극한생물 분자유전체연구단 (총괄 요약) 최종보고서

해양생물/극한생물 유래 단백질 구조 연구 해양유전체 기반 해양생체소재 개발

세포밖 소포체를 통한 해양 미생물의 유전자 전달 메커니즘 78 c. 동해 퇴적물의 메탄산화미생물군집 비교분석 80.

나 연구필요성

연구단 투입 예산
연구단 조직 및 과제 구성

과제명 해양/극한생체분자유전체 연구단. 해양생물 분자유전자원 관리 김상진 KIOST Project.

해양 극한생물의 게놈/프로테옴 정보 분석 시스템 구축 해양생물 유래 옥시다제 유전자를 이용한 신규 유용물질 생산

따라서 유전자 기능해석 측면에서 특정 모델생물체에 대한 집중적인 연구가 요구된다. 유전체 정보를 기반으로 하는 연구는 발현 유전체, 대사체, 단백질체, 단백질 상호작용 연구, DNA 기능 연구를 결합한 통합 오믹스로 진화하고 있습니다.

단백질 3차 구조 동정은 새로운 유전자 기능과 반응 메커니즘에 대한 이해를 바탕으로 미지의 유전자 기능을 규명하기 위한 필수적인 방법론입니다. 단백질 구조에 대한 중요성은 2000년 이후 급격히 증가했습니다.

가. 연구개발 개요

나. 시스템 구성

서구에서 살아있는 해양 자원 확보의 중요성 증가.

실물자원 확보 : 홍조식물 확보 및 분자마커 개발
실물자원 확보 : 홍조식물 확보 및 분자마커 개발 (계속)
실물자원 확보 : 갈조식물 확보 및 분자마커 개발
실물자원 확보 : 녹조식물 확보 및 분자마커 개발
해양 ․ 극한 환경유전체자원 확보 및 분석
국가 자산으로서 해양 ․ 극한생물 유전체 해독 - 동 ․ 식물

올바른 자원 확보: 홍조류 식물 확보 및 분자 마커 개발. 실물자원 확보 : 갈조류식물 확보 및 분자마커 개발

그림 3-1-8.. 가시우무속 신종 (Hypnea caespitosa)의 계통도 (왼쪽), Gelidiella fanii의 형 태적 특성 (오른 쪽 위) 및 미국으로 침입한 꼬시래기 (Gracilaria vermiculophylla) 의 변이 (오른 쪽 아래)

크기 (Mb) 해독방법 진행현황

44.87 41.89 Bottlenose dolphin

저산소 환경에 적응하기 위해 다른 포유류보다 젖산탈수소효소와 젖산수송체를 많이 가지고 있었고, 고래류와 돌고래류는 염분과 당분을 조절하는 RAAS(레닌-안지오텐신-알도스테론 시스템)의 특징적인 아미노산 변화가 확인되었다. 체내 수분. 염도가 높은 조건에 적응하기 위해(그림 3-1-16).

다. 연구개발의 의의

환경 독성 연구를 위한 모델 생물인 철새의 유전체 해독 및 생리학적 실험을 통한 유전자 발현 패턴 해석. Hox 유전자를 비교하여 게놈 해독의 정확성을 증명합니다.

홍조류의 진정한 미토콘드리아 계통수.

1,355개)

유전체 해독 : 홍조식물 (계속)
국가 자산으로서 해양 ․ 극한생물 유전체 해독 - 미생물
미생물 유전체 해독 : 초고온성 고세균의 비교 유전체
미생물 유전체 해독 : 난배양성 SAR116 clade
유전체 정보 분석 서비스 시스템 구축
유전체 정보 분석 서비스 시스템 구축 (계속)

미생물 게놈의 시퀀싱: 고열성 고세균의 비교 게놈. 유전체 정보 분석 서비스 시스템 구축

환경 변화에 따른 해양 · 극한 생물 유전자의 총체적 발현 연구
해양 · 극한 유전자 산물인 단백질의 구조 및 기능 규명 - 구조생물학 연구 방법론 개선 및 신규 확립
해양미생물의 환경 적응 연구
환경 변화에 따른 해양·극한 생물 유전자의 총체적 발현 연구

환경변화에 따른 해양생물 및 극한생물의 전반적인 유전자 발현에 관한 연구. 해양오염을 파악하고 연구할 수 있는 지표생물에 대한 연구를 수행하여 해양오염대책 마련을 위한 기반을 마련할 필요가 있다.

가. Tigriopus japonicus 요각류 - 환경진단마커 개발

UV-B 노출 후 가축 세포의 산화 스트레스 증가 분석. UV-B에 의한 로티퍼 DNA 복제 및 복구 관련 유전자의 발현 패턴 분석.

나. Brachionus koreanus 윤충류 - 환경진단마커 개발

라. Oryzias javanicus 바다송사리 - 환경진단마커 개발

제주도 연안에 서식하는 흑전복의 cDNA 라이브러리와 BAC 라이브러리를 컴파일하여 발현 유전체 분석을 수행하였다. 마이크로어레이를 통해 성장, 생리, 면역에 중요한 유전자를 확보하고 물리적/화학적/생물학적 스트레스에 반응하는 유전자를 찾아 개인 간 형질 차이를 확인할 수 있는 SNP와 바이오마커를 선별했다.

마. Haliotis discus discus 까막전복 - 형질마커 개발

아. Bryopsis plumosa 깃털말 - 상처재생 이해

표적 단백질에 직접 His 태그를 부착하여 서브클로닝하여 대장균에서 발현. 인 증기 확산 방법의 조합을 사용한 단백질 결정화.

가. 구조생물학 연구 방법론 확립

단백질 표면에 결합된 아연을 사용한 위상 분해 방법의 시연. 단백질 표면의 아미노산 히스티딘에 아연이 결합한 상태.

유전체 분석 기술의 발전을 통해 해양생태계의 기능을 유전체 수준에서 이해하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 NGS 연구 및 유전체 분석 기법을 통해 ① 미생물 간 유전자 전달의 새로운 방식으로 알려진 EV(extracellular vesicle)로부터의 유전자 전달 모델 ② 구충과 미배양 공생균의 공생 메커니즘을 규명하였다. , ③ 전지구적 분포 특징적인 광합성세균의 생물지리적 분포와 ④ 메탄산소세균의 다양성을 연구하여 주변 미생물의 환경적응에 대한 유전적 동정과 생명의 진화과정에 대한 이해를 시도하였다.

나. 연구개발의 의의

tubeworm gDNA metagenome 분석에 의한 endosymbiotic bacteria (ɤ-Proteobacteria)의 동정. 서관충은 두 가지 경로(CBB 및 rTCA 주기)가 있는 세포 내 공생 박테리아의 에너지를 이용합니다.

내공생세균은 서관충이 필요로 하는 에너지를 황과 질소 대사를 통해 유기화합물로 전환하고 서관충을 통해 공급되는 H2S와 NO3에서 무기물질을 흡수한다. 시퀀싱 깊이와 GC 함량을 분석하여 각 개인의 영양소 섭취와 에너지 사용에 대한 공생 관계가 확립되었다는 결론을 내렸습니다.

유용유전자 발굴 및 특성분석 - DNA polymerase
유용유전자 발굴 및 특성분석 - DNA polymerase (계속)
유용유전자 발굴 및 특성분석 - DNA ligase
유용유전자 발굴 및 특성분석 - UDGase
유용유전자 발굴 및 특성분석 - dUTPase/dITPase
유용유전자 발굴 및 특성분석

유용한 유전자의 발견 및 특성화 - DNA 중합효소(계속) - DNA 중합효소(계속). 유용한 유전자의 발견 및 특성화 - DNA 중합효소(계속) - DNA 중합효소(계속).

그림 3-3-1. Family B-type DNA 중합효소들의 uracil-sensing 메커니즘.

Epoxide hydrolase/PAH 분해효소

가. Epoxide hydrolase

Epoxide hydrolase/PAH 분해효소 (계속)

나. PAH 분해효소

아미노산으로부터 고부가가치 생화학 소재를 개발하기 위해 해양 유전체 정보와 해양 미생물로부터 라이신 전환 효소와 프롤린 형성 효소를 발굴하였다(표 3-3-7).

라이신으로부터 카다베린(cadaverine) 생산에 관여하는 라이신 데카르복실라제 효소는 해양 유전체 정보를 바탕으로 발견되었다. 13개 미생물의 특성을 분석한 결과, 4개 미생물(Thermosediminibacter oceani DSM16646, Bifidobacterium thermophilum DSMZ20210, Clostridium baratii, Clostridium bifermentans)이 5-aminovalerate 전환 활성을 보였다.

유용유전자 발굴 및 특성분석 - 당전이 효소

해양바이오소재 실용화 연구

나. 기술이전 및 실용화

가. 세계최다 수소화효소 함유 미생물 확인

항생내성유전체/환경스트레스 검출키트 시제품 제작

가. Agarase 및 기능성 한천올리고당 개발

나. Esterase 개발

고기능성 배당체/어류 병원체 생백신 개발

NO. 특허번호 특허명

가. 기술사업화 지원 플랫폼 구축

사업화를 위한 후속 개발 지원 프로그램 발굴을 통해 산업화 및 사업화를 앞당깁니다. 죽음의 계곡을 넘어 산업화와 상업화에 성공하기 위한 상용화 후 연구지원 프로그램 발굴

나. 수요자(시장) 니즈 맞춤형 기술개발

나. 연구개발결과의 활용계획

해양‧극한생물분자유전체 해석 및 자원관리 연구결과
단백질체 분석기법을 이용한 해양‧극한미생물내 유용단백질의 생리활성 및 특성규명 연구결과
해양서식 극한미생물의 특이대사에 대한 구조생물학적 연구결과
해양무척추동물의 유전체 연구결과
해양동물 유전체 기반 성장 및 환경해석 분자마커개발 연구결과
해양홍조 및 녹조식물의 분자마커 개발 및 DB화 연구결과
녹조식물 깃털말의 유전체 정보를 이용한 세포재형성과정 연구 및 유용유전자 발굴 연 구결과
해양 유해조류의 발현유전체 해독 및 분자적 이해 연구결과
해양 남세균 Synechcystis 의 유용 유전자를 활용한 내염성 작물개발 및 실용화에 관 한 연구결과
생물막 형성의 단계별 조절체계 규명 및 항생물막 기법개발 연구결과
펩타이드 공학기술을 이용한 해양생물 유래 항균펩타이드의 개량 연구결과
해양내 항생제 내성유전체 동정 및 기능 연구결과
해양환경 건강진단을 위한 생태독성유전체의 발굴 및 이용 연구결과
어류 병원체 Edwardsiella tarda 유전체 기반 질병 메카니즘 이해 및 백신개발 연구 결과
해양유전체 및 생물자원 기반의 비대칭 EH 생촉매 소재 및 통합형 생변환기술개발 연구결과
연구‧진단용 DNA 수식효소개발 연구결과
심해미생물 유전체로부터 당쇄 가공효소의 기능규명 및 당쇄소재 생산에 관한 연구 결과
해양 무척추동물 유래 신규 시알산 전이효소를 이용한 당사슬 리모델링 연구결과 - 해양 생물 유래의 유용 당쇄 수식효소 유전자원을 발굴하는 것은 블루오션 전략으로
해양극한생물 유래 고기능성 당대사 생체촉매와 기능성 소재의 제품화 연구결과 - 기능이 개선된 생체촉매의 제품화
해양유래의 PAH 분해효소 검출기술의 개발 및 활용 연구결과

해양 무척추동물 유전체 연구 결과. 해양 환경에서 항생제 내성 유전체 규명 및 기능 연구 결과.

가. 연구단 우수논문 요약

세포 성장에 관여하는 아미노산 신호전달 메커니즘을 분자 수준에서 이해함으로써 향후 세포 성장 조절에 기여

Kanamycin 생합성 경로규명 (2011)

바이오수소생산기작과 생태 에너지(ATP)생성기작 최초규명 (2010)

론(Lon) 단백질의 3차 구조 세계최초 규명 (2010)

The PKA-activated ApAF-ApC/EBP heterodimer is a key downstream effector of ApCREB and is necessary and sufficient for consolidation.

첨부자료 1. 연구단 우수성과

가. 기술이전

기술료 선급실시료 960만원

라. 물질이전계약 현황

특허출원 제10-2010-0045691호 기재 T7 DNA중합효소
특허출원 제10-2010-0045692호 기재 F7 DNA중합효소
특허출원 제10-2010-0045689호 기재 P7 DNA중합효소
국제특허출원 제PCT/KR2010/003074호 기재 U7 DNA중합효소

한국해양연구원 경희대학교 PUC18 containing HMG-CoA reductase gene from Pyrococcus furio년
한국해양연구원 University of Maryland Strain Thermococcus onnurineus NA1 19 2011

부록 5. 참고자료 - 신규과제 공모 공고자료

해양/극한생체분자유전체학 연구과제 선정과정. ③ 해양극한생체분자유전체 연구단 자체평가위원.

2009년 11월

공모대상과제

신청자격

신청기간 및 신청방법

국토해양부 소관 연구개발사업 운영규정 및 관리지침에 의거 작성(한국해양과학기술진흥원 홈페이지 참조)

선정과제 수

신청서의 해당 부분에 스탬프가 없는 경우 무효이며 신청서 내용의 오류에 대한 책임은 전적으로 신청자에게 있습니다. 고시에 기재되지 않은 사항은 "국토해양기술연구개발사업관리지침"에 따라 처리한다.

첨부자료

해양 및 극한 미생물의 분자 유전체학 센터 프로젝트: 개요 및 목표(RFP). 유전적 기능 연구(유용 유전자, 단백질, 대사체 발굴)를 통한 해양생물 현상 규명 등 기초 원천기술 개발

유전체기능 분석

단백질체/대사체 분석

해양․극한 동식물 발현 유전체 및 분자계통(전자도 감) 해석

유전체 기반 해양생명현상 규명

Cloning and expression of a DNA ligase from the hyperthermophilic archaeon Staphylothermus marinus and properties of the enzyme. Characterization of a dITPase from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus onnurineus NA1 and its application in PCR.

DOI 10.1007/

The functional role of the tachykinin consensus region of urechistachykinin peptide family for its antimicrobial activity. Improvement in the catalytic activity of β-agarase AgaA from Zobellia galactanivorans by site-directed mutagenesis.