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2022 June Vol.35 No.2 ISSN 1598-8384

실험실 탐방

부경대학교 미생물
유전공학 연구실
(Microbial Genetic Engineering Laboratory)
연구책임자 : 이종민 교수
소속기관 : 부경대학교 생물공학과

Department of Biotechnology, Pukyong National University, 45, Yongso-ro, Nam-Gu, Busan, (48513), Republic of Korea

책임교수 소개

[학력]
  • 2016. 08

    부경대학교 생물공학과(미생물유전공학) 박사

  • 2013. 02

    부경대학교 생물공학과(미생물유전공학) 석사

  • 2011. 02

    부경대학교 생물공학과 학사

[경력]
기간 기관명 직위 및 직급
2021. 03. – 현재 부경대학교 생물공학과 조교수
2017. 04. – 2021.02 한국생명공학연구원 박사후 연구원

실험실 구성원

  • 연구책임자: 이종민
  • 선임연구원(Ph.D.): 장원제
  • 석사과정: 박소영, 허윤지, 김동필
  • 학/석연계과정: 이은지, 오동녕, 김다영, 빈나영
  • 학부연구생: 최진원, 임지은, 정성진, 김소정, 김지현, 윤선재, 김난경, 정다원
실험실 구성원 실험실 구성원

연구분야 소개

미생물 유전공학 연구실에서는 인간 생활사에 영향을 미치는 microbes, 이들의 모임인 microbial community, 더 나아가 microbiome에 대해 연구하고 있습니다. 생명의 기본 분자인 미생물 유래 DNA, RNA, protein, metabolite를 분석하고, 인간과 microbiome 간의 상관관계 규명을 통해 우리 실생활에 어떻게 이롭게 적용할지 가설을 세우고 증명합니다. NGS, bioinformatics, CRISPR 등의 기술을 이용한 기초과학적 연구에서부터 산업적 적용에 이르는 미생물 활용기술을 개발하여 미생물 자원 뱅크 운영, 관련 분야 전문 인력 배출 및 미생물 분야 세계 최고 수준의 연구 결과 도출을 목표로 합니다.


주요 연구분야

Microbiome Drug & Microbial Conversion

Microbiome drug가 해외 주요국에서는 이미 임상 3상을 통과하여 머지않아 살아있는 미생물이 건강 기능성 식품인 probiotics의 개념을 넘어 전문의약품으로 출시될 예정입니다. 국내 다수 제약 및 건강 기능성 식품 기업에서도 앞다투어 microbiome drug 개발에 착수하고 있으며, 몇몇 기업은 이미 임상실험 진행 중에 있습니다. Microbiome drug는 현재 FDA에서 “살아있는 미생물로 장내 microbiome을 조절하여 질병을 치료할 수 있는 전문의약품”으로 권고하고 있습니다. 현재는 microbiome drug의 핵심 활성 요소를 살아있는 미생물로 한정하고 있지만, 앞으로는 microbiome을 조절하여 질병을 치료할 수 있는 안정성이 입증된 물질로 그 개념이 확대될 것입니다. 따라서, 본 연구실에서는 미생물 뿐만 아니라 식이 섭취에 따른 장내 미생물에 의해 전환되는 대사산물을 규명하고, 특정 미생물과 대사산물이 질병과 어떠한 상관관계가 있는지 규명합니다 (그림 1).

그림2 그림 1. 영양분-장내 미생물-대사산물-질병 간의 상관관계 규명

본 연구실에서는 특정 장내 미생물의 생물전환 대사체 β-gentiobiosylpaeoniflorin을 구조 동정하여 최초로 규명 하였고, 그와 더불어 paeoniflorin 유래 GRAS-level 장내 미생물에 의한 전환 대사체 benzoic acid를 규명하였습니다. 또한, 대사질환 유발 마우스에 β-gentiobiosylpaeoniflorin을 급이 하였을 때 면역조절, glucose homeostasis에 효과적인 Akkermansia가 증가함을 최초로 증명하여 장내 미생물 조절제로서의 기능성을 입증하였고, 대사질환 치료제인 metformin 군과 비교하였을 때 체중, 공복혈당, HbA1c, HOMA-IR, 간독성 및 IL-10 수치가 유의적으로 감소하여 현저한 대사질환 완화 효과를 구명 하였습니다 (그림 2).

그림3 그림 2. 장내 미생물 매개 대사산물 β-GPF*의 microbiome drug로서의 기능성 및 항대사질환 효과. a), β-GPF의 구조 동정; b), 전환 미생물의 동정; c), GRAS-level 장내 미생물에 의한 전환 대사체 benzoic acid; d), β-GPF의 마이크로바이옴 조절능력과 Akkermansia의 증진 효과; e), β-GPF의 lipid profile과 liver function; f), β-GPF의 체중감량 및 HOMA-IR 저감 효과; g), IL-10 발현 양상. *β-gentiobiosylpaeoniflorin
그림3 그림 3. 장내미생물 생물전환 메커니즘 규명을 통한 β-gentiobiosylpaeoniflorin 생산 기반 기술 연구 개요

현재는 이러한 결과를 토대로 다양한 전임상 적용을 위해 오믹스 기반 장내미생물 전환 메커니즘 규명과 고정화 효소를 통한 β-gentiobiosylpaeoniflorin 생산 기술 기반 확충을 위한 연구를 진행 중에 있습니다 (그림 3).

연구논문 (최근 3년)

  • 1. Lee, J. M., Jin, C. Z., Kang, M. K., Park, S. H., Park, D. J., Kim, D. G., & Kim, C. J.* (2022). Nocardioides humilatus sp. nov., isolated from farmland soil in the Republic of Korea. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 72(2), 004928.
  • 2. Jin, C. Z., Jin, L., Liu, M. J., Lee, J. M., Park, D. J., & Kim, C. J.* (2022). Solihabitans fulvus gen. nov., sp. nov., a member of the family Pseudonocardiaceae isolated from soil. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 72(2), 005110.
  • 3. Jang, W. J., Kim, C. E., Jeon, M. H., Lee, S. J., Lee, J. M.*, Lee, E. W.*, & Hasan, M. T. (2021). Characterization of Pediococcus acidilactici FS2 isolated from Korean traditional fermented seafood and its blood cholesterol reduction effect in mice. Journal of Functional Foods, 87, 104847.
  • 4. Jang, W. J., Lee, S. J., Jeon, M. H., Kim, T. Y., Lee, J. M., Hasan, M. T., Lee, H. T., Park, J. H., Lee, B. J., Hur, S. W., Lee, S., Kim, K. W., & Lee, E. W.* (2021). Characterization of a Bacillus sp. KRF-7 isolated from the intestine of rockfish and effects of dietary supplementation with mannan oligosaccharide in rockfish aquaculture. Fish & Shellfish Immunology, 119, 182-192.
  • 5. Lee, J. M., Park, S. H., Jin, C. Z., Kang, M. K., Park, D. J., & Kim, C. J.* (2021). The groESL ISR sequence-based species-specific identification of GRAS and non-GRAS Lactiplantibacillus as an alternative to 16S rRNA sequencing. LWT, 147, 111504.
  • 6. Lee, J. M., Jin, C. Z., Park, S. H., Kang, M. K., Park, D. J., & Kim, C. J.* (2021). Nocardioides antri sp. nov., isolated from Soil in a Rock Cave. Current Microbiology, 78(5), 2130-2135.
  • 7. Kim, S. K., Jang, W. J., Kim, C. E., Lee, S. J., Jeon, M. H., Kim, T. Y., Lee, H. T., Park, J. H., Kim, C. H., Lee, J. M.,* & Lee, E. W.* (2021). Characterization of Latilactobacillus curvatus MS2 isolated from Korean traditional fermented seafood and cholesterol reduction effect as synbiotics with isomalto-oligosaccharide in BALB/c mice. Biochemical and Biophysical Research Communications, 571, 125-130.
  • 8. Jin, C. Z., Jin, L., Kang, D. H., Liu, M. J., Lee, J. M., Park, D. J., & Kim, C. J.* (2021). Description of desferrioxamine-producing bacterium Chitinophaga agrisoli sp. nov., isolated from soil. Antonie van Leeuwenhoek, 114(6), 741-750.
  • 9. Jang, W. J., Lee, G. H., Lee, J. M., Kim, T. Y., Jeon, M. H., Kim, Y. H., & Lee, E. W.* (2021). Improving enzyme activity, thermostability and storage stability of β-1,3-1,4-glucanase with poly-γ-glutamic acid produced by Bacillus sp. SJ-10. Enzyme and Microbial Technology, 143, 109703.
  • 10. Kang, M. K., Kim, M. H., Park, H. R., Liu, M. J., Jin, C. Z., Park, S. H., Lee, J. M., Kim, J., Park, D. J., Park, H. R., Kim, Y. H.*, & Kim, C. J.* (2020). Nematicidal Activity of Teleocidin B4 Isolated from Streptomyces sp. against Pine Wood Nematode, Bursaphelenchus xylophilus. Pest Management Science, 77(4), 1607-1615.
  • 11. Yang, Y., Jin, C. Z., Jin, F. J., Li, T., Lee, J. M., Kim, C. J., Lee​, H. G., & Jin, L.* (2020). Caulobacter soli sp. nov., isolated from soil sampled at Jiri Mountain, Republic of Korea. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 70(7), 4158-4164.
  • 12. Lee, J. M., Jang, W. J., Lee, E. W., & Kong, I. S.* (2020). β-glucooligosaccharides derived from barley β-glucan promote growth of lactic acid bacteria and enhance nisin Z secretion by Lactococcus lactis. LWT, 122, 109014.
  • 13. Lee, J. M., Jang, W. J., Park, S. H., & Kong, I. S.* (2020). Antioxidant and gastrointestinal cytoprotective effect of edible polypeptide poly-γ-glutamic acid. International journal of biological macromolecules, 153, 616-624.
  • 14. Siddique, M. P., Jang, W. J., Lee, J. M., Hasan, M. T., Kim, C. H., & Kong, I. S.* (2019). Detection of Vibrio anguillarum and Vibrio alginolyticus by singleplex and duplex loop-mediated isothermal amplification (LAMP) assays targeted to groEL and fklB genes. International Microbiology, 22(4), 501-509.
  • 15. Tak, J. Y., Jang, W. J., Lee, J. M., Suraiya, S., & Kong, I. S.* (2019). Expression in Lactococcus lactis of a β-1,3-1,4-glucanase gene from Bacillus sp. SJ-10 isolated from fermented fish. Protein Expression and purification, 162, 18-23.
  • 16. Jang, W. J., Choi, S. Y., Lee, J. M., Lee, G. H., Hasan, M. T., & Kong, I. S.* (2019). Viability of Lactobacillus plantarum encapsulated with poly-γ-glutamic acid produced by Bacillus sp. SJ-10 during freeze-drying and in an in vitro gastrointestinal model. LWT, 112, 108222.
  • 17. Jang, W. J., Lee, J. M., Hasan, M. T., Lee, B. J., Lim, S. G., & Kong, I. S.* (2019). Effects of probiotic supplementation of a plant-based protein diet on intestinal microbial diversity, digestive enzyme activity, intestinal structure, and immunity in olive flounder (Paralichthys olivaceus). Fish & Shellfish Immunology, 92, 719-727.
  • 18 Kim, J. H.*, Lee, J. M.*, Jang, W. J., Park, H. D., Kim, Y. O., Kim, C. H., & Kong, I. S.* (2019). Efficient production of poly γ‐d‐glutamic acid from the bloom‐forming green macroalgae, Ulva sp., by Bacillus sp. SJ‐10. Biotechnology and Bioengineering, 116(7), 1594-1603.
  • 19. Jang, W. J., Lee, J. M., Hasan, M. T., & Kong, I. S.* (2019). Fusion of the N-terminal domain of Pseudomonas sp. phytase with Bacillus sp. phytase and its effects on optimal temperature and catalytic efficiency. Enzyme and Microbial Technology, 126, 69-76.
  • 20. Hasan, M. T., Je Jang, W., Lee, J. M., Lee, B. J., Hur, S. W., Lim, S. G., Kim, K. W., Han, H. S., & Kong, I. S.* (2019). Effects of immunostimulants, prebiotics, probiotics, synbiotics, and potentially immunoreactive feed additives on olive flounder (Paralichthys olivaceus): a review. Reviews in Fisheries Science & Aquaculture, 27(4), 417-437.
  • 21. Lee, J. M., Jang, W. J., Hasan, M. T., Lee, B. J., Kim, K. W., Lim, S. G., Han, H. S., & Kong, I. S.* (2019). Characterization of a Bacillus sp. isolated from fermented food and its synbiotic effect with barley β-glucan as a biocontrol agent in the aquaculture industry. Applied Microbiology and Biotechnology, 103(3), 1429-1439.

특허출원 (최근 3년)

  • 1. 작약 추출물의 유산균 발효물을 유효성분으로 함유하는 당뇨병의 예방, 개선 또는 치료용 조성물, 2019.12, PCT 국가특허, PCT/KR2019/017107
  • 2. 작약 추출물의 유산균 발효물을 유효성분으로 포함하는 당뇨병의 예방, 개선 또는 치료용 조성물, 2019.12, 국내, 10-2019-0160941
  • 3. 신규한 락토바실러스 플란타럼 균주 및 이를 이용한 패오니플로린의 생물전환방법, 2020.09, 국내, 10-2020-0119169
  • 4. groESL 오페론 내 유전자 간 스페이서 영역 서열을 이용한 락토바실러스 속의 동정방법, 2020.09, 국내, 10-2020-0119857
  • 5. β-젠티오비오실 패오니플로린을 유효성분으로 포함하는 대사 증후군 예방, 치료 또는 개선용 조성물, 2020.06, 국내, 10-2020-0068568
  • 6. 작약 추출물의 유산균 발효물을 유효성분으로 포함하는 항비만 조성물, 2020.05, 국내, 10-2020-0065497
  • 7. 신규한 류코노스톡 속 균주 및 이를 이용한 패오니플로린의 생물전환방법, 2020.05, 국내, 10-2020-0065498