보고서 정보
주관연구기관 |
고려대학교 Korea University |
연구책임자 |
박우준
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201800003167 |
과제고유번호 |
1711037538 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-04-21
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키워드 |
항생제.균체밀도감지.보조제.전사체.슈도모나스.아시네토박터.호모세린 락톤.산화적 스트레스.생물막.Antibiotics.Quorum sensing.Adjuvant.Genomics.Pseudomonas.Acinetobacter.Homoserine lactone.Oxidative stress.Biofilm.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800003167 |
초록
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연구의 목적 및 내용
유전적 요인, 물리적, 화학적으로 복잡한 다인자적인 (multifactorial) 환경요인과 환경유래 화학물질에 의해 세균의 항생제 저항성이 조절됨. 유전적·비유전적·환경적 요인의 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 발생 기작을 연구하며, 대용량 전사체 비교분석을 통하여 항
연구의 목적 및 내용
유전적 요인, 물리적, 화학적으로 복잡한 다인자적인 (multifactorial) 환경요인과 환경유래 화학물질에 의해 세균의 항생제 저항성이 조절됨. 유전적·비유전적·환경적 요인의 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 발생 기작을 연구하며, 대용량 전사체 비교분석을 통하여 항생제 저항 관련 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 환경유래 신호물질 (쿼럼신호물질, 식물유래 호르몬, Mobile genetic elements 등)이 항생제 작용 기전에 미치는 영향에 대한 분자 생물적 연구를 진행하였음. 또한 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 cell 형성의 분자생물학적 기작을 수립하였음.
7) 균체밀도감지 (QS)의 조절을 받는 유전자를 확인하고, 이들의 항생제 스트레스 조건에서의 역할을 밝혔음. 또한 8) 자연계에 존재하는 indole, oleanolic acid 등 natural compounds에 의한 세균의 표현형의 변화 및 세포영향 연구를 통하여 신호물질의 항생제 작용기전 조절을 확인하였음. 본 연구를 통해서 지금까지 체계적으로 연구되지 않은 환경내의 다양한 신호물질들이 어떻게 기존 항생제 작용 기전을 변화시키는지에 대한 생리적, 유전적 요인을 분석하였음.
대표적인 신호물질인 AHL의 생성과 분해를 통한 세포내 항생제 작용기작 변화와 환경에 흔하게 존재하는 indole, iron 및 natural compounds의 항생제 저항성 획득 및 소실에 대한 역할을 전사체, 유전체 등의 오믹스기반 연구를 통하여 증명하였음. 이를 통해 실제 환경내의 다양한 신호물질과 항생제의 상호작용에 대한 이해를 위한 구체적인 과학적 근거를 제시하였음. 본 연구진은 세균의 산화적 스트레스 반응 및 항생제 저항성 기작과 관련하여 Journal of Biological Chemistry, Scientific reports 등의 다양한 저널들에 14편의 SCI 논문들을 게재하여 항생제 내성 획득 기작의 통합적이고 포괄적인 이해에 기여하였음.
연구결과의 활용계획
1) 본 연구 기간 동안 구축한 오믹스기반 실험 결과들은 다양한 기초, 응용 분야의 연구자들이 활용할 것으로 기대되고, Acinetobacter에서 연구되지 않았던 항생제 저항성 관련 유전자의 기능을 밝혀내고 산화적 스트레스 조절자 역할의 중요성의 인식을 제고할 것임. 2) 이와 관련한 학술논문은 항생제 저항성에 대한 환경적, 생리적, 유전적 측면을 총 망라하는 네트워크의 확립을 위한 중요한 자료가 될 것임. 3) 본 연구 결과들은 새로운 항생제 타깃의 발굴 및 질병 치료 등 새로운 항생제 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있으며, 4) 저항성 유전자의 이동과 관련한 환경 문제 해결의 초석이 될 수 있음. 5) 마지막으로 추후 새로운 항생제 검출 리포터 균주 및 벡터 개발, 산업적으로 유용한 다양한 효소개발 등의 연구결과의 기술·산업적 응용이 기대됨.
(출처 : 요약문 4p)
Abstract
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Purpose&contents
Antibiotics resistance is influenced by various factors which include genetic aspects, multifactorial environment, and chemicals derived from environment. Our research group’s purpose was to understand antibiotics resistance mechanism with the regard of interaction between inheri
Purpose&contents
Antibiotics resistance is influenced by various factors which include genetic aspects, multifactorial environment, and chemicals derived from environment. Our research group’s purpose was to understand antibiotics resistance mechanism with the regard of interaction between inheritable, non-inheritable, and environmental factors. The function of certain antibiotics resistance genes and non-inheritable resistance mechanisms were investigated with Acinetobacter genus including A. oleivorans DR1 whose genome has been completely sequenced. For the selection of noble antibiotics target, antibiotics resistance-related genes were searched and their role in bacteria were investigated by massive comparative genomic analysis. Effect of signaling molecules on alteration of antibiotics resistance and cell action mechanism during coculture, quorum sensing, indole metabolism was studied, and finally the integral network and model of antibiotics resistance mechanisms among environmental species were proposed.
Result
Our group proceeded molecular biological research on the influence of environmental signaling molecules on antibiotics action mechanisms. Mutation occurrence of antibiotics target genes and antibiotics resistance inducing genes were experimented and characterized together with non-inheritable and environmental factors of antibiotics resistance mechanism.
1) Through comparative genomics of four Acinetobacter strains including non-pathogens, genetic characteristics and evolution of genus Acinetobacter was understood and set the stage for in-depth succeeding studies. 2) Comparative transcriptome under the treatment of four different antibiotics with different action mechanisms was analyzed for the selection of antibiotics-induced stress response genes and their roles. 3) Noble antibiotics resistant plasmid from activated sludge was isolated and its role was identified by observing phenotypic and transcriptomic changes when transferred into bacteria. 4) By transcriptomic and proteomic analyses of antibiotics-induced oxidative stress, the role of regulators such as OxyR and SoxR was investigated. 5) Apoptosis action of model environmental bacteria under antibiotics exposed oxidative stress was established and provided scientific grounds for noble antibiotic targets. 6) How mutation and persister formation of antibiotics target gene affect in gaining antibiotics resistance was researched and molecular biological mechanism in persister formation was established. 7) Identification of the genes which are regulated by quorum sensing (QS), and their roles under antibiotics stress conditions were acknowledged. 8) Phenotypic change induced by natural compounds such as indole and oleanolic acid was experimented, which suggested effect of signaling molecules on antibiotics action mechanism. Alteration of conventional antibiotics action mechanisms by various natural signaling molecules has not been systematically established. To understand how these signals change action mechanisms of antibiotics, our group analyzed physiological and genetic factors involved in these changes. We focused on indole, and AHL as candidate compounds and their effects were studied via genomic, transcriptomic and proteomic approaches. A comprehensive interaction between various signaling molecules present in environment and antibiotics mechanism were provided. 14 SCI papers were published on various journals including Journal of Biological Chemistry and Scientific reports about bacterial oxidative stress response and antibiotics resistance mechanism.
Expected Contribution
1) We expect our omics-based experimental results would serve as a reference for both fundamental and applied fields of studies. Also, the antibiotics resistance involved genes of genus Acinetobacter is acknowledged for the first time and the importance of oxidative stress regulators will be announced. 2) Published scientific papers will offer essential data covering environmental, physiological, and genetic aspects of antibiotics resistance.
3) The results of our research will be utilized as essential scientific background for a new antibiotics development. 4) It would give clues in solving environmental problems related to antibiotics resistance gene transmission. 5) Lastly, future technological and industrial application is anticipated for the development of noble antibiotics detection reporter strains and vectors, together with industrially useful enzymes.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 42
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 46
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 48
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 54
- 8. 참고문헌 ... 55
- 9. 연구성과 ... 56
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 63
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 64
- 12. 기타사항 ... 66
- 별첨1 대표연구실적 ... 67
- 대 표 연 구 실 적 ... 67
- 대표적 연구실적 사본 ... 68
- 대 표 연 구 실 적 ... 70
- 대표적 연구실적 사본 ... 71
- 대 표 연 구 실 적 ... 72
- 대표적 연구실적 사본 ... 73
- 대 표 연 구 실 적 ... 74
- 대표적 연구실적 사본 ... 75
- 대 표 연 구 실 적 ... 77
- 대표적 연구실적 사본 ... 78
- 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 80
- 끝페이지 ... 93
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