초록 ▼

연구의 목적 및 내용
세균의 항생제 저항성은 유전적 요인 이외에 물리적, 화학적으로 복잡한 다인자적인(multifactorial) 환경요인과 환경유래 화학물질에 의해 조절됨. 유전적·비유전적·환경적요인의 상호작용을 통한 세균의 항생제 작용기전 조절 연구를 목표로 함. 본 연구진에 의해 유전체 분석이 완료된 Acinetobacter. oleivorans DR1 균주를 포함한 Acinetobacter 속 세균들을 이용해 항생제 타깃 유전자의 저항성 기능과 비유전적 저항성 획득(persister cell) 발생 기작을 연구하며, 대

연구의 목적 및 내용
세균의 항생제 저항성은 유전적 요인 이외에 물리적, 화학적으로 복잡한 다인자적인(multifactorial) 환경요인과 환경유래 화학물질에 의해 조절됨. 유전적·비유전적·환경적요인의 상호작용을 통한 세균의 항생제 작용기전 조절 연구를 목표로 함. 본 연구진에 의해 유전체 분석이 완료된 Acinetobacter. oleivorans DR1 균주를 포함한 Acinetobacter 속 세균들을 이용해 항생제 타깃 유전자의 저항성 기능과 비유전적 저항성 획득(persister cell) 발생 기작을 연구하며, 대용량 전사체 비교분석을 통하여 항생제 저항관련 유전자의 탐색과 유전자의 세균 내의 역할을 구명하여 새로운 항생제 타깃 선발을 목표로 함. 혼합배양, 균체밀도 감지기작, indole등 대사조건에서 발생하는 신호물질의 항생제 저항성의 변화와 세포 작용기전을 이해하며, 최종적으로 환경 유래 세균에서의 항생제 저항성 기작에 대한 통합적인 네트워크를 규명하고 모델을 제시할 것임.
연구결과
본 연구팀은 항생제 타깃이 되는 유전자들의 돌연변이 발생과 저항성 유발하는 유전자 특성에 대한 연구와 더불어 비유전적·환경적 요소 측면의 항생제 저항성 기작 연구를 수행하였음. 1) 비병원성균을 포함한 네 가지 Acinetobacter 균주의 비교유전체 연구를 통해 Acinetobacter 속의 유전적 특징과 진화를 파악하여 심도있는 후속연구수행의 발판이 되었음. 2) 작용기전이 서로 다른 4가지 항생제의 대용량 전사체 비교분석으로 항생제 유도 스트레스에 기능하는 유전자를 선발하고 역할을 구명하였음. 3)활성슬러지로부터 새로운 항생제 저항성 플라스미드를 확보하여 세균내 도입 시 표현형 및 전사체 변화를 통하여 그 역할을 구명하였음. 4) 항생제 유발 산화적 스트레스에 의한 전사체 및 단백질체 분석을 통하여 OxyR, SoxR 등의 조절자의 역할을 연구하였고, 5)항생제 노출 시 산화적 스트레스에 대한 환경모델세균의 세포사멸 기작을 정립하여 새로운 항생제 타깃을 발굴에 학술적인 근거를 마련하였음. 6) 항생제 타깃 유전자의 돌연변이 및 persister형성이 저항성 획득에 미치는 영향을 연구하여 persister cell형성의 분자생물학적 기작을 수립하였음. 7) 균체밀도감지 (QS)의 조절을 받는 유전자를 확인하고, 이들의 항생제 스트레스 조건에서의 역할을 밝혔음. 또한 8) 혼합배양을 통한 균체밀도 신호물질의 생성과 분해에 따른 표현형 및 바이오필름 형성에 의한 항생제로부터의 보호 작용을 확인하였음. 9) 자연계에 존재하는 indole, oleanolic acid 등 natural compounds에 의한 세균의 표현형의 변화 및 세포영향 연구를 통하여 신호물질의 항생제 작용기전 조절을 확인하였음. 본 연구를 통하여 환경유래 Acinetobacter 세균의 비돌연변이성 항생제 저항성 기작을 Journal of Biological Chemistry 등 10편의 SCI 논문에 게재하여 항생제 내성 획득 기작의 통합적이고 포괄적인 이해에 기여하였음.
연구결과의 활용계획
1) 본 연구를 통해 발생한 오믹스기반 데이터는 다양한 기초, 응용 분야의 연구자들이 활용할 것으로 기대되고, 2) 구축된 데이터와 학술논문은 항생제 저항성에 대한 환경적,생리적, 유전적 측면을 총 망라하는 네트워크의 확립을 위한 중요한 자료가 될 것임. 3)기존에 연구되지 않았던 유전자들과 그 역할들을 밝혀 새로운 항생제 타깃의 발굴 및 질병 치료 등 새로운 항생제 개발을 위한 기초 데이터로 활용될 수 있으며, 4) 저항성유전자의 이동과 관련한 환경 문제 해결의 초석이 될 수 있음. 5) 새로운 항생제 검출리포터 균주 및 벡터 개발, 산업적으로 유용한 다양한 효소개발 등의 연구결과의 기술·산업적 응용이 기대됨. 연구 결과의 정립 및 연계를 위하여 “환경유래 신호물질에 의한 항생제 작용기전 변화 및 유전적 진화”를 후속 연구로 제시하여 세균의 항생제 작용기전 네트워크를 확립을 통한 지속적인 항생제 내성 문제를 체계적으로 해결할 수 있는 학술적인 근거를 제시하고자 함.

Abstract ▼

Purpose&contents
We aimed to investigate the mechanism of antibiotics resistance conferred by genetic, non-genetic, and environmental factors. Because antibiotics resistance in bacteria result from a complex interactions between physiochemical conditions and genetic factors. The regulation of the

Purpose&contents
We aimed to investigate the mechanism of antibiotics resistance conferred by genetic, non-genetic, and environmental factors. Because antibiotics resistance in bacteria result from a complex interactions between physiochemical conditions and genetic factors. The regulation of the target gene of antibiotics and the formation of persister cells were investigated in Acinetobacter oleivorans DR1, whose genome has been previously analyzed and other Acinetobacter species. Novel target genes were suggested via high-throughput transcriptomic analysis showing the function and interaction of the conventional antibiotics target genes. Finally, we will propose a systematic model with various aspects including the co-culture of multiple species,quorum sensing, signal molecules to reveal the antibiotics resistance in the natural environment-originated bacteria.
Result
We investigated the antibiotics resistance acquired from non-genetic factors and environmental interaction along with the mutation of the direct target genes and other genes indirectly related with the antibiotics resistance. 1) Comparative genomic analyses of 4 Acinetobacter species provided the genomic and evolutionary characteristics for following researches. 2) Comparative transcriptomic analyses revealed the mechanisms of the antibiotics resistance and the gene expression profiles from 4 different classes of antibiotics 3) A novel antibiotics resistance plasmid from activated sludge was obtained and its effect on the physiology and global gene expression was assessed. 4) The function of transcriptional regulator OxyR and SoxR was investigated via proteomic analyssis in the oxidative stress induced by antibiotics. 5) We suggested novel target genes for antibiotics and provided the evidence of antibiotics-induced oxidative stress as a cell death mechanism.
6) The effect of the mutation in the antibiotics target on the formation mechanism of the persister cells was evaluated. 7) The regulon of quorum sensing was newly discovered and their functions in the antibiotics condition was determined.8) Protection effect of biofilm against antibiotics was determined in the mixed-culture producing and degrading signal molecules.
9) Alteration of the antibiotic efficacy by natural compounds such as indole and oleanolic acid was investigated with the physiological and transcriptomic responses.The result of this study contributed to the integrated understanding of the antibiotics resistance by publishing 10 papers on many high-impact journals such as Journal of Biological Chemistry.
Expected Contribution
1) Many scientist from pure and applied scientific fileds would benefit from omics data from this study. 2) Published papers and data will be used as a valuable information for constructing the network models containing environmental, physiological, and genetic aspescts. 3) The list of previously not reported genes and their function suggested in this study will be used for establishing new target of antibiotics and disease therapy. 4) Essential information is provided for the spread of the antibiotics resistance in the natural environments. 5) From a industrial perspective, development of a new bioreporter to detect antibiotics and production of useful enzyme is expected. We proposed the “Alteration of the antibiotic mechanism and evolution by natural signal molecules” as a following research project to establish the antibiotics resistance network model and relieve the antibiotics resistance problem.

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 16
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 63
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 67
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 69
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 78
• 8. 참고문헌 ... 79
• 9. 연구성과 ... 80
• 10. 기타사항 ... 88
• 끝페이지 ... 104