초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 기존 개발된 최소유전체 대장균 내에 크리스퍼 기술을 도입하여 다양한 외부 조건에 변화하거나 혹은 변화 하지 않는 필수 유전자 및 비필수 유전자를 규명하고, 이를 통해 대장균 내 불필요 유전자들을 편집함으로써 경량화 된 최소 유전체의 대장균을 개발하는 것이다. 추가로 이를 통해 바이오 생합성을 위한 시스템을 최 소유전체 대장균에 응용시켜 바이오 생산성을 높이는 것을 목표로 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도 목표대로, 대장균 유전체에 대해 CRISPRi 라이브러리를 제작하여, 다

□ 연구개요
본 연구는 기존 개발된 최소유전체 대장균 내에 크리스퍼 기술을 도입하여 다양한 외부 조건에 변화하거나 혹은 변화 하지 않는 필수 유전자 및 비필수 유전자를 규명하고, 이를 통해 대장균 내 불필요 유전자들을 편집함으로써 경량화 된 최소 유전체의 대장균을 개발하는 것이다. 추가로 이를 통해 바이오 생합성을 위한 시스템을 최 소유전체 대장균에 응용시켜 바이오 생산성을 높이는 것을 목표로 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도 목표대로, 대장균 유전체에 대해 CRISPRi 라이브러리를 제작하여, 다양한 생장조건, 즉, 3가지 성장단계 (Exponential, Early stationary, Stationary phase)와 함께 다양한 N-source, S-source, C-source 배지와 LB, TB 고영양배지, pH (6.0, 8.0), 고염도(NaCl), 혐기성(-O₂), Ethanol 조건에서의 각각의 생장을 측정하고, 최적화된 조건에서 최소유전체 eMS57 내의 sgRNA plasmid를 추출하였고, 여러 배양조건에 대한 RNA도 함께 추출하여 라이브러리를 제작하는데 목표를 달성하였다.
2차년도의 목표대로, 1차년도에서 얻은 라이브러리를 차세대 시퀀싱을 사용하여, 시퀀싱을 진행하였고, 생물정보학 기술을 사용하여, 기본 라이브러리 대비 각각의 조건에서 변화하는 sgRNA의 양적 변화를 수치로 계산하여, 이를 통해 유전자 필수도를 수치로 환원하여 필수유전자와 비필수 유전자들을 수치화 및 구분하였다.
3차년도 모든 조건에서 비필수도가 높은 유전자들을 선별하여, 이들의 유전자들의 저해 혹은 제거에 따른 바이오 생산성의 변화를 조사했다. 이를 위해, lycopene 과 violacein 생산을 위한 플라스미드를 제작하고, 이들의 생산성이 기존의 eMS57 보다 증가하는 결과를 도출하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
기존의 최소 유전체 eMS57은 대장균에서 다량의 유전체를 adaptive laboratory evolution (ALE) 기술을 사용하여, 자연적으로 최소한의 생존을 위한 유전자들을 포함하고 있다. 이미 많은 유전자들이 제거 되어 있기 때문에, 본 연구에서는 기존 경량화 된 최소 유전체의 대장균보다 더욱 바이오생산을 위해 개량된 유전체의 대장균을 개발하는 것을 목표로 하였다. 실제로 최소 유전체는 야생형 대장균에 비해, 성장속도가 외부 환경에 따라 민감하게 줄어드는 단점이 있는데, 특히 최소 유전체를 개량했던 조건이 아닌 다른 조건에서 이들의 성장속도가 느려지는 것으로 확인이 되었다. 본 연구에서는 다른 조건에서도 성장속도를 높일 수 있는 유전자를 찾고, 이를 제어함으로써 바이오물질의 생산에 도움이 됨을 확인하였다. 이를 통해 최소배지에서도 생장속도를 원하는 바이오물질 생산의 효율을 높일 수 있는 방법을 보여주어 다른 바이오물질의 생산을 높이는 응용도 가능할 것으로 예측할 수 있었다.
적은 수의 유전자로 구성된 최소 유전체는 보다 더 체계적으로 대사과정을 예측하고, 모델링하는데 유용하다는 장점을 가짐. 특히 본 연구에서는 기본적으로 최소 융전체를 기본으로 이에 대한 유전자 필수도를 계량 할 수 있다. 이를 통해, 모든 유전자에 대한 다양한 환경 조건에서의 유전자 필수도의 수치화는 대사과정을 더욱 더 가시적으로 볼 수 있을 뿐만 아니라, 대사과정의 효율성을 극대화 하는데 뒷받침 할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
적은 수의 유전자로 구성된 최소 유전체는 세포 자체도 최소화된 지놈 복제에 더 적은 에너지를 사용하게 되어, 불필요한 전사 및 번역 비용을 절약 할 수 있다. 기존의 최소 유전체 보다 세포의 분열 속도를 더욱 빠르게 함으로써, 바이오 산업에 응용시에 수율을 높여 줄 수 있다는 장점을 내포하고 있다. 또한 합성생물학적 입장에서도 다양한 프로모터, 코돈등의 변이가 간편해지기 때문에 다양한 목적에 따른 변형이 용이하다는 장점을 가지고 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 4
• 2) 연구개발의 필요성 ... 4
• 3) 필수 유전체 규명기술의 한계 ... 4
• 4) 가설 및 최종 목적 ... 4
• 5) 연구 개발 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1-1) 1차년도 연구개발 결과 ... 5
• 1-2) 2차년도 연구개발 결과 ... 7
• 1-3) 3차년도 연구개발 결과 ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 34