본 논문은 세균의 에너지 자산을 효율적으로 운영하는 방식에 대해 고찰 하였다. 전사와 번역에 관련된 분자들이 세포 안에서 풍부하게 존재하지 않지만 세균은 제한된 세포 속 자원을 이용하여, 최대한 많은 양의 딸 세포를 생산한다. 여기에는 세균의 유전자 발현과 관련된 경제적인 전략이 나타나는데 그 중 하나가, 합리적으로 구성된 regulatory network를 들 수 있다. 유전자의 발현에 다양한 조절 인자들로 인해 단백질을 필요 조건에 따라 합성을 유도 할 수 있을 뿐만 아니라, fake substrate에 의해 활성화된 유전자의 발현을 낮추어 세포의 에너지 소비를 줄일 수 있도록 도움을 준다. 또한, 세포의 공간적인 유전자 발현 구조가 기능적으로 연관된 단백질을 세포 내 특정 구역에서 무리 짓도록 유도하여, 분자들간의 상호 작용이 효율적으로 이루어 지도록 돕는다. 세균 세포의 또 다른 에너지 소비 경제 전략으로, 세포 시스템의 자원 투자 방식을 들 수 있다. 영양이 풍부한 조건에서는 세포는 대부분의 에너지를 리보솜을 생산하는데 사용하고, 그 결과 세포의 빠른 성장을 이끌어 내는 반면, 그 반대의 조건에서는 리보솜을 대사 단백질의 합성에 사용하여, 세포내 에너지를 유지 할 수 있도록 유도 한다. 이러한 세포의 유전자 발현 시스템이 결국 조건에 따라 세포의 에너지 자산의 극대화를 유지 시키는 역할을 한다. 이러한 세균 시스템의 이해를 바탕으로, 다양한 목적에 맞게 세포를 조작하여 세포내의 특정 단백질 또는 외부 단백질의 발현을 증가시킬 수 있도록 프로그래밍하는 기술을 개발하는 것이 차세대 미생물 엔지니어링의 핵심 연구 주제이다.
경북대학교 생명과학부 생명공학 전공
E-mail : juhyunkim@knu.ac.kr
영남대학교 식품경제 및 생물학, 학사
고려대학교 생물재료공학, 석사
Universidad Autónoma de Madrid 분자 미생물학, 박사
Centro Nacional de Biotecnología, 박사후 연구원
University of Surrey, 박사후 연구원
Imperial College London, 박사후 연구원
경북대학교 생명공학 전공, 조교수
경북대학교 미생물 시스템 유전체학 연구실에서는 다양한 목적의 미생물 재료를 개발하는 것에 무게를 두고 연구를 진행 중이다. 특히, 미생물을 이용한 환경 정화, 플라스틱 분해 및 질병의 진단 및 치료 물질 전달을 위한 균주 개량 및 개발에 목표를 두고 있다. 세균의 유전자 정보 전달 시스템의 이해를 바탕으로, 합성 생물학을 이용하여 효율적으로 목표 산물을 생산 할 수 있도록 유전자 회로를 제작하는 것을 기반으로, 대상 균주를 프로그래밍하는 연구를 국내외 연구진과 협업 중에 있다. 대표적으로, 세균 세포 속 자원 할당 방식을 조작하거나, 무세포 단백질 합성 시스템을 이용하여 유용 유전자의 발현을 증진 시키는 기술을 들 수 있다. 이러한 기법을 이용하여 산업 및 의약용 단백질을 저 비용으로 생산 할 수 있을 것으로 기대하며, 다양한 분야에 활용할 수 있는 미생물 균주의 개발에 지속적으로 많은 노력을 기울일 예정이다.
- 토양 미생물 Pseudomonas putida 균주의 방향족 물질 대사
- 세균의 전사 및 번역 인자의 세포내 물리학적 구조 및 역학
- 유전자 발현 조절 인자의 활성에 따른 단일 세포의 유전자 발현
- 유용 유전자 발현을 위한 유전자 회로 제작
- 무 세포 단백질 합성 시스템을 이용한 유용 효소 생산
- 질병 치료 및 진단을 위한 세균 기반의 미니셀 (minicell) 개발
- 유해균 제어를 위한 박테리오파지 유래 항균소재 개발
