▲ 서울대학교 화학부 / EDISON 화학센터 신석민 교수

“컴퓨터와 화학이 만날 때, 미래 분자세계 디자이너가 가능해집니다”

서울대학교 화학부 / EDISON 화학센터 신석민 교수

최근 몇 십년간 이뤄진 컴퓨터 기술의 눈부신 발전은 우리 생활에 다양한 변화를 가져왔다. 이는 학문적 영역에서도 마찬가지이다. 물리, 화학, 재료과학, 생명과학 등의 과학 분야에 사이버 인프라스트럭처를 이용하는 ‘계산과학’은 21세기 과학이 추구하는 융합과 통섭적 성향이 가장 잘 드러나는 분야로서 자연 및 사회 현상을 이해하기 위한 새로운 차원의 방법적 대안을 제시하고 있다.

새로운 영역을 개척하는 도구, 계산화학
컴퓨터와 화학의 공통점은 모두 우리 주위에서 쉽게 찾아볼 수 있다는 점이다. 물질을 다루는 화학은 주변의 모든 것들과 관련이 있고, 핸드폰에서 자동차까지 컴퓨터는 생활의 구석구석 어디에나 존재한다. 이러한 컴퓨터와 화학이 만남으로서 새로운 가능성을 열고 있는 영역이 바로 ‘계산화학(Computational Chemistry)’이다. 

전통적인 실험, 이론과 함께 계산화학은 이미 과학 연구의 중요한 3개 축 중 하나를 구성하게 되었다. 특히 계산화학은 이론이나 실험 결과를 단순히 검증하는 수준에 머무르는 것이 아닌, 이전에는 가능하지 않았던 탐구를 시도함으로써 새로운 영역을 개척하는 창조적인 역할을 수행하고 있다. 이러한 경향은 계산화학을 포함한 계산생물학, 생물정보학, 그리고 화학정보학 등의 새로운 분야에서 최근 이뤄지고 있는 연구 성과들에서 쉽게 찾아볼 수 있다.

EDISON 화학센터의 신석민 교수는 컴퓨터를 활용한 계산화학 분야의 연구를 활발하게 수행하고 있는 연구자이다. 그는 몇 년 전부터 계산화학분야의 연구자들을 중심으로 커뮤니티를 구성하고, 관련 분야의 교육과 연구를 활성화하기 위한 노력을 이끌고 있다. 신 교수는 “새로운 기능성 물질을 만들거나 신약을 개발하는 일은 화학자가 할 수 있는 가장 창의적인 일이지만, 무수한 가능성 중에서 하나의 물질을 찾아내기 위한 과정은 매우 어려울 수밖에 없습니다”라고 설명했다. 하지만 계산화학을 활용하면 실제 실험을 하기 전에 물질의 특성을 분자수준에서 설명하고 예측함으로써 이러한 탐구가 효율적으로 이뤄지도록 도울 수 있다는 것이다. 그는 더 나아가 계산화학이 우리가 원하는 물질을 어떻게 만들 것인가를 제안하는 ‘분자세계의 디자이너’ 역할까지도 수행할 수 있다고 덧붙였다.

신 교수는 “미래의 ‘분자세계 디자이너’들을 양성하기 위해서는 차세대 과학기술을 활용할 수 있는 교육·연구 융합 환경의 개발과 그의 활용을 위한 체계의 구축이 중요합니다”라고 강조했다. 그러한 점에서 EDISON 사업은 매우 중요한 의미를 갖는다. 계산화학 분야의 첨단 연구 결과들을 학부와 대학원 교육에 활용함으로서 융합 연구 환경에 빠르게 적응할 수 있는 인재를 양성하는 것이 국가 경쟁력 향상에 직결되기 때문이다.

분자모델링 프로그램의 국산화 토대 쌓을 것
신석민 교수는 2012년부터 12개 대학 15명의 교수들이 참여하는 EDISON 화학센터를 설립하고, 계산화학 분야의 최신 연구개발 성과를 활용한 교육·연구용 분자모델링 프로그램 및 융합 콘텐츠 개발에 주력하고 있다. 그는 이미 몇 년 전부터 사이버 인프라스트럭처를 기반으로 한 계산화학 교육환경의 활용을 KISTI와 함께 시도해오고 있으며, 전문센터의 설립 및 운영을 통해 화학분야 교육·연구 환경의 첨단화 및 계산화학 연구자 커뮤니티의 확대를 이루고자 하고 있다. 신 교수는 “계산화학 분야에서는 우수한 분자모델링 프로그램을 만드는 것도 중요합니다. 기존에 상용화되어 있는 소프트웨어들을 대체할 수 있는 프로그램을 단기간에 개발하는 것은 쉬운 일은 아닙니다. 하지만 저희는 최근의 연구 성과들을 기반으로 보다 향상된 분자모델링 프로그램을 개발한다면 경쟁력이 있다고 생각합니다. 교육에 활용할 수 있는 기본적인 프로그램을 독자적으로 확보하는 것도 의미가 있는 일일 것입니다. EDISON 사업이 계산화학 분야 소프트웨어 개발의 초석이 되어 향후 분자모델링 프로그램의 국산화와 상용화의 토대를 마련하게 될 것으로 기대합니다”라고 말했다.

이처럼 계산화학 분야의 연구는 이전에는 불가능하다고 여겨졌던 문제를 해결함으로써 새로운 영역을 개척하고 있다. 또한 생명공학(BT)과 나노기술(NT)의 발전에도 크게 기여할 것으로 기대되고 있다. 이미 분자모델링 프로그램과 시뮬레이션 소프트웨어들은 화학뿐만 아니라 물리, 생명과학, 지구과학 등의 다른 기초과학과 재료공학 전자공학, 의·약학 등 다양한 응용 분야에 널리 쓰이고 있다. 

신 교수는 “화학은 원자 구조에서부터 생체 및 복잡계 시스템까지 다양한 주제를 다루는 폭넓은 학문입니다. 이처럼 다양한 척도에서 일어나는 여러 가지 화학 반응 및 작용을 한 가지 이론으로 다루기는 매우 어렵습니다. 때문에 센터에서는 서로 다른 시간·공간 척도에서 일어나는 화학 반응을 개별적·총체적으로 다루기 위한 다중 척도 소프트웨어를 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다”라고 밝혔다. 또한 정기적인 워크샵 개최와 학술대회, 심포지움을 통해 EDISON 사업과 화학전문센터를 알리고, 연구에서의 시너지 창출을 위한 커뮤니티 활성화를 위해 노력할 것이라고 밝혔다. 첨단 정보기술과의 융합을 통해 대한민국의 미래를 열어가고 있는 EDISON 화학센터와 신석민 교수의 노력이 값진 성과로 열매 맺을 수 있기를 바란다.

"Designing a future molecular world is possible when computer meets chemistry“
Prof. Shin Seokmin of EDISON Chemistry Center at Seoul National University 

Computational chemistry to be the platform to pioneer new areas
We are familiar with the words computer and chemistry as they affect many parts of our lives. But when computer meets chemistry, it creates a completely new possibility and area called 'computational chemistry'. It is one of the three core elements in science research alongside 'theory' and 'experimentation'. However, computational chemistry does not just prove its theory and experimentation but it creatively pioneers new areas. This creative trend, nowadays, can be found in many research areas such as computational biology, bioinformatics and chemoinformatics. Prof. Shin Seokmin of the EDISON Chemistry Center at Seoul National University is one of those who has actively carried out researches in computational chemistry. He formed a group with the researchers of the field a few year ago in the hope of promoting related education and researches. Shin says "Making new possible materials or developing new medicine probably are the most creative work of a chemist. But it is really difficult to find just one candidate among those limitless possibilities."

With the help of computational chemistry, however, one can explain and predict the characteristics of the material at molecule level which makes the research more efficient. Shin believes that computational chemistry can actually function as the designer of the molecular world. Shin continues "In order to foster talented designers of the molecular world, creating educational and research programs and environments by using the systems of next generation science technology is very important." In this respect, the role of the EDISON Chemistry Center is vital for it helps students and researchers apply the results of computational chemistry to promote higher level university education which will eventually lead to raising national competitiveness. 

Developing novel molecular modeling programmes
Shin opened the center with 15 professors of 12 colleges in 2012 and has been focusing on developing instructional and research-purpose molecular modeling programmes and contents based on the results of the recent R&D in computational chemistry. He actually already has been using the cyber infrastructure-based computational chemistry education program in cooperation with KISTI since several years ago. Shin says "Making excellent molecular modeling programmes in the computational chemistry field is important. It is difficult to develop, from the scratch, programmes that can replace the commercialized softwares. But if we develop programmes based on the researches in the frontiers of the field, we are expected to develop novel molecular modeling programmes. It is also meaningful to provide our own modeling programmes to be used for wide range of education in computational chemistry and related fields." 

The researches in computational chemistry are highly expected to contribute to the development of bio-technology and nano-technology. The molecular modeling programmes and simulation softwares in fact are already being used in not only the basic sciences like chemistry, physics, life sciences and earth sciences, and various application fields such as material engineering, electronic engineering, pharmaceuticals and medicine. Shin adds "Chemistry covers vast range of subjects spanning from atomic structure to biological and complex molecular systems. For this reason, it is difficult to deal with various chemical phenomena with single theory or method. We are trying hard to develop multi-scale computational softwares to treat various chemical changes occurring in different time and spatial scales." Shin is also planning to regularly hold workshops and symposia promoting the achievements of the center and to strengthen the communities in computational chemistry for synergistic effects. Power Korea wishes Shin and the EDISON Chemistry Center a great 2016.