초록 ▼

Ⅱ. 연구개발의 배경, 목적 및 필요성
유전체 분야는 첨단생명공학기술을 활용한 생명자원의 확보와 활용에 관한 연구로서 미래성장가능성이 높은 분야중 하나이며 세계적으로 연구투자가 강화되는 추세임. 또한 생물의 기능과 정보를 활용하여 인류를 위한 유용물질과 서비스 등 다양한 부가가치를 생산하는 바이오산업의 규모는 2020년경에는 1,540억 달러 규모로 성장할 것으로 전망되며, 자원외교를 벌일 만큼 부존자원이 빈약한 우리나라는 생명공학과 바이오산업을 21세기 국가발전의 중요한 요체로 보고 제 1, 2차 생명공학육성기본계획을 수립

Ⅱ. 연구개발의 배경, 목적 및 필요성
유전체 분야는 첨단생명공학기술을 활용한 생명자원의 확보와 활용에 관한 연구로서 미래성장가능성이 높은 분야중 하나이며 세계적으로 연구투자가 강화되는 추세임. 또한 생물의 기능과 정보를 활용하여 인류를 위한 유용물질과 서비스 등 다양한 부가가치를 생산하는 바이오산업의 규모는 2020년경에는 1,540억 달러 규모로 성장할 것으로 전망되며, 자원외교를 벌일 만큼 부존자원이 빈약한 우리나라는 생명공학과 바이오산업을 21세기 국가발전의 중요한 요체로 보고 제 1, 2차 생명공학육성기본계획을 수립 함. 남극에는 약 7,200종의 동물과 300여종의 식물, 그리고 확인되지 않은 수만 종 이상의 미생물이 서식하는 등 극한환경에도 불구하고 높은 생물 다양성을 지니고 있으며, 오랜 기간 고립된 극한환경에서 적응해온 극지생물은 다양한 산업분야로의 활용성이 높은 생명자원의 보고임. 극지생물의 전사체·단백체·대사체 정보를 확보하고 해석함으로써 극지생물 특이적 유전자 확장·상실 및 환경에 의한 유전자 조절 등 극지생물의 적응 및 진화 이해 증진 가능함
극지 해양생물 및 미생물들은 척박한 환경 및 질병 등으로부터 자신을 보호하기 위하여 피부 및 내부의 장기에 다양한 유전적 특성을 진화시켜 왔으며, 이들의 생합성 경로를 파악하고, 다양한 산업 기술에 이용가능 함. 극지생물 특이적 유전자, 단백질, 대사산물 등은 수산업, 축산업, 농업, 원예기술혁신 미용, 의료 등 다양한 산업 분야로의 활용이 가능한 미래 자원으로써 그 활용 가치가 매우 큼. 또한 극지 미생물을 비롯한 미생물은 생태계에서 아주 중요한 역할을 하고 있는 생명체이며, 고부가가치 자원으로서 효소 단백질을 이용한 생명공학 산업(생리활성 물질, 백신, 농약, 동식물 성장 조절물질, 식품 첨가물, 환경정화제, 생활용품 등의 산업)에서는 핵심소재로 활용되고 있음. 이렇듯 무한한 산업적 활용가능성에도 불구하고, 배양이 되지 않는 극지 난배양성 미생물의 신규 유용 효소 개발 등 가치창출을 위해서 미생물군집의 유전체를 대상으로 하는 메타지놈 라이브러리가 이 한계를 극복할 수 있음

Ⅲ. 국내외 기술개발 현황
국외의 경우, JGI 오픈 유전체 데이터 리소스인 GOLD (Genome Online Database, https://gold.jgi.doe.gov)에 의하면, 2019년 11월 기준 37만 개 이상의 개체, 8만개이상의 Biosamples에 대해 32만 개 이상의 유전체 프로젝트 등록됨. 시퀀싱 기술의 발전과 함께 대규모 유전체 프로젝트들의 규모는 계속 확장되고 있으며, 기존의 척추동물 유전체프로젝트, 국제 무척추동물 유전체연합, 10000 식물 유전체 프로젝트, 5000 곤충 유전체프로젝트 등이 모두 협업하여 150만종에 달하는 진핵 생물 유전체 분석을 목표로 하는 ‘Earth BioGenome Project’ 가 시작됨. 그중 극지 유전체 분야는 남극 곤충의 유전체 서열이 해독된 이래로 총 8종의 극지생물 전장 유전체가 해독되었음. 효율적인 극지생물 연구를 수행하기 위하여 DNA bank 등과 같은 극지생물자원의 현지 외 보전(유전자 정보저장소)의 필요성 대두(Antarctic and Southern Ocean Science Horizon Scan Q.67) 됨. 국내의 경우, 포스트지놈 다부처 유전체사업(2014년 ∼ 2021년, 총사업비 5788억원)의 일환으로 동·식물, 미생물, 해양생물 대상 유전체사업이 고부가가치생명자원 개발을 목적으로 수행 됨.
신규 유용 유전자의 발굴 및 활용화 기술에 대한 연구사업으로서 미생물유전체활용기술개발사업 등의 연구과제에서 메타지놈 추출, 라이브러리 구축 기술 및 스크리닝 관련 기술등 확보 됨. 극지유전체 분야의 경우, 극지생물의 생명정보 분석은 극지연구소의 주도하에 진행 중에 있음. 남극생물 최초로 남극암치 전장유전체를 해독(2014) 이후 남극서식어류 3종의 유전체 해독을 성공적으로 수행, 특히 남극빙어(Antarctic Icefish)의 극한환경적응 기작을 규명(2019, Nature Ecology & Evolution)하였음, 그 밖에 극지 식물 유래 환경스트레스내성 유전자를 발굴하여 3종의 저온 및 건조 내성 작물 개발등 진행 중임

Ⅴ. 연구개발의 활용방안
학문적 파급 효과가 크고 산업적 활용 가능성이 높은 대상종을 우선 연구대상으로 선정하고 데이터를 선공개함으로써 다학제 연구 활성화와 연구소 전체의 연구 수월성 제고하여극지 생물의 생명 현상의 이해를 통한 새로운 생명 자원 개발 기반 자원 제공 예정임. 극지 생명현상의 이해와 해석 정보를 바탕으로 새로운 생명자원을 개발하기 위한 4차 산업혁명의 핵심 생물자원 정보 제공 가능. 한 환경 적응관련 핵심 유전자 형질전환 활용 시 국가적 이익 창출과 더불어 반복되는 저수온, 고수온, 적조 등의 급격한 환경변화로 인한 수산생물의 피해 저감을 통한 국내 수산양식산업 전반의 사회 문제 해결 가능하며, 우수유전형 및 표현형을 기반으로 한 핵심군집은 향후 수산 원예 등 육종 소재로 활용가능함.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

II. Purpose and Necessity of R&D
Development of useful genetic resources from polar organisms

III. Contents and Extent of R&D
○ High-quality genome data analysis from polar organisms
- High-quality genome data collection from polar higher organisms
- Securing Metagenomic Library o

II. Purpose and Necessity of R&D
Development of useful genetic resources from polar organisms

III. Contents and Extent of R&D
○ High-quality genome data analysis from polar organisms
- High-quality genome data collection from polar higher organisms
- Securing Metagenomic Library of Polar Environmental Specimens
○ Characterization of polar organisms through functional genetic analysis
- Functional protein identification by proteome analysis
- Analysis of protein signal transduction and biological function from proteome data
- Functional verification of target gene using heterologous gene expression
○ Development of useful genetic resource candidate
- Development of genome-based useful active protein and peptide
- Production of target gene over-expressed transformants and phenotype analysis
- Development of model transformants with useful target gene oriented from polar organisms

IV. R&D Results
○ High-quality genome data analysis from polar organisms
- High-quality genome data collection from polar higher organisms
- Development of polar genome database
○ Investigation of polar-specific environment adaptation mechanism from genome data analysis
- Analysis of polar organism-specific gene functions and verification of practical applicability
- Functional protein identification by proteome analysis
○ Development of useful genetic resource candidate
- Verification of active mechanisms of useful active proteins
- Exploring the technology of utilizing genetic resources from polar organisms

V. Application Plans of R&D Results
○ To lead the area of polar genome research as one of the world’s top research institute
○ Understanding of polar-specific environment adaptation mechanism and evolutional evidence for polar organisms
○ Application study such as transformants development using the genetic information obtained from polar-specific living mechanisms
○ International polar research collaborations with genome and proteome data through the polar bioinformatic hub-network system

(source : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 9
• 제 1 장. 서론 ... 10
• 제 1 절. 연구개발의 필요성 ... 10
• 제 2 절. 연구개발의 개요 ... 10
• 제 2 장. 국내외 기술 개발 현황 ... 12
• 제 1 절. 국내 동향 ... 12
• 제 2 절. 국외 동향 ... 13
• 제 3 절. 특허 분석 ... 15
• 제 3 장. 연구개발수행 내용 및 결과 ... 20
• 제 1 절. 연구개발의 목표 및 내용 ... 20
• 제 4 장. 연구개발목표 달성도 ... 105
• 1. 연구목표의 정상 추진 및 성과 우수성 ... 105
• 2. 정량적 연구성과 ... 120
• 3. KPDC 등록 이행실적 ... 125
• 4. 기타 성과 ... 127
• 5. 1단계 연구결과 (실적) ... 130
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획 ... 131
• 1. 연구결과의 활용방안 ... 131
• 2. 기대성과 및 파급효과 ... 132
• 제 6 장. 참고문헌 ... 135
• 끝페이지 ... 138