| 초록 |
□연구개요 본 연구는 미생물의 탄소대사에 대한 중요한 의문인 (1) 무엇이 당(Sugar)의 선호도를 결정하는가? (2) 당수송이 하위대사산물(유기산)의 생성을 어떻게 조절하는가?에 대한 구체적인 해답을 찾아, 최신 시스템생물학 기술을 이용하여, 혐기대사 시스템에서 미생물의 여러 가지 당에 대한 선호 순서, 당수송과 발효대사가 어떻게 서로 맞물려서 정교하게 조절되는 지에 대한 기작을 규명하고, 이를 이용하여 식품발효, 대사공학, 나아가 장내혐기미생물군집(Microbiome)제어에도 이용할 수 있는 새로운 미생물대사제어기술을 개발하는데 있음. □연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 혐기조건에서 탄소원의 선호도를 규명하였음. 호기조건에서는 포도당의 유무에 따라서 당선호도가 달라졌지만 혐기조건에서는 포도당의 유무에 따른 당선호도의 차이가 없는 것으로 확인되었음. 또한 포도당 특이적인 수송계 유전자 결실 돌연변이 균주의 적응진화를 통해서 균주의 성장이 빨라지고 숙신산을 과량생산하는 적응진화 균주를 얻을 수 있었음. 적응진화 균주의 유전체 분석을 통해서 non-PTS 수송계인 ExuT 의 전사조절인자인 exuR 유전자의 돌연변이를 확인하였고, 돌연변이로 인하여 ExuR 전사조절인자의 기능상실 돌연변이로 인하여 ExuT의 발현이 증가하면서 포도당이 수송될 것이라 생각하였음. RT-qPCR을 통해서 exuT 의 유전자 발현이 증가하는 것을 확인하였음. 또 다른 접근으로 mannose operon 이 본래 결실되어 있는 대장균 C 균주에 포도당 특이적인 수송계 유전자 결실을 도입하여 적응진화를 유도하였을 때 또다른 PTS 전자조절인자인 AgaR 을 암호화하는 유전자에 돌연변이가 생겼음을 확인할 수 있었음. 모균주와 적응진화 균주의 단백체 분석을 통해서 서로 다른 단백질 발현양상을 확인할 수 있었으며 이를 통해서 당수송과 하위 대사의 조절 메어니즘에 대한 실마리를 제공할 수 있을 것 이라 생각함. □연구개발결과의 중요성 산업미생물 발효 뿐 아니라, 최근 연구가 활발히 진행되고 있는 장내 혐기 미생물 연구 등 혐기조건에서의 미생물 생리, 대사연구의 필요성이 높아지고 있음. 본 연구에서는 호기 및 혐기에서 당 선호도에 대하여 분석하였음. 또한, 당 수송계 복합체 유전자 결실 돌연변이 균주의 적응진화를 통하여 새로운 non-PTS 포도당 수송계를 발굴하였고, 이를 통해서 포도당이 수송될 때 숙신산이 과량생성됨을 확인하였으며 이는 당 수송계를 이용하여 하위 대사의 흐름을 조절할 수 있는 새로운 대사공학 방법으로 활용될 수 있음. 낮은 성장률과 포도당 흡수를 보이는 당 수송계 유전자 결실 돌연변이 균주의 적응 진화를 통하여 포도당을 잘 흡수하고 성장이 빨라진 적응진화 자손균주를 확보하였고 이들의 유전체 분석을 통해서 포도당을 수송할 수 없을 때 유발되는 돌연변이는 특정 transporter 유전자가 아니라 전사조절인자들의 기능상실 돌연변이이며, 이들이 조절하는 transporter 의 발현량이 증가됨을 확인하였음. 이는 척박한 환경에 존재하는 미생물들이 주변에 존재하는 여러 가지 당을 흡수할 때 유리하게 작용될 수 있을 것으로 보여지며, 본 연구를 통해서 미생물의 당수송과 관련된 일련의 조절 네트워크를 규명하였음. (출처 : 요 약 문 2p) |
