초록 ▼

1. 연구개발 목표 및 내용
유전체 다양성 기반 메타지놈 탐색 및 세포공장(Cell Factory) 플랫폼 숙주의 유전체 해독 및 네트워크 분석을 통해 바이오에너지 및 바이오화학 소재 요소기술을 확보함
2. 연구 결과
● 세포공장 미생물의 유전체 해독 및 분석: 세포공장 대장균 3종, 식물유용세균 Paenibacillus polymyxa 유전체 완전 해독 및 막단백질 생산용 대장균 2종 resequencing과 Paenibacillus 2종 유전체 초안 작성
● 고초균 이용 리포펩티드 계열 항생제 고효율 생산을

1. 연구개발 목표 및 내용
유전체 다양성 기반 메타지놈 탐색 및 세포공장(Cell Factory) 플랫폼 숙주의 유전체 해독 및 네트워크 분석을 통해 바이오에너지 및 바이오화학 소재 요소기술을 확보함
2. 연구 결과
● 세포공장 미생물의 유전체 해독 및 분석: 세포공장 대장균 3종, 식물유용세균 Paenibacillus polymyxa 유전체 완전 해독 및 막단백질 생산용 대장균 2종 resequencing과 Paenibacillus 2종 유전체 초안 작성
● 고초균 이용 리포펩티드 계열 항생제 고효율 생산을 위한 대사회로 보완, 전사조절인자 유전자 제어 및 배지 개선
● 고초균 세포공장을 이용한 고효율 단백질 생산 시스템 구축
● 대장균의 ncRNA 라이브러리 제작 및 biofilm 형성 효과에 미치는 영향 분석
● 다양한 갯벌/퇴비 환경으로부터 메타게놈 라이브러리를 확보하고, lipase/esterase 활성을 보이는 클론의 확보
● 육상 식물 및 해조류 유래 다당류 분해능을 지닌 신규 해양 미생물 분리
● 퇴비 메타게놈 유래 esterase EH112의 삼차알코올 합성 가능성 확인 및 esterase112(Est112)의 삼차 입체 구조 결정
● 유전체 정보 DB 구축을 위한 유전체 지도 작성 프로그램 및 셀룰라제 DB 파싱 프로그램 개발 및 등록
3. 기대효과 및 활용방안
유전체/메타유전체의 대량 탐색을 통한 탄수화물․지질관련 효소자원 및 바이오합성 소재 요소 기술을 확보하고, 오믹스/시스템적 분석을 통하여 고효율 맞춤형 플랫폼 세포공장의 개발을 위한 기반 기술(단백질 고효율 합성 및 분비, 이차대사물 합성능 증대, 스트레스 대처 및 ncRNA 활용기술)을 제공하며, 다양한 형태의 유전체․메타지놈․오믹스 데이터의 통합 정보화 시스템 구축을 통한 데이터 분석 및 고도 분석용 신규 통계학적 방법 및 알고리즘 개발에 적용

Abstract ▼

To produce high-value biological products such as enzymes, pharmaceuticals, fine chemicals, and biofuels from renewable feedstocks, microbial cell factory technology that incorporates conventional genetic engineering tools and '-omics' analyses is being explored. Genome information serves basic know

To produce high-value biological products such as enzymes, pharmaceuticals, fine chemicals, and biofuels from renewable feedstocks, microbial cell factory technology that incorporates conventional genetic engineering tools and '-omics' analyses is being explored. Genome information serves basic knowledge for designing and re-engineering microbial cell factories. Moreover, metagenomic research becomes more important for prospecting for novel bioparts that can be used for implementation of custom-designed microbes. Here we present the results that integrate multiple genome-scale measurements to develop the microbial cell factory technology. First, complete genome sequences of industrial E. coli strains W and B, and that of a plant growth-promiting rhizobacterium Paenibacillus polymyxa were determined. Whole-genome resequencing of two E. coli strains that are used for the production of membrane proteins and draft genome sequencing of two other Paenibacillus strains were also performed. In the second part of this study, using omics knowledge and systematic approach, we have created platform host cells and production systems through systematic approaches based on omics data. These include Bacillus strains for high-level protein expression and heterologous production of lipopeptide antibiotics. In order to construct robust E. coli hosts, a series of transcriptomic/proteomic analyses was conducted under thermal or butanol stress, and protease treatment. For genome-level cellular control, an ncRNA library from E. coli was constructed and their effects on biofilm formation were investigated. Third, a workflow for metagenome library construction from ocean sample and a high-throughput analysis pipeline as well as prokaryotic genome mapping software and cellulase database were built. From metagenomic libraries constructed from compost and sea tidal flat, several fosmid clones exhibiting esterase and lipase activity were identified. The esterase clone of EH112 from compost metagenome library was chosen for further biochemical characterizations and three-dimensional structure-based analysis. In summary, a pipelined research workflow from genomic or metagenomic resource, via in silico analysis and in-depth characterization to re-engineering bacterial hosts, will contribute to establish a sustainable, low-carbon economy.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 초록 ... 4
• 요 약 문 ... 5
• S U M M A R Y ... 8
• C O N T E N T S ... 10
• 목 차 ... 11
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 12
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 12
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 13
• 제 3 절 연구개발의 범위 ... 14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제 1 절 국외 기술개발 현황 ... 16
• 제 2 절 국내 기술개발 현황 ... 21
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 23
• 제 1 절 세포공장 미생물의 유전체 정보 분석 ... 23
• 제 2 절 세포공장의 오믹스/시스템 분석을 통한 고효율 맞춤형 플랫폼 숙주 및 시스템 개발 ... 29
• 제 3 절 다양한 타겟 환경으로부터 유전체/메타유전체 자원 확보 및 미생물군 기능/특성 분석 ... 45
• 제 4 절 메타지놈 유래 유전자의 유용성 검증 및 특성 분석 ... 52
• 제 5 절 메타지놈 정보 및 유전자 회로 분석 도구 개발 ... 62
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 65
• 제 1 절 연차별 연구개발목표, 내용 및 달성도 ... 65
• 제 2 절 관련 분야에의 기여도 ... 69
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 70
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 72
• 제 7 장 참고문헌 ... 75