생명의 매력

인간 게놈(Human genome) 즉 DAN의 전염기 배열이 밝혀져, 21세기의 생명 과학은 포스트 게놈(post-genome)의 시대에 들어섰다. 세포핵의 속에 꺾어 접어진 생명의 설계도를 손에 넣은 우리들은, 겨우 거기에 쓰여져 있는 거대한 프로그램 코드의 해독에 착수하였다.
전방에는 유전자 코드와 그것을 지배하는 물리 원리에 기초를 두면서도, dynamic하고 복잡한 단백 분자의 생성 과정이 있다. 또한 예를 들어 하나의 단백 분자라도, 그 구조 변화에 의해 생명 기능의 실현(발현)이 있다. 이러한 분자가 집합하여 세포를 형성하고, 보다 고도한 기능을 가진다. 게다가 세포의 집합체로서의 뇌·신경계를 포함한 생체 기관, 그리고 고체로서의 생명의 일이 되어 그것이 몇 세대에나 걸쳐 계승되고 있다.
현재의 아무리 고도의 기계 장치라도 그 교묘함과 유연성에 있어서는 이러한 살아 있는 것에 비할 바가 아니다. 스피드나 움직임의 정확함 에서는 훨씬 인간을 능가하는 오늘날의 컴퓨터나 로봇이라도 인간이 싸게 실시하는 기능을 가지는 데는 이르지 않았다. 여기에 생명의 매력이 있다. 생명이 분자로부터 세포, 기관, 고체에 이르는 레벨(계층)에서 이렇게 하여 각종 기능을 발견하고 있는 것인가. 그 구조(메커니즘)을 계층을 횡단하고 종합적으로 설명하기 위해, 생물학이라는 하나의 학문 분야의 울타리를 넘어, 물리학, 화학, 수리과학, 그리고 인간 활동의 기반을 지탱하는 의학과 공학, 정보·컴퓨터 사이언스, 게다가 생명 논리학을 말려들게 한 거대한 학제 영역이 형성 되고 있다.
오오사카 대학교 기초 공학부 시스템 과학과 생물 공학 코스는 요즈음의 유전자 공학이나 바이오 테크놀로지라고 하는 말이 세상에 나오는 것보다도 먼저, 어느 의미에서 이 시대의 흐름에 앞서 창설 된 학제 연구와 교육의 장이다. 오오사카 대학의 시스템 과학과 생물 공학 코스는 생물학과 물리학을 기초로 하고, 분자 생물학적 방법과 시스템·수리과학적 방법을 총합하고 단백 분자로부터 뇌, 인간의 운동 제어나 인지에 이르는 여러 가지 레벨에 있어서 생명·생체의 기능 해명과 그 의학·공학 응용을 실현하기 위한 교육과 연구를 행하고 있다.

학문의 현상 … 오사카 대학의 예

생물 공학 코스의 교육을 담당하는 교원의 연구 테마는 다방면에 걸치지만, 다음의 3개로 정리된다.
● 생체 분자 시스템 학, 생물 물리학, 분자 생물학
살아 있는 것의 기능은 기본적으로는 단백질 분자의 기능에 의해 유지된다. 생체를 구성하는 단백질 분자는 각각이 특이한 기능을 가지지만, 그것은 분자의 3차원 구조와 그 다이내믹한 변화 및 그것을 발생시키는 정보 전달계에 의존 한다. 이들이 따르는 메커니즘(mechanism)의 해명이 이 그룹의 목적이다. 그 때문에 (1) 싱크로트론(synchrotron) 방사광을 이용한 X선 회절법에 의한 골격근의 흥분 수축 연관의 분자 구조, 광합성 기관, 염색체의 구조와 기능의 연구, (2) 헴(heme) 단백의 구조와 기능, 반응의 중간 단계, 단백 분자의 구조 변화에 의한 기능의 조절, (3) 후세포에 있어서의 감수성, 물질특이성, 다이내믹 레인지(dynamic range), 순응과 조절 등, 기본적인 성질과 칼슘의 역할 등에 관한 연구가 진행 중에 있다.
또한, 학습이나 기억은 뇌의 중요한 정보 처리 기능의 하나 이다. 이것은 세포간을 연결하는 시냅스(synapse) 전달 효율의 변화에 의한다고 생각되고 있지만, (4) 그 메커니즘(mechanism)을 분자 및 세포 레벨에서 해명하는 연구를 실시하고 있다. 신경 세포의 배양계의 개발, 시냅스 형성, 시냅스 전달에 있어서의 가소성에 대해 연구하고 있다. 연구 결과는 손상에 의해 부서진 신경회로를 회복 하는 기술의 개발로 연결된다. (5) 환경의 상태를 검출하는 것은, 살아 있는 것의 생존에 있어 중요한 것이다. 단세포 생물은 환경으로부터의 자극을 검출하고, 유영 행동을 변화시킨다. 단세포 생물의 감각 수용에 있어서의 세포내 과정에 대해, 조우리 무시 등을 이용한 연구를 시행하고 있다.
● 뇌 과학, 신경 뇌 과학
사람의 뇌에 대표 되는 신경계는, 복잡한 신경 회로망으로부터 구성되어 있고, 고도한 정신 활동이나 인식, 학습 등, 뇌 기능의 기반이 되고 있다. 신경 과학 분야에서는 신경 회로망 형성의 원리의 해명이나 시각 인식에 관한 연구를 시행하고 있다. 구체적으로 서술하겠다.
(1) 뇌에 있어서 신경 회로망의 형성 과정 : 뇌의 기능을 유지하는 신경 회로는 다수의 신경 세포로부터 이루어진다. 신경 회로망의 기본적 ????? 는 , 뇌의 발생기에 형성되어, 그 기본 구조가 고도한 정보 처리 기능의 근간을 이루고 있다. 발생기의 뇌에 있어서의 신경 회로 형성의 메커니즘(mechanism)을 해명하기 위해, 포유 동물의 뇌를 사용하여 회로 형성을 직접적으로 관찰하는 것과 함께, 유전자 공학의 수법이나 뉴런(neuron) 배양법, 세포 생물학적 방법을 이용하여, 신경 회로 형성의 분자 기능을 탐색한다. 또한 뇌·신경 회로의 기능을 분명히 하기 위해 학습의 기초로서 시냅스 전달의 가소성의 연구를 추진하고 있다.
(2) 시각 인식의 뇌내 과정 : 「사물을 보고 그것이 무엇인지 안다」고 하는, 아무렇지 않은 기능 배경에는 뇌에 의한 복잡한 정보 처리와 그것을 유지하는 메커니즘(mechanism)이 존재한다. 물체의 시각상의 뇌내 현상의 양식과 그것에 관계되는 신경세포의 성질, 그 성질이 만들어 내는 신경 회로의 구축, 그 기반이 되는 해부학적 구조와 생체 활성 물질 및 이들의 개체발생에 수반하는 변화를 조사한다. 이것에 의해, 시지각과 시각 인식의 신경 기구의 레벨 종단적인 이해를 목표로 한다. 더욱이 영장류의 대뇌 피질 연합들로 이루어지는 정보처리와 그 신경 회로적 기반을 전기생물학, 신경 해부학, 분자 생물학, 심리물리학 등을 종합하여 연구하고 있다.
● 바이오 다이내믹(bio-dynamic), 신경 정보 과학, 의료용 생체공학
시스템·정보공학의 입장으로부터 뇌를 포함한 생체의 다이내믹과 그 정보 처리 기구를 연구하고 있다. 더욱이 의학과 공학의 경계 영역에 있어서의 새로운 공학 기술의 연구·개발을 실시하고 있다.
(1) 2족 보행 : 보행의 동력학과 그 신경 제어 기구는 극히 복잡하다. 신경지령을 생성하는 신경 회로망으로부터 근골격계의 동력학까지, 광범한 다이내믹을 고려한 생체 운동 제어계의 모델을 컴퓨터 안에 구축하는 것과 함께, 그 타당성을 사람이나 로봇에 있어서의 실험으로 검증하는 연구를 시행하고 있다. 이 때 감각 신경으로부터 운동 신경에 이르는 여러 가지 신경 세포의 다이내믹과 정보 처리 구조의 수리적 해석도 시행하고 있다. 보행의 연구는 인조인간 개발은 물론, 운동 장해자의 보행 보조 장치나 운동 지수·사회 복귀 요법 시스템의 개발에도 중요하다.
(2) 시각계의 시스템 신경 과학 : 시각 정보 처리는, 망막으로부터 시작되는 몇 단에나 걸치는 계층적 처리에 근거한다. 각 처리 단계의 기능과 신경 회로망의 상세를 공학적 시스템 해석 방법을 활용한 생리학적 실험과 컴퓨터상에서 뇌와 동일 계산을 실현하기 위한 모델의 연구에 의해 탐구하고 있다. 게다가 생물의 시각계의 지견에 근거한 인공적 시각 시스템이나 시각 보조 장치를 실현하기 위한 연구도 실행하고 있다.
(3) 생체 기능의 가시화 : 생체의 마이크로(micro)로부터 마크로(macro)인 정보까지, 즉, DAN, 단백질, 세포, 조직, 장기 등의 가시화와 컴퓨터 그래픽스나 가상현실 기술을 구사한 생체와의 인터럭션(interaction), 계측·통신 기술을 이용한 생체의 여러 가지 정보의 공유에 관한 연구를 시행하고 있다. 이것에 의해 생체공학에 있어서의 차세대 테크놀로지의 창성에 몰두하고 있다.

커리큘럼의 실제

생물 공학 코스의 커리큘럼을 소개한다. 기초 공학부 시스템 과학과는 기계 과학, 전자 시스템학 및 생물 공학의 3코스로부터 이루어진다.
학생은 우선 시스템 과학과에 입학하여, 1년 후에 이들의 3코스로 나뉘어진다. 최초의 1년 동안에는 시스템 과학의 기초로서, 수학, 물리학, 화학 등의 이과 기초 과목을 공부한다. 2년 차부터, 점차 전공의 교육을 받게 된다.
생물 공학 코스의 커리큘럼은 생물학, 물리학, 정보 시스템 공학의 3개 중심으로부터 이루어진다. 생물에서 배우는 공학을 전개하려면, 생물학과 물리학의 기초 위에, 시스템·정보공학이나 수학의 시점이 필요하고, 예를 들어 이과 기초 과목의 물리학 실험 등이 필수가 되어 있다. 그 위에 다양한 강의, 연습, 실험을 준비하는 것으로, 생물학의 기초 위에 학제적인 지식과 기술을 몸에 익힌 유연한 사고와 창조성 풍부한 인재가 육성되는 것을 기대하고 있다.
본 코스의 커리큘럼의 특징은 폭넓은 선택 과목제를 취하고 있다. 이것은 학생이 자신에게 맞는 커리큘럼을 구성하고, 각자의 적성을 넓힐 여지를 고려했기 때문이다. 필수과목에서는 생물 공학의 출발점이 되는 사상과 사고방식, 즉 생물 현상에 중점을 둔 생물학, 생명 현상의 물질적 기초(물리학), 생물 기능의 이해에 필요한 정보나 시스템의 개념을 배운다.
선택 과목으로서는 통계역학이나 양자역학을 포함한 수리물리학 관계 과목, 물리화학, 생화학, 분자생물학, 생물물리학, 신경 생물학 등의 생명 관련 과목, 실험의 기초가 되는 일렉트로닉스(electronics, 전자공학), 계산기 프로그램, 생체 계측학, 신호해석, 시스템론, 의류용 화상 공학 등의 시스템·정보 공학 관련 과목 등이 필요에 따라서 깊게 배울 수 있도록 준비되어 있다.
3년 동안의 공부로, 어느 정도 자신의 적성이나 진로 희망이 확실해 진다. 4년 차에는 연구실에 배속되어, 특별 연구를 통해 전공 영역의 과제를 배운다. 그러나, 단지 전문화 하는 것이 아니라, 종합적인 시점을 유지하는 것도 요구 된다. 어떤 영역에 상세하고, 동시에 넓은 시야를 가진 학생의 교육을 목표로 하고 있다.
본 코스는, 기초 공학부 중에서 가장 기초적인 분야에 속해 있다. 생물에 애정과 관심이 강하고, 더욱이 미지의 영역의 개척에 의욕이 있는 학생에게 적당하다.
신경 과학, 분자 생물학, 물리학, 전자, 시스템, 정보 공학을 배우고, 이들 분야의 경계 영역인「생물 공학」의 21세기의 담당자가 될 만한 연구자·기술자를 육성한다.

진로와 취직

지금까지 약1,400여명의 학생이 본 코스를 졸업하였다. 졸업생의 약 20%는 학부를 졸업한 후 곧 기업 등에 취직한다. 남은 80%가 대학원에 진학하고, 한층 고도한 교육을 받음과 함께 연구실적을 쌓아 간다. 그 대부분은 석사 과정 수료 후 기업 등에 취직하고, 나머지는 박사 과정에 진학하여 전공을 깊게 파고든다. 박사학위를 취득한 학생은 거의 대학이나 연구 기관에서 연구를 계속하고 있다. 학부나 대학원을 수료한 학생이 취직하는 분야는 전기산업, 정보산업, 기계공업, 의료기기, 식품공업, 약품공업, 화학공업, 게다가 금융계 등 다방면에 걸친다. 근년의 생명과학이 강조되는 시대에 있어서, 생물을 공학 사이드로부터 공부한 인재의 수요는 크고, 또한, 본 코스의 졸업생의 활동은 사회에 있어서도 높은 평가를 받고 있다.

진학에 관한 주의

오오카사대의 많은 교원은 대학원에 소속하고, 학부를 겸임하고 있다. 기초 공학부의 교원도 그렇고, 기초 공학부의 학생의 전공 교육은 주로 기초 공학 연구과의 교원과 정보 과학 연구과 및 생명 기능 연구과의 교원이 겸무하여 시행하고 있다. 학생에게는 이들 3 연구과에 진학의 길이 열려 있다. 기초 공학부 생물 공학 코스의 학생 교육은 기초 공학 연구과 생체 공학 영역과 생명 기능 연구과의 교원이 담당한다. 또한 기초 공학 연구과에서는 과학과 기술의 새로운 융합을 꾀하는 것을 목표하고, 헤이세이(平成)15년에 개조되었다.
생물 공학 코스의 학생의 주된 진학처는 이 2개의 연구과가 된다. 물론 희망에 따라서 다른 연구과, 타 대학의 연구과로의 진학도 가능하다. 생물 기능의 연구와 그 응용을 희망하는 학생의 선택의 폭이 크게 넓어지고 있다.