초록 ▼

□ 연구개요
(1) 남조류에 의한 녹조 발생, 사멸 과정에서 미생물 마이크로바이옴(microbiome)의 변화를 추적, 분석하여, (2) Microcystis 녹조를 결정짓는 주요 미생물 핵심종(keystone species)과 상호작용 기작을 네트워크 분석 통해 규명함. (3) 미세유체 시스템(microfluidic system)의 microdroplet 기술을 활용하여 미생물 핵심종을 분리, 배양함으로써 상호작용의 기작을 실험적으로 증명하고, (4) 인공지능 모델을 적용하여 미생물 마이크로바이옴 데이터에 기반한 녹조 발생

□ 연구개요
(1) 남조류에 의한 녹조 발생, 사멸 과정에서 미생물 마이크로바이옴(microbiome)의 변화를 추적, 분석하여, (2) Microcystis 녹조를 결정짓는 주요 미생물 핵심종(keystone species)과 상호작용 기작을 네트워크 분석 통해 규명함. (3) 미세유체 시스템(microfluidic system)의 microdroplet 기술을 활용하여 미생물 핵심종을 분리, 배양함으로써 상호작용의 기작을 실험적으로 증명하고, (4) 인공지능 모델을 적용하여 미생물 마이크로바이옴 데이터에 기반한 녹조 발생 예측모델을 개발함.

□ 연구 목표대비 연구결과
생물자원 확보: 미생물 1,000 strain 이상 확보(신종 10개 이상 보고)
- 미세유체 시스템을 이용한 미생물의 신속 분리법 개발
- 미생물 1,000 strain 이상 분리, 확보하였고, 특허 균주 및 신종 12종을 KCTC에 기탁 완료
- 미생물 분류 전문학술지 IJSEM에 신종 3종 게재 및 2종은 revision 중이며, 나머지 신종은 논문 작성 중

네트워크 구축: Microcystis와 미생물 상호작용 네트워크 2건 이상 구축
- 대청호와 낙동강의 각각 4지점, 3지점에서 마이크로바이옴 분석, MRAN 기법을 통해 대청호와 낙동강 수계 각각에 대한 상호작용 네트워크 2건 구축: 낙동강, Chun et al. (2019); 대청호, Chun et al. (2020)

상호작용 기작 규명: Microcystis와 미생물 간 상호작용의 메커니즘 3건 이상 제시
1) Pseudanabaena의 Microcystis에 대한 타감작용
2) Pseudanabaena 감염 바이러스 분리
3) Microcystis 살조 미생물 Paucibacter aquatile의 분리(Le et al. 2022) 및 살조물질 구조 규명(특허출원 10-2021-0132215)

인공지능 예측모델: 수역별 맞춤형 또는 알고리즘별 예측모델 개발
- 녹조발생 인공지능 예측모델 개발함
- 앙상블 예측 모델 현재 논문 작성중

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 연구결과를 통해 새롭게 알게 된 사실로 인해, 더 흥미로운 가설을 몇 가지 세울 수 있었으며, 이를 규명할 수 있는 과제를 추가로 신청하여 연구를 더 깊이있게 진행하고자 함. 이를 위해 후속과제를 신청하였으나 선정되지 못 하였고, 2022년 하반기 또는 2023년 상반기 중견연구에 신청하여 관련 연구를 지속하고자 함.
- 미세유체 시스템의 환경 및 생태연구에의 적용 가능성을 확인하였으며, 이를 보다 확대할 수 있는 방안을 모색하여 꾸준히 관련 연구를 진행하고자 함. NGS 연구의 한계를, 미세유체 시스템으로 극복할 수 있는 방안을 개발할 수 있는 연구과제도 향 후 수행하고자 함.
- 궁극적인 본 과제는 목표는, 녹조에 대한 이해를 높임으로써 녹조를 보다 효과적으로 제어하고자 하는 것이었음. 따라서 이러한 연구를 통해 기존 방법보다 경제적이고 효과적이며 이차오염 우려가 없는 새로운 제어기법을 개발할 수 있도록 꾸준히 노력하겠음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 필요성 ... 4
• 2) 최종목표 ... 4
• 3) 주요 가설 및 근거 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 현장 샘플링을 통한 미생물 자원 및 마이크로바이옴 데이터 확보 ... 6
• 2) Microcystis와 마이크로바이옴의 네트워크 분석 ... 6
• 3) 네트워크 핵심종의 주요 상호작용 기작 규명 ... 6
• 4) 녹조발생 예측 인공지능 모델 개발 ... 6
• 5) 평가의 착안점 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 30
• 끝페이지 ... 40