초록 ▼

연구의 목적 및 내용
유전자 교환 및 이동은 세균들이 새로이 주어진 환경에 적응하기 위한 기능성을 획득할 수 있는 수단을 제공하며, 이는 세균들이 약제 저항성 유전자 및 병독성 인자를 전달하는 주요한 메커니즘이 된다고 알려져 있다. 군집 유전체의 유전자를 해독하여 유전물질 교환등의 상호작용을 총체적으로 분석할 수 있는 메타지노믹스 기반 생물정보 시스템의 개발이 필요하다.
본 연구는 이동된 유전자를 동정하기 위해 두 가지 접근방법을 활용한다. 첫 번째 접근 방법은 외부 유전자의 시퀀스 혹은 특성을 이용하는 것이다. 두 번째

연구의 목적 및 내용
유전자 교환 및 이동은 세균들이 새로이 주어진 환경에 적응하기 위한 기능성을 획득할 수 있는 수단을 제공하며, 이는 세균들이 약제 저항성 유전자 및 병독성 인자를 전달하는 주요한 메커니즘이 된다고 알려져 있다. 군집 유전체의 유전자를 해독하여 유전물질 교환등의 상호작용을 총체적으로 분석할 수 있는 메타지노믹스 기반 생물정보 시스템의 개발이 필요하다.
본 연구는 이동된 유전자를 동정하기 위해 두 가지 접근방법을 활용한다. 첫 번째 접근 방법은 외부 유전자의 시퀀스 혹은 특성을 이용하는 것이다. 두 번째 접근 방법은 매우 가까운 종의 유전자 중심 시퀀스 유사도 비교를 통해 균주 특이 유전자를 찾는 메소드를 개발하는 것이다. 세균 종별, 속별 표준유전체를 기반으로 코어 유전자 및 부속 유전자를 동정하고 부속 유전자 동정 및 특성 규명을 위한 방법 개발한다. 메타지노믹스 기반 세균 군집 유전체 데이터를 이용하여 유전물질 교환으로 인해 이동된 외부 유전자를 동정한다. 해독한 유전체로부터 확립된 모델을 이용하여 세균 군집 유전체로부터 외부 유전자를 동정한다.

연구결과
본 연구에서는 이동된 유전자의 동정 및 특징 분석을 위해 비교유전체학의 방법을 적용하여 세균 종별, 속별 표준유전체로부터 코어 유전자 및 부속 유전자를 동정하고 그들의 특성을 규명하는 생물정보학 연구 방법을 개발하고 이를 다양한 세균 종과 마이크로비옴 데이터에 적용하였다. 특정 세균 종의 균주 유전자 클러스터링을 통해 코어 유전자 및 부속 유전자를 정의하였다. 코어 유전자는 마이크로비옴 데이터에 존재하는 특정 세균종의 동정을 위해서 활용되어질수 있다. 이는 현재 마커 유전자를 이용한 세균종 동정의 한계점을 극복할 수 있는 효율적인 방법이 될 수 있다. 결과 분석에 의하면, 코어유전자와 부속 유전자는 매우 다른 유전체 시퀀스 패턴을 보이며 유전자의 기능 분석을 통해서 서로 다른 기능이 차등 존재함을 보였다. 유전자 이동의 중요한 결과로 알려진 항생제 내성 유전자를 마이크로비옴 데이터로부터 동정하는 분석 방법도 개발하였으며 관련 데이터베이스를 구축, 활용하여 분석을 진행하였다. 항생제 내성 유전자를 분류하여 데이터베이스로 저장하고 시퀀스 유사도 서치를 통해 항생제 내성 유전자를 발견하고, 환경 및 세균종과의 연관 관계를 분석하였다. 또한 내성 유전자의 이동에 직접 관련된 유전자의 서치를 통해 유전자 이동에 대한 부가적인 정보를 제공하였다. 이러한 유전자들과 관련된 세균과 마이크로비옴내의 세균 구성을 비교하기 위하여 마커 유전자를 이용한 세균총 분석과 코어 유전자를 이용한 세균총 분석 방법도 효율적으로 사용하여 분석을 진행하였다.

연구결과의 활용계획
본 연구에서 제시하는 방법론과 그에 기반한 예측시스템은 유전자 이동을 발견하는 연구분야에 새로운 방향을 제시할 수 있다. 특정 환경, 특히 국내 고유 환경 (예를 들어, 한국인 특이 식생활로 인한 장내 환경이나 한국 농업환경에서 주로 사용하는 특정 사료로 사육한 가축)에서 수집된 세균 군집에 존재하는 병원균 동정 및 유전 물질 교환 결과를 분석하고, 그 결과를 데이터베이스로 구축하여 향후 관련 연구에 적극적으로 활용할 수 있다. 본 과제를 통해 구축하는 생물정보 시스템은 세균의 유전물질 교환을 통해 이동하는 항생제 내성 유전자나 병독성 인자를 예측하는데 도움을 줄 수 있다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
Horizontal gene transfer allows bacteria to adapt new environments by exchanging genetic materials. Through horizontal gene transfer, microorganisms also gain antibiotic-resistance genes and virulence factors. It is crucial to identify horizontal gene transfer and genetic altera

Purpose& contents
Horizontal gene transfer allows bacteria to adapt new environments by exchanging genetic materials. Through horizontal gene transfer, microorganisms also gain antibiotic-resistance genes and virulence factors. It is crucial to identify horizontal gene transfer and genetic alteration within specific microbial communities within hosts. We will develop bioinformatics systems that can analyze metagenomic data to sharpen our understanding of the mechanisms of horizontal gene transfer and the role of mobile genetic elements within pathogens.

Result
In this study, we have developed bioinformatics research methods that identify core genes and strain-specific genes from bacterial species by applying comparative genomics. Inaddition,the core genes and strains-specific genes were characterizied from individual bacterial genomes and microbiome data. Core genes and accessory genes were defined through gene clustering of strains of certain bacterial species. Core genes can be used to identify specific bacterial species present in microbiome data. This can be an effective way to overcome the limitations of identification of bacterium species using marker genes at present. Results showed that the core genes and the accessory genes exhibit a very different genetic sequence patterns and that there is a difference in the function of the genes through functional analysis. We also developed an analytical method for identifying antibiotic resistance gene, which is known to be an important result of gene transfer from microbiome data. Antibiotic resistance genes were classified and stored in a database. Antibiotic resistance genes were found through sequence similarity search, and the relationship between them and environmental and bacterial species was analyzed. We also provided additional information on gene transfer through the search for genes directly involved in the transfer of resistant genes. In order to compare bacterial composition with microorganisms related to these genes, analysis of bacterial composition using marker genes and using core genes was also conducted.

Expected Contribution
The method proposed in this study and the analysis system are expected to be able to present a new direction to research field that finds the result from horizontal gene transfer. This method can be applied to find pathogen and genetic material exchange in bacterial communities. We will contribute to the subsequent research by making it possible to construct the database and actively utilize it in future research. The bioinformatics system constructed through this project can help to predict the antibiotic resistance genes or virulence factors that migrate through bacterial genetic material exchange.

(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 ... 11
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 11
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 12
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 13
• 8. 참고문헌 ... 13
• 9. 연구성과 ... 14
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 19
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 19
• 12. 기타사항 ... 21
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 22
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 37
• 끝페이지 ... 40