸을 일차적으로 방어한다.
*후천성 면역(adaptive immunity) : 선천성 면역과 다르게 특이적이기 때문에 면역 체계가 항원을 학습, 적응, 기억해서 면역 반응을 일으킨다.
*Cross-talk : 한 신호 전달 경로에 참여하는 분자가 다른 신호 전달 경로에 영향을 미치는 현상.
*세포자멸사(apoptosis) : 세포의 외부 요인이나 내부 요인이 신호가 되어 세포 사멸 경로가 활성화된다. 우리 몸에서 세포 사멸이 결정되면 연속적인 반응을 거쳐 진행된다.
 

Q. 세포 사멸에도 여러 종류가 있나요?
 

  네. 그중 세포자멸사는 역사적으로 가장 광범위하게 연구되었지만, 염증성 세포 사멸(pyroptosis)과 괴사(necroptosis), 철(Fe2+) 의존성 세포 사멸(ferroptosis)와 같은 종류도 있어요. 지금도 여전히 다양한 방식의 세포 사멸이 밝혀지고 있고요. 사실 최근에 저희도 PANoptosis라고 불리는 새로운 방식의 세포 사멸을 찾아냈어요. 각각의 세포 사멸 기제는 독특한 특징을 가지고 있고, 분자적 경로도 다 다르죠.
 

Q. 서울대학교에서는 면역학이 전공 필수가 아니기도 하고, 생소한 분야라서 많은 학생이 요즘 면역학 연구가 어떻게 진행되는지 궁금할 것 같습니다. 면역학 연구를 진행하려면 어떤 분야의 지식이 필요한지도 간단하게 소개해 주세요.
 

  면역학 자체는 선천성 면역 반응을 다루는 생물학의 분과 중 하나예요. 면역학 연구를 하기 위해서는 생물학, 생화학의 기초와 면역 체계가 어떻게 작동하는지, 면역 체계의 구성 요소는 무엇인지도 알아야 해요. 우리가 제기하는 질문에 따라서 미생물학, 바이러스학, 생물정보학이나 유전학에 대한 추가적인 지식이 요구돼요.  

  연구 방법으로는 대식세포, 호중성 백혈구, T세포와 B세포와 같은 면역 세포 배양을 통해 면역 반응이 다양한 자극에 대해 어떻게 발생하는지 공부하고, PCR, ELISA, western blot과 같은 분자생물학 기법들을 통해 유전자 발현이나 면역 체계의 활성화에 관여하는 분자들을 분석해요. Flow cytometry는 각 세포의 특징을 분석하고, 영상 기법은 단백질을 특정한 곳에 위치시킬 때 유용해요. 이런 방법들은 생물학의 다른 분야 연구에서도 자주 사용되고 있어요.
 

Q. 면역학 연구 방법을 소개하셨을 때 세포 배양을 언급하셨는데, 우리 몸에서 일어나는 반응을 밝혀내기 위해 배양된 세포를 사용하는 게 효과적인가요?
 

  인체는 매우 복잡하고, 체내에는 면역 세포, 면역 세포가 아닌 세포, 그리고 이 둘 사이에 지속적인 상호작용이 항상 존재해요. 그래서 우리는 우리 몸 전체를 고립시킬 수 없지만 우리 몸을 유지하는 이런 상호작용을 조절하는 분자적 메커니즘을 공부할 수 있어요. 특정한 메커니즘에 초점을 둔다면 면역 세포와 면역 세포가 아닌 세포들이 상호작용하고 전체적인 생리 과정에 관여하는 방법을 더 깊게 이해할 수 있어요.
 

Q. 면역학에 관심이 있는 학생들에게 이 길을 걸어온 과학자로서 어떤 조언을 하고 싶으신가요?
 

  면역학은 빠르게 발전하는 분야에요. 수시로 새로운 발견이 많이 일어나죠. 새로운 연구들에 계속해서 관심을 가지세요. 면역학은 면역 체계를 공부하는 생물학의 분과이기 때문에 생물학의 기본을 탄탄히 쌓으라고 말하고 싶어요.
 

Q. SARS-CoV-2 바이러스의 출현 이후 그전과는 전혀 다른 세상을 살고 있습니다. 교수님께서는 면역학 분야에서 오랫동안 연구를 해오셨다고 알고 있습니다. SARS-CoV-2 전과 후를 비교했을 때 연구를 진행하는 방법은 어떻게 바뀌었나요? 연구 동향에는 차이가 있나요?
 

  네, 다양한 방면에서 과학 공동체와 연구 관행에 큰 변화가 있었어요. SARS-CoV-2가 출현하기 전에는 과학자들이 후천성 면역에 비해 선천성 면역에 많은 관심을 두지 않았는데, 최근에는 선천성 면역에 관심이 새롭게 집중되고 있어요. 전 세계의 과학자들이 바이러스를 이해하기 위한 방향으로 연구하기 시작했고, 코로나19를 진단하는 도구를 개발했고, 치료 요법이나 치료제를 조사했어요. 이 모든 건 바이러스에 대한 면역 반응이 연구되어야 가능한 것들이에요.

  팬데믹 당시에는 과학자들끼리 데이터를 공유하고 연구 방법을 공개하는 데 중점을 두었어요. 협업이 쉬워지고, 연구가 투명하게 진행되고, 바이러스를 효과적으로 대응하기 위해 과학자들은 유전체 정보, 임상 실험 결과, 역학조사 정보를 활발히 공유했어요. 출판 전 논문과  빠른 동료심사를 통해서요. 또, 현존하는 연구 방법이나 도구를 다른 용도에 알맞게 변형하여 코로나19의 양상을 조사하고자 했어요. 예를 들면 백신 개발에 사용된 기법들, 고속대량스크리닝(HTS)과 바이러스 유전체의 염기서열 분석이 SARS-CoV-2 연구에 알맞게 조절되었죠.

  정리하자면, 코로나19 팬데믹은 연구 관행을 변화시켰고, 더 많은 협업이 일어나게 했고, 연구 결과가 활발히 공유되게 했으며, 새로운 연구 기법에 적응해 나갈 수 있게 했어요. 

*SARS-CoV-2 : 코로나19(코로나바이러스감염증-19)를 일으키는 바이러스.
 

Q. 면역학 전문가인 교수님께서도 코로나19에 걸린 적이 있으신지 궁금합니다.
 

  네. 코로나19 관련 연구를 하는 사람이 세 번이나 확진되었다는 게 흥미로우면서도 아이러니하네요. 서울대 교수 임용 인터뷰를 하러 한국에 왔었는데 코로나19 확진 판정을 받게 되어 굉장히 답답했어요. 원래대로라면 현장에서 인터뷰하기로 되어 있었는데 온라인으로 인터뷰하게 되어 실망감도 컸죠. 설상가상으로 이태원 근처에 있는 격리 시설에서 한 주 더 지내야 했어요. 중요한 순간에도 인생이 예상한 대로 흘러가지 않을 수 있다는 게 항상 신기해요 (웃음).
 

Q. 코로나19는 치료제가 개발되기 전에 출현했기 때문에 적절한 대응 방법이 없었어요. 국가 차원에서 이런 급작스러운 팬데믹에 어떻게 대응하는 것이 가장 좋을까요?
 

  현재 코로나19 치료제는 없어요. 항바이러스제가 있긴 하지만 감염된 상태에서 효과가 없다는 내용이 보도되면서 이런 치료제의 효능이 다시 연구되고 있어요. 대체로 백신 개발은 많은 시간이 소요되기 때문에 사람들은 백신이 짧은 시간 안에 개발됐다는 점에 대해 걱정을 표하기도 하고 접종을 주저하기도 했죠. 백신은 감염을 예방하는 수단이지, 이미 감염되고 나서 먹는 치료제가 아니라는 것을 알아두는 게 중요해요. 따라서 치료제가 개발되어야 하고 이를 위해서는 숙주-병원체 간의 상호작용을 매개하는 분자들의 메커니즘을 이해하는 게 중요해요.

  정부는 특히 코로나19의 진단, 치료, 백신 연구와 이를 개선하는 데 많이 투자해야 해요. 연구 인프라에 투자하고, 과학자와 연구 기관에 아낌없이 지원하고, 학계, 산업, 정부의 협업을 원활하게 한다면 코로나19를 빠르고 효과적으로 대응할 수 있어요. 더불어 국가들은 의료 시스템을 강화하고 질병의 갑작스러운 발생을 예방할 수 있는 정책을 시행해야 해요.
 

Q. 만약 바이러스가 아예 없는 세상과 저희가 살고 있는 세상처럼 바이러스가 있지만 슈퍼 면역자이기에 절대 감염되지 않는 세상 중에서 하나만 고를 수 있다면, 교수님께서는 어느 곳에서 살 것인가요?
 

  무슨 말을 하고 싶은지 알겠어요 (웃음). 전 병원체와 함께 살기를 선택할 거예요. 박테리아와 바이러스를 포함한 병원체는 우리의 삶과 주위 환경에 매우 중요해요. 인간과 병원체는 공생을 통해 함께 진화해 왔어요. 이 과정에서 우리의 면역 체계가 자리 잡고 잘 기능할 수 있었고요. 우리 몸이 특정 미생물에 충분히 노출되지 않으면 건강에 안 좋은 영향을 줘요. 무균 실험 쥐의 소화계에 다양한 질병이 발생하는 것처럼요.  

  그러나 어떤 병원체는 특히 면역 반응이 제대로 발휘되지 않거나 기저 질환이 있는 사람들의 생명을 위협할 만큼 위험하다는 사실을 기억하는 것 또한 중요해요. 그래서 병원체가 다양한 만큼 질병을 예방, 치료할 방법도 충분히 있어야 병원체가 주는 안 좋은 영향을 줄일 수 있어요.
 

Q. 교수님의 학부생 또는 대학원생 시절은 어떠했나요?
 

  학부생 또는 대학원생으로서의 삶은 힘들지만 보람되기도 해요. 제 학생 시절은 많이 노력한 것과 학업과 연구에 집중한 게 대부분을 차지해요. 한편으로는 인생의 다음 단계에는 무엇이 있을지 항상 불안해하기도 했어요.
 

Q. 교수님께서 학생 시절 때 항상 불안하다고 하신 것에 공감이 됩니다. 현재는 학생 시절과 비교했을 때 불안함을 덜 느끼시나요?
 

  (웃음) 특별히 학부생이나 대학원생이어서 불안했던 건 아니에요. 불안은 제가 타고난 천성인 것 같아요. 저는 다양한 종류의 불안을 경험하곤 하는데요, 신기하게도 이 불안이 제가 매사에 조금 더 민첩하게 반응하고 준비된 자세를 갖게 한다는 걸 알게 됐어요. 스트레스 반응(stress response)을 유발해 새로운 도전을 할 수 있게 하는 거죠.
 

Q. 그렇다면 교수님께서 불안을 극복하는 데 도움을 주는 에너지의 원천이 있다면 무엇인가요?
 

  사실 제게 힌트를 주면 좋을 것 같네요 (웃음). 답이 있었으면 저에게 무조건 적용해 봤을 거예요. 하지만 확실하게 추천하는 것은 현재를 살고 미래를 너무 걱정하지 말라는 거예요. 내일 어떤 일이 기다리고 있을지 모르니 오늘을 즐기지 않을 이유가 있나요? 현재에 집중하게 되면 긍정적인 생각과 경험을 기를 수 있어요. 친구, 가족과 시간을 보내고 지금을 즐기세요. 저도 이것들을 막상 삶에 적용하는 게 어려운 것을 보니 말보다 행동이 훨씬 어렵다는 건 사실인 것 같아요.   

  어떤 사람들은 계획을 세우고 체계적으로 행동함으로써 일을 잘 해내고 성공하잖아요. 제 삶을 돌이켜보면 저는 계획을 세우는 것과는 거리가 멀었어요. 오히려 세월의 흐름을 따라 살아가면서 매 순간 맞닥뜨리는 상황에 적응해 나가는 경향이 있어요. 또, 어떤 사람들은 천성이 긍정적이지만 저는 부정적인 면으로 생각이 쏠리게 돼요. 최악의 결과에 대비하면 실제로 이런 상황을 맞닥뜨려도 잘 헤쳐 나갈 수 있게 되더라고요. 저는 이런 방식으로 사는 것 같아요. 아마 이런 태도가 제가 많은 성과를 내는 데 도움을 줬을지도 몰라요.
 

Q. 교수님께서 학생이었던 시절 기억에 남는 일이 있다면 소개해 주세요.
 

  대학원생이었을 때 기억에 남는 일화가 하나 있어요. 박사 논문을 쓰기 위해 동아시아 식물 Magnolia officinalis을 가지고 작업했어요. 구체적으로 죽상동맥경화증의 발생을 막는 매그놀롤(magnolol)의 효능을 알아보고 싶었어요. 매그놀롤은 Magnolia officinalis의 활성 성분이에요. In vivo 실험을 진행하려면 최소한 10그램의 매그놀롤이 필요했기 때문에 합성을 전문으로 하는 친구들과 이걸 합성할 가능성을 의논했어요.  

  처음에는 게재된 논문에 적힌 프로토콜을 따라서 매그놀롤을 합성하려고 했지만 잘되지 않았어요. 그 뒤로 다른 논문을 참고하여 Magnolia officinalis의 껍질에서 매그놀롤을 분리해 보려고 했어요. 안식년을 보내고 계시던 교수님께서 분리에 필요한 실험 기구를 제공해 주셨고, 저는 그분의 연구실을 몇 달간 사용했어요. 매그놀롤 분리가 계속 제대로 이뤄지지 않아 답답한 나머지 연구실에서 아무것도 치우지 않고 몇 주간 가지 않았어요.  

  나중에 실험 기구를 정리하고 주변을 치우려고 연구실에 들어갔어요. 하필 증발기에 있던 물질이 너무 끈적거려 잘 씻겨 내려가지 않았기 때문에 헥산(hexane)을 붓고 증발기를 따뜻한 물에서 돌렸어요. 정말 놀랍게도 결정이 생겨나더라고요. 들뜬 마음으로 친구들에게 연락해서 제가 분리한 물질의 순도 분석을 부탁했고 제가 매그놀롤 50그램을 분리했다는 사실을 알게 됐을 때 정말 기뻤어요. 

*Magnolia officinalis : 후박나무. 중국 자생 목련으로 분류된다.
*In vivo : 라틴어로 ‘생체 안에서’을 뜻한다. 조직 추출물이나 죽은 개체가 아닌 살아있는 개체나 세포 안에서 진행되는 실험을 뜻한다.
 

Q. 연구자로서의 삶에 대해 들어보겠습니다. 교수님께서 생물학 그리고 특별히 면역학을 공부하게 된 계기가 무엇인가요?
 

  학부생 시절 약이 작용하는 원리를 무척이나 신기해한 게 첫 시작이었어요. 예를 들어, 위궤양을 치료하기 위해 다양한 종류의 약이 사용되는데 각각의 작용 메커니즘(mode of action)이 달라요. 이때부터 저는 분자적 메커니즘을 알아내고 이것을 어떻게 활용해서 질병을 효과적으로 치료할 수 있는지 이해하는 데 관심을 두게 되었어요. 면역학이라는 특정한 분야보다는 분자적 메커니즘을 밝혀내고 이것을 사용하여 새로운 접근법으로 치료하는 방법을 찾아내는 데 열정이 있다고 말할 수 있겠네요.
 

Q. 교수님께서는 치료제 개발에 직접 참여한 적이 있으신가요?
 

  직접 참여한 적은 없지만 연구를 통해 사이토카인 폭풍(cytokine storm)에 연관된 질환과 암의 치료에서 기존의 약을 용도에 맞게 고치는 데 큰 기여를 했어요. 그중 두 종류의 사이토카인, TNF와 IFN-γ의 시너지 효과를 밝혀냈어요. 이 사이토카인들이 PANoptosis라고 불리는 탄탄한 염증성 세포 사멸 경로를 유도하고 그 과정에서 사이토카인 폭풍이 촉발되어 숙주의 조직과 장기를 망가뜨려요. 사이토카인들을 중화시키면 사이토카인 폭풍을 방지할 수 있어요.  

  저는 TNF와 IFN-γ가 촉발한 분자적 경로를 광범위하게 연구했고 사이토카인 폭풍과 연관된 질병을 치료할 수 있는 표적을 일부 제시했고, 이는 2021년에 권위 있는 과학 학술지 Cell에 실렸어요. 또, 저는 코로나19와 암을 치료할 때 사용되는 인터페론(IFN) 치료의 효과를 높이는 아이디어를 냈고, 하나는 2022년도 Science Immunology 학술지에, 다른 하나는 2021년도 Cell Reports 학술지에 실렸어요. 앞서 설명한 연구들이 특허를 받으면서 제 연구가 의약학 분야에서 적용될 수 있음을 보여줬어요.  

*TNF(tumor necrosis factor) : 면역 체계에서 세포 간 신호 전달에 사용된다. 대식세포가 감염을 감지하면 염증 반응의 일부로 TNF를 분비하여 다른 면역 세포에 알린다.
*인터페론(IFN) : 표적 세포(target cell)의 면역 반응을 조절한다. 신호 전달 체계를 활성화함으로써 염증 반응, 항바이러스성 활성과 항균 작용, 세포의 발달과 세포 수의 급증을 촉진한다.
 

Q. 과학을 하는 것은 때로는 많은 실패와 불확실성을 의미한다고 생각해요. 교수님께서는 과학 공부의 불확실성에 대해 어떻게 생각하시나요?
 

  맞아요. 하지만 저는 어떤 분야든 힘들고 복잡하다고 생각해요. 어떤 분야든 헌신과 노력 그리고 원리에 대한 충분한 이해가 필요하죠. 사람들이 알고 있는 것처럼 연구는 질문하고, 가설을 만들어 내고, 체계적인 연구를 통해 답을 찾아나가는 과정이에요. 시행착오가 따르기도 하고 이 과정에서 자주 실패와 좌절을 겪게 돼요. 하지만 이런 경험들은 배움을 주는 소중한 기회가 되죠. 연구의 길은 길고, 인내심이 요구되기도 하고, 새로운 것을 탐구하려는 의지도 필요해요. 연구의 꽃은 지식의 추구와 발견의 전율이라고 할 수 있어요. 힘들고 예측 불가능한 여정 속에서 돌파구를 찾거나 연구에 성공했을 때의 성취감을 경험해 본다면 이런 여정도 그만한 가치가 있다고 생각하게 될 거예요.
 

Q. 교수님을 계속 과학자이게 하는 원동력은 무엇인가요?
 

  확실히 말할 수 있는 건 호기심이에요. 세상이 어떻게 돌아가는지 알고 싶어 하는 인간 고유의 호기심, 어떤 현상이 발생하는 원리를 이해하고자 하는 욕구, 난제를 해결했을 때나 새로운 지식을 밝혀낼 때 느끼는 만족감 모두 과학이라는 여정에 중요한 동기가 돼요. 수수께끼를 풀거나 복잡한 문제의 해결책을 찾았을 때 동반하는 기쁨과 성취감은 정말 말로 표현할 수 없어요.
 

Q. 교수님의 좌우명은 무엇인가요?
 

  ‘열심히 일하지 말고, 똑똑하게 일하라’예요. 생각하고 계획하고 준비하면서 주어진 시간 동안 효율적으로  일하라는 의미예요. 또 다른 좌우명은 ‘실수로부터 배워라.’가 있어요.
 

Q. 서울대학교 학생들에게 한 말씀 부탁드립니다. 꼭 서울대학교 학생들이 아니어도 좋아요.
 

  호기심을 가지고 매사에 전념하면서 자기 열정을 따르세요. 의욕을 잃지 말고 항상 목표를 향해 전진하세요. 희망을 잃지 말고, 실패와 좌절의 순간에도 당황하지 마세요. 배움의 기회를 잘 활용하고 학업이든 연구든 인턴이든 다양한 경험을 통해 성장했으면 좋겠어요. 도와주고 지도해 줄 수 있는 멘토를 찾고, 질문하길 두려워하지 마세요.
 
 

자연과학대학 홍보기자단 자:몽 장영은 기자 cyoungeun@snu.ac.kr
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