환경미생물학에서의 PCR기술

소개글

환경미생물학에서의 PCR기술에 대한 보고서 자료입니다.

목차

시스템 미생물학: 현황 및 전망
1. 21세기 연구 패러다임: 시스템 생물학
2. 시스템 미생물학 연구개발 동향
1) 대장균 시스템 생물학
2) 효모 시스템 생물학
3) 기타 미생물 시스템 생물학 연구 동향
Helicobacter pylori
Lactic acid bacteria
Corynebacterium glutamicum
Streptomyces
Pseudomonas putida
Cyanobacteria
4. 국내 미생물 유전체 해독 및 기능유전체 연구 동향
5. 전망

본문내용

되어 있는 IntelliGeneTM CyanoChip (Takara Bio Inc., Japan)이 상용화되었으며 high light intensities, phosphate, nitrogen and sulphur 결핍에 따른 유전체 발현양상 분석 연구 등 다양한 배양 조건(http://microbiology.okstate.edu/faculty/burnap/)에 대한 전사체 분석 연구가 수행되었다. 다른 종의 남세균들, Nostoc sp. PCC 7120, Synechochococcus sp. WH8102, Prochlorococcus marionus MED4 등에 대한 DNA　마이크로어레이도 개발 중에 있다. 한편 마이크로어레이 기술을 이용하여 Midichip 등 남세균 동정 및 감지를 위한 진단용 어레이들도 개발되어 있다(Castiglioni et al., 2002; Taroncher-Oldenburg et al. 2003). 2DE, MALDI-TOF MS, ESI-MS/MS 등의 기술을 이용한 남세균 단백질체 분석 연구도 상당히 진행되어 2003년에만 13편 이상의 연구논문이 발표되었다(Burja et al, 2003). 특히 Synechocystis ssp. PCC 6803의 경우 단백질체 database (Cyano2Dbase)가 구축되어 있다(Kazusa DNA Research Institute, http://www.kazusa.or.jp/cyano/). 남세균 대상의 대사체 연구는 아직 본격적으로 진행되고 있지는 않지만, 유럽과 미국에서 대사체 관련 대형 연구 프로젝트를 구상되고 있으며, psychrophilic cyanobacteria에 대한 연구가 NSF 과제로 2004년부터 시작될 예정이다(Burja et al., 2003).
4. 국내 미생물 유전체 해독 및 기능유전체 연구 동향
최근 21세기 프런티어사업의 일환으로 시작된 유용미생물 유전체 활용기술개발사업을 주축으로 국내 미생물 관련 연구도 포스트 게놈 수준으로 발전하고 있다. 2002년까지 Helicobacter pylori, Zymononase mobilis 등을 포함하여 약 13 종 미생물 균주의 유전체 염기서열이 국내 연구진에 의해 해독되었고, 2003년에 Leuconostoc citruem과 Haghella chejuensis 2 종의 유전체 해독이 완성됨에 따라 공식적으로 15종 이상의 미생물 유전체 해독이 국내에서 수행된 상태이다(표 9).
미생물 기능 유전체 연구의 경우, E. coli를 대상으로 상당한 수준의 기능 유전체 연구가 다양한 방식으로 수행되고 있으며 일부 연구진에 의해서는 시스템 생물학적 접근도 시도되고 있다. 특히 기능유전체 연구방법을 활용한 생산 균주의 발효특성 연구, 대사흐름 분석 및 시뮬레이션 연구와 최소게놈구성 연구 등이 대학, 출연연, 기업 등에서 진행되고 있다. H. pylori의 경우에는 경상대 의대 등 의학계 쪽에서 주축이 되어 국내에서 분리한 균주의 genome sequencing이 이루어졌고 BK21 및 Frontier 사업, 소재은행 등을 통해 고유의 연구 기반 마련을 위한 노력이 경주되고 있으나, 아직은 발전의 소지가 많은 상황이다. 그 외 H. polymorpha, Z. mobilis 등을 대상으로 국내 자체 기술에 의해 DNA microarray chip이 개발되었으며 이를 활용한 총체적인 유전체 발현양상 분석 연구가 활발하게 진행되고 있다.
5. 전망
포스트 지놈시대로 들어서면서 각종 omics 기술을 사용하는 기능유전체학적 분석을 통해 도출되는 방대한 양의 생물정보를 총체적으로 통합하여 생명현상을 시스템 차원에서 해석하고자 하는 시스템 생물학은 생물학 외에도 컴퓨터학, 물리학 등 다양한 학제간의 융합연구 체제를 기반으로 생명공학 분야의 새로운 연구 패러다임으로 급부상하고 있다. 특히 근자에 와서 눈부시게 발달하고 있는 분석기술로 인해 대량으로 동시에 연구할 수 있는 환경이 조성됨에 따라 생명체 자체가 보유하고 있는 복잡성을 단편적인 생물학적 과정의 조합으로 인지하던 기존의 연구 방법에서 탈피하여 생명현상 전체를 하나의 통일된 시스템으로 조망하는 것이 가능해지고 있다.
미생물은 그 종과 성장환경의 다양성 그리고 구조와 기능의 상대적인 단순성으로 인해 고등생물체의 생명현상을 이해하는데 필요한 기반정보를 제공할 수 있는 모델생명체로서 시스템 생물학의 더할 나위없는 훌륭한 도구가 될 수 있다. 또한 미생물의 다양한 생리활성 및 기능을 활용하는 전통 미생물 산업에서부터 유전체 기능정보를 토대로 재설계된 지능형 미생물을 개발하여 활용하는 최첨단 생명공학 산업에 이르기까지 미생물이 차지하는 산업적 잠재성을 고려하면 미생물 대상의 시스템 생물학 연구에 대한 국가적 차원의 지원과 관심이 절대적으로 요구된다. 국내 미생물 연구는 균주육종, 발효공정 등에서 강점을 갖고 있고 게놈연구 및 전사체, 단백체 연구도 활성화되고 있지만 대사체 연구 및 모델링 연구는 아직 상대적으로 미약한 실정이다. 일부 미생물 균주를 대상으로 한 연구는 비록 다른 나라의 경우처럼 여러 연구팀간의 공조에 의해 체계적으로 추진되어 오지는 않았지만 부분적으로는 상당한 수준에 이른 것으로 판단된다. 따라서 국내 연구진의 강점을 살릴 수 있고 약점을 보완할 수 있는 방향 즉, i) 국내 생물산업에의 활용가치를 고려하여 균주 및 미생물 커뮤니티를 설정하고 ii) 집중적으로 연구할 대사경로 혹은 형질을 선택하여 iii) 국내 여러 연구팀간의 공조를 통해 중복을 피하고 효율을 극대화하며, iv) 적극적인 국제교류를 통해 유용 가능한 자원 및 정보를 확보하고 활용하는 방향의 대형 시스템 미생물학 연구 프로젝트의 발굴 및 지원이 필요하다고 사료된다.
미생물 유전체 해독을 통해 미생물이 지닌 무한한 자원 창고를 찾아 갈 수 있는 보물지도를 확보하였듯이, 시스템 미생물학 연구를 통해 궁극적으로 신기능 생체분자 개발, 네트워크 재설계, 세포 재설계 등 생체기능의 산업화와 실용화로 직접 연계되는 기술과 소재를 창출함으로써 미생물 보물창고를 열 수 있는 열쇠를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

키워드

환경미생물학,   PCR기술,   PCR