BAGEL
생명공학과 김민식
BAGEL 연구실은 생명공학과 생물화학공학의 융합을 바탕으로, 첨단 생물공정 개발과 미생물 군집(마이크로바이옴) 분석을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 미생물 및 미세조류를 활용한 바이오매스, 바이오연료, 바이오의약품 생산 공정의 최적화와 더불어, 다양한 환경 및 인체 내 미생물 군집의 구조와 기능을 심층적으로 연구하고 있습니다. 이를 위해 통계적 설계, 반응표면분석법, 대규모 데이터 분석, 인공지능 기반 모델링 등 다양한 첨단 기법을 적극적으로 도입하고 있습니다.
특히, 본 연구실은 Plackett-Burman 설계와 반응표면분석법을 활용한 생물공정 최적화에 강점을 가지고 있습니다. 미세조류 및 미생물의 배양 조건, 영양소 조성, 온도, pH 등 다양한 변수의 영향을 체계적으로 분석하여, 생산성 극대화와 비용 절감을 동시에 달성하고 있습니다. 이러한 연구는 실험실 규모를 넘어 산업적 규모로의 확장 가능성을 높이며, 친환경적이고 경제적인 바이오산업 발전에 기여하고 있습니다.
또한, 마이크로바이옴 및 메타유전체 분석을 통해 환경, 인체, 산업 현장 등 다양한 생태계에서 미생물 군집의 변화와 기능적 역할을 규명하고 있습니다. 첨단 시퀀싱 기술과 컴퓨터 기반 분석 파이프라인을 활용하여, 미생물 다양성, 상호작용, 대사 경로 등을 심층적으로 해석하고, 이를 바탕으로 공정 최적화, 질병 진단, 환경 모니터링 등 다양한 응용 연구를 수행하고 있습니다.
더불어, 테크노-경제성 평가(TEA)를 통해 새로운 생물공정 및 바이오제품의 기술적 타당성과 경제적 실현 가능성을 종합적으로 분석하고 있습니다. 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 산업 데이터를 접목하여, 운영비(OPEX), 설비 투자비(CAPEX) 등 비용 구조를 체계적으로 평가하고, 상용화 가능성과 투자 전략 수립에 중요한 의사결정 자료를 제공합니다.
BAGEL 연구실은 산업, 환경, 공중보건 등 다양한 분야에서 생물공정과 미생물 생태계의 융합 연구를 통해, 지속가능하고 건강한 미래 사회 구현에 기여하고자 합니다. 앞으로도 첨단 기술과 융합적 사고를 바탕으로, 바이오산업의 혁신과 인류 복지 증진을 위한 연구를 지속적으로 선도할 것입니다.
Techno-economic Assessments
Metagenomics
Bioprocess Optimization
생물공정 최적화
생물공정 최적화는 미생물, 미세조류 등 생명체를 활용한 다양한 산업 공정에서 생산성을 극대화하고 비용을 최소화하는 데 필수적인 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 Plackett-Burman 설계(PBD)와 반응표면분석법(RSM) 등 통계적 도구를 활용하여, 공정의 주요 변수들을 체계적으로 분석하고 최적의 조건을 도출합니다. 이를 통해 미생물 배양, 바이오연료 생산, 바이오의약품 제조 등 다양한 분야에서 효율적인 공정 개발이 이루어지고 있습니다.
특히, 미세조류를 이용한 바이오매스 및 지질 생산 공정의 최적화에 중점을 두고 있으며, 온도, 영양소 농도, 배양 방식 등 다양한 환경적 요인을 정량적으로 평가합니다. 이러한 연구는 실험실 규모에서 산업적 규모로의 확장 가능성을 높이고, 생산 단가를 낮추는 데 기여합니다. 또한, 공정의 안정성과 재현성을 확보함으로써 상용화에 필요한 기반 기술을 마련하고 있습니다.
이러한 최적화 연구는 지속가능한 바이오산업 발전에 중요한 역할을 하며, 환경 친화적이고 경제적인 생산 시스템 구축에 기여합니다. 앞으로도 본 연구실은 첨단 데이터 분석 및 자동화 기술을 접목하여, 더욱 정밀하고 효율적인 생물공정 최적화 연구를 선도할 계획입니다.
마이크로바이옴 및 메타유전체 분석
마이크로바이옴 및 메타유전체 분석은 환경, 인체, 산업 현장 등 다양한 생태계에서 미생물 군집의 구조와 기능을 심층적으로 이해하는 데 필수적인 연구 분야입니다. 본 연구실은 첨단 시퀀싱 기술과 컴퓨터 기반 분석 파이프라인을 활용하여, 미생물 군집의 다양성, 상호작용, 기능적 역할을 규명하고 있습니다. 특히, 앰플리콘 시퀀싱과 메타유전체 분석을 통해 '누가 존재하는지'와 '무엇을 하고 있는지'를 동시에 파악할 수 있습니다.
이러한 연구는 폐수, 식품, 인체 장내 등 다양한 환경에서 미생물 군집의 변화와 그에 따른 기능적 변화를 추적하는 데 활용됩니다. 예를 들어, 폐수 처리 공정에서 미생물 군집의 변화가 공정 효율에 미치는 영향, 또는 장내 미생물 군집이 건강과 질병에 미치는 영향 등을 분석합니다. 통계적 모델링과 머신러닝 기법을 접목하여, 특정 환경 변화나 공정 조건이 미생물 군집 및 대사 경로에 미치는 영향을 정량적으로 평가합니다.
이러한 메타유전체 기반 연구는 공정 최적화, 질병 진단 및 예측, 환경 모니터링 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 대규모 데이터 분석과 인공지능 기술을 결합하여, 미생물 생태계의 복잡성을 해석하고, 산업 및 보건 분야에 혁신적인 솔루션을 제공할 계획입니다.
테크노-경제성 평가(Techno-Economic Assessment, TEA)
테크노-경제성 평가는 새로운 생물공정이나 바이오제품 개발 시, 기술적 타당성과 경제적 실현 가능성을 동시에 평가하는 핵심적인 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 컴퓨터 기반 시뮬레이션과 데이터 분석을 통해, 공정의 운영비(OPEX)와 설비 투자비(CAPEX)를 예측하고, 전체적인 비용 구조를 체계적으로 분석합니다. 이를 통해 실험실 단계에서 도출된 최적화 조건이 실제 산업 현장에 적용될 수 있는지 여부를 사전에 검증할 수 있습니다.
TEA 연구는 바이오연료, 바이오화학제품, 바이오의약품 등 다양한 바이오산업 분야에서 신기술 도입의 경제적 효과를 정량적으로 평가하는 데 활용됩니다. 예를 들어, 미세조류 기반 바이오연료 생산 공정의 경우, 원료비, 에너지 소비, 부산물 처리 비용 등을 종합적으로 고려하여, 상용화 가능성과 투자 회수 기간을 산출합니다. 이러한 분석은 연구개발 단계에서부터 사업화 전략 수립에 이르기까지 중요한 의사결정 자료로 활용됩니다.
본 연구실은 최신 경제성 평가 기법과 실제 산업 데이터를 접목하여, 보다 현실적이고 신뢰성 높은 평가 결과를 도출하고 있습니다. 앞으로도 TEA 연구를 통해 지속가능한 바이오산업의 성장과 혁신을 지원할 계획입니다.
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Effect of household air pollution on the gut microbiome and virome of adult women living in Uganda.
C.-Y. Huang†, E. Nuwagira†, M. Tisza, M. Kim, M. Tayebwa, J. Vieira, N. Lam, E. Wallach, M. Wiens, A.C. Tsai, L. Valeri, J. Vallarino, J.G. Allen, P.S. Lai*
Environmental Health Perspectives, 2025
2
Enhancing lipid production in Nannochloropsis salina via RNAi-mediated downregulation of carbohydrate biosynthesis.
H.G. Koh, K. Park, S.-H. Park, M. Kim*, N.K. Kang*
Frontiers in Microbiology, 2025
3
Host DNA depletion on frozen human respiratory samples enables successful metagenomic sequencing for microbiome studies.
M. Kim, R.C. Parrish II, M.J. Tisza, V.S. Shah, T. Tran, M. Ross, J. Cormier, A. Baig, C.-Y. Huang, L. Brenner, I. Neuringer, K. Whiteson, J.K. Harris, A.D. Willis, P.S. Lai*
Communications Biology, 2024
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2024년 대학연계 과학전공 진로체험 프로그램 위탁 용역(인하대학교) - 생명공학과
2
(국고-5차년도)산학융합 인터랙티브 바이오공정 혁신 교육연구단
