초록 ▼

본 연구는 1 단계 연구를 통해 유전공학적으로 변형된 형광/발광 세포를 이용한 환경 바이오센서 개발의 체계성과 가능성을 제시하였고 독성 유전체 연구결과를 기반으로한 새로운 세포 제작 연구가 이루어 졌다. 연구 성과 중 특이할 만한 성과는 다음과 같다.
- 여러 종류의 새로운 재조합 형광/발광 세포를 개발하여 환경 바이오센서 응용연구의 기틀을 마련하였다. 이들 세포를 이용하여 다이옥신, 환경 호르몬 등 환경 유해 물질 112종을 선정하여 그 독성을 스크리닝하고 이를 DB로 구축하여 홈페이지에 공개하였다.
- 환경 바이오센서

본 연구는 1 단계 연구를 통해 유전공학적으로 변형된 형광/발광 세포를 이용한 환경 바이오센서 개발의 체계성과 가능성을 제시하였고 독성 유전체 연구결과를 기반으로한 새로운 세포 제작 연구가 이루어 졌다. 연구 성과 중 특이할 만한 성과는 다음과 같다.
- 여러 종류의 새로운 재조합 형광/발광 세포를 개발하여 환경 바이오센서 응용연구의 기틀을 마련하였다. 이들 세포를 이용하여 다이옥신, 환경 호르몬 등 환경 유해 물질 112종을 선정하여 그 독성을 스크리닝하고 이를 DB로 구축하여 홈페이지에 공개하였다.
- 환경 바이오센서의 세분화 연구를 통해 수질뿐만 아니라 다양할 성상의 환경 매체에 응용가능한 환경 바이오센서의 개발에 필요한 기반확립과 체계 구축이 만료되었다. 특히 환경 유해 물질을 측정하기 위해 세포의 고정화라는 새로운 개념의 센서화 기법을 도입하여 여러 환경 매체의 독성 측정을 위하여 활용될 수 있는 최적 탐지 조건을 확립하였다. 개발된 바이오센서의 활용 검증을 위해 기존의 독성 bioassay 기법(물벼룩, 물고기)과의 비교 연구를 실시하여 실제활용 가능성이 높음을 확인하였다.
- 토양 바이오센서의 경우 화학물질의 구조(PAHs)에 따라 독성 판별 가능 여부가 결정된다는 것을 규명하였다.
- 세포 제작을 위한 유전자 스크리닝 연구를 위해 유전자 칩을 활용하는 연구를 수행 중에 있으며 특히 송사리 유전자 칩을 자체적으로 개발하여 독성 유전체 연구에 활용 하고 있고, 특히 환경 독성 및 유해성 평가를 위한 새로운 방법론을 제시할 수 있을 것으로 사료되는 등 수중생태계 연구에 다양하게 응용될 수 있어 상당한 파급효과를 거둘 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼

This summary presents the work done in the Environmental Biotechnology Laboratory(EBL), including the development of environmental biosensors, through the use of recombinant techniques and the genes for bioluminescence and fluorescence, and the use of toxicogenomic studies to map out the genome-wide

This summary presents the work done in the Environmental Biotechnology Laboratory(EBL), including the development of environmental biosensors, through the use of recombinant techniques and the genes for bioluminescence and fluorescence, and the use of toxicogenomic studies to map out the genome-wide responses and aid in the construction of new sensors for specific toxicants. Therefore, the first step is to archive the research and the outstanding results of our studies.
EBL is setting the standard in the practical research of environmental biosensors, due in part to its development of several new recombinant bioluminescence/fluorescent cells. All studies inclusive, a total of more than 112 different environmental toxicants, including dioxins and endocrine disrupting chemicals, have been characterized and screened according to their toxicity profile. Furthermore, the results have been compiled in a database and are available to the public on our homepage.
Although many of existing environment-monitoring systems concentrate on aquatic systems, fundamental research on and the development of assays that can be applied to a variety of environmental situations has been a focus within EBL. From this focus, novel immobilized biosensors have been developed to assess the toxicity present within different environmental spheres, including a gas toxicity and soil toxicity bacterial sensor. In addition, a new high-throughput biosensor array was developed that is capable of both measuring and reporting on a water sample′s toxicity as well as providing a ′toxicity fingerprint′ of the sample based upon the responses of the different strains that are included in the array.
Furthermore, to demonstrate that the responses of the biosensors developed within EBL are comparable with existing toxicity bioassay methods, such as the daphnia and fish bioassays, a comparative study was performed. Based upon this comparison, it was found that the bacterial biosensors respond similarly and, thus, offer a practical applicability due to their lower time requirement and cost effectiveness. Furthermore, using the soil biosensor, the toxicity of several PAHs were reliably predicted based on their chemical structure, demonstrating the potential application and specificity of this sensor.
An on-going study within EBL is the practical use of gene chip technologies for gene screening and biosensor construction is also being performed. From this study, a Medaka functional gene chip was developed and used in a toxicogenomic study with endocrine disrupting chemicals. Based upon the results from this study and others done with bacterial gene chips, some of the potential applications of similar methodologies include environmental toxicity and risk assessment since the expression of certain genes would be indicative that the organism is experiencing a certain stress or toxic response.
The results presented in this summary have been published in numerous SCI journals that are recognized internationally. Furthermore, the "1st International Environmental Biosensor and Gene Chip Symposium" was held at K-JIST in 2002. Through this symposium, every effort was made to help and present the research trends in environmental biosensor development, both domestically and internationally, and introduce and discuss the environmental biosensors, techniques and ideas that EBL possesses with related scientists and researchers.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...12
• 1 절 연구개발의 목적...12
• 가. 기술의 개요...12
• 나. 해결하고자 하는 문제점...12
• 다. 연구 개발 목표...13
• 라. 기술의 특성...13
• 2 절 연구개발의 필요성...16
• 가. 연구개발의 경제ㆍ사회ㆍ기술적 중요성...16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...18
• 1 절 국외의 기술동향...18
• 가. 미국...18
• 나. 독일, 영국등의 유럽지역...18
• 다. 일본...19
• 2절 국내ㆍ외 타 연구기관...21
• 가. 국내외 환경 바이오모니터링 실태...21
• 나. 국내 연구기관 연구 실적...21
• 3절 앞으로의 전망...23
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과...24
• 1절 연구범위 및 연구수행 방법...24
• 가. 다양한 형태의 환경 바이오센서 연구내용의 세분화 확립 연구...24
• 나. 수질, 토양, 대기 오염 및 환경 호르몬으로 인해 유발되는 문제점에 대한 특성별 자료 분석 및 환경산업에의 적용 타당성 확립 연구...36
• 다. 유해화학물질에 특이하게 반응하는 새로운 유전자 시스템 선별...46
• 2절 연구수행 내용 및 결과...51
• 가. 다양한 형태의 환경 바이오센서 연구내용의 세분화 확립 연구 결과...51
• 나. 수질, 토양 오염 및 환경 호르몬으로 인해 유발되는 문제점에 대한 특성별 자료 분석 및 환경산업에의 적용 타당성 확립 연구 결과...68
• 다. 유해화학물질에 특이하게 반응하는 새로운 유전자 시스템 선별 연구 결과...87
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...100
• 1 절 주요연구개발결과...100
• 가. 계획대비 달성도...100
• 나. 주요연구 결과...101
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...109
• 1 절 활용방안...109
• 2 절 2단계 연구개발의 필요성...109
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...111
• 제 7 장 참고문헌...113