초록 ▼

□ 연구개요
최근 미생물을 이용한 바이오-리파이너리 (Bio-refinery) 산업이 발달함에 따라 미생물을 통한 미해결 과제가 가능해짐. 특히, 유전자 재조합 기술 개발 이후 바이오산업은 의학, 식품, 섬유, 화학, 및 화장품산업를 포함하여 최근에는 신 재생 에너지기술로 각광 받고 있음. 그러나 미생물을 이용한 유용물질 생산과정에서 뒤따르는 목표물질의 세포내외 축적으로 인핸 세포 성장저해 및 생산성 저해는 여전히 해결해야 할 과제로 남아있음. 본 연구진은 위와 같은 문제의 해결을 위해 적응진화를 통해 생장저해 및 유용물질 생

□ 연구개요
최근 미생물을 이용한 바이오-리파이너리 (Bio-refinery) 산업이 발달함에 따라 미생물을 통한 미해결 과제가 가능해짐. 특히, 유전자 재조합 기술 개발 이후 바이오산업은 의학, 식품, 섬유, 화학, 및 화장품산업를 포함하여 최근에는 신 재생 에너지기술로 각광 받고 있음. 그러나 미생물을 이용한 유용물질 생산과정에서 뒤따르는 목표물질의 세포내외 축적으로 인핸 세포 성장저해 및 생산성 저해는 여전히 해결해야 할 과제로 남아있음. 본 연구진은 위와 같은 문제의 해결을 위해 적응진화를 통해 생장저해 및 유용물질 생산성 저해를 해결하고, 차세대 염기서열 분석을 통해 유전체 내 네트워크 변화 파악 및 검증을 실시함. 해당 정보의 조합을 통해 본 연구진은 고농도 바이오케미컬 생산 및 내성증대 미생물 개발을 최종적으로 실시하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 고농도/고산성 적응진화 균주 선별
본 연구진은 적응진화를 통해 모균주 대비 내산성/젖산생성능 모두가 증대된 적응진화 균주 10종 이상을 확보하였음.
2. 진화균주의 전체 유전자 서열 분석 (NGS-resequencing)
모균주 및 진화균주들의 전체 유전자 서열 분석을 실시하였으며, 기존 불완전하던 류코노스톡 메센테로이드스의 유전자 지도를 완성도 높게 제작하였음.
3. 지놈 엔지니어링 기술 개발 및 적용 가능성 검증
본 연구진은 모균주 내 지놈 엔지니어링을 시도하기 위해 다양한 분자생물학적 실험을 통해 최적의 플라즈미드 복제원점, 및 프로모터 시스템을 적용하고 검증하였음.
4. 고농도/고산성 적응진화 균주 최종 확보
본 연구진은 적응진화 실험을 통해 LMA-100A로부터 LMA-110A로 명명되는 최종 적응진화 균주를 확보하였음.
5. 진화균주의 전체 유전자 서열 및 유전자 네트워크 변화 분석 (NGS/RNA sequencing)
모균주를 포함, LMA-100A의 전체 유전자 서열을 비교 분석하여 내산성에 관여된 유전정보 변화를 파악하였으며, 전사체 분석을 통해 내산성/젖산생성능에 관여된 발현 네트워크 분석을 실시하고 실험적으로 검증하였음.
6. 지놈 엔지니어링을 통한 개별적 진화 유전자의 유효 인자 여부 검증
적응진화 균주 LMA-100A로부터 확보한 돌연변이 유전자 LexA repressor 및 Malonyl-coA transacylase)과발현을 통해 내산성을 검증하였음.
7. 그룹별 조합을 통한 고농도 바이오케미컬 생산 유전체 재설계
본 연구진이 확보한 분자생물학적 기법을 통해 모균주 내 지놈 엔지니어링을 진행, 모균주 내 덱스트란 수크레이즈 유전자를 불활성화 하였으며, 그룹별 엔지니어링을 통한 재조합 균주 확보중에 있음.
8. 유효 인자 검증을 통한 바이오케미컬 생산용 지표 유전체 데이터베이스 구축
전체 유전자 서열분석 및 유전자 네트워크 변화 분석을 통해 내산성/젖산생성능에 관여된 유효인자 데이터베이스를 구축하였으며, 개별 아미노산에 대한 분석실험을 통해 세포성장에 관한 데이터베이스를 구축 및 확보하였음.
9. 고농도 바이오케미컬 생산 및 내성 증대 미생물 개발
본 연구진은 최종 적응진화 실험을 통해 LMA-110A로 명명되는 균주를 최종적으로 스크리닝 하였으며 해당 균주는 모균주 대비 200% 이상의 내산성/젖산생성능이 증대 됨.

□ 연구개발결과의 중요성
환경적 중요성
- 본 연구를 통해 화학 산업으로부터 대두되는 여러 환경적 문제를 해결 할 수 있을 것으로 기대됨. 재생 가능한 바이오매스 자원을 통해 이산화탄소 절감 및 수질오염을 비롯한 각종 오염의 문제에서 자유로울 것으로 예상함.
산업적/경제적 중요성
-기존 모균주 대비 200% 이상 증대된 젖산 생성능으로 인해 화학합성을 충분히 대체 할 수 있을 것으로 예상함. 미생물을 발효주로 하는 것은 기술적 이점 뿐만아니라 경제적 측면에서도 경쟁력이 있음.
- 순수 D형 젖산만을 생성하기 때문에 화학합성 대비 분리/정제 공정이 용이함.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• (1) 미생물을 이용한 바이오 리파이너리 (Bio-refinery) 산업의 발달 및 미해결 과제 ... 5
• (2) 진화 공학 및 차세대 염기서열 분석법을 이용한 시스템 바이오 기술의 적용 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• (1) 고농도/고산성 적응진화 균주 선별 및 검증 ... 6
• (2) 진화 균주의 전체 유전자 서열 분석 (NGS-re-sequencing) ... 9
• (3) 지놈 엔지니어링 기술 개발 및 적용 가능성 검증 ... 11
• (4) 고농도/고산성 적응진화 균주 최종 확보 ... 12
• (5) 진화 균주의 전체 유전자 서열 및 유전자 네트워크 변화 분석 (NGS-re sequencing) ... 13
• (6) 모균주 및 적응진화 균주의 전사체 비교 (RNA sequencing) ... 14
• (7) 엔지니어링을 통한 개별적 진화 유전자의 유효 인자 여부 검증 ... 16
• (8) 진화 유전자의 그룹별 조합을 통한 고농도 바이오케미컬 생산용 유전체 재설계 ... 16
• (9) 유효 인자 검증을 통한 바이오케미컬 생산용 지표 유전체 데이터베이스 구축 ... 17
• (10) 고농도 바이오케미컬 생산 및 내성 증대 미생물 개발 ... 18
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• (1) 환경적 측면에서의 중요성 ... 19
• (2) 산업적 측면에서의 중요성 ... 19
• (3) 기술적 측면에서의 중요성 ... 19
• (4) 파급효과 ... 19
• (4) 기대효과 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 20
• 5. 연구성과 ... 21
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 32