초록 ▼

연구의 목적 및 내용
난분해성 케라틴의 분해능을 지닌 초호열성 미생물의 생리학적 특성연구는 물론 차세대염기서열분석 및 액체크로마토그래피·질량분석기를 활용한 유전체, 전사체, 단백체 분석을 통하여 아직까지 밝혀지지 않은 분해기작을 이해하고자 함. 이를 통해, 난분해성 바이오매스의 활용을 위한 분해기작의 이해, 즉 케라틴 분해효소군의 동정 및 생·물리화학적 특성 연구를 수행함. 이를 통해 1) 환경문제를 야기하는 농축산 폐기물의 효율적인 처리 및 자원화기술, 2) 다양한 분해효소군을 활용한 혁신적인 효소생물전환기술, 3) 폐자원의

연구의 목적 및 내용
난분해성 케라틴의 분해능을 지닌 초호열성 미생물의 생리학적 특성연구는 물론 차세대염기서열분석 및 액체크로마토그래피·질량분석기를 활용한 유전체, 전사체, 단백체 분석을 통하여 아직까지 밝혀지지 않은 분해기작을 이해하고자 함. 이를 통해, 난분해성 바이오매스의 활용을 위한 분해기작의 이해, 즉 케라틴 분해효소군의 동정 및 생·물리화학적 특성 연구를 수행함. 이를 통해 1) 환경문제를 야기하는 농축산 폐기물의 효율적인 처리 및 자원화기술, 2) 다양한 분해효소군을 활용한 혁신적인 효소생물전환기술, 3) 폐자원의 고부가가치화(가축사료, 화장품, 생물연료, 의약품)를 위해 효소군의 용도별 포트폴리오화를 통한 원천기반기술을 제공하고자 함
○ 케라틴 분해능을 지닌 초호열균의 생리학적 특성 및 유전체·전사체·단백체 분석
·차세대염기분석(NGS)을 통한 분리된 미생물의 유전체정보 확보
·주요 영양원(질소·탄소원)별 혐기배양을 통한 미생물의 생리학적 특성 및 배양산물(유기산, 아미노산)분석을 통한 혐기발효조건 최적화
·배양조건별 RNA seq.을 통한 전사체 및 LC-MS/MS기반 단백체 분석을 통한 케라틴 분해효소군 규명
○ 혐기적 단백체 정제기술을 통한 케라틴 분해효소군의 분리 및 특성연구
·케라틴 분해효소군의 단백질 분해기작 및 정량적 분석을 위한 thiol-specific 형광물질을 활용한 케라틴분해활성 측정기술개발
·케라틴 분해효소군의 Blue-native PAGE를 활용한 혐기적 단백체 정제기술 확립
·효소활성기반 단백체분석을 통한 케라틴 분해효소군의 규명 및 분해기작연구
○ 합성생물학기반 재조합단백질 대량생산시스템 개발 및 효소기반 신규 생물전환공정 포트폴리오 구축
·합성생물학기반(Codon-optimization/t-RNA abundance/protein engineering 등) 발현최적화를 통한 케라틴 분해효소군의 재조합단백질 대량발현시스템 개발
·개발된 효소공정을 통한 폐자원바이오매스 처리기술 및 고부가가치 자원화 적용 분석

연구결과
○ (논문 및 특허) 매년 분야 상위 20% 학술지에 2건 이상 게재할 예정(총 3년간 상위 5% 학술지에 2건 이상, 20% 학술지에 5건 이상, 상위 50% 학술지에 2건 이상 게재하여 총 게재 수를 최소 9편 이상)이며, 특허는 각 각 용도특허 2건 및 조성물 특허를 1건 출원시켜 모두 등록시킬 예정임 (최소 1건 이상 국외특허등록)
○ (인력양성) 본 연구실에 연구교수 1명과 석사과정 2명은 2차년도에 각 각 대학교나 정부 출연연구소에 배출될 예정이며, 2명의 석사과정은 본 연구를 통해 국내 최고의 화장품 연구소에 취직을 할 예정임. 박사과정생은 국내 국책연구원에 채용되도록 유도할 계획임

연구결과의 활용계획
○ (학문) 케라틴 분해효소군의 규명은 기존 “목질계 바이오매스처리효소기술”에 상응하는 기술임. 특히, 본 과제에 적용될 난분해성 폐기산물 처리능을 지닌 극한미생물유래 단백체의 분리 및 효소탐색·적용기술은 농생명산업분야에 대표적 우수연구사례가 될 것임.
○ (기술) 본 효소전환공정은 농생명 산업 부산물의 효과적인 처리기술을 제공함은 물론, 친환경공정에 따른 설비투자비용감축, 농생명 산업의 안전성 확보 및 폐자원의 재활용 기회를 제공함. 또한 “바이오매스기반 고부가가치산물화”는 범세계적 연구정책과 부합되는 녹색바이오 대응기술로써 세계적인 농생명기술개발에 큰 파급효과가 기대됨.
○ (경제) 본 효소전환공정을 통하여 케라틴폐자원(폐깃털, 머리카락 등)의 기능성소재(필수아미노산 함유 고영양의 비료/사료 및 기능성 펩타이드)로의 고부가가치화에 활용되어 농생명산업의 부가적 경제수입창출의 기회를 제공함. 또한 다양한 케라틴 분해효소군은 신규효소시장 및 효소산업체(화장품, 환경, 식품 등)로 직접적인 해외수출진입이 가능함

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
This project aims to build on its foundation in enzyme technology in agricultural and environmental areas. Accordingly, keratinolytic enzymes from extremophiles will be studied using the NGS-aided technology. For the development of bioconversion process, we will examine and formu

Purpose&contents
This project aims to build on its foundation in enzyme technology in agricultural and environmental areas. Accordingly, keratinolytic enzymes from extremophiles will be studied using the NGS-aided technology. For the development of bioconversion process, we will examine and formulate the catalytic components for treatments of environmental pollution-causing agricultural biomass wastes. Thus, this platform technology will provide innovative biological solutions to industrial applications.
○ Physiological and multiomics-based analysis of a keratin degrading extremophile
· NGS-aided genome sequencing of a native feather degrading bacterium
· Physiological characterization of the anaerobe in various nutrient (N- or C-carbon source) and analysis of degradation products
· Transcriptomic analysis of cells grown in various culture media by RNA seq, followed by proteome analysis based on LC-MS/MS to indentify keratin degradation enzymes
○ Characterization of keratine degradation enzymes using anaerobic conditions
· Development of quantitative assay system using thiol-specific fluorescent dyes to study the mechanism of keratin degradation
· Purification of keratin degrading proteasome using Blue-native PAGE
· Monitoring keratinolytic enzymes by using activity-based proteome analysis ○ Development of a novel enzymatic bioconversion process
· Development of over-expression system for keratinolytic enzymes using synthetic biology approach (Codon-optimization/t-RNA abundance/protein engineering etc.)
· Application to treatment technology of feedstock-biomass and valuable resource by using developed enzyme process

Result
○ (Publication) For academic papers, two scientific paper per year will be published in field of the high impact journal (20%), and relevant patents applied to, resulting in a registered patent
○ (Training) From this project, a research professor and two master students will be expected to get permanent jobs (i.e., faculty positions at university or academic institute) in the second year. Also two current lab members will be planned to work for graduate schools and/or relevant private cosmetic company.

Expected Contribution
○ (Academia) Identification of keratin degrading enzymes is a technology comparable to the degradation mechanism of lignocellulosic biomass. In particular, this study will be a representative case study of extremophiles for the production of high value products from ‘non-degradable biomass waste.
○ (Technique) This ground-breaking enzymatic conversion will provide an eco-friendly process for agricultural industry as well as an economical polocy in our society. The "biomass-based high value-added products“ is well-matched with global environmental policy.
○ (Economy) This project will also provide an opportunity extra-wealth for the agriculture-industry in converting keratin-biomass (feather, hair etc.) into functional materials (high quality fertilizer containing essential amino acids or functional peptides)

(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 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 53
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 62
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 62
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 63
• 8. 참고문헌 ... 63
• 9. 연구성과 ... 66
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 74
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 74
• 12. 기타사항 ... 76
• [별첨1] 대 표 연 구 실 적 ... 77
• [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 91
• 끝페이지 ... 122