대사체학은 동 식물, 미생물뿐만 아니라 식품, 농업, 의약품에 이르기까지 다양한 분야에서 적용될 수 있으며, 최근 미래를 선도할 학문으로서 주목 받고 있는 분야이다. 하지만 우리나라의 대사체학 연구는 아직 기초적 단계이며, 대사체학에 대한 인식도 부족한 상황이다. 따라서 본 논문에서는 대사체 연구 방법에 대해서 간단히 소개하였고, 국내 외 대사체학 연구현황, 대사체 연구의 필요성과 활용방안, 대사체 연구 수행 활성화를 위한 전략들을 소개하였다. 대사체학은 활용 범위가 매우 넓은 것이 특징인데, 예를 들어 functional genomics, 생물의 계통 분류, 생물의 대사경로 규명, 생물을 이용한 유용물질 생산, 신약 및 신소재 개발, biomarker의 개발, 식품 및 천연물 제제의 품질관리, 그리고 환경 및 독성 모니터링 등에 활용될 수 있다. 그러나 국내 대사체학 연구는 초기단계에 머물러 있는 실정이므로 국내 대사체 연구의 발전을 위해서는 연구 주체간의 협력, 해외 선진 기술 습득, 연구 개발 투자, 대사체 분석 전문가 육성, metabolome database 구축 등이 필요하다. 대사체학 연구에 대한 이러한 지원이 이뤄진다면, 대사체학 분야에 있어서 국내수준과 세계수준의 격차는 줄어들 것이다. 또한 결과적으로 대사체학 연구의 발전은 한국 생명공학 분야 (BT)의 발전에도 크게 이바지할 것으로 사료된다.
대사체학은 동 식물, 미생물뿐만 아니라 식품, 농업, 의약품에 이르기까지 다양한 분야에서 적용될 수 있으며, 최근 미래를 선도할 학문으로서 주목 받고 있는 분야이다. 하지만 우리나라의 대사체학 연구는 아직 기초적 단계이며, 대사체학에 대한 인식도 부족한 상황이다. 따라서 본 논문에서는 대사체 연구 방법에 대해서 간단히 소개하였고, 국내 외 대사체학 연구현황, 대사체 연구의 필요성과 활용방안, 대사체 연구 수행 활성화를 위한 전략들을 소개하였다. 대사체학은 활용 범위가 매우 넓은 것이 특징인데, 예를 들어 functional genomics, 생물의 계통 분류, 생물의 대사경로 규명, 생물을 이용한 유용물질 생산, 신약 및 신소재 개발, biomarker의 개발, 식품 및 천연물 제제의 품질관리, 그리고 환경 및 독성 모니터링 등에 활용될 수 있다. 그러나 국내 대사체학 연구는 초기단계에 머물러 있는 실정이므로 국내 대사체 연구의 발전을 위해서는 연구 주체간의 협력, 해외 선진 기술 습득, 연구 개발 투자, 대사체 분석 전문가 육성, metabolome database 구축 등이 필요하다. 대사체학 연구에 대한 이러한 지원이 이뤄진다면, 대사체학 분야에 있어서 국내수준과 세계수준의 격차는 줄어들 것이다. 또한 결과적으로 대사체학 연구의 발전은 한국 생명공학 분야 (BT)의 발전에도 크게 이바지할 것으로 사료된다.
As one of the new areas of 'omics' technology, there is increasing interest in metabolomics, which involves the analysis of low-molecular-weight compounds in cells, tissues, and biofluids, and considers interactions within various organisms and reactions of external chemicals with those organisms. H...
As one of the new areas of 'omics' technology, there is increasing interest in metabolomics, which involves the analysis of low-molecular-weight compounds in cells, tissues, and biofluids, and considers interactions within various organisms and reactions of external chemicals with those organisms. However, metabolomics research is still at a fundamental stage in Korea. Therefore, the purpose of this study was to establish a strategic long-term plan to revitalize the national metabolomics approach and obtain the elementary data necessary to determine a policy for effectively supporting metabolomics research. These investigations clarified the state of metabolomics study both in Korea and internationally, from which we attempted to find the potentiality and fields where a metabolomics approach would be applicable, such as in medical science. We also discuss strategies for developing metabolomics research. This study revealed that promoting metabolomics in Korea requires cooperation with metabolomics researchers, acquisition of advanced technology, capital investment in metabolomics approach, establishment of metabolome database, and education of metabolome analysis experts. This would reduce the gap between the national and international levels of metabolomics research, with the resulting developments in metabolomics having the potential to greatly contribute to promoting biotechnology in Korea.
As one of the new areas of 'omics' technology, there is increasing interest in metabolomics, which involves the analysis of low-molecular-weight compounds in cells, tissues, and biofluids, and considers interactions within various organisms and reactions of external chemicals with those organisms. However, metabolomics research is still at a fundamental stage in Korea. Therefore, the purpose of this study was to establish a strategic long-term plan to revitalize the national metabolomics approach and obtain the elementary data necessary to determine a policy for effectively supporting metabolomics research. These investigations clarified the state of metabolomics study both in Korea and internationally, from which we attempted to find the potentiality and fields where a metabolomics approach would be applicable, such as in medical science. We also discuss strategies for developing metabolomics research. This study revealed that promoting metabolomics in Korea requires cooperation with metabolomics researchers, acquisition of advanced technology, capital investment in metabolomics approach, establishment of metabolome database, and education of metabolome analysis experts. This would reduce the gap between the national and international levels of metabolomics research, with the resulting developments in metabolomics having the potential to greatly contribute to promoting biotechnology in Korea.
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문제 정의
하지만 우리나라의 대사체학 연구는 아직 기초적 단계이며, 대사체학에 대한 인식도 부족한 상황이다. 따라서 본 논문에서는 대사체 연구 방법에 대해서 간단히 소개하였고, 국내·외 대사체학 연구현황, 대사체 연구의 필요성과 활용방안, 대사체 연구 수행 활성화를 위한 전략들을 소개하였다. 대사체학은 활용 범위가 매우 넓은 것이 특징인데, 예를 들어 functional genomics, 생물의 계통분류, 생물의 대사경로 규명, 생물을 이용한 유용물질 생산 신약 및 신소재 개발, biomarker의 개발, 식품 및 천연물 제제의 품질관리, 그리고 환경 및 독성 모니터링 등에 활용될 수 있다.
그러나 우리나라의 대사체학 연구는 아직 기초적 단계이며, 대사체학에 대한 인식도 부족한 상황이다. 따라서 본 논문에서는 대사체학 연구 방법에 대해서 소개하고, 국내, 외 대사체학 연구현황, 대사체 연구의 필요성과 활용방안 대사체 연구 수행 활성화를 위한 전략들을 소개하고자 한다.
본 연구소는 metabolic engineering 측면에서 대사 경로조절에 의한 유전자, 단백질 발현으로부터 얻는 정보를 통합적으로 연구하는데 노력을 기울이고 있는데, NMR, GC-MS 등을 이용해서, 13C 표지 실험을 통한 metabolic flux 분석에 관한 연구와 isotope가 세포 내로 유입되는 것을 측정하는 실험에 초점을 맞추고 있다. 본 연구소에서는 1) 고효율의 화학분석법 개발, 2) 대사과정의 시뮬레이션을 위한 생물정보학, 3) 의약 산업 및 농업을 위한 대사체 기술의 개발을 목표로 하고 있다(45).
본 연구소에서는 식물체 내의 핵, 색소체, 미토콘드리아의 유전자의 구조, 기능, 조절과 전사체, 단백질, 대사체에 의한 유전자의 발현 연구를 통하여, 식물체 내의 유전체, 전사체 및 단백체 및 대사체들이 서로 다른 환경 조건에서 어떤 방식으로 상호작용하는지를 연구하는 것에 초점을 두고 있다(38).
본 연구팀에서 중점을 두는 연구 주제는 생물 시스템에 대한 빠르고 정확한 규명을 위한 대사체학 및 단백질 학적기술들의 개발로써, 미생물, 곰팡이, 인체와 동물의 체액들, 식물유래 물질들의 총체적인 fingerprinting 연구를 수행하고 있다. 또한 미생물의 계통발생하적분석을 위한 분자 수준에서의 연구 방법들도 개발하고 있다(42).
제안 방법
2에서 나타낸 바와 같이 현재 국가별 대사체학 기술 수준은 유럽이 50, 미국이 40, 일본이 30, 한국이 10 정도로 유추된다. 대사체학 기술이 아직은 각 분야에서 기초적인 단계에 있다고 판단하여, 현재 최고의 기술 수준을 가진 유럽의 기술수준 수치를 50으로 평가하였다. 이 논문을 통해 제시된 국가 대사체 연구 활성화 방안을 근거로 하여, 국내 대사체 연구에 대한 투자와 지원이 활발히 이뤄지면, 우리나라도 5년 후에는 현재의 유럽 수준으로 발전할 것으로 예상된다.
Oliver Fie血이 이끌고 있는 연구소로, GC/TOF-MS 를 이용하여 713개의 대사체들에 대해서 대사체 데이터베이스를 구축하였다. 또한 고효율의 LC-MS와 direct infusion-mass spectrometiy를 이용한 metabolic fingerprinting 방법들을 개발하였다. 본 연구팀에서는 자체 개발한 프로그램인 SetupX에 생물학적 근원 (종, 기과 조직 등)에 대한 정보 시료 처리 방법 등을 자세하게 입력하여 체계적인 연구 설계를 하며 이후 실험을 통해 획득한 대사체 정보들은 BinBase란 database에 의해서 판독하는 방식으로 연구를 진행하고 있다(44).
또한 고효율의 LC-MS와 direct infusion-mass spectrometiy를 이용한 metabolic fingerprinting 방법들을 개발하였다. 본 연구팀에서는 자체 개발한 프로그램인 SetupX에 생물학적 근원 (종, 기과 조직 등)에 대한 정보 시료 처리 방법 등을 자세하게 입력하여 체계적인 연구 설계를 하며 이후 실험을 통해 획득한 대사체 정보들은 BinBase란 database에 의해서 판독하는 방식으로 연구를 진행하고 있다(44).
대상 데이터
Dr. Oliver Fie血이 이끌고 있는 연구소로, GC/TOF-MS 를 이용하여 713개의 대사체들에 대해서 대사체 데이터베이스를 구축하였다. 또한 고효율의 LC-MS와 direct infusion-mass spectrometiy를 이용한 metabolic fingerprinting 방법들을 개발하였다.
후속연구
대사체학을 식물 및 미생물 분류학에 이용하게 되면 이제까지 전통적인 유전학적 분류의 단점을 보완하여 식물 및 미생물의 표현형에 보다 근접한 새로운 분류법의 개발이 가능하게 될 것이다
대사체학 연구에 대한 이러한 지원이 이뤄진다면, 대사체학 분야에 있어서 국내수준과 세계 수준의 격차는 줄어들 것이다. 또한 결과적으로 대사체학 연구의 발전은 한국 생명공학 분야 (BT)의 발전에도 크게 이바지할 것으로 사료된다.
데이터의 재현성과 안정성은 HPLC에 비해 높은 것으로 알려져 있으며, LC-MS가 커버하기 어려운 지방산 계열의 화합물을 대상으로 사용 시 매우 유리하다. 또한 유도체화 (derivatization) 과정을 거치면 비휘발성 화합물의 분석도 가능해 진다. 그러나 비휘발성 물질의 경우에는 유도 체화가 필수적이기 때문에 시간이 소요되며, 원료물질의 변화를 가져올 수 있다는 단점이 있다.
eu)이란 대사체 연구회가 있다. 본 연구회에서는 통계학, 생물정보학 관련 소프트웨어들을 개발하고 있으며, 지속적으로 식물 대사체 database 작업을 진행 중이다
또한 대사 체 연구가 지속적으로 활성화된다면, 10년 후에는 유럽 미국, 일본의 수준과 대등해질 것으로 사료된다. 유럽, 미국, 일본에서는 앞으로 인류의 식량자원, 건강과 질병에 직접적으로 연관되어 있는 분야에 대사체학 연구를 집중하여 발전시키고 있으므로 국내에서도 한국 고유의 metabolome 확보를 위하여 연구력을 집중 한다면 국가 차원의 생명공학 기술 발전이 가속화되어 국가경쟁력 향상에 기여 할 것으로 사료된다.
대사체학 기술이 아직은 각 분야에서 기초적인 단계에 있다고 판단하여, 현재 최고의 기술 수준을 가진 유럽의 기술수준 수치를 50으로 평가하였다. 이 논문을 통해 제시된 국가 대사체 연구 활성화 방안을 근거로 하여, 국내 대사체 연구에 대한 투자와 지원이 활발히 이뤄지면, 우리나라도 5년 후에는 현재의 유럽 수준으로 발전할 것으로 예상된다. 또한 대사 체 연구가 지속적으로 활성화된다면, 10년 후에는 유럽 미국, 일본의 수준과 대등해질 것으로 사료된다.
따라서 현재까지 활용되고 있는 1 substantial equivalance, 개념은 전체적인 metabolome의 분석을 포함흐[는 개념으로 확장되어야 할 필요성이 있다. 이런 의미에서 GMO 식품의 안전성 검사에 대사체학 기술을 이용하게 된다면, 좀 더 포괄적인 의미의 대사산물 변화를 wild-type 식물체와 비교함으로써 더 정밀하게 안전성을 검증할 수 있는 방법으로 활용할 수 있을 것이다. 또한 이것은 GMO 식품에만 국한된 것은 아니다.
먼저 국내 연구자 pool을 작성하여 전문가 기획위원회를 구성하고, 대사체학 연구개발을 위한 roadmap 작성이 추진되어 발전방향이 제시되어야 한다. 이를 바탕으로 투자 대상 우선순위를 설정하고, 교육과학기술부, 보건복지가족부, 농림 수산식품부 등 부처별 연구개발 예산을 조정하여 적극적인 투자 및 관리가 이루어져야 할 것이다. 무엇보다도 여러 분야에 걸쳐 통합적으로 계획하고 관리할 수 있는 협조체계가 구축되는 것이 중요한데, 위에서 언급한 것과 같이 연구자와 정부 부처 간의 협조와 투자를 바탕으로 task force team이 구성되어야 하고, 외국의 선진기술을 습득하고 발전시키기 위해서 연구정책담당자들을 대상으로 한 세미나도 필요하다.
따라서 국내에서 국제대사체학회를 개최하게 되면, 국제적 수준의 연구능력을 단시간에 성장 시킬 수 있다는 큰 장점이 있다. 향후 이러한 국제학회 개최는 국내에서도 국제적 흐름에 발맞추어 연구 할 수 있는 최신 동향 파악과 국제 연구 수준까지의 수행단계로 성장할 수 있는 겨】기가 될 것이다.
참고문헌 (45)
Chung, B. C. (2006), Metabolomics technologies for the study of disease. Molecular and cellular biology news 18, 17-27
Ba1es, J. R., D. P. Higham, I. Howe, J. K. Nicho1son, and P. J. Sadler (1984), Use of high resoution proton nuclear magnetic resonance spectroscopy for rapid multicomponent analysis of urine. Clin. Chem. 30, 426-432
Beckonert, 0., H. C. Keun, T. M D. Ebbels, J. Bundy, E. Holmes, J. C. Lindon, and J. K. Nicholson (2007), Metabolic profiling, metabo;omic and metabonomic
Cheng, L. L., M. A. Burns, J. L. Taylor, W. He, E. F. Halpem, W. S. McDougal, and C. L. Wu (2005), Metabolic characterization of human prostate cancer with tissue magnetic resonance spectroscopy. Cancer Res. 65, 3030-3034
Cunnick, W. R , J. B. Cromie, R Cortell, B. Wright, E. Beach, F. Seltzer, and S. Miller (1972), Value of biochemical profiling in a periodic health examination program: analysis of 1,000 cases. Bull. N Y Acad. Med. 18, 5-22
Devaux, P. G., M. G. Homing, and E. C. Homing (1971), Benyzl-oxime derivative of steroids; a new metabolic profile procedure for human urinary steroids. Anal. Lett. 4, 151
Duran, A. L., J. Yang, L. Wang, and L. W. Sumner (2003), Metabolomics spectral formatting, alignment and conversion tools (MSFACTs). Bioinformatics 19, 2283-2293
Ebbels, T. M. D., E. Holmes, J. C. Lindon, and J. K. Nicholson (2004), Evaluation of metabolic variation in normal rat strains from a statistical analysis of 'H NMR spectra of urine. J. Pharm. Biomed. Anal. 36, 823-833
Fiehn, O., J. Kopka, P. Dormann, T. Altmann, R. N. Trethewey, and L. Willmitzer (2000), Metabolite profiling for plant functional genomics. Nat. Biotechnol. 18, 1157-1161
Huhman D. V. and L. W. Sumner (2002), Metabolic profiling of saponins in Medicago sativa and Medicago truncatula using HPLC coupled to an electrospray ion-trap mass spectrometer. Phytochemistry 59, 347-360
Jason, P. et al. 2007. 10. Emerging technologies 2007. Technology review. March/April, http://www.technologyreview.com/Infotech/l8333/
Johansen H. N., V. Glitso, and K. E. B. Knudsen (1996), Influence of extraction solvent and temperature on the quantitative determination of oligosaccharides
Jordan K. W. and L. L. Cheng (2007), NMR-based metabolomics approach to ta rget biomarkers for human prostate cancer. Expert Rev. Proteomics 4, 389-400
Lange B. M., R E. B. Ketchum, and R B. Croteau (2001), Isoprenoid biosynthesis. Metabolite profiling of peppermint oil gland secretory cells and application to herbicide target analysis. Plant Physiol. 127, 305-314
Le Gall, G., M. S. DuPont, F. A. Mellon, A. L. Davis, G. J. Collins, M. E. Verhoeyen, and I. J. Colquhoun (2003), Characterization and content of flavonoid glycosides in genetically modified tomato(Lycopersicon esculentum) Fruits. J. Agrric. Food Chem. 51, 2438-2446
Marshall, A. G. (2000), Milestones in fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry technique development. Int J Mass Spectrom. 200, 331-356
Nicholson, J. K., M. O'Flynn, P. J. Sadler, A. Macleod, S. M. Juul, and P. H. Sonksen (1984), Proton NMR studies of serum, plasma and urine from fasting normal, and diabetic subjects. Biochemical J. 217, 265-275
Robert L. L., A. D. Jones, and Y. Shachar-Hill (2007), Nuclear magnetic resonance: an important tool in metabolomics research. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 8, 167-174
Sauter, H., M. Lauer, and H. Fritsch (1991), Metabolic profiling of plants a new diagnostic technique, pp288-99. In D. R., Baker, J. G. Fenyes, and W. K. Moberg (eds.), American Chemical Society Symposium Series, No. 443. American Chemical Society, Washington DC
Scheible, W. R., A. Gonzalez-Fontes, R Morcuende, M. Lauerer, M. Geiger, J. Glaab, A. Goon, E. D. Schuize, and M. Stitt (1997), Tobacco mutants with a decreased number of functional nia genes compensate by modifying the diurnal regulation of transcription, post-translation modification and turnover of nitrate
Sumner, L. W., P. Mendes, and R. A. Dixon (2003), Plant metabolomics: large-scale phytochemistry in the functional genomics era. Phytochemistry 62, 817-836
Taylor J., R. D. King, T. Altmann, and O. Fiehn (2002), Application of metabolornicsto plant genotype discrimination using statistics and machine leaming. Bioinformatics 18, 241-248
Tolstikov V. V., A. Lommen, K. Nakanishi, N. Tanaka, and O. Fiehn (2003), Monolithic silica-based capillary reversed-phase liquid chromatography/
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