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2021 March Vol.34 No.1 ISSN 1598-8384

실험실 탐방

한국과학기술연구원 강릉분원
천연물인포매틱스연구센터
시스템미생물학연구실
(Systems Microbiology Laboratory)
연구책임자 : 차광현 선임연구원
소속기관 : 한국과학기술연구원 강릉분원 천연물인포매틱스연구센터

Natural Product Informatics Research Center
KIST Gangneung Institute of Natural Products,
Gangneung, 25451,
Korea

Tel: 033) 650-3603
E-mail: chakh79@kist.re.kr

책임교수 소개

[학력]
  • 2014 - 2019

    서울대학교 보건대학원 환경보건미생물연구실 박사

  • 2002 - 2004

    서울대학교 농생명공학부 분자생물공학연구실 석사

  • 1998 - 2002

    서울대학교 식품공학과 학사

[경력]
경력 사항
기간 기관명 직위 및 직급
2019.03 - 현재 한국과학기술연구원 천연물연구소 선임연구원
2004.02 – 2019.02 한국과학기술연구원 천연물연구소 연구원

실험실 구성원

  • 연구책임자 : 차광현
  • Post-doctor : 윤계윤, 윤효신
  • 박사과정 : Hitayezu Emmanuel, Mabwi Humphrey
실험실 구성원

연구분야 소개

KIST 강릉분원 천연물인포매틱스연구센터 시스템미생물학연구실은 미생물학, 화학, 생물공학, 생물정보학, 보건학적 지식을 바탕으로 미생물 생태를 이해하고 화합물-미생물, 미생물-미생물 상호작용 기반 마이크로바이옴 조절 식의약 소재 개발을 목표로 다음과 같은 연구를 수행 중입니다.

■ 맞춤형 장내 미생물 배양 모델 개발

시스템미생물학연구실에서는 연속식 혐기배양이 가능한 생물반응기 기반의 대장모사시스템을 구축하여 크게 3부분으로 구분되어 있는 인체 대장 환경의 생화학적, 미생물학적 특성 모사를 통해 미생물 생태 연구를 진행하고 있습니다. 또한 인체에 존재하는 핵심 장내 미생물을 조합하여 인위적으로 배양할 수 있는 인공 마이크로바이옴 모델 (synthetic gut ecosystem)을 개발하여 질환 맞춤형 장내 미생물 군집 배양 조건을 개발하거나 마이크로바이옴 불균형 개선 소재를 탐색하는 연구에 활용하고 있습니다.

■ 멀티오믹스 기반 천연물-미생물 상호작용 규명

In vitro 장 모사 모델, 동물 모델, 또는 인체로부터 유래한 시료의 마이크로바이옴 특징을 총체적으로 분석하기 위해 KIST 천연물연구소 내에 구축되어 있는 장비를 활용하여 메타오믹스 데이터를 직접 생산하고 있습니다. Miseq을 이용하여 16S 유전체 기반 미생물 군집 프로파일을 분석하고 있고, GC-MS / NMR 등을 사용하여 장내 주요 대사체 분석을 동시에 수행 중입니다. 또한 센터 내 메타프로테오믹스연구팀과의 연계를 통해 단백체 기반 미생물의 기능성 연구를 함께 병행하고 있습니다.
현재 KIST 내부과제 (총 연구비: 50억 원, 연구책임자: 차광현) 수행을 통해 마이크로바이옴 연구를 위한 메타오믹스 분석 플랫폼을 구축하였고, 본 연구팀이 속한 천연물인포매틱스연구센터의 생물정보학, 계산과학, 면역학, 바이오이미징, 천연물화학 연구팀과의 협업을 통해 천연물-미생물 상호작용을 규명하고 마이크로바이옴을 선택적으로 조절하기 위해 노력하고 있습니다.

■ 난치성 질환 관련 장내 미생물 유래 바이오마커 발굴

본 연구팀은 바이오의료기술개발사업으로 ‘천연물/장내균총 상호작용 기반 류마티스 관절염 제어기술 개발’ 연구과제 (총 연구비 25억, 연구책임자: 판철호)를 다년간 수행해오면서 난치성 자가면역질환인 류마티스 관절염 환자로부터 혈액, 소변, 대변 등의 인체 시료를 확보한 후 류마티스 관절염과 연관된 장내 미생물 유래 바이오마커를 발굴하고 있습니다. 또한 류마티스 관절염 특이적 장내 미생물 군집을리모델링함으로써 류마티스 관절염의 개선을 유도할 수 있는 천연물 후보물질을 개발 중에 있습니다.

대표 연구성과

◆ 논문 (최근 3년)

  • 1. H. S. Yoon, C. H. Cho, M. S. Yun, S.J. Jang, H. J. You, J. Kim, D. H. Han, K. H. Cha, S. H. Moon, K. Lee, Y. J. Kim, S. J. Lee, T. W. Nam, G. Ko*, Akkermansia muciniphila secretes a glucagon-like peptide-1-inducing protein that improves glucose homeostasis and ameliorates metabolic disease in mice. Nature Microbiology In press (2021).
  • 2. H. A. Mabwi, E. Kim, D. G. Song, H. S. Yoon, C. H. Pan, E. V. G. Komba, G. Ko, K. H. Cha*, Synthetic gut microbiome: Advances and challenges. Computational and Structural Biotechnology Journal 19, 363–371 (2021).
  • 3. N. Gahamanyi, D. G. Song, K. H. Cha, K. Y. Yoon, L. E. G. Mboera, M. I. Matee, D. Mutangana, R. G. Amachawadi, E. V. G. Komba*, C. H. Pan*, Susceptibility of Campylobacter strains to selected natural products and frontline antibiotics. Antibiotics 9, 790 (2020)
  • 4. K. H. Cha, J. S. Yang, K. A. Kim, K. Y. Yoon, D. G. Song, E. Erdene-Ochir, K. Kang, C. H. Pan*, G. Ko*, Improvement in host metabolic homeostasis and alteration in gut microbiota in mice on the high-fat diet: A comparison of calcium supplements. Food Research International 136, 109495 (2020).
  • 5. J. B. Jin, J. W. Cha, I. S. Shin, J. Y. Jeon, K. H. Cha*, C. H. Pan*, Supplementation with Chlorella vulgaris, Chlorella protothecoides, and Schizochytrium sp. increases propionate-producing bacteria in in vitro human gut fermentation. Journal of the Science of Food and Agriculture 100, 2938-2945 (2020).
  • 6. B. Seo, K. Jeon, S. Moon, K. Lee, W. K. Kim, H. Jeong, K. H. Cha, M. Y. Lim, W. Kang, M. N. Kweon, J. Sung, W. Kim, J. H. Park, G. Ko*, Roseburia spp. abundance associates with alcohol consumption in humans and its administration ameliorates alcoholic fatty liver in mice. Cell Host & Microbe. 27, 25–40.e6 (2020).
  • 7. K. H. Cha, K. A. Kim, S. W. Kang, S. T. Alam, J. B. Jin, G. Yoo, S. H. Jung, C. H. Pan, K. Kang*, Small black bean (Rhynchosia volubilis) extract ameliorates gut microbial and metabolic perturbation in ovariectomized mice. Journal of Functional Foods 60, 103415 (2019).
  • 8. J. Y. Kim, T. A. N. Le, S. Y. Lee, D. G. Song, S. C. Hong, K. H. Cha, J. W. Lee, C. H. Pan, K. Kang*, 3,3’-Diindolylmethane improves intestinal permeability dysfunction in cultured human intestinal cells and the model animal Caenorhabditis elegans. Journal of Agricultural and Food Chemistry 67, 9277–9285 (2019).
  • 9. K. H. Cha, E. H. Lee, H. S. Yoon, J. H. Lee, J. Y. Kim, K. Kang, J. S. Park, J. B. Jin, G. Ko*, C. H. Pan*, Effects of fermented milk treatment on microbial population and metabolomic outcomes in a three-stage semi-continuous culture system. Food Chemistry 263, 216–224 (2018).
  • 10. E. H. Lee, K. H. Cha, T. T. Vuong, S. M. Kim, C. H. Pan*, Comparison of static and dynamic in vitro digestion models to estimate the bioaccessibility of lutein in lutein-rich foods. Applied Biological Chemistry 61, 441–447 (2018).

◆ 특허 등록 (최근 3년)

  • 1. 오돈텔라 아우리타 분말을 유효성분으로 함유하는 체중감량 및 비만의 예방과 치료용 조성물, 10-2166046, 한국
  • 2. 푸코잔틴을 포함하는 디하이드로테스토스테론 과다생성에 의해 유발되는 질병 예방 및 치료용 조성물, 10,758,512, 미국
  • 3. 신품종 콩 SCEL-1 종자 추출물을 포함하는 염증을 예방 또는 개선하기 위한 조성물, 10-2131299, 한국
  • 4. 남성 호르몬 생성촉진용 조성물, 10-1956667, 한국
  • 5. 락토바실러스 카세이 균주를 포함하는 미세먼지 독성에 대한 보호 효과를 갖는 조성물, 10-1912258, 한국
  • 6. 홍국 추출물을 포함하는 장 건강 개선용 조성물, 10-1862132, 한국
  • 7. 실리마린을 포함하는 장 건강 개선용 조성물, 10-1909083, 한국
  • 8. 더덕 추출물을 함유하는 장 건강 개선용 조성물, 10-1826673, 한국

◆ 기술 이전 (최근 3년)

  • 1. 신품종 콩 SCEL-1 종자와 간보호, 염증 및 피부건강 조성물, (주)한국인삼공사, 2020
  • 2. 미세조류 유래 푸코잔틴 생산 및 활용기술, ㈜알지텍, 2018
  • 3. 락토바실러스 카세이 균주를 포함하는 미세먼지 독성에 대한 보호효과를 갖는 조성물, (주)한국야쿠르트, 2018