[논문]유전자변형 미세조류의 생태 유출 모니터링 및 위해성평가 연구

조기철; 전한철; 황현주; 홍지원; 이대성; 한종원

doi:10.15433/ksmb.2019.11.2.052

유전자변형 미세조류의 생태 유출 모니터링 및 위해성평가 연구
Monitoring and Environmental Risk Assessment of Genetically Modified Microalgae 원문보기

한국해양바이오학회지 = Journal of marine bioscience and biotechnology, v.11 no.2, 2019년, pp.52 - 61

조기철 (국립해양생물자원관 유전자원연구실) , 전한철 (국립해양생물자원관 유전자원연구실) , 황현주 (국립해양생물자원관 유전자원연구실) , 홍지원 (국립해양생물자원관 분류연구실) , 이대성 (국립해양생물자원관 유전자원연구실) , 한종원 (국립해양생물자원관 유전자원연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

Over the past few decades, microalgae-based biotechnology conjugated with innovative CRISPR/Cas9-mediated genetic engineering has been attracted much attention for the cost-effective and eco-friendly value-added compounds production. However, the discharge of reproducible living modified organism (LMO) into environmental condition potentially causes serious problem in aquatic environment, and thus it is essential to assess potential environmental risk for human health. Accordingly, in this study, we monitored discharged genetically modified microalgae (GMM) near the research complex which is located in Daejeon, South Korea. After testing samples obtained from 6 points of near streams, several green-colored microalgal colonies were detected under hygromicin-containing agar plate. By identification of selection marker genes, the GMM was not detected from all the samples. For the lab-scale environmental risk assessment of GMM, acute toxicity test using rotifer Brachionus calcyflorus was performed by feeding GMM. After feeding, there was no significant difference in mortality between WT and transformant Chlamydomonas reinhardtii. According to further analysis of horizontal transfer of green fluorescence protein (GFP)-coding gene after 24 h of incubation in synthetic freshwater, we concluded that the GFP-expressed gene not transferred into predator. However, further risk assessments and construction of standard methods including prolonged toxicity test are required for the accurate ecological risk assessment.

주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 1. Sampling points (near Daejeon research complex, Korea) for the monitoring of genetically modified microalgae.
그림 Figure 2. Schematic of experimental procedure for genetically modified microalgal toxicity test using rotifer Brachionus calyciflorus.
표 Table 1. Design of primers for house keeping (rbcL) and selection marker (Hygro)-coding genes
표 Table 2. Transformation method and widely used antibiotics for genetic engineering of various microalgae
그림 Fig. 3. Microalgal colony formation under hygromycin supplemented or non-supplemented TAP agar medium of obtained samples from (A) Gap-Cheon and (B) Tandong-Cheon. The microalgal colony (C) was obtained and hygromycin-coding gene was estimated by PCR and electrophoresis (D).
그림 Fig. 4. (A) Effect of feeding wild-type (WT) and green fluorescence protein (GFP)-expressed Chlamydomonas reinhardtii CC-621 transformant on the mortality (%) of rotifer Brachionus calyciflorus (B) Detection of GFP-coding genes by PCR and electrophoresis after 24 h cultivation of Brachionus calyciflorus in synthetic freshwater.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 유전자변형 미세조류의 생태유출을 방지하기 위한 노력과 모니터링이 필요한 실정이지만 현재 시행된 유전자 변형 미세조류 (Genetically modified microalgae, GMM)의 모니터링 및 독성에 대한 연구는 거의 진행된 바가 없다. 따라서 이번 연구에서는 국내에서 미세조류 형질전환 연구가 활발히 진행되고 있는 대전 연구 단지를 중심으로 유출된 형질전환 미세조류의 유무를 모니터링 하였고, 이전 연구에서 GFP를 성공적으로 발현시킨 모델 미세조류 Chlamydomonas reinhardtii CC-621의 형질 전환체를 활용하여 실험실 수준에서 GMM의 잠재적인 환경 위해성을 평가하였다.
[14]은 이전에 발표한 총설을 통해 GMM의 대량 배양을 위해서 효율적인 환경 위해성 평가방법이 정립되어야 함을 보고한 바 있다. 따라서 이번 연구에서는 새로운 GMM의 위해성 평가방법을 모색하기 위하여 먹이사슬을 통해 상위포식자에 발생할 수 있는 독성을 확인해 보았다.
calyciflorus를 활용한 나노플라스틱, 중금속 등의 독성평가가 실험실 수준에서 이뤄진 바 있다 [33-35]. 따라서 이번 연구에서도 윤충류 B. calyciflorus를 활용하여 미세조류 형질 전환체의 잠재적인 독성을 확인해 보았다. 미세조류 형질 전환체는 이전 연구에서 GFP를 성공적으로 발현시킨 C.
이번 연구를 통해 GMM 연구가 활발하게 이뤄지고 있는 대전 연구단지 부근의 미세조류 형질 전환체의 노출을 모니터링 하였고 실험실 수준에서 포식자에 나타나는 독성과 수평적 유전자 전달 여부를 평가하였다. 그 결과 연구단지 부근의 하천에서 미세조류 형질 전환체는 검출되지 않았고, 포식자인 B.

가설 설정

미세조류 형질 전환체는 이전 연구에서 GFP를 성공적으로 발현시킨 C. reinhardtii CC-621를 사용하였으며, 생태계에 노출 시 수계에 조류 대 발생을 일으킨다는 가정 하에 4.0~6.0 × 106cells/mL의 세포 농도로 미세조류 형질 전환체를 윤충류에 섭식 시켰다.

제안 방법

그리고 Hygromycin 배지에서 검출된 미세조류 집락의 형질전환 여부를 검증하기 위해 Table 1과 같이 항존 유전자(house keeping gene)인 rbcL과 Hygromycin 내성 유전자인 Hyg를 검출하기 위한 primer를 제작하였고, PCR과 전기영동을 통해 검증하였다. PCR 조건은 95˚C에서 5분간 초기 반응(initial-activation) 이후, 95˚C에서 30초간 denaturation, 59˚C에서 annealing 및 72˚C에서 1분간 extension으로 30 cycle 반응을 진행하였다. 이후 전기영동을 통해 PCR 밴드를 확인하였다.
이후 25˚C, 150 µmole m^-2 s^-1 광도의 형광등 아래에서 Continuous light 조건에서 배양하였다. 그리고 Hygromycin 배지에서 검출된 미세조류 집락의 형질전환 여부를 검증하기 위해 Table 1과 같이 항존 유전자(house keeping gene)인 rbcL과 Hygromycin 내성 유전자인 Hyg를 검출하기 위한 primer를 제작하였고, PCR과 전기영동을 통해 검증하였다. PCR 조건은 95˚C에서 5분간 초기 반응(initial-activation) 이후, 95˚C에서 30초간 denaturation, 59˚C에서 annealing 및 72˚C에서 1분간 extension으로 30 cycle 반응을 진행하였다.
따라서 이번 조사에서는 Hygromycin을 처리한 Chlamydomonas 배양 배지인 TAP 배지를 활용하여 형질전환 미세조류의 존재 유무를 판별하였다. 그 결과 Fig.
따라서 채집된 시료들에 함유된 유전자변형 미세조류를 식별하기 위해, C. rein- hardtii 배양 시 사용되는 TAP 배양배지(1.5% Agar) 를 활용하여 Hygromycin을 포함시킨 한천 배지와 포함시키지 않은 한천 배지를 각각 만들어 Bi-petridish (SPL Life science, Cat. No. 10092)에 굳힌 이후 50 µL의 샘플을 각각 도말 하였다.
0 × 10⁶ cells/mL)로 처리하여 24시간 동안 섭식시킨 후 윤충류의 치사율을 확인하였다. 또한 용매 대조군(Solvent control)에 의한 독성 영향을 확인하기 위해 윤충류를 미세조류가 없는 SFW에서 배양하며 치사율을 관찰하였다.
미세조류 형질 전환체 섭식에 의한 상위포식자로의 수평적 유전자 전달 여부를 확인하기 위해 GFP발현 미세조류를 섭식 시킨 B. calyciflorus를 24시간 이상 합성 담수에 방치하여 소화관을 비운 후 GFP유전자의 존재 유무를 확인하였다. 그 결과 Fig.
미세조류 형질 전환체의 노출로 인한 상위 포식자에 발생할 수 있는 위해성과 수평적 유전자 이동 여부를 평가하기 위해 미세조류를 포식하는 동물플랑크톤의 독성을 실험실 수준에서 평가하였다. 윤충류 B.
미세조류 형질 전환체의 윤충류 섭식에 의한 수평적 유전자 이동 여부를 확인하기 위해 광범위 세균 항생제인 Imipenem (Sigma-Aldrich, USA)을 100 µg/L로 처리하여 SFW에서 16시간 동안 부화시킨 B. calyciflorus에 GFP 형질전환 미세조류인 C. reinhardtii CC-621를 조류 대 발생 세포농도인 4.0~6.0 × 106cells/mL로 처리한 이후 2시간 동안 형질 전환체를 윤충류에 섭식 시켰다.
미세조류의 상위포식자인 윤충류는 표준 시험생물로 활용되고 있는 Brachionus calyciflorus를 활용하였고 ROTOXKIT F (MicroBioTests Inc. Gent, Belgium) cyst를 96 mg/L의 NaHCO3, 60 mg/L의 CaSO4, 60 mg/L의 MgSO4 및4 mg/L의 KCl을 녹여 만든 합성 담수 (Synthetic freshwater, SFW)에 16시간 동안 배양하여 부화시켰으며 Fig. 2.에 나타낸 것처럼 각 well당 5개체를 분주하여 형질 전환체 미세조류와 야생형 미세조류를 조류 대 발생 초과농도(4.0-6.0 × 106 cells/mL)로 처리하여 24시간 동안 섭식시킨 후 윤충류의 치사율을 확인하였다.
실험실 수준에서 GMM의 독성여부와 수평적 유전자 전달 여부를 확인하기 위해, 이전 연구에서 subtilisin (Alcalsase)을 활용하여 형질전환을 수행 하였던 C. reinhardtii CC-621 GFP 발현 형질 전환체를 실험군으로 사용하였다 [18]. 미세조류의 상위포식자인 윤충류는 표준 시험생물로 활용되고 있는 Brachionus calyciflorus를 활용하였고 ROTOXKIT F (MicroBioTests Inc.
calyciflorus의 소화관 내용물을 모두 배출 시켰다. 이후 AccuPrep GenomicDNA Extraction Kit (Bioneer, South Korea)를 활용하여 확보된 윤충류 시료의 Genomic DNA를 추출하였고, Wizard DNA Clean-Up System (Promega,USA)을 활용하여 불순물을 제거한 이후 DNA를 정제하였다. 추출된 DNA를 주형으로 PCR을 통해 GFP 유전자 검출을 시도하였으며, 전기영동을 통해 GFP 유전자 밴드를 확인하였다.
PCR 조건은 95˚C에서 5분간 초기 반응(initial-activation) 이후, 95˚C에서 30초간 denaturation, 59˚C에서 annealing 및 72˚C에서 1분간 extension으로 30 cycle 반응을 진행하였다. 이후 전기영동을 통해 PCR 밴드를 확인하였다.
1A, B). 이후 침전된 샘플을 회수하여 분석에 활용하였다.
0 × 10⁶cells/mL로 처리한 이후 2시간 동안 형질 전환체를 윤충류에 섭식 시켰다. 이후 해부 현미경을 활용하여 형질 전환체에 노출시킨 윤충류를 확보하였고, 배양액 환수 후 다시 24시간 SFW에 방치하여 B. calyciflorus의 소화관 내용물을 모두 배출 시켰다. 이후 AccuPrep GenomicDNA Extraction Kit (Bioneer, South Korea)를 활용하여 확보된 윤충류 시료의 Genomic DNA를 추출하였고, Wizard DNA Clean-Up System (Promega,USA)을 활용하여 불순물을 제거한 이후 DNA를 정제하였다.
이후 AccuPrep GenomicDNA Extraction Kit (Bioneer, South Korea)를 활용하여 확보된 윤충류 시료의 Genomic DNA를 추출하였고, Wizard DNA Clean-Up System (Promega,USA)을 활용하여 불순물을 제거한 이후 DNA를 정제하였다. 추출된 DNA를 주형으로 PCR을 통해 GFP 유전자 검출을 시도하였으며, 전기영동을 통해 GFP 유전자 밴드를 확인하였다. 또한, 비교 검증을 위해 음성대조군으로 야생형 C.
형성된 미세조류 집락의 Hygromycin 저항 유전자의 존재 여부를 판별하기 위해 Table 1에 나타낸 것처럼 항존유전자인 rbcL 유전자를 검출하기 위해 rbcL_F (5’-TATGCCAGTTGCTTCAGGCG-3’)와 rbcL-R (5’-AGAGCTACACGGTTAGCTGC-3’)를 사용하였고, Hygromycin resistant 유전자인 Hyg를 검출하기 위해 C_Hyg_F (5’- ATGATTCCTACGCGAGCCTG-3’)와 C_Hyg_R (5’-GAAGTCGTGCAGGAAGGTGA-3’)를 각각 제작하여 PCR 분석에 사용하였다.

대상 데이터

c. 36°22'32.2"N 127°21'57.1"E)을 선정하여 멸균된 채수기를 활용하여 진행되었으며, 채집된 샘플은 분석 전까지 1 L 눈금실린더에 방치하여 24시간 어두운 곳에 보관하였다 (Fig. 1A, B).
추출된 DNA를 주형으로 PCR을 통해 GFP 유전자 검출을 시도하였으며, 전기영동을 통해 GFP 유전자 밴드를 확인하였다. 또한, 비교 검증을 위해 음성대조군으로 야생형 C. rein- hardtii CC-621의 genomic DNA를 사용하였다.
유전자변형 미세조류의 모니터링을 위해 미세조류 형질전환 연구가 활발하게 진행되고 있는 한국생명공학연구원과 KAIST가 위치해 있는 대전광역시 유성구의 연구단지 인근의 갑천과 탄동천을 중심으로 조사를 진행하였고, 조사기간은 미세조류의 성장 온도 조건이 유지되는 2017년 7월 및 8월에 걸쳐 총 2회 실시되었다. 조사는 Fig.
형질전환 미세조류의 환경 노출 모니터링을 위해, 현재 미세조류 연구가 활발히 진행되고 있는 한국생명공학연구원과 KAIST 인근 하천인 갑천과 지류인 탄동천을 중심으로 Fig. 1A와 B에 나온 지점에서 샘플링을 진행하였다. 형질전환 미세조류의 선별표지인자는 Table 2에 보이는 것처럼 Hygromycin, Kanamycin, Zeocin, Norflurazon, G418, Nourseothricin 등 매우 다양하게 존재하지만, 가장 많이 활용되고 있는 형질전환 모델종인 C.

데이터처리

실험결과에 대한 유의성 검증은 one-way analysis of variance (ANOVA)와 post-hoc t-test 분석을 통해 진행하였으며 Excel 2016 (Microsoft, USA) 프로그램을 활용하였다.

성능/효과

형성된 미세조류 집락의 Hygromycin 저항 유전자의 존재 여부를 판별하기 위해 Table 1에 나타낸 것처럼 항존유전자인 rbcL 유전자를 검출하기 위해 rbcL_F (5’-TATGCCAGTTGCTTCAGGCG-3’)와 rbcL-R (5’-AGAGCTACACGGTTAGCTGC-3’)를 사용하였고, Hygromycin resistant 유전자인 Hyg를 검출하기 위해 C_Hyg_F (5’- ATGATTCCTACGCGAGCCTG-3’)와 C_Hyg_R (5’-GAAGTCGTGCAGGAAGGTGA-3’)를 각각 제작하여 PCR 분석에 사용하였다. PCR 이후 전기영동을 통해 확인한 결과, Fig. 3D에서 보이는 것처럼 Hygromycin 내성유전자를 포함하는 벡터(양성대조군)와 형질 전환체에서는 Hygromycin 내성유전자 밴드가 검출된 반면, Hygromycin에 내성을 갖는 미세조류 군집에서는 모두 Hygromycin 내성유전자가 검출되지 않았다. 따라서 이번 조사지역에서 채취된 샘플에서는 형질전환 미세조류가 존재하지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다.
따라서 이번 조사에서는 Hygromycin을 처리한 Chlamydomonas 배양 배지인 TAP 배지를 활용하여 형질전환 미세조류의 존재 유무를 판별하였다. 그 결과 Fig. 3A 및 C에서 보는 것처럼 문지동 근처에서 채취한 샘플에서 Hygromycin에 내성을 갖는 미세조류 집락이 형성된 것을 관찰할 수 있었다.
0 × 10⁶cells/mL의 세포 농도로 미세조류 형질 전환체를 윤충류에 섭식 시켰다. 그 결과 Fig. 4A에 나타낸 것처럼 합성 담수에서는 치사율이 관찰되지 않은 반면, C. reinhardtii CC-621을 섭식시킨 B. calyciflorus에서 약 23.3% 정도의 치사율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한 GFP를 발현하는 C.
calyciflorus를 24시간 이상 합성 담수에 방치하여 소화관을 비운 후 GFP유전자의 존재 유무를 확인하였다. 그 결과 Fig. 4B에 보이는 것처럼 GFP 발현 미세조류 형질 전환체에서는 GFP 유전자가 뚜렷하게 검출된 반면 (Lane 1), 섭식 이후 바로 분석한 B. calyciflorus에서는 상당히 희미한 GFP 유전자 밴드만 나타나는 것을 확인할 수 있었다 (Lane 3). 또한 24시간 이상 소화관을 비운 B.
이번 연구를 통해 GMM 연구가 활발하게 이뤄지고 있는 대전 연구단지 부근의 미세조류 형질 전환체의 노출을 모니터링 하였고 실험실 수준에서 포식자에 나타나는 독성과 수평적 유전자 전달 여부를 평가하였다. 그 결과 연구단지 부근의 하천에서 미세조류 형질 전환체는 검출되지 않았고, 포식자인 B. calyciflorus에 급성 독성과 수평적 유전자 전이 또한 나타나지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 하지만, 현재 연구되고 있는 미세조류의 종이 상당히 다양할 뿐만 아니라 형질 전환체의 선별 표지인자의 종류 또한 다양하기 때문에 이를 효율적으로 모니터링하기 위한 기술들이 개발되어야 할 것이다.
3D에서 보이는 것처럼 Hygromycin 내성유전자를 포함하는 벡터(양성대조군)와 형질 전환체에서는 Hygromycin 내성유전자 밴드가 검출된 반면, Hygromycin에 내성을 갖는 미세조류 군집에서는 모두 Hygromycin 내성유전자가 검출되지 않았다. 따라서 이번 조사지역에서 채취된 샘플에서는 형질전환 미세조류가 존재하지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 이번 결과를 토대로 현재 조사지역 부근에서 미세조류 C.
3% 정도의 치사율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한 GFP를 발현하는 C. reinhardtii CC-621의 형질 전환체 섭식에 의한 치사율은 야생형 C. reinhardtii의 치사율과 큰 차이를 나타내지 않았으며, post-hoc t-test 결과에서도 야생형과 큰 유의성을 나타내지 않았다. 이러한 결과를 토대로 미세조류 형질 전환체의 조류 대 발생이 일어났다고 가정했을 때 상위포식자인 동물플랑크톤 B.
reinhardtii에서는 GFP 유전자 밴드가 검출되지 않았다 (Lane 2, 4). 이러한 결과를 바탕으로 상위 포식자로의 수평적 유전자 이동은 발생하지 않는다는 결론을 도출할 수 있었다. 하지만, 좀 더 장기적인 연구를 통해서 수평적 유전자 이동이 발생하는지 여부를 판단할 필요가 있으며 정확한 평가에 대한 지침이 필요한 상황이다.
reinhardtii의 치사율과 큰 차이를 나타내지 않았으며, post-hoc t-test 결과에서도 야생형과 큰 유의성을 나타내지 않았다. 이러한 결과를 토대로 미세조류 형질 전환체의 조류 대 발생이 일어났다고 가정했을 때 상위포식자인 동물플랑크톤 B. calyciflorus에 야생형 미세조류와 비교해서 큰 독성을 나타내지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 형질 전환체 섭식에 의한 독성은 이미 다양한 생물에서 평가되어 왔다.

후속연구

유전자변형 생물체 섭식에 의한 독성은 아직까지 크게 알려진 것은 없지만, GM 옥수수인 MON863의 마우스 섭식에 의해 변화되는 성비 균형과 무게 및 잠재적인 간 독성이 Séralini et al. [39]에 의해 보고된 바가 있기 때문에, 미세조류의 상위 포식자 독성 연구 또한 지속적이고 장기적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
또한 항생제 저항성 유전자의 수평적 유전자 이동에 의한 병원체 미생물로의 전이는 잠재적으로 인간에게 심각한 위협이 될 수 있다 [41]. 따라서 본 연구에서는 미세조류 형질 전환체에 의한 포식자로의 수평적 유전자 이동에 대해서만 평가하였지만, 포식자의 소화관을 구성하는 박테리아와 특정 수 생태를 구성하는 다양한 미생물로의 수평적 유전자 이동에 대한 연구도 필요할 것으로 사료된다.
또한, 미세조류 등 미생물의 환경 노출에 의한 상위 포식자의 독성에 대한 연구는 거의 진행된 바가 없기 때문에 실험실 수준에서 포식자의 독성을 평가한 본 연구는 향후 미세조류 형질 전환체의 환경 위해성 평가 시 유용한 정보를 제공할 것으로 기대되며, 이러한 정보를 토대로 정확한 평가지침 마련이 이뤄져야 할 것으로 사료된다. 또한 수평적 유전자 전달의 경우 수 생태 또는 포식자의 소화관을 구성하는 다양한 미생물과의 상호작용에 대한 연구도 필요할 것으로 보이며, 특히 인간에게 유해한 병원성 미생물로의 수평적 유전자 전달에 대한 연구를 통해 국가적 차원에서 미세조류 형질 전환체에 대한 정확한 유해성 평가 지침을 마련해야 할 것으로 판단된다.
하지만, 현재 연구되고 있는 미세조류의 종이 상당히 다양할 뿐만 아니라 형질 전환체의 선별 표지인자의 종류 또한 다양하기 때문에 이를 효율적으로 모니터링하기 위한 기술들이 개발되어야 할 것이다. 또한, 미세조류 등 미생물의 환경 노출에 의한 상위 포식자의 독성에 대한 연구는 거의 진행된 바가 없기 때문에 실험실 수준에서 포식자의 독성을 평가한 본 연구는 향후 미세조류 형질 전환체의 환경 위해성 평가 시 유용한 정보를 제공할 것으로 기대되며, 이러한 정보를 토대로 정확한 평가지침 마련이 이뤄져야 할 것으로 사료된다. 또한 수평적 유전자 전달의 경우 수 생태 또는 포식자의 소화관을 구성하는 다양한 미생물과의 상호작용에 대한 연구도 필요할 것으로 보이며, 특히 인간에게 유해한 병원성 미생물로의 수평적 유전자 전달에 대한 연구를 통해 국가적 차원에서 미세조류 형질 전환체에 대한 정확한 유해성 평가 지침을 마련해야 할 것으로 판단된다.
이러한 사실은 미세조류 형질 전환체의 모니터링에 사용되는 최적화 배지를 검출하고자 하는 미세조류의 종류에 따라 선별하거나 보편적으로 검출 될 수 있는 미세조류 배지를 개발하여 다각화 할 필요성이 있다는 사실을 내포하고 있다. 또한, 이번 조사에 사용된 선별 인자인 Hygromycin 이외에도 Kanamycin, Zeocin, Norflurazon, G418, Nourseothricin 등의 선별인자들이 현재 미세조류 형질전환에 다양하게 활용되고 있을 뿐만 아니라 새로운 선별 인자 개발도 진행되고 있기 때문에, 현재 연구가 이뤄지고 있는 다양한 선별인자들을 활용하여 미세조류 형질 전환체를 모니터링 할 수 있는 방법이 강구되어야 할 것으로 사료된다.
이번 결과를 토대로 현재 조사지역 부근에서 미세조류 C. reinhardtii의 형질 전환체의 노출 관리는 잘 이루어지고 있다는 결론을 내릴 수 있었지만, 형질전환을 시도하고 있는 미세조류의 종류가 상당히 다양하고 사용되는 항생제 등의 선별인자들도 상당히 다양하기 때문에 정확한 모니터링을 위해서는 좀 더 다각화 된 접근이 필요할 것으로 사료된다.
하지만 단편적인 연구를 벗어나 장기 노출에 따른 생태변화 모니터링과 독성 영향을 줄 수 있는 인자들을 지속적으로 모니터링 할 필요가 있으며, 효율적인 모니터링 기술이 개발되어야 할 것으로 사료된다.
이러한 결과를 바탕으로 상위 포식자로의 수평적 유전자 이동은 발생하지 않는다는 결론을 도출할 수 있었다. 하지만, 좀 더 장기적인 연구를 통해서 수평적 유전자 이동이 발생하는지 여부를 판단할 필요가 있으며 정확한 평가에 대한 지침이 필요한 상황이다. 유전자의 수평적 이동에 의한 잠재적인 위해성은 그동안 지속적으로 논의되어 왔다 [40,41].
calyciflorus에 급성 독성과 수평적 유전자 전이 또한 나타나지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 하지만, 현재 연구되고 있는 미세조류의 종이 상당히 다양할 뿐만 아니라 형질 전환체의 선별 표지인자의 종류 또한 다양하기 때문에 이를 효율적으로 모니터링하기 위한 기술들이 개발되어야 할 것이다. 또한, 미세조류 등 미생물의 환경 노출에 의한 상위 포식자의 독성에 대한 연구는 거의 진행된 바가 없기 때문에 실험실 수준에서 포식자의 독성을 평가한 본 연구는 향후 미세조류 형질 전환체의 환경 위해성 평가 시 유용한 정보를 제공할 것으로 기대되며, 이러한 정보를 토대로 정확한 평가지침 마련이 이뤄져야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세조류란 무엇인가?	미세조류는 줄기, 잎, 뿌리가 명확히 구분되지 않는 엽상체 식물로 분류되며 대기 중 이산화탄소를 유기탄소로 전환시켜 탄소원을 전달해주는 먹이사슬의 제 1차 생산자로서 생태계의 중요한 역할을 담당한다. 미세조류는 육상식물에 비해 상대적으로 빠른 성장과 광생물 배양기(Photo-bioreactor) 및 옥외 배양시스템으로의 적용을 통한 바이오매스의 대량생산, 배양 환경 조건 변화를 통한 카로테노이드 등의 고부가 물질 생산 최적화와 더불어 대기 중 이산화탄소 감축효과 등 다양한 장점을 가지고 있기 때문에 최근 산업 및 연구적으로 많은 관심을 받고 있다 [1,2].
	형질전환 미세조류가 환경 위해성을 나타낼 수 있다고 생각하는 근거가 무엇인가?	[17]의 유전자 변형 미세조류 Acutodesmus dimorphus의 연구에서 지방산 조성과 green fluorescence protein (GFP)을 발현시킨 미세조류를 옥외에서 성공적으로 배양하였으며, 환경 노출 시 지역 호소의 생태계 구성에 큰 영향을 주지 않는 것을 확인한 바 있지만, 여전히 생태계 구성을 변화시킬 수 있는 잠재적인 환경 위해성은 제대로 평가되지 못하고 있다. 특히, 유전공학기술에 의해 형질 전환된 미세조류는 예상치 못한 대사물질을 생성할 수 있으며, 수생태계 먹이사슬에서 잠재적인 독성을 야기할 수 있다. 하지만, 잠재적인 독성에 대한 생태계 영향평가 연구는 거의 이뤄지지 않았다.
	미세조류가 최근 관심을 받는 이유는 무엇인가?	미세조류는 줄기, 잎, 뿌리가 명확히 구분되지 않는 엽상체 식물로 분류되며 대기 중 이산화탄소를 유기탄소로 전환시켜 탄소원을 전달해주는 먹이사슬의 제 1차 생산자로서 생태계의 중요한 역할을 담당한다. 미세조류는 육상식물에 비해 상대적으로 빠른 성장과 광생물 배양기(Photo-bioreactor) 및 옥외 배양시스템으로의 적용을 통한 바이오매스의 대량생산, 배양 환경 조건 변화를 통한 카로테노이드 등의 고부가 물질 생산 최적화와 더불어 대기 중 이산화탄소 감축효과 등 다양한 장점을 가지고 있기 때문에 최근 산업 및 연구적으로 많은 관심을 받고 있다 [1,2]. 실제 미세조류는 식품첨가물, 양식어종의 먹이생물 등 식품 및 수산업에서 활발히 활용되어 왔으며 향후 바이오연료, 오폐수 처리, 의약품, 농업 및 화장품 등 다양한 산업에도 적용이 가능할 것이라 예측되고 있다 [2-6].

참고문헌 (41)

Pulz, O. and Gross, W. 2004. Valuable products from biotechnology of microalgae. Appl. Microbiol. Biotechnol. 65(6), 635-648.

상세보기
Spolaore, P., Joannis-Cassan, C., Duran, E. and Isambert, A. 2006. Commercial applications of microalgae. J. Biosci. Bioeng. 101(2), 87-96.

상세보기
Abdel-Raouf, N., Al-Homaidan, A. A. and Ibraheem, I. B. M. 2012. Microalgae and wastewater treatment. Saudi J. Biol. Sci. 19(3), 257-275.

상세보기
Hemaiswarya, S., Raja, R., Kumar, R. R., Ganesan, V. and Anbazhagan, C. 2011. Microalgae: a sustainable feed source for aquaculture. World J. Microb. Biotechnol. 27(8), 1737-1746.

상세보기
Metting, B. 1990. Microalgae applications in agriculture. Dev. Ind. Microbiol. 31, 265-270.
Wijffels, R. H., Kruse, O. and Hellingwerf, K. J. 2013. Potential of industrial biotechnology with cyanobacteria and eukaaryotic microalgae. Curr. Opin. Biotech. 24(3), 405-413.

상세보기
Baek, K., Kim, D. H., Jeong, J., Sim, S. J., Melis, A., Kim, J. S., Jin, E. and Bae, S. 2016. DNA-free two-gene knockout in Chlamydomonas reinhardtii via CRISPR-Cas9 ribonucleoproteins. Sci. Rep. 6, 30620.

상세보기
Baek, K., Yu, J., Jeong, J., Sim, S. J., Bae, S. and Jin, E. 2018. Photoautotrophic production of macular pigment in a Chlamydomonas reinhardtii strain generated by using DNA-free CRISPR-Cas9 RNP-mediated mutagenesis. Biotechnol. Bioeng. 115(3), 719-728.

상세보기
Shin, S. E., Lim, J. M., Koh, H. G., Kim, E. K., Kang, N. K., Jeon, S., Kwon, S., Shin, W. S., Lee, B., Hwangbo, K. and Kim, J. 2016. CRISPR/Cas9-induced knockout and knock-in mutations in Chlamydomonas reinhardtii. Sci. Rep. 6, 27810.

상세보기
Tran, Q. G., Cho, K., Park, S. B., Kim, U., Lee, Y. J. and Kim, H. S. 2019a. Impairment of starch biosynthesis results in elevated oxidative stress and autophagy activity in Chlamydomonas reinhardtii. Sci. Rep. 9(1), 1-9.

상세보기
Tran, Q. G., Cho, K., Kim, U., Yun, J. H., Cho, D. H., Heo, J., Park, S. B., Kim, J. W., Lee, Y. J., Ramanan, R. and Kim, H. S. 2019b. Enhancement of ${\beta}$ -carotene production by regulating the autophagy-carotenoid biosynthesis seesaw in Chlamydomonas reinhardtii. Bioresour. Technol. 292, 121937.

상세보기
Hamilton, M. L., Haslam, R. P., Napier, J. A. and Sayanova, O. 2014. Metabolic engineering of Phaeodactylum tricornutum for the enhanced accumulation of omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids. Metab. Eng. 22, 3-9.

상세보기
Leon, R., Couso, I. and Fernandez, E. 2007. Metabolic engineering of ketocarotenoids biosynthesis in the unicelullar microalga Chlamydomonas reinhardtii. J. Biotechnol. 130(2), 143-152.

상세보기
Beacham, T. A., Sweet, J. B. and Allen, M. J. 2017. Large scale cultivation of genetically modified microalgae: A new era for environmental risk assessment. Algal Res. 25, 90-100.

상세보기
Glass, D. J. 2015. Government regulation of the uses of genetically modified algae and other microorganisms in biofuel and bio-based chemical production. In Algal Biorefineries. Springer, Cham, pp 23-60
Kumar, S. 2015. GM algae for biofuel production: biosafety and risk assessment. Collect. Biosaf. Rev. 9, 52-75.
Szyjka, S. J., Mandal, S., Schoepp, N. G., Tyler, B. M., Yohn, C. B., Poon, Y. S., Villareal, S., Burkart, M. D., Shurin, J. B. and Mayfield, S. P. 2017. Evaluation of phenotype stability and ecological risk of a genetically engineered alga in open pond production. Algal Res. 24, 378-386.

상세보기
Hwang, H. J., Kim, Y. T., Kang, N. S. and Han, J. W. 2018. A Simple Method for Removal of the Chlamydomonas reinhardtii Cell Wall Using a Commercially Available Subtilisin (Alcalase). J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 28(4), 169-178.

상세보기
Ladygin, V. G. and Boutanaev, A. M. 2002. Transformation of Chlamydomonas reinhardtii CW-15 with the hygromycin phosphotransferase gene as a selectable marker. Russian. J. Genet. 38(9), 1009-1014.
Wittkopp, T. M. 2018. Nuclear Transformation of Chlamydomonas reinhardtii by Electroporation. Bio-protocol. 8(9).

상세보기
Dunahay, T. G. 1993. Transformation of Chlamydomonas reinhardtii with silicon carbide whiskers. Biotechniques, 15(3), 452-5.

상세보기
EL-Sheekh, M. M., Almutairi, A. W. and Touliabah, H. E. 2019. Construction of a novel vector for the nuclear transformation of the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii and its stable expression. J. Taibah University Sci. 13(1), 529-535.

상세보기
Kumar, S. V., Misquitta, R. W., Reddy, V. S., Rao, B. J. and Rajam, M. V. 2004. Genetic transformation of the green alga-Chlamydomonas reinhardtii by Agrobacterium tumefaciens. Plant Sci. 166(3), 731-738.

상세보기
Talebi, A. F., Tohidfar, M., Tabatabaei, M., Bagheri, A., Mohsenpor, M. and Mohtashami, S. K. 2013. Genetic manipulation, a feasible tool to enhance unique characteristic of Chlorella vulgaris as a feedstock for biodiesel production. Mol. Biol. Rep. 40(7), 4421-4428.

상세보기
Chow, K. C. and Tung, W. L. 1999. Electrotransformation of Chlorella vulgaris. Plant Cell. Rep. 18(9), 778-780.

상세보기
Liu, L., Wang, Y., Zhang, Y., Chen, X., Zhang, P. and Ma, S. 2013. Development of a new method for genetic transformation of the green alga Chlorella ellipsoidea. Mol. Biotechnol. 54(2), 211-219.

상세보기
Steinbrenner, J. and Sandmann, G. 2006. Transformation of the green alga Haematococcus pluvialis with a phytoene desaturase for accelerated astaxanthin biosynthesis. Appl. Environ. Microbiol. 72(12), 7477-7484.

상세보기
Apt, K. E., Grossman, A. R. and Kroth-Pancic, P. G. 1996. Stable nuclear transformation of the diatom Phaeodactylum tricornutum. Mol. Gen. Genet. 252(5), 572-579.
Dunahay, T. G., Jarvis, E. E. and Roessler, P. G. 1995. Genetic transformation of the diatoms Cyclotella cryptica and Navicula saprophila. J. Phycol. 31(6), 1004-1012.

상세보기
Poulsen, N., Chesley, P. M. and Kroger, N. 2006. Molecular genetic manipulation of the diatom Thalassiosira pseudonana (bacillariophyceae) 1. J. Phycol. 42(5), 1059-1065.

상세보기
Te, M. R. and Miller, D. J. 1998. Genetic transformation of dinoflagellates (Amphidinium and Symbiodinium): expression of GUS in microalgae using heterologous promoter constructs. Plant J. 13(3), 427-435.

상세보기
Shin, W. S. 2018. Genetic modulation of light-harvesting complex in chlorella to improve photosynthetic efficiency and biomass productivity, Ph. D. Thesis in Korea Advanced Science and Technology (KAIST), Korea
Jeong, C. B., Lee, Y. H., Park, J. C., Kang, H. M., Hagiwara, A. and Lee, J. S. 2019. Effects of metal-polluted seawater on life parameters and the induction of oxidative stress in the marine rotifer Brachionus koreanus. Comp. Biochem. Physiol. C. 225, 108576.
Romero-Freire, A., Joonas, E., Muna, M., Cossu-Leguille, C., Vignati, D. A. L. and Giamberini, L. 2019. Assessment of the toxic effects of mixtures of three lanthanides (Ce, Gd, Lu) to aquatic biota. Sci. Total Environ. 661, 276-284.

상세보기
Saavedra, J., Stoll, S. and Slaveykova, V. I. 2019. Influence of nanoplastic surface charge on eco-corona formation, aggregation and toxicity to freshwater zooplankton. Environ. Pollut. 252, 715-722.

상세보기
Bhatti, F., Asad, S., Khan, Q. M., Mobeen, A., Iqbal, M. J. and Asif, M. 2019. Risk assessment of genetically modified sugarcane expressing AVP1 gene. Food Chem. Toxicol. 130, 267-275.

상세보기
Bertoni, G. and Marsan, P. A. 2005. Safety risks for animals fed genetic modified (GM) plants. Vetres. Commun. 29(2), 13-18.
Domingo, J.L. 2007. Toxicity studies of genetically modified plants: a review of the published literature. Crit. Rev. Food. Sci. 47(8), 721-733.

상세보기
Seralini, G. E., Cellier, D. and de Vendomois, J. S. 2007. New analysis of a rat feeding study with a genetically modified maize reveals signs of hepatorenal toxicity. Arch. Environ. Con. Tox. 52(4), 596-602.

상세보기
Gasson, M. J. 2000. Gene transfer from genetically modified food. Curr. Opin. Biotech. 11(5), 505-508.

상세보기
Thomson, J. A. 2001. Horizontal transfer of DNA from GM crops to bacteria and to mammalian cells. J. Food Sci. 66(2), 188-193.

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증