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2008년 9월 30일 화요일

극한미생물연구의 시작 - 특수환경미생물의 탐색과 응용

우연히 예전 자료를 들추다가 극한미생물에 관심을 본격적으로 갖게해준 한 심포지움 팜플렛을 찾았습니다. 1996년 8월에 연세대학교 생물산업소재연구센터 주관으로 열린 <특수환경미생물의 탐색과 응용>이라는 심포지움입니다. 과문하지만 제 기억으로 우리나라에서 극한미생물만을 대상으로 열린 첫번째 심포지움이 아니었나 싶습니다. 그 이전까지 간헐적으로 극한미생물 또는 극한효소에 대한 관심이 계속 있어 왔지만 말입니다. 


당시 심포지움에서 사실 저희가 놀랐던 것은 생각외로 많은 분들이 오셨다는 것이었습니다. 특히 그냥 평상복에 턱수염을 기르고 나타나신 한 분을 보고 많은 교수님들이 쩔쩔매던(?) 기억이 새롭습니다. 나중에 알고보니 그 분이 그 유명한 김성호 박사님이셨습니다. 모두들 저 분이 어떻게 여기에 오셨을까, 했었죠. 연사로 모시기도 쉽지 않을텐데 말입니다.

게다가 지금 생각해보면 당시 외국인 연사들 중에 한명은 현재 국제극한미생물학회 회장인 Garo Antranikian 교수이고 다른 한 명은 일본극한미생물학회를 이끌다가 얼마전에 은퇴하신 Tairo Ohshima 선생이니 그래도 작은 학교 연구소치고는 나름 굉장한 인물들을 모셔서 세미나를 한 셈입니다. 뭐 박사과정 2년차였던 그 당시엔 행사를 무리없이 치루는데만 정신이 팔려서 사실 내용은 뒷전이었지만 말입니다.   

그래도 지금 생각해보면 제 인생을 바꿔준 심포지움이었습니다.^^
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2008년 9월 16일 화요일

국내의 극한미생물 관련 연구자들 (updated on 09/16/2008)

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.



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2008년 8월 30일 토요일

새로나온 리뷰, Archaea의 세포표면 구조

이번 주 Journal of Bacteriology에 미니리뷰가 하나 실렸는데 archaea의 세포표면 구조에 관한 리뷰입니다. 제목은 "Cell Surface Structures of Archaea"이고 네덜란드의 Ken F. Jarrell 교수팀 등이 쓴 논문이군요. 아마 고세균에 관한 연구를 하는 사람들에겐 좋은 자료가 될 것 같습니다.


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FIG. 3. Proposed model for assembly of archaeal flagella using Methanococcus voltae as a model. A three-sugar glycan is assembled via the activity of glycosyltransferases (AglH, AglC, and AglA) onto a dolichol phosphate lipid carrier, flipped to the external face of the cytoplasmic membrane via an unknown mechanism, and then transferred to the flagellins via an oligosaccharyltransferase (AglB). Upon removal of the signal peptide by FlaK, the processed flagellins are incorporated into the base of the structure, likely with the aid of the ATPase FlaI. (J Bacteriol. 2008 190(18):6039-47)



 위 그림은 Methanococcus voltae를 모델로 한 플라젤라 그림인데 glycosyl transferase들은 밝혀졌는데 flippase는 아직 밝혀지지 않은 모양입니다. 그림이 잘 그려진 리뷰를 보는 즐거움은 논문 읽는 맛을 배가시키죠. 관심이 있으신 분들은 한 번 읽어보시면 좋을 것 같네요.

"Cell Surface Structures of Archaea" (Pubmed)
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2008년 8월 22일 금요일

초고온성 극한미생물 omics 연구 및 유용소재 개발

이번 한국미생물생명공학회 뉴스레터인 <생물산업>에 실린 "초고온성극한미생물 omics 연구 및 유용소재 개발" 이라는 리뷰를 올립니다. 혹시나 홈페이지에 pdf 가 올라올까 싶어 여지껏 기다렸는데 2007년까지만 올라오고 그 이후로는 업데이트가 안되는 것 같네요. 저자는 한국해양연구원 이정현 박사님 팀입니다. 관련 연구를 하는 사람에게는 필요한 리뷰입니다.


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나머지는 접어 놓을테니 필요하시면 펼쳐서 보십시오.

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2008년 7월 8일 화요일

Extremophiles 2008 at Cape Town, South Africa

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Extremophiles 2008이 열리는데 지금 가야하나 말아야 하나 몇 일째 고민중입니다.

비행기값만 140만원에
등록비 70만원,
숙박비 50만원,
기타 등등...

그래도 또 언제 저런데 가보겠냐는 맘으로 가기엔...
하지만 포스터 abstract를 제출했으니 이제 와서 안가겠다고 할 수도 없고.

올해엔 그래도 포항공대 이선복 교수님께서 발표를 하시는군요.

아래는 프로그램

more..


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2008년 4월 24일 목요일

가장 높은 온도에서 사는 미생물은?

아직도 많은 책에서 생육 최적온도가 가장 높은 미생물은 Pyrolobus fumarii 이야기를 많이 합니다. 초고온균의 아버지라고 불리우는 Karl O Stetter 박사팀이 대서양 열수구에서 발견한 이 아키아는 섭씨 113도까지 생육이 가능하죠.  

하지만 그 기록이 2003년에 깨졌는데 그 균이 바로 Strain 121입니다. 메사추세츠 대학 데렉 러블리 (Derek Lovley) 교수팀이 발견한 이 균주의 생육 최고온도는 무려 섭씨 121도. 우리가 보통 autoclave로 살균을 할 때의 온도입니다. 실제로 autoclave를 해도 죽지 않았고 121도에서 doubling time이 24시간이라고 하는 군요. 이 균도 아키아로서 계통학적으로 가장 가까운 종류가 Pyrodictium occultum (96.0%)과 Pyrobaculum aerophilum (95.3%)라고 합니다. 더 놀라운 것은 130도에서 2시간을 둔 다음에 다시 새 배지로 옮겼을 경우에도 균은 살아있었다고 하는군요.

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(그림은 Sience 2003 Vol. 301. no. 5635, p. 934)


그러데 그 온도에 따른 생장 (윗 그림 D) 이 좀 이상해서 제 예전 보스는 잘 믿기 어렵다고도 하더군요. 아무튼 생물체의 한계는 어디까지일지 궁금합니다.

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2007년 5월 8일 화요일

고온균을 이용한 볏짚으로 가는 자동차

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(사진출처: 한겨레신문)

오늘 자 한겨레신문에 재미있는 기사가 실렸습니다. 뭐 이미 사이언스에서 다루었던 cellulosic ethanol에 대한 내용인데요. 덴마크의 "바이오가솔"이라는 회사를 방문해서 쓴 기사인가 봅니다.

기사에서는 "덴마크공대 구내에 위치한 이곳은 이른바 ‘제 2세대 바이오에탄올’을 생산하는 세계 최초의 공장"이라고 하는데 정말인지는 잘 모르겠습니다. 기사에 따르면 "덴마크공대 비르깃 아링 교수는 지난해 차세대 바이오에탄올 생산법을 개발한 뒤, 직접 이 벤처기업을 차렸다"는데 이미 지난 번 포스트에서 봤듯이 미국에선 6개 회사에 DOE의 펀드를 받아 상업적 생산에 들어갔거든요. 아무튼 "이 회사가 바이오에탄올을 만드는데 쓰는 원료목록에는 이밖에 볏짚, 밀집, 버드나무, 옥수숫대, 당분을 짜낸 사탕수수 깍지, 커피찌꺼기 등"이라고 하네요.

하지만 정말 중요한 것은 바로 이거죠. "바이오가솔의 핵심기술은 70도의 높은 온도에서 이뤄지는 목당 발효공정이다. 랑바드는 “아이슬란드 간헐천에서 채집한 호열박테리아를 활용해 높은 에탄올 변환율을 달성했다”는 것 말입니다.

회사 사이트를보니 어떤 미생물인지는 공개하지 않았군요. 이렇게만 써 있습니다.

The xylose fermentation is performed in an “immo-bilized” reactor at 70oC where the BioGasol Concept transform pentoses into bioethanol using a thermophilic anaerobic bacterium that is able to convert both hexoses and pentoses into ethanol or ethanol/ hydrogen.

아무튼 점점 바이오에탄올에 대한 관심이 높아지는 것은 분명해 보입니다.
 

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2007년 3월 15일 목요일

Extremely fast and accurate DNA polymerase from Finnzymes

극한미생물을 이용한 최대의 연구는 바로 PCR입니다. 개발자인 캐리 멀리스 (Kary B. Mullis)가 노벨상까지 탓죠. 그가 노벨상을 받은 1993년이 제가 처음 PCR을 직접 해본 그 해 입니다. 당시 학과에 한 대 밖에 없는 PCR 기계의 사용법을 배우고 혹시라도 극미량의 DNA가 오염될까봐 손에 비닐 장갑을 끼고 난리를 치던 생각이 나는군요. 멀리스는 Thermus라는 고온성 세균을 이용했지만 최근에는 Pyrococcus나 Thermococcus류의 Thermococcales의 DNA polymerase를 많이 이용합니다. DNA 증폭시 에러의 확률이 훨씬 낮기 때문이죠.

그런데 오늘 네이처지에서 오는 스팸메일의 제목이 바로 이 포스트의 제목과 같았습니다.

"Extremely fast and accurate DNA polymerase from Finnzymes"

저 Finnzymes라는 회사는 핀란드의 바이오텍 회사인데 주로 제한효소나 연구용 효소를 다루는 회사입니다. 몇년전에 네이처에서 핀란드의 바이오텍 산업에 대해 다룰 때 나왔던 회사죠.

Boosting biotech in Finland (Nature, 2004, 431, 1020-1021)

핀자임스의 PCR 기술을 Phusion™ High-Fidelity DNA Polymerase이라고 명명한 모양입니다. 저는 회사의 광고를 그대로 믿는 사람이 아닙니다만 자기네들이 주장하는 fidelity가 Taq Pol의 52배라고 하네요.

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위 그림만 가지고 본다면 아마 최고의 fidelity를 자랑하는 모양입니다. 에러확률이 4.4 x 10-7라고 하네요. Taq Pol은 fidelity가 낮아서 Site-directed mutagenesis 등에 사용하지 못하죠. 보통 pET based 발현 벡터의 크기가 5 - 10kb (10의 4승)미만이니까 Site-directed mutagenesis에는 좋겠습니다. 나머지 polymerase들은 전부 거의 비슷비슷한 초고온성 아키아 (Hyperthermophilic Archaea)에서 나오는 효소이거나 분자진화를 이용해 fidelity를 높인 것입니다.

 

Figure 2. Error rates of different DNA polymerases. Fidelity assays were done using lacI-based method modified from Frey & Suppmann, 1995.


게다가 빠르군요. 보통 Taq Pol의 경우 1kb에 1분을 많이 사용하지만 Pfu는 사실 그것보다 느려서 증폭에 시간이 꽤 걸립니다. 그래서 벡터를 통째로 PCR해야하는 Site-directed mutagenesis의 경우엔 반나절 이상 시간이 걸리는 경우가 많죠. 이 경우는 거의 1분에 1kb 정도의 속도가 나는 것 같습니다. (물론 다시 말하지만 회사의 데이터를 전부 그대로 믿으면 안됩니다...^^)

Extreme speed and yield
The fusion of a double-strand DNA-binding domain to Phusion DNA Polymerase multiplies its processivity in respect of other DNA polymerases. This dramatic increase in processivity results in shorter extension times, more robust and high yield amplification, and the ability to do long templates in a fraction of the time. A 3.8 kb human genomic DNA fragment was amplified with various polymerases using extension times ranging from 1 min to 7 min 40 sec (see figure 3 below). Phusion DNA Polymerase gave strong specific bands even with the shortest extension time, completing the 3.8 kb fragment with only a one minute combined annealing and extension step. Enzyme amounts also indicate that significantly less of the highly processive Phusion DNA Polymerase is required to complete the task.

 

Figure 3. A 3.8 kb human beta globin gene was amplified according to supplier’s
recommendations using varying extension times.


Cycling protocols and enzyme amounts:

Pyrococcus
furiosus

modified
P.furiosus

Phusion DNA Polymerase

Enzyme amount

5 U / 50 µl

2.5 U / 50 µl

1 U / 50 µl

Initial denaturation

95 °C 45 s

95 °C 2 min

98 °C 30 s

Denaturation

95 °C 45 s

95 °C 30 s

98 °C 10 s

Annealing

60 °C 45 s

60 °C 30 s

-

Extension a,b,c and d*

72 °C x min

72 °C x min

72 °C x min

Cycle number

30

30

30

       

*Extension times: a) 1 min, b) 1 min 30 s, c) 3 min 50 s and d) 7 min 40 s.

아무튼 한 번 사용해 보고 싶군요. 네이처에서 단순히 광고한 것인지 아니면 정말 성능이 뛰어난 것인지 확인해보게 말입니다.
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