사실 국내에 순수한 극한미생물을 연구하시는 분들은 많지 않습니다. 그 중에서 그래도 국내에서 극한미생물 및 그 이용에 대해 가장 많은 연구를 하고 계신 분들은 아래와 같습니다. 제가 잘 모르는 분들도 계실 것으로 생각하는데 아시는 분들은 알려주시기 바랍니다. 계속 업데이트할 예정입니다.
순서는 가나다로 하다가 업데이트 할 때마다 번호를 새로 매기기 귀찮아서 14번까지는 가나다 순이고 15번 부터는 그냥 새로 업데이트하는 순서로 하겠습니다.
1. 권석태 (성균관대 생명공학부 유전공학전공)
다양한 고온성 또는 초고온성 세균 및 고세균 유래의 DNA polymerase 유전자 발현과 특성에 관한 연구를 수행하고 계십니다. 고온성 DNA polymerase 관련해서는 국내에서 최고의 연구경력을 자랑하시는 분입니다.
2. 남수완 (동의대 생명공학과)
단백질 발현과 샤페론, 당관련 효소들에 대한 연구를 많이 하시고 초고온성 아키아의 arylsulfatase에 관한 연구를 수행하고 계십니다.
3. 박관화 (서울대 식품생명공학과)
국내 당관련, 특히 전분가수분해 및 전이 효소연구에 있어서 가장 많은 연구를 하셨고 많은 제자들을 배출하셨습니다. 고온성 바실러스부터 초고온성 아키아의 아밀라제 및 당전이에 대한 연구를 수행하고 계십니다.
4. 박천석 (경희대 식품공학과)
서울대 박관화 교수님의 제자로 초고온성 미생물 유래 효소, 특히 전분관련 효소의 응용연구를 하고 계십니다.
5. 변유량 (연세대 생명공학과)
연세대학교 생물산업소재연구센터 소장님으로 재직하시며 국내 및 국외에서 극한미생물의 동정부터 유용효소의 연구에 이르기까지 초고온성 극한미생물과 관련한 광범위하고 다양한 연구를 하신 분입니다. 아쉽게도 최근에 은퇴하셨습니다.
6. 성문희 (국민대 생명나노화학과)
퇴비에서 발견한 고온성 공생미생물인 Symbiobacterium toebii의 동정부터 지놈분석연구까지 다양한 연구를 수행하셨으며 바실러스류에 관한 수많은 연구를 해오고 계십니다.
7. 이상현 (신라대 제약공학과)
고온성 세균연구로 유명한 일본 동경대 Takahisa Ohta 방에서 호열성 세균 Thermus aquaticus에 관한 연구를 수행하셨습니다.
8. 이선복 (포항공대 화학공학과)
국내에서는 유일하게 초고온성 아키아 (Sulfolobus solfataricus 등)의 배양 및 그 효소를 이용한 정밀화학에의 응용연구를 수행하고 계십니다.
9. 이수복 (연세대 식영과)
역시 서울대 박관화 교수님의 제자로 초고온성 효소를 이용한 탄수화물 (전분, 펙틴 등 다당류, 소당류, 식품 배당체 등) 당질원료의 효소적 생물전환기술을 활용하여 식품생물산업에 유용한 기능성 탄수화물 신소재의 개발에 관한 연구를 수행하고 계십니다. 개인적으로 저와 가장 비슷한 관심분야를 갖고 계십니다.
10. 이정현 (한국해양연구원)
국내 최초의 아키아 지놈프로젝트인 해양.극한생물 분자유전체 연구단의 Thermococcus sp. NA1 지놈 프로젝트를 진행하고 계시며 그 유전자 및 효소의 응용연구를 다양하게 진행하고 계십니다. 개인적으로 제가 하는 일과 가장 비슷한 일을 하는 연구그룹입니다
11. 이한승 (신라대학교 바이오식품소재학과)
연세대 생명공학과에서 박사학위를 했고 국내에서 고온균 연구로는 가장 많은 연구를 했던 연세대 생물산업소재연구센터 전문연구요원과 포닥으로 있었고 동경대, (주)제노포커스를 거쳐서 Pfu polymerase와 초고온균 Pyrococcus furiosus로 유명한 미국 죠지아대학 마이클 아담스 교수 밑에서 탄수화물관련 단백질 유전자의 구조 및 기능유전체학 연구를 했습니다. (이 블로그 운영자입니다. ^^)
12. 이홍금 (극지연구소)
국내 유일의 극한미생물관련 기관인 극지연구소의 바이오센터장으로 계시며 해양 저온성 및 극저온성 미생물의 분리, 동정, 유용 유전자 및 효소의 탐색에 관한 연구를 수행하고 계십니다.
13. 차재호 (부산대학교 미생물학과)
서울대 박관화 교수님의 제자로 해양·극한 미생물유전체에서 당전이 효소의 탐색 및 이를 이용한 신규 기능성 당 및 당유도체 생산에 대한 연구를 수행하고 계십니다.
14. 천종식 (서울대 미생물학과)
주로 남극 등에서 분리한 저온성 미생물의 분리 동정에 관한 연구를 하고 계십니다.
15. 신재호 (경북대 응용생명과학부)
Archaea의 DNA 복제 관련 연구로 유명한 Zvi Kelman 방에서 연구를 수행하신 국내 몇 안되는 Archaea 연구자이십니다. 최근에 경북대에 부임하셔서 분자미생물학 연구실을 오픈하셨습니다.
16. 이성재 (경희대 생물학과)
최근에 한국에 들어오신 것을 알았는데 유명한 독일의 Winfried Boos 방에서 Thermococcus litoralis의 말토스 오페론 조절유전자인 TrmB에 관하여 여러 좋은 논문을 쓰신 분입니다. 2007년에 부임하셔서 환경미생물학연구실을 오픈하셨다고 합니다.
17. 강성균 (한국해양연구원)
한국해양연구원 책임연구원으로서 해양.극한생물 분자유전체 연구단의 Thermococcus sp. NA1 지놈 프로젝트에 참여하셨고 그 post-genomics 를 가장 활발하게 연구하고 계신 분이십니다. 이번 Extremophiles 2008 학회에서 뵈니까 영어도 잘하시고 앞으로 좋은 연구를 많이 하실 것 같습니다.
2008년 9월 16일 화요일
국내의 극한미생물 관련 연구자들 (updated on 09/16/2008)
2007년 3월 25일 일요일
2장 1절 Archaea (고세균, 시원세균, 원시세균, Archaebacteria)
제 2 장. 극한미생물 (아키아)의 분류 및 특성
미생물의 분류는 시간이 지남에 따라 새로운 미생물이 발견되면서 계속적으로 변하는 학문이다. 또한 분류방법도 생육 특성이나 형태학적인 방법부터 분자생물학적 방법을 이용한 계통분류에 이르기까지 다양한 방법이 있다. 게다가 극한미생물은 계통학적으로 다양한 종에 걸쳐 존재하기 때문에 그 분류가 쉽지 않고 그 생육 특성에 따라 분류하는 것은 생육 조건 이외의 다른 공통적인 특성을 찾기가 상당히 어려운 경우가 많다. 따라서 이 장에서는 현재 가장 많이 사용되는 우즈의 3 도메인 분류법 (Archaea, Bacteria, Eukarya)에 따라 극한미생물과 거의 동의어처럼 사용되는 아키아의 분류학적 특성에 대해 주로 살펴보고 세균 및 진균성 극한미생물들에 대해 간단히 다루도록 하겠다.
1.아키아
1.1. 아키아의 특징
아키아와 박테리아는 공통적으로 진핵세포에서 볼수 있는 핵막이나 기관이 없고 긴 원형의 chromosomal DNA를 갖고 있으며 간혹 작은 플라스미드를 갖고 있는 경우도 있다. 또한 특정 대사와 연관된 아키아와 박테리아 유전자들은 공히 오페론을 이루거나 클러스터를 이루고 있는 경우가 많으며 아키아와 박테리아 모두 type II 제한효소 (인식부위와 절단부위가 모두 특이성이 있는 제한효소) 시스템을 가진다.
하지만 이 둘을 가르는 가장 큰 차이점은 크게 세가지 정도로 요약할 수 있는데 첫째는 유전자 및 단백질의 상동성, 둘째는 세포벽과 멤브레인의 구성, 세째는 DNA 복제 및 단백질 합성에서의 eukarya와의 유사성이다.
1). 아키아 세포벽과 멤브레인의 구성
아키아가 다른 생물종과 다른 가장 큰 차이는 cell membrane의 형태학적 차이이다. 위의 그림에서 보듯이 아키아는 멤브레인을 구성하는 인지질의 구조에 있어서 약 4가지의 차이점을 보이는데 1) 글리세롤의 방향성 (L-form), 2) 에테르 결합, 3) isoprenoid chain, 4) branch가 있다는 점이 다르다.
2) 아키아 단백질의 상동성과 대사 경로
아키아는 일반적으로 DNA 복제, 전사, translation 등 소위 central dogma에 관련된 단백질은 Eukarya의 시스템에 가깝고 기본적인 대사의 경로는 Bacteria에 가깝다. 따라서 리보좀(ribosome)의 경우에도 박테리아 리보좀의 기능을 저해시키는 화학물질들이 아키아의 리보좀에는 잘 작용하지 않는 경우가 있다. 또한 전사RNA (tRNA)의 구조에 있어서도 아키아의 tRNA는 박테리아나 eukarya의 tRNA구조와도 구별된다.
1.2. 아키아의 계통학적 분류
최근까지 아키아는 크게Crenarchaeota, Euryarchaeota, Korarchaeota 이렇게 3개의 문(phylum)으로 분류되어왔으나 (칼 우즈의 첫 논문, 1990 PNAS에서는 kingdom이라고 분류했다) 2002년 대표적인 고온균 연구가 칼 스테터 (Karl O. Stetter) 연구진에 의해 Nanoarchaeota 라는 새로운 종이 발견됨(Nature, 2002)에 따라 현재는 4 종류로 크게 분류한다. 이들 분류는 계통학적 분류이기 때문에 16S rDNA 염기서열 이외의 공통적인 특성을 찾기가 어려운 경우가 많다.
1) Crenarchaeota
Euryarchaetoa보다 좀 더 원시적인 아키아로 여겨지는 Crenarchaeota 종류들은 초기에 hyperthermal vent등이나 온천등에서 분리되어 대부분이 초고온성 아키아라고 여겨져왔다. 현재까지 동정된 미생물 중에서 최고의 온도(113도) 에서 자라는 것으로 알려진 Pyrolobus fumarii와 2004년 UMASS의 데렉 러블리 교수팀에 의해 지구상에서 가장 높은 온도에서 자라는 것으로 보고된 strain 121 (121도)도 모두 Crenarchaeota에 속한다.
그러나 최근에는 해수나 토양등의 저온 환경 샘플에서 추출한 DNA에서 Crenarchaeota에 가까운 염기서열들이 보고됨에 따라 지금까지의 생각과는 달리 좀 더 광범위한 환경에 서식할 가능성이 점쳐지고 있다. 현재까지 저온성 Crenarchaeota의 배양에 성공한 몇몇 보고는 거의 없다. (Simon et al, AEM 2005 71:4751)
참고http://pacelab.colorado.edu/Publications/163/cren.html
Crenarchaeota 세포의 모양은 매우 다양하다. 포도상구균과 비슷한 Staphylothermus, 불규칙한 lobed 타입의 Sulfolobus, 디스크처럼 생긴 Thermodiscus, 필라멘트처럼 가느다란 Thermofilum, 직사각형에 가까운 간균 Pyrobaculum 등등이 있다.
Crenarchaeota에 속하는 아키아들은 호기성균부터 혐기성균까지 다양하게 존재하며 영양요구성도 chemoorganotrophs로부터 chemolithoautotrophs에 이르기까지 매우 다양하다.
가장 대표적인 특징은 위에서 언급한 호열성과 함께 호산성이다. Crenarchaeatoa중 가장 많은 연구가 된 대표적인 균인 Solfolobus solfataricus가 속해있는 Sulfolobales 목 (目, order)은 pH 1에서 2 사이에서 가장 잘 자라며 pH 7 이상에서는 사멸한다.
최근까지는 Crenarchaeota에는 archaeal 히스톤 유전자가 존재하지 않는것으로 알려져 왔으나 최근 해양 crenarchaeota에서 히스톤 유전자가 밝혀져 (J Bacteriol. 2005 Aug;187(15):5482-5) 계통 진화적인 관심을 받고 있다.
2) Euryarchaeota
Euryarchaeota는 한가지 특징으로 정리하기 어려울 정도의 다양한 아키아들이 속해있다. 현재까지 이들을 분류하는 전통적인 방법은 주로 생육 특성에 따른 분류방법으로 i) 초호열균 ii) 메탄생성균, iii) 호염균, iv) Thermoplasma 로 분류한다.
(참고http://www.earthlife.net/prokaryotes/euryarchaeota.html)
i) 초호열균 (Hyperthermophiles)
대부분의 초호열성 euryarchaeota 들은 hydrothermal vent에서 발견되었고 생육 최적 온도가 80 C 이상이다. 초호열균에 속하는 가장 대표적인 다섯종 (genus)은 Thermococcus, Pyrococcus, Methanopyrus, Archaeoglobus, Ferroglobus인데 이 중 Thermococcus 와 Pyrococcus 는 유전적으로 아주 가까운 절대혐기성 chemoorganotrophs 로서 다양한 탄소원을 이용하는 대사 경로가 있어서 가장 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 현재까지 Pyrococcus 3종 (P. furiosus, P. horikoshiii, P. abyssi)과 Thermococcus 1종 (T. kodakaraensis)의 지놈이 보고되어 비교유전학 (comparative genomics) 연구에 좋은 재료가 되고 있으며 국내에서도 한국해양연구원의 연구팀에서 Thermococcus sp. NA1의 유전체 해독이 진행중에 있다. Archaeoglobus 는 아키아 중에서 독특하게 sulphate (SO42-)를 황화수소 (H2S)로 환원시키는 미생물이며 Methanopyrus는 심해저 환경의 암석으로부터 수소와 이산화탄소를 이용해 메탄을 생성하는 초호열성 아키아이다.
ii) 메탄생성균 (Methanogens)
현재까지 알려진 아키아의 약 45% 가량이 메탄을 생성하는 메탄 생성균이다. 따라서 산소가 없는 다양한 호수, 늪, 심해저, 동물의 장내 등등의 환경에서 제일 많이 발견되는 아키아가 methanogen이며 메탄 생성의 원료도 이산화탄소, 수소, formate, 일산화탄소, 메탄올, 메틸아민, 다이메틸아민, 트리메틸아민, 메틸머캡탄, 아세테이트 등 다양하다.
극한미생물 중에서 가장 먼저 지놈 시퀀스가 밝혀진 Methanococcus janaschii는 메탄생성균이면서도 초호열성 아키아이지만 Methanococcus maripaludis 는 메탄생성 아키아라는 것 이외에는 다른 어떤 극한 특성도 보이지 않는다.
iii) 호염성균 (Halophiles)
호염성 아키아는 계통학적 분류상에 Halobacteriacea family에 속하는 일련의 아키아를 뜻하는데 바닷물 10배의 염농도 (9%=1.5M) 이상에서 주로 생육한다. 현재까지 알려진 모든 호염성 아키아는 그램 음성 염색이 되며 포자를 생성하지 않고 bunary fission에 의해 증식한다. 약 2M 에서 5M 사이의 무기염 농도에서 생육하는 호염성 아키아는 세포벽을 이용한 삼투압 조절은 하지 않고 대신 세포 내부 이온 농도에 대한 외부 이온 강도의 밸런스를 유지하거나 세포내의 단백질들과 다른 거대분자들이 높은 이온 강도의 환경에서 기능을 하도록 그들을 변형함으로서 외부 환경에 적응한다.
호염성 아키아의 대표적인 미생물로는 Haloarcula, Halobacterium, Haloferax, Natronomonas등이 있으며 이들은 상대적으로 다른 아키아에 비해 균을 키우기가 용이하다. Halobacterium sp. NRC1은 중온성이며 호기성균으로서 유전자조작이 용이해 현재까지 가장 많은 연구가 이루어진 haloarchaea이다. Halobacterium sp. NRC1 의 지놈 시퀀스는 2000년에 호염성 아키아 중에는 처음 보고되었고 Haloarcula marismortui의 지놈은 2004년에 보고가 되었으며 Haloferax volcanii DS2 의 지놈은 현재 온라인 상에서 공개가 되어있다.
iv) Thermoplasma
Euryarchaeota 중 가장 알려지지 않은 Thermoplasma들은 낮은 수소이온농도 (pH)에서 잘 자라고 약산성이나 중성 이상의 pH에서는 죽는 극산성 미생물들이다. 현재까지는 Ferroplasma, Picrophilus, Thermoplasma 세 종 (Genus)이 보고되었고 이중Picrophilus는 최적 pH가 0.7 이고 pH 4 이상에서는 사멸하는 지구상에 알려진 가장 극산성 미생물로 여겨지고 있다. 가장 많은 연구가 이루어진 Thermoplasma acidophilum strain DSM 1728은 고온성며 호산성 아키아로서 생육 최적온도는 55C, 최적 pH는 2이다.
Thermoplasma 아키아들의 가장 큰 특징은 세포막은 있으나 세포벽이 없다는 것이다. 이들의 세포막은 만노스와 글루코스가 붙어있는 tetra-ether lipid (lipoglycan)로 구성되어 있어 lipopolysaccharide와 유사하다.
(그림출처: BBRC Volume 97, Issue 2, 28 November 1980, Pages 493-499)
3) Korarchaeota
Korarchaeota는 대부분 uncultured 미생물로서 environmental DNA에서 분리한 16S rDNA의 시퀀스를 통해 알려진 미생물들이다. 주로 고온성 환경에서 분리된 DNA에서 보고되어 고온성일 것으로 추축은 하지만 실제로 배양된 경우가 없기 때문에 단지 16S rDNA 상의 변이가 일어난 것일 가능성도 배제하지는 못한다.
4) Nanoarchaeota
대표적인 고온균 연구가 Karl O Stetter 연구진이 해저 열수 분출구에서 발견하여 2002년 <네이처>에 보고한 Nanoarchaeum equitans 는 직경이400nm 정도의 구균이며 초고온성이고 혐이성이며 숙주에 공생하는 아키아이다. 숙주는Crenarchaeota 의 하나인 Ignicoccus 속이며 죽은 Ignicoccus 의 세포 분쇄물 (homogenates)와는 자라지 못한다. 지놈의 크기는 0.49Mbp정도로 알려진 아키아의 지놈 중에서 가장 작다. 2003년 미국의 바이오텍회사인 디버사 (Diversa)에 의해 지놈 시퀀스가 보고되었다.