[논문]극지 생물의 저온적응 기작과 저온 생물학적 응용 연구

강성호; 주형민; 박승일; 정웅식; 홍성수; 서기원; 전미사; 최한구; 김학준

doi:10.4217/opr.2007.29.3.263

[국내논문] 극지 생물의 저온적응 기작과 저온 생물학적 응용 연구
Cryobiological Perspectives on the Cold Adaptation of Polar Organisms 원문보기

Ocean and polar research, v.29 no.3, 2007년, pp.263 - 271

Abstract ▼ AI-Helper

The survival strategies of polar organisms at permanently or extremely cold temperatures and their application to cryobiology were reviewed here. In addition, ongoing studies on psychrophiles also were described. Psychrophiles are extremophiles that can grow and reproduce in cold temperatures, typically at -10 to $20^{\circ}C$. These organisms developed various mechanisms of adaptation to extremely cold environments. Polar organisms cope with these extreme physicochemical conditions using strategies such as avoidance, protection and partnership with other organisms. Understanding on the strategies adopted by polar organisms may provide insight on the physiological process that cells can go through during freezing. Cryopreservation may be able to take advantage of the findings described above. Currently, genomes of many cold-loving organisms have been sequenced and comparative genomics has revealed, at a molecular level, the characteristics of these organisms. The investigation of microorganisms on the polar glaciers may expand our understanding on the origin of life on Earth and other planets.

주제어

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문제 정의

본 단락에서는 현재 진행 중이거나 관심을 끌고 있는 극지 저온생물의 연구 방향, 즉 저온적응 효소, 냉반응(Cold-response), 천체 생물학(Astrobiology) 등에 대해 논하고자 한다.
본 종설에서는 끊임없이 변화하는 극지의 저온환경에서 서식하고 있는 생물의 생존전략과 그 생물자원의 저온생물학적 활용 방안에 대해서 언급하고자 한다.
요약하면, 본 종설에서는 지구의 가장 추운 지역에 서식하는 극지 생물이 “동결 상태의 생명체”로 어떻게 생존하는지, 그리고 이들이 가지는 생태학적 의미와 생리학적 특성에 대해서 기술하였다.

성능/효과

이 비교 연구 결과 지의류>이끼류> 현화식물 순으로 257,000부터 16,220 nuclei/gram 정도의 얼음 결정핵화가 일어남을 밝혀냈다.
1985). 트레할로스만을 동결보존제(20~40% w/v trehalose)로 사용했을 때 대략 50% 내지 75%의 세포 생존율을 보였다. 또한 트레할로스는 호열 박테리아의 냉동보존을 위한 동결보존제로 사용되어 왔는데 트레할로스 0.

후속연구

극지생물의 얼음의 결정·재결정화에 대한 방어 시 세포내의 구성 물질과 농도 변화 양상을 깊이 연구한다면, 세포, 조직, 기관 등을 초저온으로 냉동할 때 저온 손상으로부터 세포를 어떻게 보호해야 할 지 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
1996). 이와 같은 기능을 가진 AFPs를 인체 조직을 냉동 보존하기 위해 의료 저온생물학에 적용할 수도 있을 것이다. 요약하면, 응용 저온생물학 연구에서 극지생물 AFPs를 적절하게 활용하기 위해서는 이들의 복합적인 기능(냉동방지와 냉동파괴)을 충분히 이해해야 할 것이다.
생명체가 존재하기 위해 필요한 물이 얼음형태로 존재한다는 것이 입증된 화성, 또 목성의 위성인 유로파 등은 남극대륙의 얼음 환경과 유사하기 때문에 극지에 생존하고 있는 저온 생명체가 다른 천체에도 존재 할 가능성이 높은 것이다(Deming and Huston 2000; Baker 2001). 지구가 아닌 다른 천체 환경에 생존 가능한 생명체와 생명의 진화를 연구함에 있어 지구 극지의 저온환경은 천연 실험실로서 중요한 역할을 할 것이다.
해빙서식 미소생물에서도 결빙과 탈수에 대한 식물의 내성 기작인 cold-response 경로가 관측된다(Thomashow 2001). 해빙 내에 생존하는 미소생물들이 얼음 결정에 의해 파괴되지 않고 보호되어, 급격한 pH와 염분 변화의 완충 역할을 하며, 다른 여러 가지 화학적 스트레스에 어떻게 반응하는 지에 대한 연구는 아직 시작 단계에 불과하며 저온적응에 대한 이해의 폭을 넓히기 위해서는 기초연구가 수행되어야 할 것으로 여겨진다.

참고문헌 (59)

Baker, V.R. 2001. Water and the Martian landscape. Nature, 412, 228-236

상세보기
Bhandal, I.S., R.M. Hauptman, and J.M. Widholm. 1985. Trehalose as a cryoprotectant for the freeze preservation of carrot and tobacco cells. Plant Physiol., 78, 430-432

상세보기
Block, W. 2002. Interactions of water, ice nucleators and desiccation in invertebrate cold survival. Eur. J. Entomol., 99, 259-266

상세보기
Bruni, F. and A.C. Leopold. 1991. Glassy state in soybean seeds: relevance to anhydrous biology. Plant Physiol., 96, 660-663

상세보기
Chang, Y., R.E. Barker, and B.M. Reed. 2000. Cold acclimation improves recovery of cryopreserved grass (Zoysia and Lolium sp.). Cryo Lett., 21, 107-116
Chen, L., A.L. DeVries, and C.-H. Cheng. 1997a. Convergent evolution of antifreeze glycoproteins in antarctic notothenioid fish and Arctic cod. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 94, 3817-3822

상세보기
Chen, L., A.L. DeVries, and C.-H. Cheng. 1997b. Evolution of antifreeze glycoprotion gene from a trypasinogen gene in Antarctic notothenioid fish. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 94, 3811-3816

상세보기
Chen, L., A.L. DeVries, and C.-H. Cheng. 1997. Evolution of antifreeze glycoprotein gene from a trypsinogen gene in Antarctic notothenioid fish. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 87, 9265-9269
Cheng, C.H. and L. Chen. 1999. Evolution of an antifreeze glycoprotein. Nature, 401, 443-444

상세보기
Crowe, J.H., L.M. Crowe, and D. Chapman. 1984. Preservation of membranes in anhydrobiotic organisms: the role of trehalose. Science, 223, 701-703

상세보기
De Antoni, G.L., P. Peres, A. Abraham, and M.C. Anon. 1989. Trehalose, a cryoprotectant for Lactobaccillus bulgaricus. Cryobiology, 26, 149-153

상세보기
Deming, J.W. and A.L. Huston. 2000. An oceanographic perspective on microbial life at low temperatures with implications for polar ecology, biotechnology and astrobiology. p. 149-160. In: Cellular Origins and life in Extreme Habitats. ed. by P. Seckbach. Kluwer, Dordrecht
Deming, J.W. 2002. Psychrophiles and polar regions. Curr. Opin. Microbiol., 5(3), 301-309

상세보기
Devos, N., M. Ingouff, R. Loppes, and R.F. Matagne. 1998. Rubisco adaptation to low temperatures: a comparative study in psychrophilic and mesophilic unicellular algae. J. Phycol., 34, 655-660

상세보기
Dumet, D., W. Block, M.R. Worland, B.M. Reed, and E.E. Benson. 2000. Profiling cryopreservation protocols for Ribes ciliatum using differential scanning calorimetry. Cryo Lett., 21, 367-378
Ekins, S., G.I. Murray, and G.M. Hawksworth. 1996. Ultrastructural and metabolic effects after vitrification of precision-cut rat liver slices with antifreeze proteins. Cryo Lett., 17, 157-164
El-Sakhs, S., S. Shimi, E.E. Benson, L. Newman, and A. Cuschieri. 1998. Physical observations on rapid freezing of cells to $-40^{\circ}C$ using differential scanning calorimetry. Cryo Lett., 19, 159-170
Elster, J. 2002. Ecological classification of terrestrial algae communities of polar environment. p. 303-326. In: GeoEcology of Antarctic Ice-Free Coastal Landscapes. eds. by L. Beyer and M. Bolter. Springer, Berlin
Elster, J. and E.E. Benson. 2004. Life in the polar terrestrial environment with a focus on algae and cyanobacteria. p. 111-149, In: Life in the Frozen State. eds. by B. Fuller, N. Lane, and E.E. Benson. Taylor and Francis, London
Fletcher, G.I., S.V. Goddard, and Y. Wu. 1999. Antifreeze proteins and their genes: From basic research to business opportunity. Chemtech, 30, 17-28
Fogg, G.E. 1998. The Biology of Polar Habitats. Oxford Univ. Press, Oxford
Fuller, B.J., N. Lane, and E.E. Benson. 2004. Life in the Frozen State. Taylor and Francis, London
Gerday, C., M. Aittaleb, M. Bentahir, J.P. Chessa, P. Claverie, T. Collins, S. D'Amico, J. Dumont, G. Garsoux, D. Georlette, T. Lonhienne, M.A. Meuwis, and G. Feller. 2000. Cold-adapted enzymes: from fundamentals to biotechnology. Trends Biotechnol., 18(3), 103-107

상세보기
Gilichinsky, D.A., S. Wagener, and T.A. Visnivetskaya. 1995. Permafrost microbiology. Permafrost Periglacial Proc., 6, 281-291

상세보기
Griffith, M. and K.V. Ewart. 1995. Antifreeze proteins and their potential use in frozen foods. Biotechnol. Adv., 13, 375-402

상세보기
Howes, I., C. Howard-Williams, and R.D. Pridmore. 1993. Environmental control of microbial communities in the ponds of the McMurdo Ice Shelf, Antarctica. Arch. Hydrobiol., 127, 271-287
Kang, J.S. and J.A. Raymond. 2004. Reduction of freezethaw- induced hemolysis of red blood cells by an algal ice-binding protein. Cryo. Lett., 25, 307-310
Kappen, L. 1993. Lichens in the Antarctic region. p. 433- 490. In: Antarctic Microbiology. ed. by E.I. Friedman. Wiley Liss, New York
Kirst, G.O. and C. Wiencke. 1995. Ecophysiology of polar algae. J. Phycol., 31, 181-199

상세보기
Knight, C.A. and A.L. DeVries. 1994. Effects of a polymeric, nonequilibrium “antifreeze” upon ice growth from water. J. Cryst. Growth, 143, 301-310

상세보기
Knight, C.A., D. Wen, and R.A. Laurensen. 1995. Nonequilibrium antifreeze peptides and the recrystallization of ice. Cryobiology, 32, 23-34

상세보기
Kravchenko, S.I. and V. Sampson. 1998. Efficiency of the sucrose-containing solution on the cold preservation of whole liver. Cryo. Lett., 19, 231-236
Lewis-Smith, R.I. 1997. Oases as centres of high diversity and dispersal in Antarctica. p. 119-128 In: Ecosystem processes in Antarctic ice-free landscapes. eds. by L. Howard-Williams, and I. Hawes. Balkema, Rotterdam
Ling, H.U. and R.D. Seppelt. 1998. Snow algae of the Windmill Islands, continental Antarctica Chloromonas polyptera (Volvocales, Chlorophyta). Polar Biol., 20, 320-324

상세보기
Metz, J.G., P. Roessler, D. Facciotti, C. Levering, F. Dittrich, M. Lassner, R. Valentine, K. Lardizabalk, F. Domerque, A. Yamada, K. Yazawa, V. Knauf, and J. Browse. 2001. Production of polyunsaturated fatty acids by polyketide synthases in both prokaryotes and eukaryotes. Science, 293, 290-293

상세보기
Montiel, P.O. 2000. Soluble carbohydrates (trehalose in particular) and cryoprotection in polar biota. Cryo. Lett., 21(2), 83-90
Nichols, D.S., J. Olley, H. Garda, R.R. Brenner, and T.A. McMeekin. 2000. Effect of temperature and salinity stress on growth and lipid composition of Shewanella gelidimarina. Appl. Environ. Microbiol., 66, 2422-2429

상세보기
Pham, L., R. Dahiya, and B. Rubinsky. 1999. An in vivo study of antifreeze protein adjuvant cryosurgery. Cryobiology, 38, 169-175

상세보기
Ramlov, H., D.A. Wharton, and P.W. Wilson. 1996. Recrystalization in a freezing tolerant Antarctic nematode, Panagrolaimus davidi, and an alpine weta, Hemideina maori (Orthoptera; Stenopelmatidae). Cryobiology, 33, 607-613

상세보기
Raymond, J.A. 2000. Distribution and partial characterization of ice-active molecules associated with sea-ice diatoms. Polar Biol., 23, 721-729

상세보기
Rudolph, A.S. and J.H. Crowe. 1995. Membrane stabilization during freezing: The role of two natural cryoprotectants trehalose and proline. Cryobiology, 22, 367-377

상세보기
Russell, N.J. 1997. Psychrophilic bacteria-molecular adaptations of membrane lipids. Comp. Biochem. Physiol., 118(3), 489-493

상세보기
Siddiqui, K.S. and R. Cavicchioli. 2006. Cold-adapted enzymes. Annu. Rev. Biochem., 75, 403-33

상세보기
Storey, K. and J. Storey. 1992. Biochemical adaptations for winter survival in insects. p. 101-140. In: Advances in Low Temperature Biology. ed. by P. Steponkus. JAI Press, London
Sun, W.Q. and A.C. Leopold. 1994a. The glassy state and seed storage stability: A viability equation analysis. Ann. Bot., 74, 601-604

상세보기
Sun, W.Q. and A.C. Leopold. 1994b. The role of sugar, vitrification and membrane phase transition in seed desiccation tolerance. Physiol. Plantarum, 90, 621-628

상세보기
Tang, E.P.Y., R. Tremblay, and W.F. Vincent. 1997. Cyanobacterial dominance of polar freshwater ecosystems: Are high-latitude mat-formers adapted to low temperature? J. Phycol., 33, 171-181

상세보기
Thomas, D.N. and G.S. Dieckmann. 2002. Antarctic sea icea habitat for extremophiles. Science, 295, 641-644

상세보기
Thomas, D.N., G. Kattner, R. Engbrodt, V. Giannelli, H. Kennedy, C. Haas, and G. Dieckmann. 2001. Dissolved organic matter in Antarctic sea ice. Ann. Glaciol., 33, 297-303

상세보기
Thomashow, M.F. 2001. So What's new in the field of plant cold acclimation? Lots! Plant Physiol., 125(1), 89-93

상세보기
Van Liere, L. and A.F. Walsby. 1982. Interactions of cyanobacteria with light. p. 9-45. In: The Biology of Cyanobacteria. eds. by N.G. Carr and B.A. Whitton. Blackwell, Oxford
Vincent, W.F. 2000. Evolutionary origins of Antarctic microbiota: Invasion, selection and endemism. Antarct. Sci., 12(3), 374-385

상세보기
Vincent, W.F., C. Howard-Williams, and P.A. Broady. 1993. Microbial communities and processes in Antarctic flowing waters. p. 543-569. In: Antarctic Microbiology. ed. by E.I. Friedmann. Wiley-Liss, New York
Walker, G. 2003. Snowball Earth, Bloomsbury, London. 269 p
Wharton, D. and W. Block. 1997. Differential scanning calorimetry studies on an Antarctic nematode (Panagrolamus davidi) which survives intracellular freezing. Cryobiology, 34, 114-121

상세보기
Whitton, B.A. 1987. Survival and dormancy of blue-green algae. p. 109-167. In: Survival and Dormancy of Microorganisms. ed. by Y. Henis. Wiley, New York
Wiedner, C. and B. Nixdorf. 1998. Success of chrysophytes, cryptophytes and dinoflagellates over blue-greens (cyanobacteria) during an extreme winter (1995/96) in eutrophic shallow lakes. Hydrobiologia, 369/370, 229-235
Wiermann, R. and S. Gubatz. 1992. Pollen wall and sporopollenin. Int. Rev. Cytol., 140, 35-72
Worland, M.R., W. Block, and H. Oldale. 1996. Ice nucleation activity in biological materials with examples from Antarctic plants. Cryo Lett., 17, 31-38

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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