연세소식

1949년 생물학과로 출발한 시스템생물학과는 70여 년 동안 생명과학 연구의 기반을 다져오며 발전해 왔다. 오늘날에는 AI·멀티오믹스·정밀의료·합성생물학 등 첨단 기술과 생명과학을 융합하는 미래형 학문으로 영역을 넓히고 있다. 작은 세포와 유전자, 단백질의 변화를 탐구하며 인류의 건강과 환경, 미래 산업의 해답을 찾고자 하는 시스템생물학과의 연구는 ‘작은 세포에서 시작하는 거대한 인류 삶의 변화’라는 가치로 이어진다.

시스템생물학과는 미생물·식물·면역·신경·구조생물학·AI 기반 생물정보학 등 다양한 분야를 유기적으로 연결하며 생명현상을 시스템 수준에서 통합적으로 이해하고자 한다. 학생들은 강의실을 넘어 실제 연구실과 산업 현장에서 다양한 연구 프로젝트를 경험하며 미래 바이오산업을 이끌 역량을 키워가고 있다. 시스템생물학과 교수진이 들려주는 연구와 교육, 그리고 미래 바이오 혁신의 이야기를 소개한다.

시스템생물학과는 1949년 이공대학 소속 ‘생물학과’로 출발해 1954년 첫 학부 졸업생을 배출했습니다. 이후 1976년에는 생물학과 대학원 1호 박사를 배출했고, 1995년에는 자연과학 분야 대학원 중점대학 및 우수학과로 선정되며 연구 경쟁력을 인정받았습니다. 2000년 과학원으로 이전한 뒤 2008년 생명시스템대학 소속으로 개편됐으며, 2011년 현재의 ‘시스템생물학과’로 학과명을 변경해 융합형 생명과학 교육과 연구 체계를 강화해 왔습니다.

시스템생물학과는 4차 산업혁명과 바이오산업 시대를 선도할 창의적이고 도전적인 글로벌 미래융합인재 양성을 교육 목표로 삼고 있습니다. 이를 위해 생명과학의 기초 역량을 탄탄히 다지는 동시에, AI 기반 첨단기술과 다양한 학문 간 융합 교육을 접목해 통합적 사고와 전문성을 갖춘 인재를 길러내고 있습니다. 실용적 시스템생물학 연구 역량과 문제 해결 능력을 함양하고, 리더십과 사회적 책임의식을 갖춘 연구자 및 바이오 분야 핵심 인재를 배출함으로써 학문적·사회적 가치 창출에 기여하고자 합니다.

현재 우리 학과는 동물·식물·미생물 분야를 아우르는 18명의 전문 교원을 중심으로 생명현상을 통합적·시스템적 관점에서 이해하고 분석하는 융합 교육 및 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 특히 다양한 인체 질환의 발병 및 치료 기전 연구, 기후변화 대응을 위한 식물 생산성과 지속가능 바이오 응용 기술 개발, 미생물 기반 치료제 및 합성생물학 연구 등 미래 바이오산업의 핵심 분야를 선도하고 있으며, 데이터·AI 기반 분석과 첨단 생명과학 기술을 접목한 차세대 시스템생물학 교육과 연구 환경을 확장하고 있습니다.

시스템생물학과는 미생물, 식물, 면역·신경·후성유전·당생물학 등 동물생명과학 분야와 구조생물학, AI 기반 생물정보학 분야를 아우르는 전문 교수진이 교육과 연구에 매진하고 있습니다. 분자 수준의 기전 연구부터 멀티오믹스·AI 기반 데이터 해석까지 폭넓은 연구가 이뤄지고 있으며, 생명현상을 시스템 수준에서 통합적으로 이해하는 데 주력하고 있습니다.

특히 인간 마이크로바이옴과 메타유전체, 합성생물학 기반 미생물 연구를 통해 차세대 바이오소재와 치료제 개발 가능성을 넓혀가고 있습니다. 또한 기후변화에 대응하는 식물 시스템공학, 식물 후성유전 및 RNA 생물학 연구를 바탕으로 지속가능한 미래 농업과 바이오 응용기술 연구도 활발히 이어지고 있습니다.

이와 함께 면역·염증 질환, 감염질환, 암, 노화, 신경퇴행성 질환 등 다양한 인간 질환의 분자 병태생리를 규명하고 있으며, 발생·면역·대사 프로그램 연구를 통해 질환의 예방·진단·치료에 필요한 새로운 치료 타깃 발굴에도 힘쓰고 있습니다.
최근에는 단일세포 분석, 멀티오믹스, AI 기반 생물정보학, 구조생물학 등 첨단 분석 기술을 연구에 적극 활용하고 있습니다. 이를 바탕으로 질환 예측과 바이오마커 발굴, 세포 간 상호작용 분석, 구조 기반 신약 연구 등 다양한 분야로 연구 범위를 넓혀가고 있습니다.

왼쪽부터 서진수, 이상화, 양원호, 박보연 교수

시스템생물학과의 학부 교육과정은 세포생물학, 유전학, 분자생물학, 분자생화학, 발생학, 미생물학, 식물분자생리학, 동물생리학 등 생명과학의 핵심 기초학문을 중심으로 운영됩니다. 여기에 현대 생명과학이 요구하는 융합형 교육을 더해 학생들이 폭넓은 시각으로 생명현상을 이해할 수 있도록 합니다. 특히 유전체학, 후성유전학, 면역학, 신경생물학, 바이러스학, 당생물학, 생물리학 및 환경생물학 등 첨단 분야 교육을 통해 생명현상을 분자·세포·개체·생태 수준에서 통합적으로 이해하도록 구성돼 있으며, 단일세포 및 멀티오믹스 기반 분석, AI·생물정보학, 구조생물학, 유전체 분석, 네트워크 생물학 등 최신 바이오 연구 트렌드도 적극 반영하고 있습니다.

실험 중심 교육도 강화하고 있습니다. 시스템생물학실험 교과목과 창의연구 중심 프로그램을 통해 학생들은 단백질 구조 분석, 유전체 해석, 세포 및 식물 형질전환 실험, 미생물 특성 분석 등을 직접 경험하게 됩니다. 오가노이드, 정밀의료, 디지털 바이오, 합성생물학, 바이오산업 및 신약개발 등 미래 바이오산업과 연계된 연구 주제도 교육 과정에 폭넓게 포함하고 있습니다. 이를 통해 학생들은 기초생명과학 지식과 첨단 융합기술을 동시에 갖춘 차세대 시스템생물학 인재로 성장하게 됩니다.

대학원 교과과정은 기초학문의 깊이를 바탕으로 학문 간 융합과 AI·첨단기술 기반 연구 역량을 강화하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 신경생물학, 면역학, 세포사멸, 암생물학, 후성유전학, 세포신호전달, 구조생물학 등 인간 질환과 정밀의료 중심 교과목은 물론, 환경미생물학, 미생물유전체학, 미생물공학, 바이러스학, 발효미생물학 등 마이크로바이옴·합성생물학·감염생물학 분야의 최신 연구 트렌드를 반영한 수업을 운영하고 있습니다. 

또한 식물분자생물학, 식물스트레스분자생리학, 식물형태형성 및 식물유전자조절 관련 교과목을 통해 기후변화 대응 및 지속가능 바이오산업과 연계된 식물 시스템 연구를 강화하고 있습니다. 이와 함께 단백질 X-선 결정학, 생물물리화학, 현미경이론과 실제, 분자생물학연구기법 등 첨단 분석기술 교육을 통해 오가노이드, 멀티오믹스, 구조생물학, 디지털 바이오 및 AI 기반 생물정보학 연구로 확장할 수 있는 실험·분석 능력을 기르고 있습니다.

아울러 세미나와 개별 연구지도를 통해 학생들이 최신 국제 연구 동향을 이해하고, 독립적이고 창의적인 연구를 수행할 수 있도록 지원하고 있습니다.

왼쪽부터 조현수, 정효빈, 박재홍 교수

최근 시스템생물학 분야에서는 단일세포 분석(Single-cell analysis), 공간 멀티오믹스(Spatial Multi-omics), 오가노이드, AI 기반 데이터 해석 기술이 빠르게 발전하며 생명현상을 더욱 정밀하게 이해할 수 있게 됐습니다. 시스템생물학과 역시 이러한 흐름에 맞춰 질환 예측, 마이크로바이옴, 뇌과학, 구조 기반 신약개발 등 다양한 분야에서 융합 연구를 활발히 이어가고 있습니다.

최근 학과의 대표 연구 성과들도 이러한 흐름을 잘 보여줍니다. 미생물 및 마이크로바이옴 분야에서는 장내 미생물 기반 대장암 예후 예측 바이오마커 개발, 노화와 근육 기능 회복에 관여하는 마이크로바이옴 연구, 대장균 세포공장의 유전체공학 및 적응진화 연구 등이 이뤄졌으며, 이를 통해 미생물 생태·유전체·합성생물학을 기반으로 질병 진단 및 차세대 바이오산업 응용 가능성을 제시하고 있습니다. 또한 헬리코박터와 위장 질환의 연관성 연구에서는 숙주와 미생물의 상호작용을 시스템 수준에서 해석함으로써 정밀 마이크로바이옴 연구의 새로운 방향성을 제시하고 있습니다.

식물 시스템생물학 분야에서는 식물 microRNA 생합성 조절 기전, 크로마틴 변형 복합체 기반 ABA 반응 조절, 식물-곤충 상호작용에 따른 유전자 재프로그래밍, 광신호 및 생체리듬 기반 식물 발달 조절 등 환경 변화와 기후 스트레스에 대응하는 식물 적응 메커니즘 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 특히 식물 유전자 네트워크와 후성유전 조절 기전을 통합적으로 해석함으로써 미래 식량·기후위기 대응을 위한 지속가능 바이오 연구의 핵심 플랫폼을 구축하고 있습니다.

동물 및 의생명 분야에서도 다양한 연구가 이어지고 있습니다. 염증성 장질환(IBD)의 발병 기전 규명, 적혈구 분화 과정에서의 신규 단백질 기능 규명, 핵소체 기반 면역 항상성 조절 기전 연구, 치매 위험 예측을 위한 유전자 점수 연구, RNA 품질관리와 노화 조절 기전 등 면역·노화·대사·신경질환을 아우르는 연구가 수행되고 있습니다. 최근에는 Single-cell Multi-omics 및 세포 계통 분석 기술을 활용해 면역세포와 암세포의 이질성, 클론 진화 과정을 분석하고, 세포 간 상호작용과 질환 특이적 신호전달 네트워크를 정밀하게 규명하는 연구로 확장하고 있습니다. 특히 뇌 노화와 신경질환 연구에서는 유전체·전사체·이미징 데이터를 통합 분석해 신경회로와 뇌-신체 상호작용을 시스템 수준에서 이해하려는 시도가 활발히 이뤄지고 있습니다.

구조생물학 및 AI 기반 생물정보학 분야 역시 학과의 핵심 경쟁력으로 자리잡고 있습니다. Cryo-EM과 단백질 구조 분석 기술을 활용해 항생제 내성 관련 단백질 구조와 수송 메커니즘을 규명하고 있으며, 구조 기반 신약 설계와 단백질 안정화 기술 개발 연구도 함께 진행되고 있습니다. 동시에 AI·생물정보학 연구진은 멀티오믹스 데이터와 Single-cell 데이터를 기반으로 질환 특이적 네트워크를 해석하고, 암·노화·면역질환의 바이오마커 및 예측 모델을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 실험생물학과 구조생물학, 데이터과학을 연결하는 대표적인 초학제 연구 사례로 평가받고 있습니다.

이처럼 시스템생물학과는 미생물, 식물, 동물 및 인간 질환 연구를 개별 분야로 분리하지 않고, 유전체·전사체·단백질체·대사체·세포네트워크 정보를 통합적으로 연결하는 연구 체계를 구축하고 있습니다. 또한 의과학, 공학, AI·데이터과학, 환경·농생명 분야와의 융합 연구를 통해 정밀의료, 디지털 바이오, 합성생물학 등 미래 바이오산업 분야로 연구 영역을 넓힘으로써 글로벌 수준의 시스템생물학 연구 허브로 도약하고 있습니다.

시스템생물학과는 학생들이 강의실을 넘어 실제 연구실과 산업 현장을 직접 경험할 수 있도록 다양한 참여형 교육 프로그램을 운영하고 있습니다. 특히 ‘시스템생물학창의실험’ 및 ‘시스템생물학실험 I–IV’ 교과목을 통해 학부생들은 관심 있는 연구실에 참여해 교수와 대학원생들과 함께 독립적인 실험과 연구 프로젝트를 직접 수행할 수 있습니다. 학생들은 단백질 구조 분석, 유전체 및 멀티오믹스 분석, 미생물·식물·면역·신경생물학 실험, 세포 기능 분석 등 최신 시스템생물학 연구기법을 실제 연구 환경에서 경험하게 됩니다. 최근에는 Single-cell 분석, AI 기반 생물정보학, 오가노이드, 구조생물학(Cryo-EM), 합성생물학 및 정밀의료 연구 등 첨단 바이오 연구 트렌드를 반영한 프로젝트 참여 기회도 확대되고 있어, 학부 단계부터 차세대 바이오 연구 역량을 체계적으로 함양할 수 있도록 지원하고 있습니다.

또한 ‘진로탐색특강(Advisory Seminar for Students’ Future)’을 통해 과학자, 의사, 변리사, 바이오기업 CEO, 산업계 전문가 등 다양한 분야의 전문가를 초청해 바이오헬스 산업의 최신 동향과 미래 진로를 공유하고, 학생들과의 직접적인 멘토링 및 네트워킹 기회를 제공하고 있습니다. 이를 통해 학생들은 기초연구뿐 아니라 바이오 스타트업, 디지털 헬스케어, 정밀의료, 신약개발, 바이오 AI 등 다양한 분야의 실제 진로 방향과 산업 수요를 폭넓게 이해할 수 있습니다.

아울러 ‘바이오기술의최신동향과산업화(Global Trend in Bio-World)’ 교과목은 빠르게 변화하는 글로벌 바이오산업과 첨단 생명과학 기술의 흐름을 조망하며, 강의실에서 배운 생물학이 실제 산업 현장에서 어떻게 응용되는지를 체험형으로 학습할 수 있는 수업입니다. 학생들은 바이오기업과 산업 현장의 사례를 통해 AI 기반 신약개발, 마이크로바이옴 산업, 합성생물학, 디지털 바이오, 바이오소재 및 정밀의료 기술 등이 실제 산업 경쟁력으로 연결되는 과정을 이해하게 됩니다. 이러한 교육·연구·산업 연계 프로그램은 학생들이 통합적 사고와 문제 해결 능력을 키우고, 미래 바이오산업을 이끌 융합형 인재로 성장하는 데 중요한 기반이 되고 있습니다. 

시스템생물학과 졸업생들은 학부 졸업 후 제약·병원·바이오·식품·헬스케어 및 특허·법률 분야를 비롯한 다양한 영역으로 진출하고 있습니다. 특히 바이오·제약기업의 연구개발(R&D) 직무뿐 아니라 QC/QA(품질관리·품질보증), 생산·공정 개발, CRA(임상시험 모니터링), RA(인허가), 기술사업화,  마케팅 분야 등 바이오산업 전반에서 활발히 활동하고 있습니다.  또한 국내외 대학원에 진학해 생명과학, 의생명과학, 면역학, 신경과학, 바이오정보학 등 첨단 연구 분야로 진출하는 사례도 꾸준히 이어지고 있습니다.

대학원 졸업생들은 제약·바이오·의료·화장품·식품 산업 및 정부출연연구기관, 병원·임상 분야 등에서 전문 연구인력으로 활동하고 있으며, 인체 질환 치료제 개발, 항암 및 면역질환 치료제 개발, 노화 억제 및 퇴행성 질환 연구, 미용·탈모 치료제 개발, 마이크로바이옴 기반 기능성 식품 및 치료제 개발, 고에너지·친환경 바이오공정 기술 개발, 합성생물학 기반 세포공장 구축, 디지털 바이오 및 AI 기반 신약개발 분야 등 차세대 바이오산업의 핵심 분야에서 활약하고 있습니다. 최근에는 Single-cell Multi-omics 데이터 분석, 정밀의료, 바이오 빅데이터 및 AI 기반 생물정보학 기술 수요가 증가하면서 바이오 AI, 데이터 기반 신약개발, 디지털 헬스케어 분야로의 진출도 확대되고 있습니다. 졸업생들은 학과에서 습득한 융합형 시스템생물학 교육과 연구 경험을 바탕으로 학계·연구기관·산업계 전반에서 미래 바이오산업을 선도하는 핵심 인재로 성장하고 있습니다.

시스템생물학과는 학문적 성장뿐 아니라 구성원 간의 소통과 공동체 문화를 중요하게 생각하며 다양한 학술·교류 행사를 운영하고 있습니다. 대표적인 프로그램으로는 ‘생물인의 날’과 ‘오픈랩(Open Lab)’이 있습니다.

‘생물인의 날’은 2007년부터 매년 이어져 온 학과의 대표적인 행사로, 교수와 학부생·대학원생이 함께 어울리며 학과 구성원 간의 유대와 소속감을 다지는 소중한 전통으로 자리 잡고 있습니다. 특히 봄의 자연 속에서 진행되는 체육대회, 교수들과의 자유로운 대화, 저녁 만찬 및 친목 프로그램 등을 통해 학생들은 강의실과 연구실을 넘어 교수들과 더욱 가까이 소통할 수 있습니다. 또한 선후배 간 교류를 통해 학업과 진로, 연구 경험을 자연스럽게 나누며 학문 공동체로서의 연결감을 키워가고 있습니다.

‘오픈랩(Open Lab)’은 학부생들이 실제 연구실을 방문해 최신 생명과학 연구가 어떻게 수행되는지를 직접 체험하는 참여형 학술 프로그램입니다. 학생들은 각 연구실의 교수 및 대학원생들로부터 연구 주제와 최신 연구 성과를 소개받고, 첨단 연구 장비와 실험 기술, 실제 연구 환경을 경험하면서 자신의 관심 분야와 진로 방향을 구체적으로 탐색할 수 있습니다. 특히 다중 오믹스, AI 기반 생물정보학, 구조생물학, 마이크로바이옴, 신경과학, 암생물학, 면역학 등 최근 바이오 연구 트렌드를 반영한 다양한 연구 분야를 직접 접할 수 있어 학생들의 학문적 호기심과 연구 참여 의지를 높이고 있습니다. 

오픈랩은 단순한 연구실 소개를 넘어 교수·대학원생·학부생 간의 자유로운 소통과 멘토링이 이루어지는 우리 학과 고유의 학술 문화로 자리매김하고 있습니다. 학생들은 수업에서 배운 생명과학이 실제 연구 현장과 어떻게 연결되는지 자연스럽게 이해하게 되며, 새로운 연구 분야와 진로에 대한 영감을 얻는 따뜻한 소통의 장이 되고 있습니다.

이러한 학술·교류 활동들은 시스템생물학과가 추구하는 창의적이고 융합적인 미래 바이오 인재 양성 철학을 실질적으로 구현하는 대표적인 학과 문화입니다.

시스템생물학을 꿈꾸는 예비 연세인 여러분, 그리고 지금 이 순간에도 자신의 가능성을 넓혀가며 학업과 연구에 매진하고 있는 재학생 여러분께 따뜻한 응원의 마음을 전합니다. 

시스템생물학과가 추구하는 가치는 ‘작은 세포에서 시작하는 거대한 인류 삶의 변화’입니다. 생명체를 이루는 작은 세포와 유전자, 단백질의 변화에 대한 탐구는 단순한 실험실 연구에 머무르지 않고, 질병 치료와 건강한 삶, 지속가능한 환경, 그리고 인류의 미래를 변화시키는 혁신으로 이어지고 있습니다. 오늘날 생명과학은 AI, Single-cell Multi-omics, 디지털 바이오, 정밀의료, 합성생물학 등 첨단 기술과 빠르게 융합되며 새로운 시대를 열어가고 있습니다. 시스템생물학은 이러한 변화 속에서 생명의 복잡한 연결과 원리를 통합적으로 이해하고, 질병·노화·기후위기와 같은 인류의 난제에 새로운 해답을 제시하는 미래 핵심 학문으로 주목받고 있습니다.

시스템생물학과에서는 미생물·식물·면역·신경·후성유전·구조생물학·AI 기반 생물정보학까지 다양한 분야를 유기적으로 연결해 연구하고 있으며, 학생들은 강의실을 넘어 실제 연구실과 산업 현장에서 첨단 연구를 직접 경험하며 성장하게 됩니다. 여러분이 연구실에서 던지는 작은 질문 하나, 실험 속 작은 발견 하나가 언젠가는 새로운 치료제 개발과 질병 극복, 미래 바이오산업 혁신으로 이어질 수 있습니다.

무엇보다 중요한 것은 여러분의 호기심과 도전하는 마음입니다. 때로는 실패와 고민의 시간이 찾아오더라도, 그 과정 속에서 더 깊이 사고하고 더 넓게 연결하며 성장하게 될 것입니다. 시스템생물학과는 학생 한 사람 한 사람의 가능성을 믿고, 미래 바이오 혁신을 이끄는 창의적이고 따뜻한 연구자로 성장할 수 있도록 함께하겠습니다. 지금 여러분이 시작하는 작은 호기심이 앞으로 인류의 삶을 바꾸는 거대한 변화의 출발점이 되기를 바랍니다.