Department of Microbiology, College of Medicine, Inha University, 22212, Republic of Korea
고려대학교 식품과학부, 학사
고려대학교 식품생물공학전공, 석사
University of Texas at Austin, Department of Molecular Biosciences, 생화학전공, 박사
| 기간 | 기관명 | 직위 및 직급 |
|---|---|---|
| 2008.02 ~ 2009.01 | University of California at Davis, Genome Center | 방문연구원 |
| 2017.01 ~ 2018.08 | LaMontagne Center for Infectious Disease at UT Austin | 박사후 연구원 |
| 2018.09 ~ 2019.08 | 고려대학교 식품생의학연구소 | 연구교수 |
| 2019.09 ~ 2021.08 | 서울대학교 농업생명과학연구원 | 연구교수 |
| 2021.09 ~ 현재 | 인하대학교 의과대학 미생물학교실 | 조교수 |
| 2024.01 ~ 현재 | 한국미생물생명공학회 국제협력 | 간사 |
인하대학교 의과대학 미생물학교실 소속의 미생물생화학연구실은 미생물학 및 생화학을 기반으로 “인류의 건강을 위협하는 병원성 세균 감염의 제어” 및 “인류의 건강 증진에 도움을 주는 미생물 유래 의약품 개발”의 두 가지 목표를 가지고 연구를 수행하고 있습니다. 서로 상반되어 보이는 연구 주제이지만, 두 주제 모두 미생물 생리∙유전∙대사 등에 대한 심도깊은 이해 및 생체 분자의 역할∙기능∙구조의 생화학적 분석을 통한 신규 치료법 개발이라는 공통점을 가지고 있습니다. 본 연구실에서는 해당 목표를 위해 멀티오믹스 테크놀로지, 미생물 유전학적 기법 개발 및 동물 모델 적용, 단백질 기반 생화학 분석, 고효율 스크리닝 시스템을 주요 기술로 이용하여 1) 다제내성균 제어를 위한 차세대 항생제 및 백신 항원 개발, 2) 질병 치료용 미생물 유래 대사 물질 발굴, 3) 합성생물학 기반 생균치료제 개발 등의 연구가 진행 중에 있습니다.
최초의 항생제인 페니실린의 발견 이후 다양한 항생제들이 개발되어 감염병에 대한 제어가 일정 부분 이루어졌으나, 최근 다제내성균의 도래로 인하여 공중 보건 및 인류의 생명에 매우 큰 위협이 되고 있습니다. 본 연구실에서는 메티실린내성 황색포도알균(Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus, MRSA), 카바페넴내성 장내세균속균종(Carbapenem-Resistant Enterobacterales), 반코마이신내성 장알균(Vancomycin-Resistant Enterococci)을 포함하는 다제내성균을 표적으로, 해당 세균의 병원성 인자 발굴 및 제어 방안에 대해 연구하고 있습니다. 발굴된 핵심 병원성 인자의 활성을 억제하는 small molecule 기반 신규 항생제의 개발과 함께, 해당 인자를 주요 항원으로 사용하는 백신의 개발이 진행 중에 있습니다. 특히 마우스 동물 모델을 이용한 생체 내 항생제 및 백신 후보 물질의 유효성 평가를 수행함으로써 preclinical data의 수집과 함께 임상 연구진과의 공동 연구를 통한 적용 방안을 모색하고 있습니다.
유전정보 분석 및 데이터 분석 기술의 비약적인 발전을 통해 휴먼 마이크로바이옴에 대한 연구와 함께 이를 기반으로 하는 치료제 개발이 급속도로 증가하고 있습니다. 많은 연구들을 통해, 장내 미생물군이 신경 질환, 심혈관 질환, 암, 당뇨, 대사 질환 등 비감염성 질환들과 밀접한 연관이 있는 것으로 입증되었으며, 이를 활용한 신규 미생물 치료제의 개발이 이루어지고 있습니다. 본 연구실에서는 메타지노믹스(metagenomics) 및 메타볼로믹스(metabolomics) 분석을 통해 질병과 상관 관계를 보이는 유효 미생물 및 미생물 유래 대사물질을 발굴하고, 이를 활용한 신규 질병 예방 및 치료 물질 개발을 진행하고 있습니다. 특히, 장내 유익균으로 알려져 있는 프로바이오틱스 유래 신규 기능성 물질의 체지방 감소, 미백, 장건강 기능 향상과 함께 항암, 항노화 등의 다양한 생리활성 기능을 발굴하여 이들의 작용 기전을 규명하는 연구를 수행해오고 있습니다. 또한, 메트포민을 포함한 다양한 약물-숙주-장내 미생물군 및 방사능과 같은 환경-숙주-장내 미생물군과의 상호작용에 대한 연구도 진행 중입니다.
생균치료제(Live Biotherapeutic Products, LBPs)란 백신을 제외한 사람이 사용할 수 있는 살아있는 세균 등 미생물을 함유하고, 사람의 질병 예방이나 치료 목적으로 사용되는 의약품을 말합니다. 최근 신약 개발, 질병 및 감염병 진단 기술, 개인 맞춤형 치료제 개발 등 의학 분야와 합성생물학과의 접목을 통해 기술 혁신이 이루어지고 있으며, 이를 이용한 생균치료제 개발 또한 21세기 주요 기술 트렌드 중 하나로 여겨지고 있습니다. 본 연구실에서는 인체 유래 그람양성균의 유전체편집 기술을 개발하고, 이를 활용한 신규 생균 치료제의 개발을 진행하고 있습니다. 특히, 앞서 소개한 연구 주제 중 질병 치료용 미생물 유래 대사 물질 발굴과 연계하여, 과민성 대장증후군, 염증성 장질환 및 대장암 등 소화기계 질환의 진단∙치료∙예방을 위한 생균 치료제 개발을 주요 목표로 연구를 수행해오고 있습니다.
(1) Shin, M., Mey, A.R., Payne, S.M.*. “Vibrio cholerae FeoB contains a dual nucleotide-specific NTPase domain essential for ferrous iron uptake.” PNAS, 2019, 116 (10): 4599-4604
(2) Veloria J., Shin, M. (equally contributed), Devkota, A.K., Payne, S.M., Cho, E.J.*, Dalby, K.N.*. “Developing colorimetric and luminescence-based high-throughput screening platforms for monitoring the GTPase activity of ferrous iron transport protein B (FeoB).” SLAS discovery, 2019, 24 (5): 597-605
(3) Shin, M., Kim, J.-W., Ye, S., Kim, S., Jeong, D., Lee, D.Y., Kim, J.N., Jin, Y.-S., Kim, K.H., Kim, S.R.*. “Comparative global metabolite profiling of xylose-fermenting Saccharomyces cerevisiae SR8 and Scheffersomyces stipitis.” Applied Microbiology and Biotechnology, 2019, 103 (13): 5435-5446
(4) Shin, M., Vaughn, A.K., Momb, J., Appling, D.R.*. “Deletion of neural tube defect-associated gene Mthfd1l causes reduced cranial mesenchyme density.” Birth Defects Research, 2019, 111 (19): 1520-1534
(5) Ye, S., Jeong, D., Shon, J.C., Liu, K.-H., Kim, K.H., Shin, M.*, Kim, S.R.*. “Deletion of PHO13 improves aerobic L-arabinose fermentation in engineered Saccharomyces cerevisiae.” Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 2019, 46(12): 1725-1731
(6) Shin, M., Park, J., Jin, Y., In Jung Kim, Payne, S.M., Kim, K.H.*. “Biochemical characterization of bacterial FeoBs: A perspective on nucleotide specificity.” Archives of Biochemistry and Biophysics, 2020, 685
(7) Shin, M., Kim, S.R.*. “Metabolic changes induced by deletion of transcriptional regulator GCR2 in xylose-fermenting Saccharomyces cerevisiae.” Microorganisms, 2020, 8(10): 1499
(8) Ryu, S., Shin, M. (equally contributed), Cho, S., Hwang, I., Kim, Y.*, Oh, S.*. “Molecular characterization of microbial and fungal communities on dry-aged beef of Hanwoo using metagenomic analysis.” Foods, 2020, 9(11): E1571
(9) Park, M.R., Shin, M. (equally contributed), Mun, D., Jeong, S.-Y.., Jeong, D.-Y., Song, M., Ko, G., Unno, T., Kim, Y.*, Oh, S.*. “Probiotic Lactobacillus fermentum strain JDFM216 improves cognitive behavior and modulates immune response with gut microbiota.” Scientific Reports, 2020, 10: 21701
(10) Shin, M., Jin, Y., Park, J., Mun, D., Kim, S.R., Payne, S.M., Kim, K.H.*, Kim, Y.*. “Characterization of an antibacterial agent targeting ferrous iron transport protein FeoB against Staphylococcus aureus and Gram-positive bacteria.” ACS Chemical Biology, 2021, 16(1): 136-149
(11) Shin, M., Ban, O.-H., Jung, Y.H., Yang, J.*, Kim, Y.*. “Genomic characterization and probiotic potential of Lactobacillus casei IDCC3451 isolated from infant feces.” Letters in Applied Microbiology, 2021, 72(5): 578-588
(12) Shin, M., Park, H., Kim, S., Oh, E.J., Jeong, D., Florencia, C., Kim, K.H., Jin, Y.-S., Kim, S.R.*. “Transcriptomic changes induced by deactivation of glycolytic genes and its advantage on pentose sugar metabolism in Saccharomyces cerevisiae.” Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2021: 654177
(13) Shin, M., Kim, J.W., Gu, B., Kim, S., Kim, H., Kim, W.C., Lee, M.R., Kim, S.R.*. “Comparative metabolite profiling of traditional and commercial vinegars in Korea.” Metabolites, 2021, 11(8): 478
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(15) Shin, M., Gomez-Garzon, C., Payne, S.M.*. “Vanadate inhibits Feo-mediated iron transport in Vibrio cholerae.” Metallomics, 2021, 13(11): mfab059
(16) Lee, J.J., Song, M., Kyoung, H., Park, K.I., Ryu, S., Kim, Y., Shin, M.*. “Effects of Dietary Carbohydrases on Fecal Microbiome Composition of Lactating Sows and Their Piglets.” Journal of Microbiology and Biotechnology, 2022, 32(6): 776-782
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(19) Shin, M., Truong, V.-L., Lee, M., Kim, D., Kim, M.S., Cho, H., Jung, Y.H., Yang, J.*, Jeong, W.S.*, Kim, Y.*. “Investigation of phenyllactic acid as a potent tyrosinase inhibitor produced by probiotics.” Current Research in Food Science, 2022, 6:100413
(20) Jeon, H.J., You, S.-H., Nam, E.H., Truong, V.-L., Bang, J.-H., Bae, Y.,-J., Rarison, R.H., Lim, S.-K., Jeong, W.-S., Jung, Y.H.*, Shin, M*. “Red ginseng dietary fiber promotes probiotic properties of Lactiplantibacillus plantarum and alters bacterial metabolism.” Frontiers in Microbiology, 2023, 14:1139386
(21) Mun, D., Kang, M., Shin, M. (equally contributed), Choi, H.J., Kang, A.Na., Ryu, S., Unno, T., Maburutse, B.E., Oh, S.*, Kim, Y.* “Alleviation of DSS-induced colitis via Bovine colostrum-derived extracellular vesicles with microRNA let-7a-5p is mediated by regulating Akkermansia and β-hydroxybutyrate in gut environments.” Microbiology Spectrum, 2023, 11(6):e0012123
